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肠道菌群平衡与人体健康密切相关,而益生元、益生菌和合生元被称为功能性食品的膳食补充剂已被证明可以调节肠道菌群结构而对宿主有益。通常通过动物模型或者人体实验评价这些膳食补充剂对肠道微生物的影响方式和程度,然而,不同研究中所用的动物模型不一致,造成不同研究中各益生元的评价结果难以比较,因此不同益生元的益生效果也缺少统一的评价方法。同时,由于宿主也存在显著个体差异,动物模型或者人体研究的结果受到一定程度的影响。而肠道微生物体外发酵模型由于不受样品量限制、避免了动物的个体差异,因此是动物模型和人体实验的有效补充。另外虽然合生元在某些情况下比仅含有益生菌或益生元的产品具有更高的调节效果,但目前益生元和益生菌的配伍仍缺乏基础信息且仅有少数配伍组合被评为合生元,因此,建立高效的益生菌/益生元评价体系,对于开发益生元类产品具有重要基础价值。本研究建立并评价了一种人肠道微生物体外发酵模型,并利用该体外发酵模型比较了常见的十一种益生元(低聚半乳糖(Galacto-oligosaccharide,GOS)、低聚木糖(Xylo-oligosaccharide,XOS)、低聚果糖(Fructo-oligosaccharide,FOS)、低聚异麦芽糖(Isomalto-oligosaccharide,IMOS)、菊粉(Inulin)、魔芋粉(Konjac flour,KF)、甘露寡糖(Mannan-oligosaccharide,MOS)、褐藻寡糖(Alginate-oligosaccharide,AOS)、壳寡糖(Chitosan-oligosaccharide,COS)、β-葡聚糖(β-glucan)和抗性糊精(Resistant dextrin,RD))的益生效果,然后将上述十一种益生元与六种益生菌(Lactobacillus reuteri(RE)、Lactobacillus paracasei(PA)、Lactobacillus casei(C)、Lactobacillus rhamnosus(R)、Lactobacillus plantarum(PL)、Bifidobacterium animalis(A))两两进行配伍,初步筛选得到能够显著刺激益生菌生长的合生元组合,并利用该体外发酵模型评价其益生潜能。结果显示:建立的单相恒化模型虽然培养出的微生物物种大大减少,但在一定程度上能够还原动物体内一些肠道菌群的变化,可以为研究膳食成分对肠道菌群的影响提供很好的体外模型。但基于该单相恒化模型的高通量比较低,本研究将单相恒化模型与分批培养发酵模型进行结合通过16S-rDNA-PCR-DGGE的方法检测该系统稳定性发现,单相恒化模型培养的肠道菌群随发酵时间的延长能逐渐稳定,并且48 h的体外分批培养发酵可持续保持该稳定的肠道菌群结构。十一种益生元均可调节人肠道菌群的整体结构,并导致微生物在“门”、“属”和“种”水平发生特异性的变化,其均可增加短链脂肪酸(Short-chain fatty acids,SCFAs)的含量,但不同益生元对乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的积累量有所不同,其中XOS、KF和β-glucan分别显示最高的乙酸、丙酸和丁酸积累量。此外,基于OTU丰度的Bray-Curtis距离矩阵,初步将十一种益生元分为三类(A:IMOS、Inulin、COS、MOS、FOS和β-glucan;B:KF、RD和AOS;C:GOS和XOS),然后通过两两组差异物种分析找到了13个差异物种,它们主要属于厚壁菌门。十一种益生元与六种益生菌配伍后,根据益生元对益生菌增殖的情况,筛选得到10组增殖效果显著的合生元组合,即Inulin+PA、FOS+PA、GOS+PA、FOS+PL、AOS+PL、Inulin+R、FOS+A、GOS+A、AOS+A、IMOS+A。这十种合生元组合均能调节人肠道菌群的整体结构,并且基于OTU丰度的Bray-Curtis距离矩阵的聚类分析发现AOS+A、Inulin+PA、Inulin+R、FOS+A组菌群结构相似度较高,而AOS+PL、GOS+C、FOS+PL、FOS+PA、IMOS+A、GOS+A组菌群相似度较高。在“门”、“属”和“种”水平,十种合生元均对有益菌表现出积极的调节作用,但调节具有菌属/种特异性,如IMOS+A、GOS+C和FOS+PL能提高Faecalibacterium的相对丰度,Inulin+PA、AOS+PL、GOS+C、FOS+PA、IMOS+A能提高Lactobacillus的相对丰度。此外,合理配伍的益生元-益生菌组合较单独补充益生元能更积极地调节肠道菌群中的有益菌。Tax4Fun预测肠道菌群的功能显示FOS+A、Inulin+PA、Inulin+R、AOS+A合生元干预能够增强肠道菌群碳水化合物代谢的能力,而FOS+PL组则相反。通过检测代谢物SCFAs含量的变化发现,除了FOS+A和AOS+PL,其它合生元组均显著增加SCFAs的含量,其中AOS+A、Inulin+R、Inulin+PA、IMOS+A显著性增加乙酸、丙酸、丁酸及戊酸的含量,而GOS+C只显著性增加丙酸和丁酸的含量,GOS+A、FOS+PA和FOS+PL只显著性增加丁酸的含量。