羅劍鳴，饒 潔，馮嘉韻，蔡 蕓，鄒 亞，彭喜春*

(暨南大學(xué)食品科學(xué)與工程系，廣東 廣州 510632)

3種不溶性復(fù)合膳食纖維對小鼠腸道內(nèi)短鏈脂肪酸產(chǎn)生的影響

羅劍鳴，饒 潔，馮嘉韻，蔡 蕓，鄒 亞，彭喜春*

(暨南大學(xué)食品科學(xué)與工程系，廣東 廣州 510632)

不同膳食纖維均可被腸道微生物發(fā)酵利用產(chǎn)生短鏈脂肪酸(SCFA)，SCFA對人體的健康有重要作用。以果膠、抗性淀粉、低聚果糖以及纖維素4種不溶性膳食纖維中的任意3種，按照一定比例復(fù)合并添加于小鼠飼料中。經(jīng)6周喂養(yǎng)后解剖收集小鼠腸道內(nèi)容物并用氣相色譜測定SCFA的種類及含量，以確定產(chǎn)生SCFA不同膳食纖維的最優(yōu)組合。結(jié)果顯示：對于雌性小鼠，果膠、抗性淀粉、纖維素3種膳食纖維各以2%比例復(fù)合的飼料效果最好；對于雄性小鼠，效果最好的是果膠、低聚果糖、纖維素3種膳食纖維各以2%比例復(fù)合的飼料。

不溶性復(fù)合膳食纖維；短鏈脂肪酸；體內(nèi)發(fā)酵；腸道菌群

短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids， SCFA)是膳食纖維，如食用膠、抗性淀粉以及不可消化的碳水化合物的發(fā)酵產(chǎn)物，主要包括乙酸、丙酸、丁酸、乳酸以及丁二酸[1]。SCFA是碳鏈為1～6的有機脂肪酸，其對人體健康有重要作用，主要表現(xiàn)在：可影響結(jié)腸上皮細胞的轉(zhuǎn)運，促進結(jié)腸和小腸細胞的代謝、生長，為黏膜上皮細胞及肌肉、腎、心、腦提供能量，增加腸道血液供應(yīng)，影響肝脂質(zhì)與碳水化合物的調(diào)控等[2]。

SCFA對機體健康的重要性已有很多報道[3-4]，其中，乙酸、丙酸以及丁酸，作為SCFA最主要的3種成分，也是對人體健康促進作用最大的3種成分。膳食纖維適量攝入能促進機體腸道微生物利用其發(fā)酵生成SCFA，供機體利用。不少學(xué)者都對膳食纖維對于SCFA的產(chǎn)生做出了研究，然而這些研究大多針對單一膳食纖維或天然膳食纖維，且多數(shù)為體外發(fā)酵產(chǎn)生SCFA[5-6]，而甚少涉及若干膳食纖維按照一定比例復(fù)合后，對機體腸道內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)生的SCFA的影響。有學(xué)者研究了復(fù)合纖維對SCFA產(chǎn)生的影響，然而復(fù)合的膳食纖維也僅是不同種類的低聚糖復(fù)合[7]。

本研究采用4種代表性的膳食纖維：果膠、抗性淀粉、低聚果糖以及纖維素，并將任意3種按照一定比例復(fù)合添加到小鼠的飼料中，分組飼養(yǎng)。經(jīng)6周特制飼料喂養(yǎng)后，收集小鼠腸道內(nèi)容物，提取其中的SCFA并通過氣相色譜測定其含量，從而確定產(chǎn)生SCFA的最優(yōu)組合。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

SPF級3周齡KM小鼠 南方醫(yī)科大學(xué)動物實驗中心。

果膠、纖維素、抗性淀粉、乙酸(色譜純)、丙酸(色譜純)、丁酸(色譜純)、乳酸(色譜純) 廣州齊云生物公司；低聚果糖 江門量子高科生物有限公司；其他化學(xué)試劑(分析純) 廣州化學(xué)試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

7890A型氣相色譜儀 美國安捷倫公司。

1.3 方法

1.3.1 復(fù)合膳食纖維的配制

4種膳食纖維：果膠、纖維素、抗性淀粉及低聚果糖，按照表1任意3種復(fù)合，使混合后的膳食纖維占總飼料質(zhì)量的6%?？傦暳现械钠渌M分則根據(jù)表2按比例配制，混勻后壓制成條狀即為特制飼料。正常飼料只含天然膳食纖維，不添加以上4種膳食纖維，如表2所示。

表1 3種膳食纖維在總飼料中的添加量Table 1 Amounts of insoluble dietary fibers added to rat feed%

表2 正常飼料的組分含量Table 2 Ingredients of normal feed

1.3.2 實驗小鼠的飼養(yǎng)

實驗采用的50只SPF級KM小鼠，隨機分為5組，每組10只，雌雄各半，依次標為4個實驗組和1個對照組，分籠喂養(yǎng)。飼養(yǎng)所用飼料為與組別相對應(yīng)的特殊飼料，對照組采用正常飼料。鋪墊木屑與小鼠飲用水1周內(nèi)更換3次。小鼠用正常飼料預(yù)喂養(yǎng)1周后開始喂養(yǎng)特制飼料。飼喂時間6周。

1.3.3 小鼠腸道內(nèi)容物的收集

表3 小鼠腸道內(nèi)容物各種SCFA含量(χ±s,n＝10)Table 3 SCFA contents in intestinal contents of rats±s,n＝10)μmol/mL

表3 小鼠腸道內(nèi)容物各種SCFA含量(χ±s,n＝10)Table 3 SCFA contents in intestinal contents of rats±s,n＝10)μmol/mL

注：*.與雄性相對應(yīng)位置數(shù)據(jù)不具有顯著性差異(P＞0.05)；a.同列數(shù)據(jù)中，與雌性組別2相比，不具有顯著性差異(P＞0.05)；b.同列數(shù)據(jù)中，與雄性組別4相比，不具有顯著性差異(P＞0.05)。

組別 乙酸 丙酸 丁酸 乳酸 總酸雌性雄性雌性雄性雌性雄性雌性雄性雌性雄性11.164±0.0151.490±0.0130.418±0.009*0.414±0.0120.188±0.0080.263±0.014b0.955±0.0121.127±0.0072.725±0.0443.294±0.046 21.928±0.0201.261±0.0100.543±0.0160.370±0.0150.315±0.0020.167±0.0111.349±0.0061.182±0.0114.135±0.0432.935±0.047 31.026±0.0171.541±0.0170.381±0.0080.479±0.0110.328±0.014a,*0.357±0.0041.085±0.0051.510±0.0092.821±0.0433.887±0.041 41.521±0.0141.395±0.0110.477±0.0080.509±0.0020.231±0.007*0.241±0.0061.203±0.0060.959±0.0063.433±0.0343.104±0.026 5(對照組)1.378±0.0131.943±0.0090.535±0.006a0.603±0.0070.286±0.011*0.313±0.0091.141±0.0070.149±0.0123.340±0.0373.008±0.038

在每籠的5只小鼠中隨機抓取3只小鼠，解剖并取出其腸道，并馬上收集腸道內(nèi)容物。腸道內(nèi)容物放置于預(yù)冷的10mL EP管中，ˉ20℃儲存。

1.3.4SCFA的提取

SCFA的提取方法如下[8]：每組稱取200mg的腸道內(nèi)容物，懸浮在1.6mL的滅菌蒸餾水中，加入0.2mL正己酸?；靹蚝笤偌尤?.4mL的硫酸(質(zhì)量分數(shù)約50%)和2mL的無水乙醚，稍混勻后，放置于定軌搖床上混勻45min。充分混勻后的樣品在室溫下3000r/min離心5min。加入無水氯化鈣以除去殘留水分。提取物轉(zhuǎn)移到新的管中密封暫存于ˉ20℃。

1.3.5SCFA含量測定

SCFA測定采用外標法，用乙酸、丙酸、正丁酸和乳酸作標準曲線。檢測器為氫火焰檢測器(FID)；氣相色譜測定條件：載氣：N2；分流比：10:1；流速：2.0mL/min；用DB-FFAP色譜柱；升溫程序：120℃維持5min，以15℃/min升到250℃保持1min；燃燒爐溫280℃，待測樣品進樣量為2μL。

1.3.6 數(shù)據(jù)處理

結(jié)果用χˉ±s表示。數(shù)據(jù)均經(jīng)過SPSS軟件的處理分析，主要分析組間差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 小鼠腸道內(nèi)容物中各SCFA含量

表3分別反映了雌性小鼠與雄性小鼠腸道內(nèi)容物中各種SCFA的含量。各SCFA在腸道內(nèi)容物中的含量大致相同，含量從多到少依次為：乙酸、乳酸、丙酸、丁酸。其中，最具有代表性的3種酸：乙酸、丙酸和丁酸的含量關(guān)系與有關(guān)文獻結(jié)果吻合[9]。從統(tǒng)計學(xué)分析的結(jié)果可知，對于同一種SCFA的產(chǎn)出，除了雌性組中的組別2與對照組(組別5)，組別2與組別3；雄性組中的組別1和組別4不具有顯著性差異外(P＞0.05)，其他不同組別所得出的結(jié)果不同，即不同復(fù)合膳食纖維對SCFA產(chǎn)出的影響不同，且差異顯著(P＜0.05)。而對于同種復(fù)合膳食纖維，對照組、組別3和組別4中的丁酸含量，組別1中的丙酸含量，雌性與雄性小鼠不具有顯著性差異(P＞0.05)，此外，其他雌雄小鼠腸道物中的SCFA含量亦顯示出顯著性差異(P＜0.05)。

2.2 小鼠腸道內(nèi)容物中乙酸含量

由表3可知，對于雌性小鼠，組別2的乙酸含量最高為(1.928±0.020)μmol/mL。而組別1、3的乙酸低于對照組，顯示出果膠、抗性淀粉、低聚果糖復(fù)合飼料(含量分別為2%)和果膠、低聚果糖、纖維素復(fù)合飼料(含量分別為2%)，在促進雌性小鼠腸道微生物發(fā)酵產(chǎn)生乙酸上，低于正常飼料(含10%的天然膳食纖維)。復(fù)合飼料中單種膳食纖維對乙酸產(chǎn)生的貢獻為：抗性淀粉＞纖維素＞果膠＞低聚果糖。然而，對于雄性小鼠，對照組的乙酸產(chǎn)量(1.943±0.009)μmol/mL明顯高于其他組別，并且復(fù)合飼料中單種膳食纖維對乙酸產(chǎn)生的貢獻值為：低聚果糖＞果膠＞纖維素＞抗性淀粉，與雌性組相反。

2.3 小鼠腸道內(nèi)容物中丙酸含量

由表3可知，對于雌性小鼠，組別2的丙酸含量最高(0.543±0.016)μmol/mL，其次是對照組，即組別5為(0.535±0.006)μmol/mL。但兩數(shù)據(jù)的差異并沒有達到顯著，因此只能得出組別2與對照組的膳食纖維成分，在促使丙酸產(chǎn)生上優(yōu)于其他組別的組合。對于雄性，組別2的丙酸含量最低，為(0.370±0.015)μmol/mL。而對照組(組別5)中丙酸的含量最高為(0.603±0.007)μmol/mL。此結(jié)果表明，對于雄性小鼠腸道內(nèi)的微生物，天然膳食纖維與復(fù)合的膳食纖維相比，更可促使丙酸的生成。在復(fù)合飼料中單種膳食纖維對丙酸產(chǎn)生的貢獻值，對于雌鼠為：抗性淀粉＞纖維素＞果膠＞低聚果糖；對于雄鼠為：低聚果糖＞纖維素＞抗性淀粉＞果膠。

2.4 小鼠腸道內(nèi)容物中丁酸含量

由表3可知，組別3的雌性小鼠利用復(fù)合膳食纖維在腸道內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)生丁酸的量最高，為(0.328±0.014)μmol/mL。然而，此結(jié)果與組別2的(0.315±0.002)μmol/mL沒有顯著性差異。對于雄性小鼠，組別3的丁酸含量(0.357± 0.004)μmol/mL，與其他組別的數(shù)據(jù)都有顯著性差異，可看出，果膠、低聚果糖、纖維素復(fù)合的飼料(含量分別為2%)相比其他組，更容易讓雄鼠腸道微生物利用發(fā)酵產(chǎn)生丁酸。在復(fù)合飼料中單種膳食纖維對丁酸產(chǎn)生的貢獻值，由于雌性組別2與組別3不存在顯著差異，因此對于雌性只可得出，纖維素＞果膠＞低聚果糖≈抗性淀粉；雄性組中，組別1與組別4結(jié)果也不具有顯著差異性，故得出，低聚果糖＞果膠≈纖維素＞抗性淀粉。

2.5 小鼠腸道內(nèi)容物中乳酸含量

由表3可知，對于雌性小鼠，組別2的乳酸含量最高(1.349±0.006)μmol/mL；而對于雄鼠，組別3的乳酸含量較其他組別均要高(1.510±0.009)μmol/mL，最低含量為組別5，即對照組(0.149±0.012)μmol/mL。根據(jù)有關(guān)文獻的描述[3,10-13]，乳酸是作為腸道菌群發(fā)酵利用不溶性膳食纖維產(chǎn)生的中間代謝物，即乳酸會繼續(xù)發(fā)酵從而生成終產(chǎn)物如乙酸、丙酸以及丁酸。因此，雄鼠對照組乳酸含量較低，推測是已被腸道菌群所利用，生成了乙酸、丙酸以及丁酸，這與上述的雄性小鼠對照組乙酸、丙酸和丁酸含量高的結(jié)果吻合。

2.6 小鼠腸道內(nèi)容物中總SCFA的含量

由表3可知，對雌性小鼠，總SCFA的含量組別2的最高，為(4.135±0.043)μmol/mL；然而對于雄性小鼠，總SCFA含量組別3最高，為(3.887±0.041)μmol/mL。此結(jié)果與其他組別的結(jié)果比較后，存在統(tǒng)計學(xué)上的顯著差異，因此，雄雌小鼠對3種不溶性復(fù)合膳食纖維飼料的發(fā)酵利用率有明顯差別。

3 結(jié) 論

上述實驗結(jié)果通過軟件進行統(tǒng)計學(xué)顯著性差異分析后，可以看出，雌性與雄性得到的最優(yōu)復(fù)合膳食纖維組合并不相同；通過比較得到，在復(fù)合膳食纖維中，單種膳食纖維對不同的SCFA的貢獻值不同，尤其是在低聚果糖的利用上，雌性與雄性得到的結(jié)果差異較大。根據(jù)總酸的含量，雌性小鼠在組別2的飼料(即果膠、抗性淀粉、纖維素3種膳食纖維各以2%比例復(fù)合)喂飼下益生效果最好，且該組乙酸與丙酸含量最高，丁酸含量也處在高含量水平；雄性小鼠在組別3的飼料(即果膠、低聚果糖、纖維素3種膳食纖維各以2%比例復(fù)合)喂飼下益生效果最好。

研究中發(fā)現(xiàn)，雌雄小鼠在利用不同種類復(fù)合膳食纖維發(fā)酵產(chǎn)生SCFA上存在差異。由于SCFA是由機體腸道微生物利用膳食纖維發(fā)酵而生成，因此后續(xù)研究可通過對雌雄體內(nèi)腸道菌群進行分析，確定造成雌雄差異的原因。

[1]MONTAGNE L, PLUSKE J R, HAMPSON D J. A review of interactions between dietary fibre and the intestinal mucosa, and their consequences on digestive health in young non-ruminant animals[J]. Animal Feed Science and Technology, 2003, 108(1/4): 95-117.

[2]王子花, 申瑞玲, 李文全. 短鏈脂肪酸的產(chǎn)生及應(yīng)用[J]. 畜牧獸醫(yī)科技信息, 2007(2): 12-13.

[3]陳燕, 曹郁生, 劉曉華. 短鏈脂肪酸與腸道菌群[J]. 江西科學(xué), 2006, 24(1): 38-41.

[4]徐運杰, 方熱軍, 戴求仲. 短鏈脂肪酸的營養(yǎng)生理作用[J]. 飼料研究, 2007(8): 26-28.

[5]CARNEIRO M S C, LORDELO M M, CUNHA L F, et al. Effects of dietary fibre source and enzyme supplementation on faecal apparent digestibility, short chain fatty acid production and activity of bacterial enzymes in the gut of piglets[J]. Anim Feed Sci Tech, 2008, 146: 124-136.

[6]ISKEN F, KLAUS S, OSTERHOFF M, et al. Effects of long-term soluble vs. insoluble dietary fiber intake on high-fat diet-induced obesity in C57BL/ 6J mice[J]. The Journal of Nutritional Biochemistry, 2010, 21(4): 278-284.

[7]VESTER BOLER B M, HERNOT D C, BOILEAU T W, et al. Carbohydrates blended with polydextrose lower gas production and short-chain fatty acid production in an in vitro system[J]. Nutrition Research, 2009, 29(9): 631-639.

[8]SCHNEIDER S M, GIRARD-PIPAU F, ANTY R, et al. Effects of total enteral nutrition supplemented with a multi-fibre mix on faecal shortchain fatty acids and microbiota[J]. Clinical Nutrition, 2006, 25: 82-90.

[9]MADELINE V, CATHERINE D, REBECCA M, et al. Effect of oligosaccharides and fibre substitutes on short-chain fatty acid production by human faecal microflora[J]. Anaerobe, 2000, 6: 87-92.

[10]于卓騰, 杭蘇琴, 姚文, 等. 腸道產(chǎn)丁酸細菌及其丁酸產(chǎn)生機制的研究進展[J]. 世界華人消化雜志, 2006, 14(25): 2532-2534.

[11]VERNAZZA C L, GIBSON G R, RASTALL R A. in vitro fermentation of chitosan derivatives by mixed cultures of human faecal bacteria[J]. Carbohydr Polym, 2005, 60: 539-545.

[12]BOURRIAUD C, ROBINS R J, MARTIN L, et al. Lactate is mainly fermented to butyrate by human intestinal microfloras but inter-individual variation is evident[J]. J Appl Microbiol, 2005, 99: 201-212.

[13]MOLIST F, GOMEZDE SEGURA A, GASA J, et al. Effects of the insoluble and soluble dietary fibre on the physicochemical properties of digesta and the microbial activity in early weaned piglets[J]. Anim Feed Sci Tech, 2008, 149(3): 4-7.

Effects of Insoluble Compound Dietary Fibers on Short-Chain Fatty Acid Production in the Intestinal Tract of Rats

LUO Jian-ming，RAO Jie，F(xiàn)ENG Jia-yun，CAI Yun，ZOU Ya，PENG Xi-chun*
(Department of Food Science and Engineering, Jinan University, Guangzhou 510632, China)

Short-chain fatty acids (SCFAs) can be generated from a variety of dietary fibers through in vivo fermentation by intestinal microflora and are beneficial to human health. Three types of insoluble dietary fibers were selected from pectin, resistant starch, fructo-oligosaccharide and cellulose, mixed in a certain proportion and added to the rat diet. After six weeks of feeding, the rats were anatomized to collect intestinal contents, and the types and amounts of SCFAs in the intestinal contents were measured by GC to determine the optimal combination of SCFA types. The optimal combination of insoluble dietary fibers in the diet of female rats was pectin, resistant starch and cellulose with an amount of 2% for each of them. For male rats, the optimal combination was pectin, fructo-oligosaccharide and cellulose, each of which was added at 2%.

insoluble compound dietary fiber；short-chain fatty acids；in vivo fermentation；intestinal microflora

TS201.4

A

1002-6630(2012)03-0225-03

2011-03-14

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項基金資助項目(21610705)

羅劍鳴(1986—)，男，碩士研究生，研究方向為食品營養(yǎng)學(xué)。 E-mail：baiding86@126.com

*通信作者：彭喜春(1976—)，男，副教授，博士，研究方向為食品營養(yǎng)學(xué)。E-mail：hopingpeng@163.com