韓 飛，韓陽(yáng)陽(yáng),，趙建新，王 勇，綦文濤

（1.國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)備局科學(xué)研究院，北京 100037；2.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122）

《中國(guó)居民膳食指南》（2016版）要求成年人每天攝入谷薯類食物250～400 g，其中全谷物和雜豆類50～150 g。谷物尤其是全谷物在膳食中的重要性得到越來越廣泛的關(guān)注。盡管目前已知全谷物富含碳水化合物、蛋白質(zhì)、膳食纖維、多種礦物質(zhì)和維生素以及植物化合物等多種營(yíng)養(yǎng)素，但是全谷物不是這些營(yíng)養(yǎng)素的簡(jiǎn)單混合，而是作為一個(gè)有機(jī)整體發(fā)揮著健康作用。同時(shí)，越來越多的研究表明，膳食是影響腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能最為重要且較為迅速的因素，膳食導(dǎo)致的腸道菌群變化在代謝綜合征發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。微生態(tài)學(xué)和營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究也發(fā)現(xiàn)，腸道菌群的結(jié)構(gòu)失調(diào)是許多慢性疾?。ㄈ绶逝?、糖尿病、高血壓、冠心病、心腦血管疾病和結(jié)腸癌等代謝性疾?。┑闹苯诱T因。膳食中全谷物對(duì)腸道菌群的積極影響也有研究報(bào)道，大多集中于全谷物中的膳食纖維和酚類物質(zhì)對(duì)腸道益生菌增殖的促進(jìn)作用或?qū)δc道病原菌增殖的抑制作用、增加短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs）的含量以及SCFAs作為信號(hào)分子參與宿主代謝通路從而調(diào)節(jié)宿主生理狀態(tài)等。但是，將熟制全谷物作為整體（替換大鼠50%日糧），集中探討其對(duì)機(jī)體不同腸段微生物和SCFAs影響的研究鮮見報(bào)道。因此，本實(shí)驗(yàn)以經(jīng)熟制后的燕麥、甜蕎、糜米和谷米4種我國(guó)膳食中最常見的雜糧作為整體替換大鼠50%日糧，研究雜糧對(duì)大鼠回腸、盲腸和結(jié)腸微生物和SCFAs的影響，為雜糧在膳食中的廣泛應(yīng)用及開發(fā)相關(guān)雜糧食品提供參考。

1 材料與方法

1.1 動(dòng)物、材料與試劑

SPF級(jí)7 周齡健康雄性SD大鼠50 只，體質(zhì)量（302.10±9.58）g，購(gòu)自北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司，生產(chǎn)許可證號(hào)：SCXK（京）2021-0006。

裸燕麥（‘壩莜一號(hào)’）、甜蕎（‘西農(nóng)9976’）、糜米（‘榆糜2號(hào)’）和谷米（‘峰紅谷’）均由西北農(nóng)林科技大學(xué)提供。將雜糧樣品用2 倍質(zhì)量的純凈水浸泡2 h，用電飯煲雜糧檔燜熟，冷卻后用冷凍干燥機(jī)干燥，低溫粉粹機(jī)粉碎，過60 目篩，-20 ℃儲(chǔ)藏備用。

乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸等標(biāo)準(zhǔn)品、耐熱-淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶、基因組DNA提取試劑盒 西格瑪奧德里奇（上海）貿(mào)易有限公司；鹽酸、氫氧化鈉、濃硫酸、偏磷酸、石油醚、丙酮、乙酸、乙酸乙酯國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；抗性淀粉試劑盒 愛爾蘭Megazyme公司。以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

PHSJ-5型精密pH計(jì) 上海精密科學(xué)儀器公司；3K 15型高速冷凍離心機(jī) 德國(guó)西格瑪公司；MB-WFS4029型電飯煲 美的公司；FD-2型真空冷凍干燥機(jī)北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司； 2300型凱式定氮儀、Fibertec 8000纖維分析儀 瑞典FOSS公司；SpectraMax Plus 384酶標(biāo)儀 美國(guó)Molecular Devices公司；電泳儀北京六一生物科技有限公司；ABI 9700型熒光定量?jī)x上海賽默科技生物發(fā)展有限公司；7890B型氣相色譜儀美國(guó)安捷倫公司。

1.3 方法

1.3.1 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與飼養(yǎng)

預(yù)飼一周后將大鼠按照隨機(jī)分組方法分成5 組，每組10 只，即對(duì)照組（basal diet group，BDG）（飼喂基礎(chǔ)日糧）、燕麥組（oat group，OG）（飼喂50%燕麥+50%基礎(chǔ)日糧）、甜蕎組（buckwheat group，BG）（飼喂50%甜蕎+50%基礎(chǔ)日糧）、糜米組（proso millet group，PG）（飼喂50%糜米+50%基礎(chǔ)日糧）和谷米組（millet group，MG）（飼喂50%谷米+50%基礎(chǔ)日糧），配方及能量見表1。實(shí)驗(yàn)周期為6 周，大鼠同室分籠飼養(yǎng)，每籠1 只，飼養(yǎng)于SPF級(jí)動(dòng)物房，自由飲水采食，晝夜交替12 h，溫度控制在（23±2）℃，相對(duì)濕度60%。6 周后處死大鼠，取樣。

表1 不同谷物日糧的配方及能量Table 1 Formulation and energy levels of different diets

1.3.2 樣品采集和檢測(cè)

1.3.2.1 常規(guī)指標(biāo)的測(cè)定

水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定：GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定》；灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定：GB 5009.4—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中灰分的測(cè)定》；蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定：GB 5009.5—2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》；脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定：GB 5009.6—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪的測(cè)定》；粗纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定：GB/T 5009.10—2003《植物類食品中粗纖維的測(cè)定》。抗性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用Megazyme抗性淀粉測(cè)定試劑盒測(cè)定；非淀粉多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定參考龔敏和黃慶華等的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2.2 大鼠體質(zhì)量、采食量、食物利用率和糞便含水率的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)期間，每周測(cè)定大鼠體質(zhì)量和采食量。稱體質(zhì)量前，大鼠禁食12 h。計(jì)算實(shí)驗(yàn)期間日糧消耗量和大鼠體質(zhì)量增量，根據(jù)公式（1）計(jì)算每組大鼠的食物利用率。實(shí)驗(yàn)期結(jié)束收集大鼠糞便，記錄大鼠糞便的濕質(zhì)量，并將糞便置于105 ℃烘箱烘干至恒質(zhì)量，記錄大鼠糞便的干質(zhì)量，根據(jù)公式（2）計(jì)算每組大鼠糞便含水率。

1.3.2.3 大鼠盲腸和結(jié)腸質(zhì)量測(cè)定

解剖大鼠，取出整個(gè)消化道，除去腸系膜，分別測(cè)定含有內(nèi)容物時(shí)盲腸、結(jié)腸的質(zhì)量，然后稱量去除內(nèi)容物后的盲腸和結(jié)腸的質(zhì)量。

1.3.2.4 腸道內(nèi)容物pH值的測(cè)定

將盲腸和結(jié)腸內(nèi)容物從-80 ℃冰箱取出，置于冰水浴中解凍后，稱取相應(yīng)的樣品1 g左右，以1∶20（/）的比例加入蒸餾水，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝箪o置0.5 h，然后取上清液用精密pH計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2.5 腸道內(nèi)容物中SCFAs的測(cè)定

氣相色譜法測(cè)定盲腸和結(jié)腸內(nèi)容物中的SCFAs，參考Zhao Guohua等方法。0.5 g冷凍盲腸和結(jié)腸內(nèi)容物用1 mL生理鹽水稀釋，將內(nèi)容物渦旋混合并以10 000 r/min離心5 min，收集上清液，以體積比9∶1加入25 g/100 mL的偏磷酸溶液。將混合物在4 ℃下培養(yǎng)過夜，然后以10 000 r/min離心5 min，取上清液測(cè)定。氣相色譜法定量分析SCFAs，采用DB-FFAP色譜毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.50 μm），具體設(shè)定為初始溫度80 ℃、0.5 min，以5 ℃/min的速率加熱至130 ℃，保持2 min，并以20 ℃/min的速率加熱至240 ℃，保持1 min。氫火焰離子化檢測(cè)器在270 ℃下檢測(cè)信號(hào)。以乙酸、丙酸、丁酸和異丁酸為標(biāo)準(zhǔn)品，內(nèi)標(biāo)物為2-乙基丁酸。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)品色譜圖中SCFAs濃度計(jì)算峰面積，以獲得每個(gè)SCFA的校準(zhǔn)圖。對(duì)校準(zhǔn)圖中的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行回歸分析，得出目標(biāo)SCFA的斜率、截距和決定系數(shù)。用等體積腸道內(nèi)容物上清液稀釋系列標(biāo)準(zhǔn)溶液制備的系列溶液測(cè)試腸道內(nèi)容物樣品的線性響應(yīng)。用相對(duì)響應(yīng)系數(shù)（relative response factor，RRF）對(duì)峰面積進(jìn)行定量。RRF計(jì)算如公式（3）所示。

式中：為1.0 mmol/L SCFAs的峰面積；為內(nèi)標(biāo)物的峰面積。

根據(jù)RRF、內(nèi)標(biāo)物濃度/（mmol/L）、SCFAs峰面積（）和內(nèi)標(biāo)物峰面積（）計(jì)算SCFAs濃度/（mmol/L），如公式（4）所示。

1.3.2.6 大鼠腸道菌群的測(cè)定

大鼠回腸、盲腸和結(jié)腸內(nèi)容物采集后立即置于液氮中，放在-80 ℃下保存待測(cè)。

細(xì)菌基因組的提取，聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（polymerase chain reaction，PCR）擴(kuò)增、定量和測(cè)序：用十六烷基三甲基溴化銨/十二烷基硫酸鈉法從回腸、盲腸和結(jié)腸內(nèi)容物中提取總基因組DNA。使用正向引物5’-CCTACGGGAGGAGAG-3’和反向引物5’-ATTACCGGCTGCTGG-3’從微生物基因組DNA中PCR擴(kuò)增16S rRNA的V3區(qū)。將含有熒光染料的加載緩沖液與PCR產(chǎn)物混合，并在2%瓊脂糖凝膠中進(jìn)行電泳檢測(cè)。選擇主譜帶在400～450 bp之間的樣品進(jìn)行進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。對(duì)不同樣品PCR之后的產(chǎn)物進(jìn)行等質(zhì)量濃度比混合，并用Gene JET Gel Extraction Kit試劑盒純化。利用NEB Next. Ultra試劑盒建立序列文庫(kù)，用Qubit2.0熒光定量?jī)x和Bioanalyzer 2100生物分析儀對(duì)RNA完整性及質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。文庫(kù)在Illumina MiSeq平臺(tái)上進(jìn)行測(cè)序，250 bp/300 bp配對(duì)末端讀數(shù)。

生物信息學(xué)分析：使用FLASH合并來自原始DNA片段的成對(duì)末端讀取，當(dāng)一些讀取與來自相同DNA片段的相反末端的讀取重疊時(shí)，F(xiàn)LASH被設(shè)計(jì)為合并成對(duì)末端讀?。恍蛄蟹治霾捎肣IIME1.8.0軟件包（http://qiime.Org）；采用Metastats軟件證實(shí)兩組個(gè)體分類豐度的差異；線性判別分析（linear discriminant analysis effect size，LEfSe）用于不同組內(nèi)生物標(biāo)志物的定量分析；基于Bray-Curtis相異距離矩陣進(jìn)行了方差分析確定兩組之間微生物群落的差異。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析和Tukey事后測(cè)試差異分析，＜0.05表示有顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)日糧常規(guī)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)的分析

谷物雜糧作為一個(gè)整體50%替代基礎(chǔ)日糧后形成的4 組實(shí)驗(yàn)日糧的常規(guī)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)見表2。4 組實(shí)驗(yàn)日糧的各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)均存在一定的差異，因此，在分析其對(duì)大鼠腸道菌群及各項(xiàng)生理指標(biāo)的影響時(shí)，應(yīng)將雜糧視作一個(gè)整體，而非僅關(guān)注某些成分。

表2 不同谷物日糧的營(yíng)養(yǎng)成分Table 2 Nutritional components of different diets

2.2 攝入不同谷物日糧對(duì)大鼠體質(zhì)量增加、采食量和食物利用率的影響

由表3可知，飼喂6 周后，4個(gè)谷物雜糧組大鼠的飼料采食量和體質(zhì)量增量都顯著高于BDG（＜0.05），但食物利用率間沒有顯著性差異，說明4個(gè)谷物雜糧組都能促進(jìn)大鼠采食。

表3 飼喂6 周后不同谷物日糧對(duì)大鼠體增質(zhì)量、采食量及食物利用率的影響Table 3 Effects of experimental diets on body mass gain, feed intake,and feed utilization efficiency of rats after six weeks of feeding

2.3 攝入不同谷物日糧對(duì)大鼠糞便含水率的影響

飼喂6 周后，不同實(shí)驗(yàn)組大鼠糞便的濕質(zhì)量、干質(zhì)量和含水率見表4。糞便含水量低可能引起便秘。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，4個(gè)雜糧組大鼠糞便的含水率均高于BDG，且OG和BG大鼠糞便的濕質(zhì)量、干質(zhì)量都顯著高于BDG（＜0.05）。在4種實(shí)驗(yàn)日糧中，OG和BG糞便含水率（24.64%和25.76%）是BDG（12.06%）大鼠糞便含水率的2 倍多。

表4 不同谷物日糧對(duì)大鼠糞便濕質(zhì)量、干質(zhì)量及糞便含水率的影響Table 4 Effects of experimental diets on wet and dry mass of feces and water content in feces

2.4 攝入不同谷物日糧對(duì)大鼠盲腸、結(jié)腸質(zhì)量和內(nèi)容物pH值的影響

從表5可見，含有內(nèi)容物的盲腸質(zhì)量幾乎是含有內(nèi)容物結(jié)腸質(zhì)量的2 倍，說明大鼠有非常發(fā)達(dá)的盲腸；去除內(nèi)容物后，OG和BG大鼠盲腸壁質(zhì)量顯著高于其他組（＜0.05），而結(jié)腸壁沒有觀察到類似的結(jié)果。結(jié)腸內(nèi)容物的pH值均低于盲腸內(nèi)容物的pH值，說明大鼠雖然有發(fā)達(dá)的盲腸，但是微生物發(fā)酵產(chǎn)生SCFAs的腸段主要在結(jié)腸而不是盲腸。此外，飼喂4種谷物大鼠盲腸和結(jié)腸內(nèi)容物的pH值均顯著低于BDG（＜0.05），且BG無論是盲腸還是結(jié)腸，其內(nèi)容物的pH值都最低，分別是6.21和6.01，說明甜蕎比起其他幾種谷物雜糧更有利于微生物發(fā)酵。

表5 不同谷物日糧對(duì)大鼠盲腸和結(jié)腸質(zhì)量及盲腸和結(jié)腸內(nèi)容物pH值的影響Table 5 Effects of experimental diets on cecum and colon mass and pH of cecum and colonic contents of rats

2.5 攝入不同谷物日糧對(duì)大鼠盲腸和結(jié)腸內(nèi)容物中SCFAs的影響

從表6可見，結(jié)腸內(nèi)容物的SCFAs含量遠(yuǎn)高于盲腸內(nèi)容物的SCFAs，這與表5中結(jié)腸的pH值低于盲腸的pH值結(jié)果是一致的，說明結(jié)腸是微生物發(fā)酵的主要腸段。4種谷物雜糧組大鼠盲腸內(nèi)容物總SCFAs濃度均顯著高于BDG（＜0.05），且BG和MG的SCFAs總量最高（37.89 μmol/g和36.95 μmol/g）幾乎都是BDG（14.99 μmol/g）的2.5 倍，同時(shí)，BG的SCFAs中以乙酸和丁酸為主，而其余3種谷物雜糧和BDG的SCFAs中以乙酸和丙酸為主。同時(shí)，4種谷物雜糧組大鼠結(jié)腸內(nèi)容物總SCFAs濃度均高于BDG，且BG和MG顯著高于BDG（＜0.05），BG的SCFAs總量最高（153.46 μmol/g），是BDG（46.15 μmol/g）的3.3 倍。

表6 不同谷物日糧對(duì)大鼠盲腸和結(jié)腸SCFAs含量的影響Table 6 Effects of experimental diets on SCFA levels in cecal and colonic contents of rats

在總SCFAs中，乙酸的含量最高，幾乎占總SCFAs 75%以上，有的組高達(dá)96%，乙酸是細(xì)菌向宿主提供能量的主要來源。其次是丙酸和丁酸，異丁酸含量最低。

2.6 攝入不同谷物日糧對(duì)大鼠回腸、盲腸和結(jié)腸內(nèi)容物中菌群在門和屬水平的影響

使用16S rRNA基因測(cè)序研究了4種谷類雜糧對(duì)回腸、盲腸和結(jié)腸消化道的影響。圖1顯示了在門水平上各組腸道微生物群組成的詳細(xì)信息。回腸中的優(yōu)勢(shì)菌門包括厚壁菌門（Firmicutes）、放線菌門（Actinobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）和變形菌門（Proteobacteria），在所有實(shí)驗(yàn)組中均無明顯差異（圖1A）。厚壁菌門占所有實(shí)驗(yàn)組細(xì)菌總序列的89%以上。在盲腸和結(jié)腸內(nèi)容物中，優(yōu)勢(shì)菌門為厚壁菌門（Firmicutes）、疣微菌門（Verrucomicrobia）、擬桿菌門（Bacteroidetes）和軟壁菌門（Tenericutes）（圖1B、C）。厚壁菌門也是盲腸和結(jié)腸中最豐富的門，其占細(xì)菌總序列的70%以上。盲腸內(nèi)容物中，BG的厚壁菌門相對(duì)豐度最高（83%），MG最低（69%）；疣狀菌門的相對(duì)豐度BDG最高（18%），PG最低（5%）；對(duì)于擬桿菌門，MG的相對(duì)豐度最高（12%），OG和BG較低（3%和4%）。結(jié)腸內(nèi)容物中，除MG（73%）外，所有實(shí)驗(yàn)組的厚壁菌門相對(duì)豐度均大于82%；疣微菌門的相對(duì)豐度，BDG最高（12%），BG最低（4%）；對(duì)于擬桿菌門，MG的相對(duì)豐度最高（15%），OG最低（5%）。

圖1 不同谷物日糧對(duì)大鼠回腸（A）、盲腸（B）和結(jié)腸（C）內(nèi)容物中門水平微生物群相對(duì)豐度的影響（n＝5）Fig. 1 Effects of experimental diets on relative abundance of microbiota at the phylum level in ileal (A), cecal (B), and colonic (C)contents of rats (n = 5)

大鼠飼喂6 周后，其回腸、盲腸和結(jié)腸內(nèi)容物中厚壁菌門與擬桿菌門的比值見表7，回腸內(nèi)容物厚壁菌門與擬桿菌門的比值高于盲腸和結(jié)腸?；啬c內(nèi)容物中，MG厚壁菌門與擬桿菌門的比值最高，為304.5，PG最低，為75.6，且除MG外，PG、OG和BG回腸內(nèi)容物厚壁菌門與擬桿菌門的比率分別比BDG低66.2%、47.7%和39.2%；盲腸內(nèi)容物中，4種谷物雜糧組厚壁菌門和擬桿菌門的比值均低于BDG；結(jié)腸內(nèi)容物中，OG厚壁菌門和擬桿菌門的比值最高，為20.8，BG最低，為11.4。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，BG大鼠回腸、盲腸和結(jié)腸內(nèi)容物厚壁菌門和擬桿菌門的比值分別比對(duì)照組低39.2%、38.8%和24.5%。

表7 不同谷物日糧對(duì)大鼠回腸、盲腸、結(jié)腸內(nèi)容物厚壁菌門和擬桿菌門比值的影響Table 7 Effects of experimental diets on the ratio of Firmicutes to Bacteroidetes in ileum, cecal, and colonic contents of rats

人體實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，肥胖個(gè)體中厚壁菌門和擬桿菌門比例較高，在能量限制的條件下，體質(zhì)量減輕與厚壁菌門和擬桿菌門比例降低有關(guān)。有研究顯示在肥胖模型中，厚壁菌門和擬桿菌門的比例可能與腸道微生物的代謝潛力相關(guān)，可能增加微生物從膳食中獲取能量的能力，擬桿菌門豐度增加或厚壁菌門豐度降低都有利于控制肥胖。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在回腸和盲腸內(nèi)容物中PG厚壁菌門和擬桿菌門的比例最低，結(jié)腸內(nèi)容物中BG厚壁菌門和擬桿菌門的比值最低，可見全谷物可以調(diào)節(jié)腸道菌群的組成，腸道菌群的組成與體質(zhì)量的控制有重要聯(lián)系。說明甜蕎和糜米有通過調(diào)節(jié)腸道微生物菌群的結(jié)構(gòu)從而改善腸道健康的潛力。

大鼠飼喂6 周后，其回腸、盲腸和結(jié)腸內(nèi)容物菌群在屬水平上的相對(duì)豐度比較如圖2所示?；啬c中豐度最高的3個(gè)菌屬依次是、和（圖2A）。相對(duì)豐度以O(shè)G最高（40%），BDG最低（10%）。相對(duì)豐度以PG最高（12%）；盲腸中相對(duì)豐度較高的菌屬依次是、、和（圖2B）。其中，相對(duì)豐度最高的是BDG（14%），最低的是PG（5%）。對(duì)于，PG相對(duì)豐度最高（13%），OG和BG相對(duì)豐度較低（均小于5%）。對(duì)于，OG相對(duì)豐度最高（4%）；結(jié)腸中相對(duì)豐度較高的菌屬依次是、、和（圖2C）。在PG中相對(duì)豐度最高（37%），其次為BG（20%），BDG相對(duì)豐度最低（5%）。在BG中相對(duì)豐度最低（5%）。在BG中相對(duì)豐度較高（4%）。

圖2 不同谷物日糧對(duì)大鼠回腸（A）、盲腸（B）和結(jié)腸（C）內(nèi)容物中屬水平微生物群相對(duì)豐度的影響（n＝5）Fig. 2 Effects of experimental diets on relative abundance of microbiota at the genus level in ileal (A), cecal (B), and colonic (C)contents of rats (n = 5)

3 討 論

當(dāng)前，我國(guó)居民膳食中主食攝入的問題主要集中在以下3個(gè)方面：一是主食攝入過精過細(xì)，全谷物攝入不足；二是主食攝入結(jié)構(gòu)單一，主要攝入大米和小麥粉，雜糧雜豆和薯類的攝入不足；三是口糧攝入總量不足。結(jié)構(gòu)單一且精細(xì)加工的谷物過量攝入會(huì)增加各種慢性疾病的患病風(fēng)險(xiǎn)，如肥胖、2型糖尿病、腸癌等。近年的大量研究表明，全谷物和雜糧的攝入對(duì)營(yíng)養(yǎng)相關(guān)慢性疾病的預(yù)防有積極的作用，但是大部分研究集中于全谷物或雜糧的某一成分的研究。本研究將谷物雜糧作為一個(gè)整體替代50%的日糧，探究其對(duì)大鼠消化道菌群和SCFAs含量的影響。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，4種雜糧組大鼠糞便的含水率均高于BDG，且BG和OG大鼠糞便含水率均是BDG的2 倍。便秘是當(dāng)今社會(huì)人群面對(duì)的頑疾之一，增加糞便的含水量可有效減輕便秘的癥狀。由表2可知，4種谷物雜糧富含不消化碳水化合物，如抗性淀粉、非淀粉多糖、阿拉伯木聚糖等，這些碳水化合物可逃避小腸消化，到達(dá)盲腸和結(jié)腸發(fā)酵，調(diào)節(jié)腸道微生物結(jié)構(gòu)和組成。同時(shí)，SCFAs能降低消化道pH值。從表6可見，4種雜糧組大鼠盲腸和結(jié)腸的SCFAs都顯著高于BDG（＜0.05），其中BG的SCFAs最高，是BDG的3.3 倍；同時(shí)，4種雜糧組大鼠盲腸和結(jié)腸的pH值也均顯著低于BDG（＜0.05），同樣的BG的pH值在盲腸和結(jié)腸中也都是最低的，這與王勇等的研究結(jié)果略有不同，其研究中燕麥組SCFAs總量高于甜蕎組，可能的原因之一是，本實(shí)驗(yàn)采用的是甜蕎，而王勇等研究原料采用的是苦蕎，且本實(shí)驗(yàn)甜蕎的替代比例是50%，而王勇等的實(shí)驗(yàn)苦蕎的替代比例是20%。一項(xiàng)對(duì)谷物蛋白質(zhì)評(píng)價(jià)的研究也發(fā)現(xiàn)，甜蕎的蛋白品質(zhì)評(píng)分高于燕麥，且三者的評(píng)分順序是甜蕎＞苦蕎＞燕麥。同時(shí)，以往的研究表明，SCFAs可調(diào)節(jié)宿主的生物反應(yīng)，包括腸道完整性、脂質(zhì)代謝和免疫系統(tǒng)。丁酸鹽是結(jié)腸上皮細(xì)胞的主要能量來源，可降低腸道黏膜通透性，促進(jìn)腸道屏障恢復(fù)，預(yù)防或降低結(jié)腸癌的發(fā)病率，丙酸對(duì)代謝健康有積極作用，如降低血清膽固醇含量。本研究表明，BG盲腸和結(jié)腸消化道中的SCFAs總含量最高，可見甜蕎調(diào)節(jié)腸道健康作用非常顯著。

研究表明，當(dāng)抗性淀粉和非淀粉多糖存在于谷物基質(zhì)中時(shí)，通常與人類腸道微生物群產(chǎn)生的高產(chǎn)量SCFAs有關(guān)。在結(jié)腸中形成的SCFAs數(shù)量和類型可受微生物群組成、膳食纖維利用率及其理化性質(zhì)等的影響。乳酸桿菌（）主要產(chǎn)生乳酸，糞桿菌（）主要產(chǎn)生丁酸和乙酸，阿克曼氏菌（）主要產(chǎn)生丙酸。雖然抗性淀粉主要作用于盲腸，但在結(jié)腸中存在抗性淀粉的情況下，微生物群對(duì)非淀粉多糖的利用率較低。由表2可知，BG的抗性淀粉含量最高，這可能是BG盲腸和結(jié)腸SCFAs最高的原因之一；OG腸道中的高SCFAs含量可能與豐富的膳食纖維、非淀粉多糖和阿拉伯木聚糖有關(guān)。

腸道微生物通過發(fā)酵產(chǎn)生SCFAs，進(jìn)而調(diào)節(jié)機(jī)體的能量代謝、免疫和腸道發(fā)育等。由于沒有任何一屬細(xì)菌能水解所有的營(yíng)養(yǎng)底物，且沒有任何一屬細(xì)菌發(fā)酵碳水化合物都能產(chǎn)生乙酸、丙酸和丁酸這3種SCFAs,腸道的SCFAs類型和分布反映了不同微生物類型的代謝協(xié)作。肥胖人群中厚壁菌門與擬桿菌門的比例相對(duì)高于健康人群?？剐缘矸墼黾恿巳梭w中放線桿菌和擬桿菌的數(shù)量，減少了厚壁菌的數(shù)量。本研究發(fā)現(xiàn)，大鼠回腸、盲腸和結(jié)腸內(nèi)容物中均以厚壁菌門為主，盲腸內(nèi)容物中，4種雜糧組厚壁菌門和擬桿菌門的比值均低于BDG，PG回腸和盲腸消化道中厚壁菌門與擬桿菌門的比值最低，BG結(jié)腸消化道壁厚壁菌門與擬桿菌門的比值最低，且BG大鼠回腸、盲腸和結(jié)腸內(nèi)容物厚壁菌門和擬桿菌門的比值分別比BDG低39.2%、38.8%和24.5%，說明4種雜糧均有利于大鼠盲腸和結(jié)腸中擬桿菌門的增殖，且甜蕎和糜米的這一作用表現(xiàn)突出。在本研究中，在攝食甜蕎和糜米飲食的大鼠中觀察到厚壁菌門和擬桿菌門比值下降，這一發(fā)現(xiàn)與Parnell等關(guān)于益生元的研究結(jié)果一致。甜蕎組飲食中含有最高的抗性淀粉，這可能部分導(dǎo)致結(jié)腸消化道中的厚壁菌門和擬桿菌門比值最低的結(jié)果。

4 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)研究了分別以甜蕎、燕麥、糜米、谷米替代50%大鼠基礎(chǔ)日糧，飼喂6 周后，大鼠腸道菌群變化和SCFAs的影響。主要實(shí)驗(yàn)結(jié)論如下：1）4種谷物雜糧都可以增加大鼠糞便的含水率，BG和OG大鼠糞便含水率是BDG的2 倍，說明甜蕎和燕麥有改善便秘的的潛力；2）4種谷物雜糧都顯著增加了大鼠盲腸和結(jié)腸SCFAs的含量（＜0.05），同時(shí)相應(yīng)地降低了盲腸和結(jié)腸的pH值，且BG的SCFAs含量最高，是BDG的3.3 倍，說明甜蕎有明顯調(diào)節(jié)腸道健康的潛力；3）大鼠回腸、盲腸和結(jié)腸內(nèi)容物中以厚壁菌門為主。PG回腸和盲腸消化道中厚壁菌門與擬桿菌門的比值最低，BG結(jié)腸消化道壁厚壁菌門與擬桿菌門的比值最低，說明甜蕎和糜米有通過調(diào)節(jié)腸道菌群開發(fā)成為減肥食品的潛力。綜上，谷物雜糧對(duì)大鼠腸道內(nèi)容物的pH值、SCFAs含量和菌群組成都有重要的調(diào)節(jié)作用，且甜蕎調(diào)節(jié)作用尤其顯著，在日常膳食中應(yīng)保證適量谷物雜糧的攝入。