《Food Chemistry: X》：Structural characteristics of
Ficus carica L. dietary fibers and their in vitro fermentation properties in modulating gut microbiota and metabolites
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本研究针对无花果膳食纤维(FDFs)构效关系不明确的问题，系统解析了可溶性(FSDF)、不溶性(FIDF)和总膳食纤维(FTDF)的结构差异及其体外发酵特性。研究发现不同组分通过特异性调控Parasutterella、Megamonas等菌群，差异性地影响短链脂肪酸(SCFAs)和色氨酸代谢等通路，揭示了FDFs组分间协同/拮抗作用的微生物学基础，为精准化膳食纤维产品开发提供理论依据。
在现代营养学中，膳食纤维被誉为"第七大营养素"，其与肠道微生物的相互作用已成为健康研究的热点。无花果作为药食同源的水果，富含多种生物活性成分，但其膳食纤维的系统研究尚属空白。特别是可溶性膳食纤维(SDF)、不溶性膳食纤维(IDF)和总膳食纤维(TDF)这三种组分在结构和功能上的差异，以及它们如何通过调节肠道菌群影响宿主健康，这些关键科学问题亟待解答。
为了揭示无花果膳食纤维的奥秘，新疆大学的研究团队开展了一项创新性研究。他们采用复合酶法从无花果中提取出三种膳食纤维组分：可溶性无花果膳食纤维(FSDF)、不溶性无花果膳食纤维(FIDF)和总无花果膳食纤维(FTDF)，并通过体外发酵实验系统探讨了它们对肠道微生物群落及其代谢产物的调控作用。
研究团队运用了多项先进技术方法：通过高效阴离子交换色谱(HPAEC)分析单糖组成，利用原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(SEM)观察微观结构，采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表征分子结构，并测定了持水力和持油力等理化性质。体外发酵实验使用三名健康志愿者(20-22岁)提供的粪便样本制备接种物，通过气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析短链脂肪酸(SCFAs)，利用16S rRNA测序研究肠道菌群组成，并采用非靶向代谢组学分析代谢物变化。
3.1. 结构表征和理化性质
研究发现三种FDFs具有显著不同的单糖组成特征。FSDF主要由葡萄糖(Glc, 38.96%)、半乳糖醛酸(GalA, 24.82%)和阿拉伯糖(Ara, 15.54%)组成，表现出类似果胶的结构特性。FIDF则以葡萄糖(56.49%)、木糖(Xyl, 11.53%)为主，FTDF的单糖组成与FIDF更为相似。微观结构显示三种FDFs均呈现不规则片层结构和明显的蜂窝状网络构型，其中FIDF和FTDF的蜂窝状结构更为明显。FTDF的持水力显著高于FIDF和FSDF，而FIDF和FTDF的持油力明显高于FSDF。
3.2. FDFs对pH和SCFAs的调节作用
体外发酵24小时后，FSDF、FIDF和FTDF组的pH值均低于空白组(BLK)，其中FSDF组的pH下降最为显著。在短链脂肪酸产生方面，FSDF和FIDF能持续促进乙酸产生，而FTDF对乙酸的调节作用不明显。值得注意的是，FTDF组的丁酸含量在发酵24小时后仍显著高于BLK组。FSDF特别显著提高了戊酸浓度，而FIDF显著降低了异戊酸水平。总SCFAs含量在FSDF组中增加最为明显。
3.3. FDFs对肠道微生物组成的影响
FDFs处理增加了肠道微生物群落的多样性，提高了Bacteroidetes的相对丰度，降低了Fusobacteriota和Proteobacteria的丰度。在属水平上，FSDF显著提高了Collinsella、Dialister和Parasutterella的相对丰度；FIDF显著增加了Megamonas和Parasutterella；FTDF则显著富集了Parabacteroides、Parasutterella和Bifidobacterium。LEfSe分析发现FTDF处理组中能够产生乙酸的有益菌Bifidobacterium显著富集。
3.4. 肠道微生物代谢产物的变化
非靶向代谢组学鉴定出6467种代谢物，PLS-DA分析显示FDFs组与BLK组存在明显的代谢谱差异。FSDF上调的差异代谢物主要包括氨基酸及其代谢物，FIDF调控的代谢物涉及胆汁酸等，FTDF则影响了氨基酸代谢和甘油酯代谢等通路。KEGG分析表明FSDF主要富集于氨基酰-tRNA生物合成和色氨酸代谢通路，FIDF影响氨基酸代谢，FTDF则调控甘油酯代谢和碳代谢。
3.5. 单糖组成、肠道微生物和代谢物的相关性分析
相关性分析揭示了FDFs单糖组成与肠道菌群、代谢物之间的密切关系。FSDF中的GalA和Ara与Collinsella、Parasutterella呈正相关，与Fusobacterium负相关。Parasutterella与戊酸呈强正相关，这可能是FSDF特异性提高戊酸的原因。FIDF中的Xyl与Megamonas呈正相关，而Megamonas与乙酸正相关，与异戊酸负相关。值得注意的是，虽然FSDF和FIDF都通过调节Fusobacterium来影响乙酸水平，但FTDF对这种调控表现出非叠加效应，提示不同组分间存在协同或拮抗作用。
本研究系统阐明了无花果膳食纤维的结构特性及其通过调节肠道菌群和代谢物发挥健康作用的分子机制。研究发现不同FDFs组分具有特异性的调控作用：FSDF通过富含GalA和Ara的果胶样结构靶向调节Parasutterella等菌群，影响戊酸代谢；FIDF通过Xyl靶向Megamonas，调节乙酸和异戊酸水平；而FTDF作为混合物并未表现出组分的叠加效应，揭示了膳食纤维组分间复杂的相互作用关系。这些发现为开发针对性的功能性食品提供了重要的理论基础，也为深入研究膳食纤维与肠道微生物的互作机制开辟了新方向。论文发表于《Food Chemistry: X》，为膳食纤维的精准营养应用提供了科学依据。
