《Bioactive Carbohydrates and Dietary Fibre》：Impact of a Fermented Quinoa-Lentil Bread on Gut Microbiota: An
In Vitro Dynamic Colonic Fermentation Study with Two Opposing Enterotypes
编辑推荐：
本研究针对老年人群肠道菌群失调及代谢功能下降的问题，通过SHIME?系统模拟两种对立肠型（Bacteroidota/Firmicutes比例相反）的结肠环境，评估每日摄入35g发酵藜麦-扁豆面包原型对微生物组成和代谢产物的影响。结果显示干预期间短链脂肪酸(SCFA)和乳酸浓度显著升高（如丁酸(BA)在远端结肠达14.0±0.4 mM），有害菌Lachnoclostridium减少而有益菌Akkermansia和Parabacteroides增加，且铵盐浓度降低。研究表明发酵植物基食品可通过肠型特异性方式调节肠道微环境，为老年营养干预提供新策略。
随着全球人口老龄化加剧，老年健康问题日益凸显。肠道菌群作为人体"第二基因组"，其失衡与多种年龄相关疾病密切相关。老年人由于饮食单一化、消化功能减退，更易出现菌群多样性下降、有害菌增多等问题，进而引发慢性炎症、肌肉衰减甚至认知障碍。然而，当前针对老年群体的功能性食品研发仍面临挑战：如何通过膳食干预精准调节特定肠型个体的肠道微生态？
在此背景下，西班牙瓦伦西亚理工大学的研究团队将目光投向传统谷物与豆类的创新组合。藜麦和扁豆富含蛋白质与膳食纤维，经固态发酵处理后，其营养素生物利用度显著提升。但这类复合食品基质对复杂肠道环境的影响尚不明确。为此，研究团队在《Bioactive Carbohydrates and Dietary Fibre》发表论文，采用领先的体外模拟系统SHIME?，首次针对两种典型老年肠型开展动态发酵研究，揭示发酵谷物面包对菌群代谢的调控机制。
研究关键技术包括：1）基于老年人生理参数优化体外胃肠消化模型；2）使用双舱室SHIME?系统（近端结肠PC与远端结肠DC）模拟两种肠型（生态系统1：Bacteroidota主导型；生态系统2：Firmicutes主导型）的结肠环境，菌群接种源自60-75岁女性捐赠者粪便；3）通过16S rRNA测序追踪菌群动态变化；4）采用气相色谱(GC-FID)定量短链脂肪酸(SCFA)，酶法检测乳酸和铵盐浓度。
3.1. 受试者特征
两位女性捐赠者（66岁/64岁）具有截然不同的饮食模式与基线菌群结构。捐赠者1遵循均衡饮食（纤维摄入35.8g/天），菌群以Bacteroidota（71.5%）为主；捐赠者2采用高脂低碳水化合物饮食（纤维23.6g/天），Firmicutes丰度达87.0%。这种差异为研究肠型特异性响应提供了理想模型。
3.2. 补充期间结肠菌群调控动力学
3.2.1. 菌群多样性
Beta多样性分析显示，干预期间两种生态系统的菌群结构均发生显著改变，其中生态系统2（Firmicutes主导型）变化幅度更大，表明初始肠型影响干预响应强度。
3.2.2. 门水平分类组成
在生态系统1的PC区，Firmicutes在干预期间从50%升至70%，干预停止后恢复；DC区则出现Bacteroidota从31.8%增至59.0%，Verrucomicrobiota同步上升。生态系统2中Proteobacteria在干预后显著增加，可能与面包中发酵提升的蛋白质生物可利用度有关。这些变化印证了结肠不同区段的底物偏好：PC以糖酵解为主，DC更依赖蛋白降解。
3.2.3. 属水平分类组成
关键有益菌属呈现肠型特异性增长：生态系统1的DC区中，Akkermansia从7.5%升至13.8%，Parabacteroides从2.1%增至7.0%；两个生态系统的Lachnoclostridium（与炎症、肥胖相关）均显著下降。值得注意的是，Klebsiella在干预期间增长，可能与藜麦中寡糖促发酵特性有关。
3.3. 补充期间代谢物产生动力学
尽管菌群组成变化有限，代谢活性提升显著：两个生态系统在干预期间总SCFA浓度均提高约1.5-2倍，其中丁酸(BA)成为主要SCFA（而非常见的乙酸(AA)）。生态系统1的DC区丙酸(PA)峰值达14.8±0.7 mM，BA浓度升至14.0±0.4 mM。乳酸在PC区增幅尤为显著（生态系统1：14mM→328mM），而铵盐在生态系统1的PC区下降57%（36.3mM→15.6mM），提示蛋白质发酵副产物减少。
3.4. 代谢物产生与菌群组成的关联
相关性分析揭示菌群功能冗余现象：在DC区，Bacteroidota与多数SCFA正相关，而Firmicutes负相关；PC区则相反。Akkermansia与铵盐负相关（生态系统2：r=-0.781），Lachnoclostridium与SCFA显著负相关。这些关联凸显了结肠区域pH与底物可用性对菌群代谢功能的塑造作用。
本研究通过创新性地整合食品加工技术与体外模拟系统，证实发酵藜麦-扁豆面包能有效促进有益代谢物（如丁酸(BA)）生成，抑制有害菌增殖，且作用效果受初始肠型调控。特别值得注意的是，代谢改善先于菌群组成变化的现象，提示未来老年营养干预应更关注功能输出而非单纯物种丰度。尽管SHIME?系统缺乏结肠吸收单元可能高估SCFA累积量，但研究为个性化老年食品开发提供了关键 preclinical 证据。下一步需通过临床试验验证这种发酵谷物原型食品在真实老年群体中的长期效益，尤其是其对肌肉维持与炎症抑制的潜在作用。
