日本海带多糖（Laminaria japonica polysaccharide）与鼠李糖乳杆菌GG（Lactobacillus rhamnosus GG）促进乙酸合成之间的构效关系

《Food Research International》：Structure-activity relationship of Laminaria japonica polysaccharide in promoting acetic acid synthesis by Lactobacillus rhamnosus GG

蒸汽爆破预处理提升海带多糖产酸活性及结构特征研究，揭示其促进产醋酸乳杆菌增殖的机制，并建立微流控动态模型验证效果，为功能性食品开发提供理论依据。

　　

吴家斌|林雅晴|黄航宇|王琳|张毅|王进|潘雷

福建农林大学食品科学学院，中国福建省福州市350002

摘要

本研究的目的是探讨海带多糖（Laminaria japonica polysaccharide）在促进Lactobacillus rhamnosus GG（LGG）产生醋酸过程中的结构-活性关系。本研究使用蒸汽爆破法制备的海带多糖（LJPS）是一种杂多糖，分子量为9.56×10⁵ Da，主要由49.98%的甘露糖醛酸、24.01%的岩藻糖、8.64%的葡萄糖醛酸、5.58%的半乳糖和3.57%的甘露糖组成。蒸汽爆破处理后，岩藻糖醛酸的甲基化含量增加到72.48%，且LJPS主要由→4)-β-D-ManA-(1→糖苷键构成。实验结果表明，LJPS能够促进LGG的增殖并增加醋酸的产生；在发酵过程中，LJPS的分子量降至3.26×10⁵ Da。有趣的是，经过24小时发酵后，LJPS组的醋酸产量比海带多糖组提高了1.19倍。最后，我们开发了一个三通道微流控模型来动态评估LJPS对LGG增殖的影响。总之，本研究全面分析了LJPS的结构和益生元活性，为功能性食品材料及环保食品预处理技术提供了理论基础。

引言

益生菌被定义为在体内适量使用时能够为宿主带来健康益处的活微生物（Mafe等，2025年）。近几十年来，益生菌在食品保鲜、功能性食品开发及健康保护方面的应用受到了广泛关注，尤其是Lactobacillus、Lactococcus、Bifidobacterium和Bacillus等菌属（Lu等，2025年；Machado Vasconcelos等，2021年；Zhao等，2021年）。研究表明，益生菌产生的短链脂肪酸（SCFAs）对维持肠道微生态平衡至关重要，包括乳酸、醋酸、丙酸和丁酸（Bell等，2022年；Nogal等，2021年）。例如，有益健康的益生菌Clostridium butyricum Prazmowski能够稳定产生丁酸，并缓解小鼠模型中的DSS诱导性结肠炎（Wu等，2022年）。此外，Lactobacillus gasseri FWJL-4通过产生醋酸也能缓解坏死性小肠结肠炎（Pan等，2024年）。

多糖具有潜在的益生元作用，可为益生菌提供关键能量来源，并促进其产生SCFAs（Chen等，2019年；Shimizu等，2025年）。先前有研究显示，Tetrastma hemsleyanum多糖能够调节肠道微生物群代谢并恢复SCFAs水平（Lin等，2023年）。Ye等发现Flammulina velutipes多糖在体外发酵过程中被肠道微生物群分解生成SCFAs（Ye等，2024年）。海带多糖（LJP）是从广泛分布于全球海岸线的海带Laminaria japonica中提取的海洋多糖（Bennion等，2019年）。传统上，L. japonica被视为“长寿食品”，在中国既可作为食物也可作为药材使用（Li等，2022年；Luan等，2021年）。近年来，海带多糖被认为具有抗氧化、抗病毒和降脂等生物活性（Deng等，2025年；Fang等，2022年；Li等，2022年）。然而，食品来源多糖的高成本和低提取率限制了其在食品工业中的大规模生产和应用。因此，开发一种新型高效的提取方法至关重要。

蒸汽爆破（SE）是一种从植物中提取生物活性成分的有效技术（Li等，2024年）。近年来，该技术被越来越多地应用于从食品材料中提取活性成分，尤其是那些难以用传统方法提取的成分，如多糖。Wang等发现，蒸汽爆破处理可促进树莓叶中酚类化合物的释放，1.0 MPa、60秒的处理条件下总酚含量比对照组高出22.76%（Wang等，2024年）。我们的先前研究还表明，通过蒸汽爆破预处理获得的Dictyophora indusiata多糖产量是传统水提取方法的2.46倍（Zhang等，2024年）。此外，蒸汽爆破处理会破坏并重组原料中的木质素结构，从而使多糖结构变得更疏松，活性位点暴露出来，从而提高其生物活性和生物利用度（Ge等，2024年）。然而，蒸汽爆破多糖对益生菌增殖和酸产生的结构-活性关系尚不明确。

在本研究中，通过蒸汽爆破处理获得了海带多糖（LJPS），其产量显著提高。随后利用液相色谱、傅里叶变换红外光谱、核磁共振和甲基化分析等技术对其结构特征进行了研究。同时，还探讨了LJPS在体外发酵过程中对Lactobacillus rhamnosus GG增殖和SCFAs产生的调控作用。最后，开发了一个微流控模型以实现LGG的动态培养。

部分内容摘要

海带多糖的制备

海带从当地超市（中国福州）购买，并使用蒸汽爆破实验装置（QBS-200，Tsing-Gentle Eco-Technology Corporation，中国）进行预处理以提取海带多糖（LJPS）。蒸汽爆破操作按照我们之前的方法进行（Lin等，2025年）。随后，LJPS通过有机膜分离实验机（BONA-GM-18，Shandong Bona）进行纯化。

LJPS的分子量和单糖组成

使用UV–Vis分光光度计检测了核酸（260 nm）和蛋白质（280 nm）的特征吸收峰。结果表明，LJPS中未检测到核酸和蛋白质的吸收峰（图1a），说明LJPS中不含这两种成分（图1b）。LJPS的分子量为9.56×10⁵ Da，其单糖组成包括24.01%的岩藻糖、0.42%的鼠李糖、5.58%的半乳糖等。

结论

本研究探讨了蒸汽爆破处理后的海带多糖（LJPS）的结构特征和益生元活性。LJPS被证实是一种杂多糖，主要由甘露糖醛酸、岩藻糖和葡萄糖醛酸组成，其重复单元为→4)-β-D-ManA-(1→。LJPS能够促进Lactobacillus rhamnosus GG的增殖并增加醋酸的产生，同时降低pH值。

作者贡献声明

吴家斌：撰写初稿、数据可视化、实验设计、数据分析。林雅晴：撰写、审稿与编辑、实验设计。黄航宇：撰写、审稿与编辑、实验设计。王琳：撰写、审稿与编辑、实验设计。张毅：指导、资源协调、资金申请。王进：撰写、审稿与编辑、指导。潘雷：撰写、审稿与编辑、指导、资源协调、方法学设计、实验设计、资金申请。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了福建省自然科学基金（项目编号2023 J01465）和国家海洋食品加工与安全控制重点实验室开放基金（项目编号SKL202509）的支持。同时，我们衷心感谢福建农林大学机械与电气工程学院的Rui You在微流控实验方面提供的帮助。