《Food Research International》：Elucidating targeted prebiotic mechanisms of
Huangshui polysaccharides: An integrated approach combining in vitro fecal fermentation with pure culture models
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黄水多糖（HTY40/HTY60/HTY80）通过体外粪便发酵和纯培养模型评估其预生物活性，发现HTY80显著提升双歧杆菌丰度及乙酸、丁酸等短链脂肪酸产量，并产生抗氧化物(E)-zeatin glucoside和抗炎代谢物indoline。HTY40促进拟杆菌丰度及脂质代谢物合成，HTY60富集乳酸杆菌相关代谢。结构分析表明分子量、单糖组成（如甘露糖、木糖）、尿onic酸及蛋白-酚共轭物是活性关键，而非总糖含量。该研究为精准设计功能性多糖提供了理论依据。
吴子彦|赵新奇|吴继红|黄明权|孙颖|刘梦瑶|叶星倩|孙宝国
浙江大学生物系统工程与食品科学学院，中国杭州310058
摘要
本研究结合体外粪便发酵和纯培养模型，评估了三种新型黄水多糖（HTY40、HTY60、HTY80）的益生元潜力。所有组分均能有益地调节肠道微生物群，其中HTY80的效果优于果寡糖（FOS）。具体而言，HTY80能够富集双歧杆菌，增加乙酸、丁酸以及抗氧化物质E-植酸葡萄糖苷和抗炎化合物吲哚等有益代谢物。HTY40则促进拟杆菌的生长，并增加缬草酸以及三硝基芥子酸和灵芝酸等调节脂质的代谢物。HTY60主要与拟杆菌属细菌相关，产生丙酸及类似的有益代谢物。这些功能差异主要由分子量、尿酸、单糖含量和蛋白质-酚类结合物决定，而非总糖含量。此外，HTY80最显著地增强了关键有益菌（如粘液素拟杆菌和微小阿克曼氏菌）的生长和代谢活性。研究结果证实HTY80是一种高效的精准益生元，并阐明了黄水多糖在肠道健康应用中的作用机制。
引言
人类肠道微生物群对宿主健康至关重要，其失衡与多种代谢和炎症性疾病相关。特定微生物群的变化是某些疾病的特征。例如，肥胖症表现为厚壁菌门/拟杆菌门比例升高（Du等人，2025年），而2型糖尿病则与双歧杆菌和粘液素拟杆菌等有益菌的减少有关（Chen等人，2018年）。这些观察结果强调了微生物生态与宿主病理生理之间的关键联系。
饮食干预是调节肠道微生物群组成和功能的主要策略（Sinha等人，2024年）。益生元被定义为能带来健康益处的选择性发酵底物，因其促进宿主健康的能力而受到广泛关注（Gibson等人，2017年）。天然多糖因其结构多样性和消化抗性而成为有前景的益生元。它们的益处主要通过选择性刺激有益肠道细菌并促进生物活性代谢物（尤其是短链脂肪酸SCFAs，如乙酸、丙酸、丁酸和缬草酸）的产生来实现（Zhao等人，2025年）。这些SCFAs被认为能维持肠道屏障完整性、调节免疫功能并通过受体相互作用和表观遗传调控抑制炎症（Mukhopadhya & Louis，2025年）。因此，天然多糖在通过调节微生物群和增强SCFAs产生来实现靶向治疗方面具有巨大潜力。
多糖益生元活性的评估通常依赖于两种互补模型。单培养系统使用经典益生菌（如乳酸菌和双歧杆菌），可以精确研究生长动力学和底物利用情况（Kansandee等人，2024年；Liang等人，2024年；Qu等人，2025年）。然而，该模型无法捕捉肠道生态系统的复杂性，常忽略新兴的下一代益生菌（NGPs），如粘液素拟杆菌、微小克里斯滕森菌和均匀拟杆菌（Liu等人，2024年；Zhang等人，2025年；Zhang等人，2025年）。相比之下，体外粪便发酵模型模拟了结肠环境，可通过16S rRNA测序和非靶向代谢组学全面分析微生物群动态和代谢产物（Park等人，2025年）。该模型的主要局限性在于无法区分直接的细菌刺激和间接的交叉喂养，从而限制了对机制的深入理解。
黄水（HS）是中国固态白酒发酵的副产品，含有多种结构多样的多糖，具有抗氧化和抗炎等生物活性（Huo等人，2022年）。先前的研究已证明其益生元潜力。Yang等人（2023年）分离出一种酸性黄水多糖，可促进乳酸菌生长；Li等人（2024年）对不同分子量的黄水多糖进行分级，发现所有组分均能富集拟杆菌等有益菌，且SCFAs的产生与分子量呈负相关。Pei等人（2024年）进一步发现，粗黄水多糖比纯化组分能引发更广泛的微生物变化并产生更多SCFAs，表明共提取化合物具有协同效应。尽管有这些发现，但对黄水多糖结构-活性关系的明确机制理解仍有限。
本研究建立了一个综合分析框架，阐明了三种新型黄水多糖的益生元机制。这些多糖根据来源地被命名为JN-cHSPs（HTY40、HTY60、HTY80），通过乙醇梯度沉淀法分离并进行了系统表征。其益生元活性通过体外粪便发酵和纯益生菌培养进行评估，同时监测关键发酵参数以追踪底物利用和微生物代谢。JN-cHSPs与微生物群的相互作用通过16S rRNA测序分析，微生物代谢功能通过SCFAs定量和非靶向代谢组学评估。通过结合结构特征与多组学和发酵动力学数据，确定了驱动益生元效应的关键结构基序。这些发现为JN-cHSPs的益生元功能提供了多维度视角，并为功能性多糖的精准设计提供了理论基础。
材料与化学试剂
黄水（HS）样本来自中国山东省济宁市的一家白酒厂。以下菌株从中国广东省微生物菌种保藏中心获得：罗伊氏乳杆菌（ATCC 23272）、嗜酸乳杆菌（ATCC 4356）、短双歧杆菌（ATCC 15700）、均匀拟杆菌（ATCC 8492）、粘液素拟杆菌（ATCC BAA-835）和克里斯滕森菌
JN-cHSPs的产率和结构特征
如表1所示，提取产率与乙醇浓度呈显著正相关，HTY60和HTY80的产率（分别为3.38 mg/mL和2.24 mg/mL HS）远高于HTY40（0.42 mg/mL HS）。多糖的益生元活性由其结构特征决定，包括化学组成、分子量和单糖谱，这些因素共同影响其消化抗性
结论
本研究系统揭示了从黄水中分离出的三种新型多糖（HTY40、HTY60、HTY80）独特的结构-活性关系。它们的益生元效果并非由总糖含量决定，而是由特定结构特征决定，包括分子量、单糖组成、尿酸和蛋白质-酚类结合物。
CRediT作者贡献声明
吴子彦：撰写——初稿撰写、研究、数据管理、概念构思。
赵新奇：验证、方法学设计、研究。
吴继红：撰写——审稿与编辑、监督、概念构思。
黄明权：资源获取、方法学设计、数据分析。
孙颖：撰写——审稿与编辑、概念构思。
刘梦瑶：验证、研究、数据管理。
叶星倩：撰写——审稿与编辑、监督、资源协调。
孙宝国：撰写——审稿与编辑、监督。资金来源
本研究得到了中国国家重点研发计划（2022YFD2101205）和中国国家自然科学基金（32572739）的支持。未引用的参考文献
Liu等人，2023
Wang等人，2004
Xu等人，2014
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
