用于输送短链脂肪酸的酯化抗性糊精：特性、释放过程及其对微生物群的影响

《Food Bioscience》：Esterified Resistant Dextrin for Delivery of Short-Chain Fatty Acids: Characterization, Release, and Microbiota Impact

短链脂肪酸（SCFAs）作为肠道微生物代谢产物对宿主健康至关重要，但其口服生物利用度低。本研究通过酯化反应将SCFAs与抗性糊精（RD）结合，形成结肠靶向递送系统（ERD）。实验证实ERD在模拟胃和小肠环境中保持稳定，而在结肠发酵时可高效释放SCFAs，显著提升产酸菌群丰度（如Bacteroidota、Firmicutes）及代谢通路活性。该材料为精准功能性食品开发提供了新策略。

　　

谢亚辉|赵新珠|刘桂梅|陶海腾|赵海波|康旭敏|于斌|崔波

山东科技大学（山东省科学院）食品科学与工程学院，中国山东省济南市250353

摘要

短链脂肪酸（SCFAs）是关键的结肠代谢调节剂，但微生物群的内源性生物合成往往无法满足治疗需求。为了解决这一限制，通过将SCFAs与抗性糊精（RD）共价结合，开发了一种靶向结肠的递送系统。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和中等分子量分布测试证实了酯化的成功及均一性。¹H核磁共振（NMR）验证了不可消化的糖苷键的保留，这是抵抗上消化道消化的结构前提。酯化后的RD（ERD）在模拟消化条件下表现出显著的稳定性。体外发酵实验表明，高取代度的ERD使总SCFAs的产生量比RD增加了约三倍。体内微生物组分析显示，ERD增加了有益细菌如Bacteroidota、Firmicutes和Verrucomicrobiota的数量。非靶向代谢组学进一步证明，不同的ERD通过调节特定代谢途径来影响宿主代谢。本研究介绍了ERD作为一种新型的SCFA结肠递送材料，为开发旨在促进肠道健康的精准功能性食品提供了新策略。

引言

短链脂肪酸（SCFAs），主要包括乙酸、丙酸和丁酸，是将肠道微生物群活性与宿主健康联系起来的关键代谢物（Fu等人，2023年）。SCFAs对能量供应、免疫调节和代谢调节至关重要（Mann等人，2024年；Wei等人，2023年；Sankarganesh等人，2025年）。维持结肠中最佳的SCFA水平对肠道健康和整体生理状态至关重要（Du等人，2024年；Thulasinathan等人，2025年）。然而，现代饮食中可发酵纤维的摄入量不足（每天少于20克，而推荐摄入量为30-38克），导致结肠SCFA的产生量不足，从而影响肠道健康（Ikeda等人，2022年；Yan等人，2020年）。因此，迫切需要开发与食物相容的策略来提高SCFAs的肠道生物利用度。

由于SCFAs的pH值较低（2.5-4.8），直接口服会导致胃部刺激并在上消化道快速吸收，只有少量能够到达结肠（Bouter等人，2018年；Li等人，2024年），因此直接口服SCFAs并不实用。为了克服这些障碍，人们探索了物理封装（如乳液和微胶囊）和化学修饰方法（Teixeira等人，2004年；Yamanaka等人，2020年）。然而，物理载体在食品加工过程中往往稳定性较差，且SCFAs会在小肠中过早释放。化学方法，如酯化膳食纤维，可以在结肠中的微生物发酵前保护SCFAs（Xie等人，2019年）。然而，膳食纤维复杂的结构及其对肠道消化环境的敏感性给SCFAs的有效递送带来了挑战。因此，亟需开发新型材料，以更高效、可靠地将SCFAs递送到结肠，同时确保其稳定性和生物利用度的提升。

抗性糊精（RD）是一种低分子量、水溶性的膳食纤维，来源于淀粉加工，是靶向结肠递送的理想载体。RD具有独特的结构特征，如β-1,2和β-1,6糖苷键，使其不易被肠道中的消化酶水解（Trithavisup等人，2022年）。它可以通过小肠，并在结肠中被肠道微生物群选择性发酵。其大量的羟基、优异的水溶性（即使在低温下）以及在酸性和高温条件下的强稳定性，使其成为化学修饰的理想候选材料（Wojcik等人，2024年；Wu等人，2024年）。可以假设，SCFAs的羧基可以通过酯键与RD的羟基连接，从而利用RD的抗消化特性将SCFAs递送到结肠，在那里微生物发酵会水解酯键，释放出SCFAs（Loli等人，2015年）。这种方法为补充SCFAs、调节肠道微生物群和维持肠道稳态提供了新途径。

在本研究中，使用乙酸、丙酸和丁酸作为酯化剂制备了酯化抗性糊精（ERD）。通过表征ERD的结构特性，确认了酯化的成功。还评估了ERD在模拟胃肠道条件下的消化稳定性和SCFA释放情况。通过动物实验，进一步评估了ERD对微生物群组成和代谢的影响。这项研究为开发新型SCFA递送系统提供了见解，为提高结肠中SCFAs浓度和改善肠道健康提供了有前景的策略。

材料

抗性糊精（RD）购自中国德州的百龙创源生物科技有限公司。乙酸酐（AR，≥99.7%）购自中国天津的大茂化学试剂厂，丙酸酐和丁酸酐（98%）购自中国上海的Macklin生化技术有限公司。猪胰α-淀粉酶（9 U/mg）和糖酵解酶（100 U/mg）由上海宇源生物技术有限公司提供。

取代度

获得的ERD为浅黄色粉末，其水溶性与天然抗性糊精相当，表明酯化并未显著改变其宏观特性。

取代度（DS）表示ERD中酯化基团的数量。如图1所示，DS与酐与RD的摩尔比呈正相关，这与Lopez-Rubio等人（2009年）报道的亲核酰基取代机制一致。

结论

本研究证明，RD可以作为有效的SCFA结肠递送载体。通过将乙酸、丙酸和丁酸接枝到RD骨架上，我们获得了三种不同的ERD，这些ERD在上消化道消化过程中保持完整，并在结肠发酵时释放SCFAs。体外实验表明，所有ERD均显著提高了发酵液中的SCFA浓度。体内实验进一步证实，所有ERD处理均促进了...

作者贡献声明

谢亚辉：撰写——初稿、可视化、实验设计、数据整理。赵新珠：撰写——初稿、可视化、实验设计、数据整理。崔波：监督、方法学研究、资金获取。康旭敏：实验设计、数据分析。于斌：撰写——审稿与编辑、方法学研究、资金获取、数据分析。陶海腾：撰写——审稿与编辑、方法学研究、数据分析。赵海波：软件开发、方法学研究、实验设计。刘桂梅：软件开发，

未引用的参考文献

Arnold和Finley，2022年；Barczynska等人，2010年；Li等人，2025年；Topping和Clifton，2001年；Udomrati和Gohtani，2014年。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

竞争利益声明

? 作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本工作得到了中国山东省现代农业产业技术体系（SDAIT-15-15）、山东省重点研发计划（2024CXGC010918）以及科教产融合重大创新专项（2024ZDZX05）的支持。