南昌大学食品科学与技术国家重点实验室聂少平教授和谭惠子助理研究员在欧洲微生物学会联合会旗下国际微生物领域顶级综述期刊FEMS Microbiology Reviews (IF=13.92)在线发表了题为“Functional hydrocolloids, gut microbiota and health: picking food additives for personalized nutrition”的综述，系统阐述了不同来源的功能性食品胶体通过调节肠道菌群进而发挥益生作用的最新研究进展，并提出了功能性食品胶体在靶向肠道菌群调节精准营养策略中的应用。

1.简 介

食品添加剂已广泛应用于人们的日常饮食，起到改善食品口感、色泽、香味、安全性及保质期等作用。亲水胶体是一类长链的复杂聚合物，能够稳定均匀地在水中分散、溶解、膨胀。膳食来源的亲水胶体因其特殊的理化性质及营养附加值而被广泛应用于食品生产。

近期有研究指出乳化剂及人工合成甜味剂对人体健康有显著的副作用，包括慢性系统性炎症、肠道通透性增加、细菌移位及代谢失调。这些结果再次引起了人们对食品添加剂安全性的关注，因此有必要对大量应用于食品添加剂的代表性胶体进行综合评价，如植物来源的果胶、瓜尔胶和阿拉伯胶、海藻来源的卡拉胶、微生物来源的黄原胶及人工合成的羧甲基纤维素（CMC）、变性淀粉。

同时，人体肠道大量定植了能够降解膳食活性组分的厚壁菌、拟杆菌、变形菌及放线菌。前沿研究正在逐步将我们对肠道微生物群生理功能的认识扩大到胃肠道之外的机体系统性免疫、代谢和神经内分泌系统。不同的微生物群表型可能介导不同个体对食源性胶体的应答。因此，本文整合描述了有关功能性食品胶体、肠道微生物和宿主个体之间的相互作用网络的最新研究进展，为功能性食品胶体的营养评价以及以肠道微生物为导向的定制饮食开发提供参考。

2.功能性食品胶体的理化性质

不同来源的食品胶的结构类型、组成、应用成本及范围如表1所示。其中，海藻来源的卡拉胶根据其结构中的硫酸基团数量可分为κ、ι及λ三种异构体。

3.功能性食品胶体的生理功能

有益功能的食品胶

植物来源的果胶、瓜尔胶及阿拉伯胶在益生功能方面具有相似之处，并且可能受理化结构特性及干预方式的影响而发生改变。果胶对肠道炎症的干预效果以预防为主；经β-甘露聚糖酶处理后的瓜尔胶能够改善酒精性肝损伤和糖尿病代谢功能障碍的氧化应激和炎症信号，而未经处理的天然瓜尔胶在缓解高脂、高胆固醇、高果糖饮食诱发的NAFLD相关的高脂血症、脂肪细胞炎症和肝脏脂肪变性的同时却加重了肝脏的炎症反应。化学变性淀粉，能够抵抗胃肠道消化，显著改善血糖血脂水平、抑制促炎症通路、调节胆固醇合成、糖异生、脂肪酸合成和脂肪功能相关基因表达。黄原胶有助于维持葡萄糖稳态和肠道微生态系统的平衡，但目前，黄原胶生理功能相关的研究报道较少，这可能与其复杂的加工程序和高成本相关。

总的来说，这些来自植物、微生物和人工合成(变性淀粉)的食品胶已被证明对结肠炎、结直肠癌症状、以及肝、肾和脂肪组织等的代谢功能障碍及其相关的炎症损伤具有有效的治疗缓解作用。

功能有争议的食品胶

近十年内关于卡拉胶生理功能的报道不尽相同。例如，λ-κ型卡拉胶摄入导致健康小鼠的葡萄糖耐受不良和肝脏炎症，但ι型卡拉胶对高碳水化合物和高脂肪饮食引起的鼠血脂指标紊乱以及炎症细胞数量异常均有改善作用。同时，卡拉胶生理功能的不确定性并不完全是由结构因素决定的。研究发现，以饮用水的方式摄入κ型卡拉胶比添加到饲料中，更有可能造成小鼠的结肠炎症。Shassaing团队发表了系列文章，认为CMC可能造成肠道屏障的破坏，从而导致细菌在上皮细胞上的移位并加重结肠炎症。并且CMC摄入和部分社会行为障碍之间的相关性与性别相关，摄入CMC的雄性小鼠在迷宫中心停留时间较长，且控制食欲和焦虑的α-黑素细胞刺激激素表达较少。

因此，有关卡拉胶功效的不确定性以及CMC的潜在副作用主要表现在引发炎症方面，这可能与取代基、聚合程度和干预方式有关，还需要进一步研究。

4.功能性食品胶体诱导的特征肠道菌标志物

基于不同食品胶的理化及结构特性和不同肠道菌的降解特性，食品胶干预后会产生不同的肠道微生物谱(如图1所示)。

果胶：

果胶低聚糖能够增加健康小鼠肠道中拟杆菌和双歧杆菌等肠道菌的丰度，提高乙酸和丁酸等代谢物的浓度。经高通量测序发现糖尿病患者采用果胶进行食疗后，其肠道中未知功能的毛螺菌及梭菌明显增加。果胶对肠道菌群及其短链脂肪酸等代谢产物的调节作用与剂量呈正相关。

瓜尔胶：

健康大鼠模型及人群实验均表明，每日补充部分水解瓜尔胶或天然瓜尔胶能够增加肠道中的双歧杆菌和粪杆菌，减少罗氏菌、毛螺菌及布劳特氏菌，并提高粪便中乙酸、丙酸和丁酸等短链脂肪酸的浓度，降低盲肠中胆汁酸脱氧胆酸等胆汁酸的含量。

阿拉伯胶：

体外发酵及人群实验数据显示，阿拉伯胶对乳酸菌、双歧杆菌等益生菌的富集作用与丙酸、丁酸的增加有关。与木葡聚糖、β葡聚糖、果胶相比，长双歧杆菌在阿拉伯聚糖中生长效果更好。此外，阿拉伯胶调节血糖的作用可能与其提高肠道中乙酸和丙酸的含量相关。

卡拉胶：

卡拉胶分子中硫酸盐基团的数量直接影响其调节肠道菌群的作用。λ型和ι型卡拉胶对健康小鼠肠道中拟杆菌、毛螺菌和脱硫弧菌的影响与κ型卡拉胶完全相反；κ型卡拉胶低聚糖能显著抑制拟杆菌和副拟杆菌，增加普氏菌和条件致病菌如埃希氏菌、志贺菌等。

黄原胶及CMC：

尽管黄原胶和CMC均为纤维素类结构，但它们对肠道微生物的调节作用完全不同。黄原胶能够维持广谱抗生素治疗下小鼠肠道菌群的多样性，并排除致病性艰难梭菌的入侵。但CMC对肠道微生物的调节作用有限，且有不利影响，特别是减少结肠炎相关癌症小鼠肠道中乳酸菌的丰度，并且在体外厌氧培养过程中增加埃希氏菌等条件致病菌。最近科学研究显示，CMC干预可上调肠道中促炎的鞭毛蛋白和LPS含量。

变性淀粉：

化学变性淀粉能显著增加拟杆菌、副拟杆菌、普氏菌以及真杆菌的水平。其中，结晶淀粉会上调健康人Eubacterium rectale及其丁酸代谢物的含量，而交联淀粉增加吉氏副拟杆菌和丙酸代谢物。以RS4为主要成分的面粉通过提高肠道拟杆菌、副拟杆菌、瘤胃球菌、真杆菌和Christensenella等的丰度、增加粪便中丙酸、丁酸、戊酸、异戊酸和己酸的积累，而改善代谢紊乱。

5. 功能性食品胶体相关肠道菌群的全身效应

肠道细菌能够促进功能性胶体的消化，产生一系列的胞外结构物质和代谢产物，并激活多个信号通路在肠道内外产生积极或消极的作用（如图3所示）。

肠道健康

因果胶、瓜尔胶及变性淀粉摄入而增加的E. eligens及F. prausnitzii能够显著刺激人外周血单核细胞及DSS肠炎动物分泌大量的抑炎因子IL-10，两歧双歧杆菌能够有效缓解结肠肿瘤。参与果胶降解的脆弱拟杆菌通过分泌荚膜多糖（PSA）激活产IL-10的CD4+ T细胞并下调促炎因子IL-17，或通过合成鞘脂抑制感染过程中对恒定型自然杀伤T细胞的过度刺激，从而缓解肠道炎症。此外，代谢产物如SCFA通过刺激TLR2分泌抗炎因子IL-10和TGF-β从而上调外周来源的Treg细胞，对调节T细胞应答和促进组织稳态中起到重要作用。

代谢作用

产胆汁盐水解酶的肠道菌，如双歧杆菌、乳酸菌、副拟杆菌及拟杆菌与植物源食品胶及变性淀粉的摄入有关。胆汁盐水解酶能够促进由胆固醇转化生成的胆汁盐进一步去结合，并从体内排出。而且，肠内分泌L细胞能够在次级胆汁酸激活FXR或TGR-5、SCFA激活GPR41/43的情况下，分泌胰高血糖素样肽-1和肽YY，从而改善胰岛素敏感性、饱腹感信号通路和能量消耗。吉氏副拟杆菌产生的琥珀酸通过调节肠道糖异生途径或褐色组织GLP-1依赖的生热作用来修复高脂饮食造成的胰岛素敏感性异常。

心血管健康

膳食中添加的果胶、阿拉伯胶、瓜尔胶和变性淀粉与肠道中短链脂肪酸的水平高度相关。其中，乙酸能够下调心肌和肾脏早期生长反应蛋白，抑制其肥大、纤维化和炎症的发生发展，并能够调控丝裂原活化蛋白激酶通路。丙酸通过抑制脾脏Th-17细胞，减轻心脏免疫细胞炎症浸润，从而改善心血管损伤。

骨骼健康

肠道中乳酸菌、双歧杆菌等益生菌的丰度与植物源食品胶的摄入量呈正相关。而植物乳杆菌、罗伊氏乳杆菌、长双歧杆菌能够修复肠道屏障，减少结肠中促炎细胞因子的过量表达，改善骨骼中Wnt10b因子和骨钙素的异常分泌，从而调控成骨细胞和骨细胞凋亡。菌群代谢产物短链脂肪酸可能通过调节的维生素D受体相关通路促进钙吸收。

肝脏健康

乳双歧杆菌和植物乳杆菌及其主要短链脂肪酸代谢物能够改善非酒精性脂肪性肝病相关的胰岛素抵抗、肝脏脂质合成功能障碍和肠道炎症。微生物来源的次级胆汁酸有助于抑制肝脏中脂肪生成相关基因的转录。

脑健康

短乳杆菌和齿双歧杆菌可以通过产生新型神经活性化合物γ-氨基丁酸来抑制中枢神经系统的信号传导，从而改善焦虑、疲劳和抑郁等症状。短双歧杆菌及其SCFA代谢产物通过调节海马体中cFOS、脑源性神经营养因子及肠道中5-羟色氨的水平而改善慢性应激反应。

6.膳食胶体定向调节肠道菌群的精准营养构建

食品添加剂是食品在加工过程中辅助增强感官特性的关键成分。然而，在世界范围内，合成或化学类添加剂经常引起安全问题。因此，研究和开发安全且有益生功能的添加剂如食品胶，在推动个性化精准营养产业方面具有重要意义。

在过去的几十年里，通过高通量测序技术的发展，我们已经认识到肠道菌群的多样性、菌群类型或特定菌种可以作为预测健康状况的生物标志物，这也说明了开发靶向肠道菌群的个性化营养是可行的。个性化营养的理想目标在于能够在特定的生理状态下产生有益于宿主的微生物群特征，特定的生理状态可能包括各个年龄阶段的肠道、肝脏、心血管、骨骼和中枢神经系统的疾病、系统性炎症、代谢综合征和癌症。同时，个性化营养的普及可以明显降低医疗成本、减轻医院负担。

为了实现这一目标，在设计个性化饮食配方时，应该充分研究个人的生理数据，并将遗传变异、运动强度、伦理和法律方面的因素也考虑在内。然后，将能够通过重塑肠道菌群稳态并产生有益代谢产物进而有针对性地缓解宿主生理功能紊乱的食品胶选做膳食添加剂。

7.结 论

迄今为止，已有科学报道表明，来自植物、海洋、微生物和人工合成的膳食胶体在调节机体炎症、感染和代谢紊乱等方面表现出不同的功能作用。研究数据表明，上述功能性食品胶体可以通过膳食补充改善消费者的健康状况，符合“食品即药品”的倡议。但仍需做大量的工作来揭示膳食胶体、肠道微生物群和宿主的相互机制，从而进一步开展临床相关的应用。

作者简介

聂少平 教 授

聂少平，博士，教授。现任南昌大学食品学院院长、南昌大学食品科学与技术国家重点实验室成员、中国-加拿大食品科学与技术联合实验室（南昌）中方负责人。享受国务院特殊津贴专家，国家高层次人才特殊支持计划领军人才（2018年），国家自然科学基金杰出青年基金、优秀青年基金项目获得者，科技部中青年科技创新领军人才，教育部新世纪优秀人才，江西省高等学校“井冈学者”特聘教授，江西省主要学术学科带头人。担任Food Frontiers主编，Bioactive Carbohydrates and Dietary Fibre副主编，Journal of Agricultural and Food Chemistry、Current Topics in Nutraceutical Research、Food Science and Human Wellness等杂志编委，中国农业工程学会农产品加工及贮藏工程专业委员会第十届理事会副理事长。

聂少平教授主要从事食品复杂碳水化合物（主要为生物活性多糖与膳食纤维）、食品化学与营养学、食品安全与分析等领域的研究工作，在FEMS Microbiology Reviews、Trends in Food Science & Technology、Critical Reviews in Food Science and Nutrition、Journal of Agricultural and Food Chemistry、Food Hydrocolloids、Food Chemistry、Carbohydrate Polymers、《食品科学》、《中国食品学报》等业内优秀期刊发表论文500多篇，其中SCI收录300多篇，被引8000多次，h-index为46，授权发明专利28 件。应邀在Elsevier出版集团和科学出版社合著学术专著2 部；参编中文著作7 部。相关成果获2016年国家科技进步奖二等奖、2014和2017年度江西省自然科学一等奖、2018年度江西省科技进步一等奖、2017年中国食品科学技术学会杰出青年奖、2014和2018年度国家级教学成果奖二等奖、2017年中国食品科学技术学会杰出青年奖。2015年荣获“江西青年五四奖章” 称号 ，2016年被中共江西省委教育工作委员会评为高校优秀共产党员。入选科睿唯安2020年、2019年和2018年度全球“高被引科学家”榜单。

谭惠子博 士

谭惠子，博士，助理研究员。毕业于江南大学食品科学与工程专业，现为南昌大学食品学院博士后。先后获批国家自然科学基金青年科学基金项目、中国博士后科学基金会特别（站前）资助及面上资助，以第一或通讯作者在FEMS Microbiology Reviews、Trends in Food Science and Technology、Food & Function、Applied Microbiology and Biotechnology等期刊发表多篇SCI论文，授权发明专利5 项。

该文章《Functional hydrocolloids, gut microbiota and health: picking food additives for personalized nutrition》于2021年1月发表于FEMS Microbiology Reviews。点击下方阅读原文即可查看摘要原文。

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编辑：袁月；责编：张睿梅

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