《食品科学》：东北农业大学刘飞研究员等：山楂、麦芽及膳食纤维对维生素缺乏幼鼠肠道
中国儿童隐性饥饿的营养不良问题普遍存在，与食欲和能量代谢密切相关的维生素如VB1、VB2、VB6和VA，中国4～13 岁儿童的摄入不足率分别约为27%、78%、77%和48%，维生素的缺乏易导致食欲低下、消化不良或中医概念上的脾虚症状。山楂具有健脾开胃、消食化滞的功效，山楂中的有机酸是消食导滞的主要活性成分。麦芽也具有消食、健脾和开胃的助消化作用。
东北农业大学食品学院，乳品科学教育部重点实验室的刘 飞和内蒙古乳业技术研究院有限责任公司的段素芳*等以断奶鼠为模型动物，旨在评估在维生素缺乏状态下，山楂、麦芽及其与低聚糖复合物对断奶鼠肠道功能的作用，重点研究各种受试物组合干预对幼鼠生长性能、肠道组织形态和吸收功能、粪便中关键微生物组成和SCFA含量的影响，为新型功能食品开发提供参考。
1、山楂、麦芽及膳食纤维对维生素缺乏幼鼠状态的影响
实验过程中，T4组大、小鼠均有多只动物出现稀便、软便及脱毛症状，其中小鼠在干预第2天即出现稀便，在第18天全部恢复正常。大鼠在干预第8天出现软便症状，干预第29天稀便和软便大鼠数开始增多，至第35天10 只大鼠均出现稀便和软便症状，4 只大鼠耳后脱毛。其余各处理组无上述症状。粪便状态可反映动物的消化功能，稀便和软便症状可能是由于维生素缺乏导致大鼠食欲低下，消化不良。
2、山楂、麦芽及膳食纤维对维生素缺乏大鼠体质量的影响
如图1所示，所有处理组大鼠初始体质量均为90～100 g，无显著差异（P＞0.05），经5 周4 种促进消化干预物饲喂实验后，K、M、T1、T2、T3组和T4组大鼠的最终体质量均值分别为368.62、275.91、282.10、301.93、292.72 g和291.16 g，体质量增量均值分别为270.68、177.86、184.30、204.13、195.63 g和193.25 g。所有饲喂维生素缺乏饲料处理组大鼠的最终体质量和体质量增量均显著低于饲喂维生素含量正常饲料的K组（P＜0.05）。与K组相比，M组大鼠的体质量增量降低了34.29%。与M组相比，T2处理组大鼠的体质量增量增加了14.77%，显著提高了大鼠的体质量增量（P＜0.05）。
3、山楂、麦芽及膳食纤维对维生素缺乏大鼠摄食量和食物利用率的影响
如图2所示，K组大鼠摄食量显著高于所有其他处理组（P＜0.05），维生素缺乏会显著降低大鼠摄食量，其中M组大鼠摄食量较K组降低了17.78%，T2组大鼠饲喂高剂量山楂和麦芽能够提高摄食量，与M组相比提高了7.84%。在自由采食等能量日粮情况下，摄食量反映了动物的食欲和健康状况。消化不良会导致食欲减退、摄食量减少，进而使体质量减轻，反之亦然。T2组大鼠摄食量和体质量增量与M组相比均显著增加（P＜0.05），说明高剂量山楂和麦芽具有改善维生素缺乏大鼠食欲的作用。
由图3可知，维生素缺乏会显著降低大鼠的食物利用率（P＜0.05），与K组相比，M组大鼠食物利用率降低了19.24%。T3组大鼠较M组的食物利用率显著增加了11.58%（P＜0.05），但仍显著低于饲喂正常饲料的K组（P＜0.05），这可能是由于低剂量的低聚木糖改善了肠道组织形态结构，促进了营养物质吸收，从而提高了食物利用率。
4、山楂、麦芽及膳食纤维对维生素缺乏小鼠小肠肠道运动性的影响
由图4可知，与M组相比，T1组和T3组维生素缺乏小鼠的肠道运动性没有显著变化（P＞0.05），T2组和T4组维生素缺乏小鼠的墨汁推进率显著提高了39.04%和21.10%（P＜0.05）。T5组应用复方地芬诺酯人为减慢小鼠的肠运动性，复方地芬诺酯能够通过抑制肠道黏膜感受器，消除局部黏膜的蠕动反射，从而减弱肠道平滑肌的蠕动，导致肠道内容物与肠黏膜接触时间变长，肠道内容物中的水分进一步被吸收而使粪便干燥，常被用于便秘小鼠模型的造模。因此，根据实验结果可知，T2组和T4组干预物都能够提高维生素缺乏小鼠肠道的运动性，与K组相比，T2组小鼠的墨汁推进率显著增加17.77%（P＜0.05）。
5、山楂、麦芽及膳食纤维对维生素缺乏大鼠肠道消化吸收能力和组织形态学的影响
由图5可知，虽然维生素缺乏对大鼠小肠隐窝深度没有影响，但是会显著降低空肠和回肠绒毛高度以及V/C值（P＜0.05），其中空肠和回肠绒毛高度分别较K组降低了25.54%和38.52%，空肠和回肠V/C值分别较K组降低了37.30%和36.79%。而干预物会不同程度缓解维生素缺乏对空肠和回肠的不良影响，提高维生素缺乏大鼠的消化吸收功能。与M组相比，除T1组维生素缺乏大鼠的空肠绒毛高度没有显著变化外（P＞0.05），其他处理组维生素缺乏大鼠的空肠绒毛高度均显著增加（P＜0.05），其中T2、T3组和T4组大鼠空肠绒毛高度分别增加了24.57%、39.04%和38.52%。与M组相比，T1组维生素缺乏大鼠的空肠隐窝深度显著降低了28.72%（P＜0.05），虽然其余干预物处理对大鼠空肠隐窝深度没有显著影响（P＞0.05），但是最终所有干预物处理均显著提高了大鼠空肠V/C值（P＜0.05），与M组相比，T1、T2、T3组和T4组分别提高了65.42%、52.65%、47.35%和43.61%，从而改善了维生素缺乏大鼠的小肠吸收功能。
由图6、7可知，维生素缺乏会显著降低小肠绒毛结构的完整性、表面光滑度和排列整齐度。饲喂高剂量山楂和麦芽能明显改善维生素缺乏大鼠空肠和回肠绒毛结构的完整性，饲喂高剂量4 种复合物能明显改善维生素缺乏大鼠空肠绒毛的表面光滑度，饲喂低剂量4 种复合物处理能明显改善维生素缺乏大鼠回肠绒毛的排列整齐度。
6、山楂、麦芽及膳食纤维对维生素缺乏大鼠粪便中SCFA含量的影响
如表2所示，与K组相比，M组大鼠粪便中总SCFA含量显著降低了43.87%（P＜0.05），不同干预物处理对维生素缺乏状态大鼠粪便中总SCFA含量影响各异；与M组比，T2组和T3组的总SCFA含量分别显著提高了78.00%和44.91%（P＜0.05），且与K组没有显著差异（P＞0.05），特别是T2组与K组总SCFA含量几乎相同。然而T4组总SCFA含量与M组相比降低了4.93%。膳食纤维的种类和添加剂量对后肠碳水化合物发酵功能有显著影响，低聚木糖和聚葡萄糖在宿主大肠内的发酵可导致SCFA产量增加。有研究表明，健康成年人进食4～12 g/d聚葡萄糖，粪便中总SCFA含量会呈剂量依赖性升高。
7、山楂、麦芽及膳食纤维对维生素缺乏大鼠肠道菌群的影响
大鼠肠道菌群多样性
如图8所示，与M组相比，T4组的Chao1指数和Observed_species指数均显著下降（P＜0.05），而T1、T2组和T3组大鼠肠道微生物的α-多样性没有显著变化（P＞0.05），这说明T4组大鼠肠道微生物多样性降低。研究表明膳食纤维能够促进肠道中益生菌的生长，从而调控肠道菌群结构，维持正常肠道菌群的稳态。然而，过量摄入膳食纤维会对肠道菌群产生不良影响，有引起菌群失调的风险。本实验为研究添加超过每日推荐剂量的膳食纤维是否能够进一步改善肠道功能，将T4组膳食纤维总摄入量设定为16 g/d，已超过学龄前期儿童每日膳食纤维适宜摄入量上限14 g/d。结果表明T4组大鼠肠道菌群多样性显著降低，过量摄入膳食纤维引起菌群失调，导致大鼠出现软便和稀便。因此，膳食纤维摄入过多可能导致维生素缺乏宿主的肠道菌群多样性降低，对宿主肠道健康造成不利影响。
大鼠肠道菌群结构属水平的变化
如图9所示，维生素缺乏会使大鼠肠道菌群中不同菌属的相对丰度发生变化，如降低拟杆菌属（Bacteroides）、布劳氏菌属（Blautia）、毛螺菌科中的其他属（Lachnospiraceae/Other）的丰度，增加Romboutsia、Ruminococcaceae/Other、Ruminococcaceae UCG-005、Ruminiclostridium 9的丰度。Blautia和毛螺菌科细菌都可以通过产生SCFA来促进宿主肠道健康。与M组相比，T2组和T3组都提高了Bacteroides和乳杆菌属的丰度，T3组还提高了Blautia的丰度。因此，产SCFA相关菌属丰度的增加可能是T2组和T3组总SCFA含量显著较高的原因之一。
大鼠肠道菌群重要系统发育差异分析
图10A显示了不同组中丰度差异显著的物种，柱状图长度代表差异物种的影响大小，并通过将差异映射到已知层级结构的分类树上得到进化分支图，如图10B所示。筛选P＜0.05、线性辨别分析（LDA）值大于3的菌群比较，相对于M组，T2组大鼠粪便中杆菌纲乳杆菌属（Lactobacillus）、疣微菌门Akkermansia、Lachnospiraceae UCG_006的丰度显著增加；变形菌门（Desulfovibrionaceae）丰度显著降低。乳杆菌是肠道中常见的有益菌。
大鼠肠道菌群的功能预测
如图11所示，在KEGG二级代谢通路辅酶和维生素代谢下属的三级代谢通路中，相比于M组，T2组硫胺素代谢、核黄素代谢、泛醌和其他萜醌的生物合成、叶酸生物合成、过氧化物酶体通路上的基因丰度显著增加。过氧化物酶体含有多种依赖黄素的氧化酶和过氧化氢酶，可在多种代谢过程中发挥作用，包括脂肪酸氧化、消除活性氧簇和抗炎反应。叶酸参与生物体遗传物质和蛋白质的代谢，促进动物生长。因此，本研究结果表明高剂量山楂和麦芽可调控维生素缺乏大鼠肠道菌群结构，增加乳杆菌属、Lachnospiraceae UCG_006和Akkermansia等有益菌的丰度，降低产内毒素脱硫弧菌属的丰度，促进辅酶和维生素的合成，特别是硫胺素、核黄素及叶酸的合成代谢，进而促进依赖黄素的过氧化物酶体合成。
结 论
本实验研究了山楂和麦芽组合物，以及山楂、麦芽、低聚木糖和聚葡萄糖复合物对维生素缺乏幼鼠肠运动性、肠道菌群、肠道有益代谢产物、肠道形态结构等方面的影响。维生素缺乏会显著降低幼鼠的摄食量和食物利用率、小肠V/C值及SCFA含量，进而显著降低整个实验周期幼鼠的体质量增量。与M组相比，T2组与T3组都能促进产SCFA的Lachnospiraceae UCG_006和乳杆菌属，以及产黏蛋白Akkermansia的生长，分别将肠道总SCFA含量提高了78.00%和44.91%；同时改善了肠道组织形态，分别将空肠V/C值提高了52.65%和47.35%，从而改善维生素缺乏幼鼠肠道吸收功能，促进机体生长发育，特别是T3组的食物利用率显著提高了11.58%，T2组的体质量增量显著增加了14.77%。然而，过多摄入聚葡萄糖会使得Parabacteroides过度生长，降低肠道菌群多样性，引起菌群失调，反而使维生素缺乏幼鼠肠道总SCFA含量较M组降低了4.93%，对肠道结构造成不利影响。目前，鲜有山楂、麦芽和低聚糖复合物通过调节肠道菌群结构来改善维生素缺乏幼鼠肠道功能的相关报道，本研究可为改善维生素缺乏症功能食品的开发提供科学依据。虽然水溶性维生素几乎无毒性，摄入量偏高一般不会引起中毒现象，但是脂溶性维生素摄入量过多易引起中毒现象。因此，针对处于生长发育期的学龄前儿童来说，可考虑在饮食中每天补充50 g的山楂和麦芽粉组合物或者10 g的山楂和麦芽粉组合物同0.7 g低聚木糖和3.3 g聚葡萄糖的复合物来缓解潜在的维生素缺乏导致的消化不良。
第一作者简介
刘飞，男，博士，研究员，博士研究生导师，东北农业大学食品学院，东北农业大学“学术骨干”。国家自然科学基金同行评议专家，黑龙江省饲料及饲料添加剂生产企业设立现场评审专家库专家，黑龙江省知识产权专家库专家，黑龙江省农村创业创新专家库专家，黑龙江省绿色食品科学研究院特聘专家，Frontiers in Microbiology评审编辑，国内外十余种学术期刊审稿人。一直从事益生菌菌种资源挖掘及高活性发酵和高效制备相关的科研工作，主要研究方向为益生菌遗传代谢与发酵工程、益生菌与肠道微生态调控。主持各类科研项目10余项，包括国家自然科学基金面上项目、国家自然科学青年基金、国家重点研发计划子课题、国家教育部长江学者和创新团队发展计划子课题、江苏省“企业博士集聚计划”、黑龙江省省属高等学校基本科研业务费科研项目、黑龙江省教育厅科学技术研究项目、东北农业大学科研专项基金及与内蒙古乳业技术研究院有限公司等企业横向合作课题。近五年以第一作者和通讯作者发表科研论文23篇，其中SCI收录17篇，EI收录1篇。申请发明专利4项，其中授权2项，获得黑龙江省科学技术奖三等奖1项、黑龙江省高校科学技术奖二等奖1项。
通信作者简介
段素芳，高级工程师，伊利集团母婴营养研究院营养研发专家。
2 002 .0 9 - 2006.07 ，北京林业大学，食品科学与工程，学士
2 006.09 - 2009.04 ，中国食品发酵工业研究院，食品科学，硕士
研究方向：儿童营养研究及功能乳品开发。主持及参加国家及省部级等科研项目1 0 余项，授权发明专利7项，中英文论文1 0 多篇，参编专著1部。
本文《山楂、麦芽及膳食纤维对维生素缺乏幼鼠肠道功能的影响》来源于《食品科学》2022年43卷19期118-128页，作者：刘飞，郝婧宇，赵子夫，司徒文佑，段素芳，霍贵成，哈惠。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20210830-392。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
图片来源于文章原文及摄图网。
新刊启动| Food Science of Animal Products《动物源食品科学》（英文），欢迎投稿
Food Science of Animal Products（ISSN: 2958-4124, e-ISSN : 2958-3780）是一本国际同行评议、开放获取的期刊，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心主办，中国食品杂志社《食品科学》编辑团队运营，属于食品科学与技术学科，旨在报道动物源食品领域最新研究成果，涉及肉、水产、乳、蛋、动物内脏、食用昆虫等原料，研究内容包括食物原料品质、加工特性，营养成分、活性物质与人类健康的关系，产品风味及感官特性，加工或烹饪中有害物质的控制，产品保鲜、贮藏与包装，微生物及发酵，非法药物残留及食品安全检测，真实性鉴别，细胞培育肉，法规标准等。
投稿网址：
https://www.sciopen.com/journal/2958-4124