《Food Bioscience》：Physicochemical properties and gut microbiota modulation of rice bran whole fraction reconfigured by alkaline treatment
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张慧斌|严晓燕|侯雅琴|郑宇|罗文祥|张国文|罗顺静|陈婷婷|刘成梅中国江西省南昌大学食品科学与技术学院食品科学与资源国家重点实验室，南京东路235号，330047摘要谷物麸皮的顽固细胞壁结构限制了其可发酵性。碱性处理可以克服这一限制，但由此产生的可溶性和不可溶性组分如何促进重组
张慧斌|严晓燕|侯雅琴|郑宇|罗文祥|张国文|罗顺静|陈婷婷|刘成梅
中国江西省南昌大学食品科学与技术学院食品科学与资源国家重点实验室，南京东路235号，330047
摘要
谷物麸皮的顽固细胞壁结构限制了其可发酵性。碱性处理可以克服这一限制，但由此产生的可溶性和不可溶性组分如何促进重组后基质的可发酵性增强仍不清楚。本研究通过碱性处理稻米麸皮，得到了一种重组后的整体基质（aRB），该基质由可溶性多糖、游离多酚和多孔不可溶性纤维素支架组成。比较了aRB及其分离出的可溶性和不可溶性组分的功能特性以及对肠道微生物群的影响。aRB比原始麸皮具有更强的胆固醇和亚硝酸盐吸附能力。在体外粪便发酵过程中，可溶性组分促进了快速发酵，而不可溶性组分则降解缓慢，使aRB能够调节气体产生并支持稳定的短链脂肪酸积累，尤其是丁酸盐的积累。分离出的组分引发了高度个体化的微生物反应，而aRB则促进了选定关键菌群的定向变化。在所有三个供体中，aRB均增加了与短链脂肪酸积累呈正相关的拟杆菌属（Bacteroides）的相对丰度。因此，尽管存在固有的基线差异，aRB仍提供了更平衡的发酵效果和更可预测的菌群调节作用。这些发现建立了一个机制概念证明，表明保持结构复杂性可以最大化可发酵性，突显了未来可扩展加工策略在农业副产品高价值利用方面的理论潜力。
引言
全球范围内生产了大量的谷物麸皮，但其中不到10%被纳入人类饮食，大部分被用作低价值的动物饲料（Adil等人，2025年）。因此，转向能够保持基质复杂性并实现这些农业副产品高价值利用的可扩展加工策略，越来越被认为是推进循环经济模式、促进全球农业可持续性以及应对更广泛的社会经济和资源治理挑战的关键步骤（Jin和Xu，2025年，2026年）。事实上，谷物麸皮是膳食纤维和多酚的丰富来源，这些成分可作为益生元底物。通过调节肠道微生物群，这些成分在缓解2型糖尿病和肥胖等慢性疾病方面具有显著潜力（Wei等人，2024年）。然而，大多数多酚通过酯键与纤维（如半纤维素和木质素）共价结合，形成了顽固的基质（Acosta-Estrada、Gutiérrez-Uribe和Serna-Saldívar，2014年）。这种密集的结构屏障物理上限制了肠道微生物对底物的接触，从而限制了发酵并降低了完整谷物麸皮的益生元效果（Qin等人，2025年）。
碱性处理被广泛用于断裂这些顽固的酯键并破坏密集的细胞壁网络，从而提高谷物麸皮的益生元潜力。当前的研究经常将这种分解方法作为提取步骤，以分离可溶性纤维、不可溶性纤维和游离多酚（Ran等人，2025年；Zhang J.等人，2024年；Zhang R. F.等人，2020年）。这些研究通常表征不同组分的结构、理化和体外发酵特性，以阐明它们的生理作用。在这种框架下，可溶性纤维作为高度可发酵的底物，可被结肠细菌迅速转化为短链脂肪酸（Li等人，2023年；Zhang等人，2025年）。不可溶性纤维则作为耐受性物理支架，支持长期的微生物定植，释放的多酚提供有针对性的抗氧化保护，同时积极调节肠道微生物群（Baky等人，2024年；Jacobo-Velázquez，2025年）。
然而，当前的提取方法忽略了谷物麸皮基质内的复杂性和潜在相互作用（Germerdonk、Bach、Marangoni、Mishra和Rühs，2025年；Yan等人，2026年）。碱性处理对细胞壁的破坏不仅仅是简单释放目标分子。这一过程将密集的原始结构转变为松散且重组的复合基质，其中可溶性组分（如可发酵的半纤维素和游离多酚）与多孔不可溶性纤维素支架共存。先前的研究表明，可溶性多酚和半纤维素组分的混合物可以调节特定的肠道微生物相互作用（Liu等人，2024年；Zhang等人，2025年）。这些可溶性和不可溶性组分在结肠发酵过程中的代谢相互作用仍不甚清楚。因此，我们假设重组后的复合基质作为一个交互式功能单元发挥作用。多孔支架和可溶性复合物的同时存在预计会刺激特定的肠道微生物网络并提高整体发酵效率。
选择稻米麸皮作为测试这一假设的模型系统。经过碱性处理后，将重组后的整体基质分离成可溶性和不可溶性组分。然后评估了原始麸皮、重组基质及分离组分的结构、功能及体外发酵特性。这种比较方法旨在阐明每个组分的特定生理作用，并确认它们共存时产生的代谢效应。这项工作为食品加工策略提供了理论基础，强调了保持基质复杂性如何最大化农业副产品的高价值利用和潜在的体外益生元特性。
章节片段
材料与试剂
脱脂稻米麸皮购自中国江西省天宇油脂有限公司。热稳定α-淀粉酶（S10004）、中性蛋白酶（S10013）和3 kDa透析膜（MD3044）购自上海源野生物科技有限公司。磷酸盐缓冲盐水（PBS）培养基的制备方法如前所述（Zhang等人，2025年）。简而言之，1升改良PBS培养基含有0.47克NaCl、0.45克KCl、0.20克尿素、0.18克NH4Cl、0.10克Na2SO4、1.15克Na2HPO4、0.20克...
采用了一种标准的碱性提取方法来破坏稻米麸皮（RB）中的多酚-纤维网络。这一过程产生了三个不同的组分：aRB（经过碱性处理的重组整体基质）、saRB（含有释放的多酚和多糖的可溶性组分）和iaRB（含有少或多酚的不可溶性组分）。Fluoroglucinol-HCl染色显示RB呈深紫红色...
结论
通过碱性处理破坏其顽固的多酚-纤维网络，将稻米麸皮转化为重组后的整体基质（aRB）。该基质由可溶性多糖、游离多酚和多孔不可溶性纤维素支架组成。这些组分的结构分离在受控实验室条件下增强了功能特性，提高了胆固醇和亚硝酸盐的吸附能力。在体外粪便发酵过程中，aRB表现出双重...
张慧斌：撰写——原始草稿、研究、数据管理。刘成梅：监督、正式分析。郑宇：资源提供。罗文祥：方法学设计。严晓燕：软件应用。侯雅琴：验证、方法学验证。张国文：监督、研究。罗顺静：撰写——审稿与编辑。陈婷婷：撰写——审稿与编辑、概念构思
Chen等人，2019年；K?hnke等人，2011年；Zhang等人，2020年；Zhang等人，2024年。
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
本研究得到了江西省重点学科学术和技术带头人培训计划（20243BCE51116）、国家自然科学基金（32572599）、江西省高端人才科技创新“双千计划”（jxsq2023201042）以及江西省地方科学和技术开发中央指导基金（20252ZDD020002）的财政支持。
