冻干食品对肠道 microbiota（菌群）组成的影响：初步研究

《Current Research in Food Science》：The impact of freeze-dried food on gut microbiota composition: a preliminary study.

　　

冻干食品（freeze-dried food）广泛用于太空探险或飞行任务中，但其对肠道 microbiota（gut microbiota，GM）影响的相关证据有限。本研究旨在评估受试者于受控空间模拟栖息地（space-analogue habitat）停留14天期间肠道 microbiota 组成的变化。五名成人于基线及两周后提供粪便样本。膳食为冻干形式，在份量及成分上标准化，按每日时间表供应且不允许额外零食，允许饮用咖啡与茶，依从性通过回收并核验包装进行监测。采用浅层鸟枪法宏基因组测序（shallow shotgun metagenomics）进行细菌群落谱分析，并使用配对统计方法分析，包括α多样性指数（alpha diversity indices）、基于排列检验的β多样性排序（beta diversity ordination with permutation-based testing），并进行差异丰度分析以识别干预期间呈变化趋势的分类单元。所有参与者14天内肠道细菌总体多样性及群落结构基本稳定；未观察到α多样性的统计学显著变化，全局β多样性模式也未显示基线（baseline）与第14天整体群落的一致分离。探索性分析提示个别受试者特定分类群相对丰度存在小幅变化，但个体间变异性占主导且小样本量限制了统计效能。结果表明，连续14天完全摄入冻干食品的饮食未显著影响肠道 microbiota 的总体多样性或群落结构，然而本研究属初步性质，可为更大规模对照研究提供假设，以阐明 microbiome 对冻干产品膳食方案的反应。

《Current Research in Food Science》刊载的上述研究，针对冻干食品加工保存方式是否干扰人体肠道 microbiota（肠道菌群，gut microbiota，GM）这一尚未明确的问题展开探讨。现有研究多关注冻干工艺对益生菌存活率的影响，而完全由冻干膳食构成、短期单一摄入对人体 GM 多样性与组成的效应尚缺乏实证数据，尤其考虑到冻干食品是航天、极地探险及军事任务中重要的长期储备口粮，明确其安全性具有重要现实意义。研究人员在波兰 Pi?a 市 LunAres 空间模拟栖息地开展为期14天的封闭干预试验，令5名健康志愿者全程摄入营养标准化、工业制备并冻干的每日五餐膳食，采集基线及终点粪便标本行浅层鸟枪法宏基因组测序（shallow shotgun metagenomics），经物种水平 mOTU（metagenomic operational taxonomic unit，宏基因组操作分类单元）定量及 α/β 多样性与差异丰度分析，发现14天全冻干饮食未引起 GM 整体 α 多样性（alpha diversity）与 β 多样性（beta diversity）统计学显著改变，个别分类群虽有波动但无组间一致性趋势，初步提示该膳食模式在短期内不破坏菌群核心稳定性。

主要关键技术方法：于波兰 LunAres 空间模拟栖息地招募5名健康成人开展14天封闭对照干预，全程供给工业预制、份量与营养素标准化的全日五餐冻干膳食（允许水复温后食用及饮用咖啡与茶，禁额外零食），依从性查核餐后包装回收；分别于入舱基线及第14天收集自体粪便标本，-20℃暂存后转-80℃保存待检；采用 QIAmp PowerFecal Pro DNA Kit 提取微生物总 DNA，建库后 Illumina MiSeq 平台行浅层鸟枪法宏基因组测序（shallow shotgun metagenomics，平均约1×10⁶reads/样本，仅用正向读段），以 NGless 流程质控、人源污染过滤及 mOTU（metagenomic operational taxonomic unit，宏基因组操作分类单元）模块做物种水平分类谱定；使用 vegan 包计算观测丰富度（Observed）、Chao1、Shannon、Simpson 等 α 多样性指数，Bray–Curtis 相异度做主坐标分析（PCoA）及 PERMANOVA 评估 β 多样性，配对 Wilcoxon 符号秩检验加 Benjamini–Hochberg 错误发现率校正做分类群差异丰度分析，定义核心 microbiome（ prevalence ≥50%，relative abundance >0.1%），热树（heat tree）可视化层级分类差异。

1. 3.
   Results（结果）

3.1. Analyzing the taxonomic characteristics（分类学特征分析）

研究人员自10份粪便宏基因组（5人×2时点）共鉴定出425个物种水平细菌 mOTU（metagenomic operational taxonomic unit）。前30优势分类群占各样本群落相对丰度75.0%–86.2%（中位80.4%）。基线时个体间群落高度异质，常见高丰度菌含 Ruminococcus bromii（均值9.2%）、Eubacterium rectale（均值8.5%）、Blautia obeum wexlerae（均值5.2%）、Roseburia sp.（均值4.4%）、Lachnospiraceae sp.（均值4.7%）及 Bacteroides dorei/vulgatus（均值3.0%）。终点较基线变化具强个体特异性，无任一优势分类群在全体5人中一致升高或降低；最突出个案为1名受试者 Prevotella copri 自基线≤0.25%升至终点44.2%。个体内 Bray–Curtis 相异度为0.24–0.86，表明时间动态受个体偏移主导而非队列统一转变。

3.2. The alpha-diversity analysis（α多样性分析）

基于物种水平 mOTU 谱计算 Observed、Chao1、Shannon、Simpson 指数，配对 Wilcoxon 符号秩检验显示基线 vs 第14天均无统计学显著差异（Observed p=0.75，Chao1 p=0.92，Shannon p=0.69，Simpson p=1.0），队列水平丰富度与多样性保持稳定，个体变化方向与幅度不一，个别受试者均匀度敏感指数下降。β 多样性 PCoA 及 PERMANOVA（按参与者 ID 约束排列）未示时点导致群落整体分离。核心 microbiome 分析示 Ruminococcus bromii 稳定存续；Faecalibacterium prausnitzii 呈升高趋势，Eubacterium rectale 与 Bifidobacterium adolescentis 呈降低趋势；Prevotella sp.、Clostridium sp.、Bacteroides dorei/vulgatus 及 Clostridiales sp. 为干预后新凸显类群；Blautia obeum wexlerae、Roseburia sp.、Lachnospiraceae sp.、Coprococcus eutactus、Blautia massiliensis 及 Ruminococcaceae sp. 在部分个体干预后消失或大幅衰减。

讨论部分总结：

研究人员指出冻干（freeze-drying）属低温脱水工艺，较传统热干燥更能保留食物基质结构完整性，理论上可能通过改变膳食纤维等底物理化性质及可利用性间接影响 GM，但本研究发现14天全冻干均衡纤维膳食未造成整体 α 与 β 多样性显著扰动。核心菌种 Ruminococcus bromii（抗性淀粉降解关键菌）稳定提示碳水化合物发酵功能维持；Faecalibacterium prausnitzii（抗炎丁酸产生菌）丰度升高倾向具潜在益生意义；部分产丁酸菌如 Eubacterium rectale、Roseburia sp. 等降低可能与冻干处理对植物细胞壁多糖可发酵性的细微改变或个体基线差异有关，但未见病理方向的整体群落紊乱。与既往蔬果干粉、葡萄干干制食品干预研究类比，短期干制食品摄入多不改变总体 GM 架构，仅微调特定分类单元。本研究局限含小样本（n=5）、单中心短周期（14天）、无深度宏基因组测序及严格饮食生物标志物、受模拟密闭环境潜在混杂影响。未来需扩大队列、延长干预期、加深多组学解析以确认安全性。

结论（Conclusions）翻译：

冻干是广为使用的食品保藏方法，正逐渐面向更广阔消费群体。本初步研究中，14天完全冻干饮食未伴随肠道 microbiota 总体多样性的统计学显著改变；但仍需更大规模对照研究证实此类膳食方案的安全性。