肠道菌群与人体健康密切相关,如何实现“未来食品”(Future Food)对营养健康的精准调控,是科学家们普遍关心的议题。近日,南京农业大学食品科技学院胡冰教授团队构建了一种新的食品分子加工新策略,有望精准调控肠道健康。该成果基于蛋白诱导茶多酚分子堆叠的天然超分子形成和自组装机制,揭示了其软物质结构跨多尺度的演变规律,提出了一种新的小分子活性物质(药物)的高效包埋、增溶、稳态化和经口肠道输送方法。该食品软物质能够精准靶向调控菌群,促进肠道健康。


南京农大构建食品分子加工新策略,能精准靶向调控肠道菌群


3月24日晚,该成果正式发表于国际权威期刊美国化学会ACSNano杂志,该杂志重点关注全球化学综合、物理化学、材料科学、纳米科技领域的最新成果。


肠道菌群与人体健康密切相关,目前已经明确了常见的肠道炎性反应与菌群相关,并由此激发了特定菌属的异常增殖。科学家发现,膳食植物化合物具有促进人体健康的生理功能,包括调节肠道菌群。但是,膳食植物化合物普遍存在溶解性差、生物利用率低,在现有输送载体中负载量低等问题,严重限制了其在食品加工领域的应用,也制约了其功能的进一步发挥。


提到分子自组装,人们常常会想到化学合成的嵌段高分子或者小分子凝胶剂。实际上,大自然中也存在天然的自组装构件分子,最为常见的就是核酸和蛋白质。


南京农大构建食品分子加工新策略,能精准靶向调控肠道菌群


受此启发,团队发现天然的茶多酚小分子同样具有自组装特性。据胡冰介绍,通过冷冻透射电子显微镜观测和小角X射线散射分析,在10-9m的微观世界,茶多酚小分子犹如雪花飘零一般,附着到食品蛋白质淀粉样纤维的表面,并且不断地堆叠,形成“芯-壳”超分子纳米线结构,继而自组装成食品水凝胶,犹如一幅泼墨雪景图。


淀粉样纤维是一种有序聚集态的纳米线状结构的统称,其长度20-30μm,直径2-8nm,具有手性螺旋,团队通过加工让食品蛋白质自组装成这种柔性生物胶体。


胡冰告诉记者,这样的加工流程极大地提高了水凝胶中的多酚的负载量,达到了生产的需要,同时还增强了多酚的稳定性。


南京农大构建食品分子加工新策略,能精准靶向调控肠道菌群


团队通过动物实验,观测到水凝胶从小鼠的胃进入小肠,最终进入大肠,并且能够长时间地保留在结肠中。这种食品超分子软物质在小鼠结肠中很好地缓解了炎性反应,还明显地改善了相应的肠道菌群失调,抑制了由炎性反应激发的微生物菌属的异常增殖。长期动物毒性试验结果表明食用这种食品软物质没有表现出毒副作用,能增强体内抗氧化水平。


以往的研究均认为多酚会抑制蛋白质淀粉样纤维的形成,或者是切断、破坏已经成型的淀粉样纤维。南京农业大学的这项最新发现表明,这两者并非“水火不容”,而是可以拿来组合利用,蛋白质淀粉样纤维可以用作多酚的附着载体,两者结合后能够形成水凝胶高级结构。


与此同时,该研究揭示了食品分子之间的多重相互作用,构建起跨多尺度自组装的分子加工新策略,为精准调控人类营养健康提供了一个很好的方向。


据了解,胡冰为论文的第一作者和通讯作者,南京农业大学为第一署名单位。南京农业大学食品科技学院硕士研究生于诗婕;中国科学院长春应用化学研究所助理研究员史册、陈全教授、李云琦教授;江苏省人民医院老年消化科主任医师邵耘;南京大学博士研究生顾杰;瑞士苏黎世联邦理工学院教授RaffaeleMezzenga参与了该项目的研究。南京农业大学曾晓雄教授、南京大学曹毅教授为该项目实施提供了帮助。


此前,胡冰教授团队的另一项研究(ACS Nano 2018, 12, 4,3385-3396)揭示,小分子多酚可促使食品球蛋白淀粉样纤维自组装,形成具有广谱抗菌作用的水凝胶。这种水凝胶中的淀粉样纤维能够将致病菌“捆绑”起来,破坏细胞膜结构,达到杀死细菌的效果。该方法对多药抗药性超级细菌具有一定的抗菌作用。这些研究工作受到了国家自然科学基金,江苏省自然科学基金和南京农业大学中央高校基本科研业务费的资助和支持。


相关论文信息:https://doi.org/10.1021/acsnano.9b09125


来源:南京农业大学

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