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        藻类作为一种营养丰富的可再生资源，在功能性食品领域具有巨大的开发前景。近年来，生物技术的进步推动了藻类在食品工业中的应用，其中褐藻来源的寡糖因在肠道健康调节方面的突出作用而备受关注。本文将围绕藻类在食品技术中的应用、与肠道微生物组的关联等方面，重点阐述褐藻寡糖的研究进展，为理解藻类食品的生物技术革新提供针对性视角。

        全球食品工业面临人口增长、资源紧张及饮食相关疾病增加等多重挑战，传统农业生产模式难以满足可持续发展的需求。藻类凭借其独特优势成为理想的替代资源：既可在非耕地和水生环境中生长，减少对土地和淡水的依赖；又富含蛋白质、多不饱和脂肪酸、维生素及生物活性物质，极具营养与健康价值。随着生物技术的进步，尤其是合成生物学和发酵技术的应用，进一步优化了藻类的营养成分与功能特性，而肠道微生物组研究的深入，则揭示了藻类，特别是褐藻寡糖与健康饮食的密切联系，为功能性食品开发提供了新方向。

        图1展示了藻类在功能性食品和肠道健康中的多元应用：微藻从传统的色素和饲料来源，转变为植物基肉和海鲜替代品的蛋白质来源；大型藻类多糖经酶解可产生益生元，促进有益菌生长和短链脂肪酸（SCFA）生成，其中褐藻寡糖是重要的益生元来源；藻类还被整合到合生素系统中，同时作为益生元底物和益生菌载体。

Fig. 1 藻类在功能性食品和肠道健康中的应用

        在食品技术中，藻类的应用已从传统形式向创新领域拓展。微藻如普通小球藻和钝顶螺旋藻的蛋白质含量丰富，被用于植物基肉替代品以提升营养；红藻提取物则被用于模拟肉类色素。不过，在众多藻类衍生成分中，褐藻来源的功能性成分，尤其是经酶解得到的寡糖，因其独特的生理活性而成为研究热点。针对藻类的感官问题，相关技术已在降低异味方面取得进展，为包括褐藻寡糖在内的藻类成分的应用奠定了基础。

        藻类与人体肠道微生物组的相互作用是其健康价值的关键，其中褐藻寡糖的作用尤为显著。肠道菌群失衡与炎症性肠病、代谢综合征等疾病相关，而褐藻寡糖可通过调节菌群结构和促进SCFA生成改善肠道健康。

表1：大型藻类多糖对肠道菌群影响的研究总结

        褐藻中的褐藻胶经物理降解、化学降解或酶解生成的褐藻寡糖是研究最为深入的藻类寡糖之一。在体外实验中，褐藻胶可增加人体肠道细菌的多样性，并促进乙酸、丙酸和丁酸等SCFA的生成。在小鼠模型中，褐藻寡糖能显著提高双歧杆菌、粪杆菌和罗姆布茨菌等有益菌的丰度，同时增加乙酸、戊酸和丙酸的产量，这些SCFA不仅为肠道细胞提供能量，还能增强肠道屏障功能，减少肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素-6（IL-6）等炎症因子的产生，从而减轻肠道炎症。针对葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎小鼠，褐藻寡糖（甘露糖醛酸寡糖）可增加总SCFA的生成，缓解结肠炎症状，通过提高闭合蛋白和ZO-1等紧密连接蛋白的表达来改善肠道屏障功能。在5-氟尿嘧啶（5-FU）诱导的肠道黏膜炎小鼠模型中，褐藻寡糖能增加拟杆菌科、Akkermansiaceae等菌科的丰度，提高丁酸和异戊酸的水平，减轻体重下降和组织损伤，恢复肠道屏障完整性，并降低促炎细胞因子的水平。对于高脂饮食诱导的肥胖小鼠，褐藻寡糖可增加乳酸杆菌和Akkermansia的丰度，降低拟杆菌的丰度，从而改善代谢指标，如降低血清甘油三酯、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）和空腹血糖，提高胰岛素敏感性，同时减少促炎标志物和脂多糖（LPS）水平。在断奶仔猪模型中，褐藻寡糖能增加粪杆菌和韦荣球菌的丰度，减少幽门螺杆菌、大肠杆菌-志贺菌等致病菌的数量，促进丙酸的生成，改善肠道屏障功能，增强抗氧化能力，缓解肠道炎症。

        除褐藻胶及褐藻寡糖外，褐藻中的岩藻聚糖和海带淀粉也具有显著的益生元活性。在DSS诱导的结肠炎小鼠中，岩藻聚糖可增加毛螺菌科的丰度，促进丁酸的生成，通过调节胆汁酸代谢、增强肠道屏障功能来抑制结肠炎症。同时，海带淀粉在体外实验中可增加青春双歧杆菌和植物乳杆菌的丰度，具有增强抗氧化活性等有益效果。

        在益生元产品开发中，褐藻寡糖也发挥着重要作用。褐藻来源的寡糖可与益生菌协同作用，提升益生菌的存活率和功效。例如，褐藻中的某些成分可作为益生菌的载体，保护益生菌免受胃酸和消化酶的破坏，同时其自身作为益生元，为益生菌在肠道内的定植和增殖提供营养。利用褐藻来源的糖类物质作为底物，通过工程化微生物可生产具有益生元特性的化合物，如以褐藻中的岩藻糖为底物，工程化大肠杆菌可合成2'-岩藻糖基乳糖，这是一种重要的母乳低聚糖，具有良好的益生元功能。

        综上所述，藻类凭借其可持续性和丰富的营养功能，在食品生物技术中占据重要地位。褐藻寡糖在调节肠道菌群平衡、促进SCFA生成、增强肠道屏障功能、减轻肠道炎症等方面的显著作用，使其成为功能性食品开发的重要资源。未来，随着技术的进一步成熟，藻类有望在功能性食品领域发挥更大作用，推动食品系统向更可持续、更健康的方向转型。

        原文链接：https://doi.org/10.1016/j.copbio.2025.103335

作者：汪浩

审核：李全才、邵萌

编辑：郭青云

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