茶叶是世界卫生组织（World Health Organization，WHO）公布的六大健康饮料之首，受到各国人民的喜爱。茶叶中含有 700 多种已知化合物，包括茶多酚（25 %~35 %）、茶多糖（20 %~25 %）、蛋白质（25 %~30 %）以及 26 种氨基酸、50 余种矿质元素和维生素等多种功能性成分 [1] 。然而人们很少注意茶叶膳食纤维。目前，膳食纤维在欧美等国受到普遍关注，被誉为人类第七大营养素 [2] ，并将其广泛应用于食品及保健品生产中，但是有关茶叶膳食纤维的研究开展较少 [3] 。传统的泡茶方式以及茶饮料加工剩余的废弃物，使剩余的茶膳食纤维未得到充分利用，对茶膳食纤维的开发利用问题日益引起人们的关注。如果能科学的制取茶叶中的膳食纤维，将茶膳食纤维应用到食品加工领域，如饼干、面包、蛋糕、糖果、点心和其他饮品中，可以在不影响风味口感的同时，赋予食品更多保健的功能，具有经济、社会和健康等多方面的效益 [4] 。美国谷物化学学会将膳食纤维定义为“在人的小肠中不被消化吸收而在大肠中可以全部或部分发酵的植物可食部分或碳水化合物类似物”[5] 。茶叶膳食纤维主要存在于茶叶的细胞壁、细胞液和细胞间质中，主要由纤维素、半纤维素、树胶、木质素和原果胶等碳水化合物类似物组成 [6] 。茶叶可溶性膳食纤维主要包括树胶、果胶、原果胶等物质，吸水膨胀后形成凝胶体，具有黏滞性，可增加茶汤的醇厚度，使口感顺滑、回甘韵味悠长。与其他食品性辅料混配后能在小肠黏膜表面形成一层“隔离层”，具有多重保健功效。茶叶中的水不溶性膳食纤维主要包括纤维素、半纤维素、木质素等，是茶鲜叶细胞壁的重要组成 [7] 。茶叶中的水不溶性膳食纤维是茶树细胞壁的组成组分，是支撑茶树正常生长发育的重要生理物质。

近年来，人们越来越关注肠道微生物，因为它对宿主的健康起到重要作用。已经报道的肠道微生物与宿主生理、营养、代谢和免疫功能息息相关 [8] 。茶叶中的膳食纤维能起到改善人体肠道功能的作用。它可被大肠中的有益菌发酵，从而产生大量乳酸等化学成分，调节人体肠道内的酸碱度，有益于体内消化系统，并能在一定程度上改善肠道菌群失调 [9] 。人体肠道中，肠道微生物利用膳食纤维产生的最重要的代谢产物是短链脂肪酸（short chain fatty acid，SCFAs）[10] 。SCFAs的重要作用表现为：影响肠上皮细胞转运，促进肠细胞的代谢、生长和分化，为肠粘膜上皮细胞提供能量，影响肝脂质与碳水化合物调控等 [11] 。

本试验以茶膳食纤维作为原材料，研究了茶膳食纤维的持水力、持油力、膨胀力等理化性质；同时使用傅里叶红外吸收光谱（fourier transform infrared spec－troscopy，FTIR）、扫描电子显微镜（scanning electron mi－croscope，SEM）、X-射线衍射对茶膳食纤维的官能团组成、微观结构和结晶度进行研究。通过这些表征手段分析茶膳食纤维微观结构。从体外探讨茶膳食纤维对肠道菌群生长的作用效果，为其在保健食品中的应用提供参考依据。通过模拟肠道厌氧环境，建立小鼠肠道菌群体外模型，探究不同含量茶膳食纤维对小鼠肠道菌群的影响。选择双歧杆菌和乳杆菌为肠道益生菌的代表，肠杆菌、肠球菌和产气荚膜梭菌为肠道有害菌的代表进行检测。本研究对于阐明茶膳食纤维与肠道菌群的关系以及开发茶膳食纤维功能食品提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

茶叶膳食纤维粉由绿茶茶叶经烘干粉碎得到 [12] ；MRS 培养基（乳酸菌）、BBL 培养基（双歧杆菌）、伊红美蓝培养基（肠杆菌）、叠氮钠-结晶紫-七叶苷培养基（肠球菌）、TSC 培养基（产气荚膜梭菌）和改良 GAM 培养基（拟杆菌）：北京奥博星生物技术有限公司；乙酸、丙酸、丁酸和乳酸（分析纯）：天津渤化化学试剂有限公司。

1.2 仪器

JSM-IT300LV 扫描电子显微镜：日本电子公司；TENSOR27 傅里叶红外吸收光谱、D8-ADVANCE X 射线衍射：德国布鲁克公司；7890B-7200 气相色谱质谱联用：美国安捷伦公司。

1.3 试验方法

1.3.1 茶叶膳食纤维基本成分检测

茶膳食纤维的水分、灰分、蛋白质、脂肪和总膳食纤维、可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维测定参考文献[13]；茶多酚：采用 GB/T 31740.2-2015《茶叶中茶多酚的测定》的方法测定。纤维素、半纤维素、木质素和果胶的含量测定参考文献[14]。

1.3.2 茶叶膳食纤维的理化性质

1.3.2.1 持水力测定

准确称取恒重后茶膳食纤维样品 0.5g 于 15mL 离心管中，向其中加入 10mL 蒸馏水，充分搅拌使样品均匀分散于离心管中，密封后室温下静置过夜，4 000 r/min条件下离心 25 min，弃去上清液，并用滤纸吸干管壁残留水分，称量湿重质量 [15] 。持水力计算公式如下：持水力/ （g/g）=（m 2 -m 1 ）/m 0公式中：m 0 为样品干重，g；m 1 为离心管质量，g；m 2为吸水后样品和离心管质量，g。

1.3.2.2 膨胀力测定

准确称取干燥至恒重的茶膳食纤维样品 0.25 g 于10 mL 试管中，测得干样体积，并向其中加入蒸馏水5 mL，充分搅拌以除去溶液中的气泡，25 ℃条件下静置过夜，准确读取膨胀后的体积数 [16] 。膨胀力计算公式如下：膨胀力/ （mL/g）=（V 2 -V 1 ）/m公式中：V 2 为样品膨胀后的测定体积，mL；V 1 为样品干样的测定体积，mL；m 为样品干重，g。

1.3.2.3 持油力测定

准确称取 0.5 g 茶膳食纤维样品于 50 mL 离心中，加入植物油 10 mL，振荡摇匀，室温下放置 1 h，5 000 g离心 20 min，小心除去上清液，称重后计算持油力：持油力/ （g/g）=（m 2 -m 1 ）/m 0公式中：m 0 为样品干重，g；m 1 为离心管质量，g；m 2为吸油后样品和离心管质量，g。

1.3.3 茶叶膳食纤维的结构表征

1.3.3.1 扫描电镜分析

将茶膳食纤维粉、其中的不可溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维 3 个样品干燥至恒重，取适量放入样品台，采用离子溅射方法将其表面镀金，在加速电压10 kV 条件下对已制备好的样品进行扫描电镜观察。

1.3.3.2 傅里叶红外光谱分析

采用傅里叶红外光谱仪对茶膳食纤维粉、其中的不可溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维 3 个样品的官能团和糖苷键进行检测。红外光谱测定首先将待测的样品和溴化钾（分析纯）置于烘箱内干燥（100 ℃，48 h），放入干燥器中保存。准确称取样品各 2 mg 于玛瑙研钵中，将研磨好的混合粉末置于电动粉末压片机中，制成直径 10 mm，厚度 0.5 mm 的透明薄片，立即进行红外光谱扫描，扫描范围为 400 cm -1 ~4 000 cm -1 ，所得红外光谱利用 OMNIC 8.0 软件（美国尼高力公司）进行处理。

1.3.3.3 X 射线衍射分析（X-ray diffraction，XRD）利用 X 射线衍射仪在电压为 40kV，电流为 40mA，射线源为 Cu-Kα 源，波长为 0.154 nm 的条件下扫描已制备好的茶膳食纤维粉、其中的不可溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维 3 个样品，扫描速率为 2 °/min，扫描范围 4 °～70 ° （2θ），步长 0.02 °。利用 Jade 5.0 软件（美国材料数据公司）对所得数据进行分析处理。

1.3.4 茶叶膳食纤维体外模拟大肠发酵过程

无菌发酵瓶中加入基础培养基，并在厌氧工作站中 37 ℃预还原过夜。每升基础培养基中含有：2 g 蛋白胨，2 g 酵母膏，0.1 g NaCl，0.04 g K 2 HPO 4 ，0.04 g KH 2 PO 4 ，0.01 g MgSO 4 ·7H 2 O，0.01 g CaCl 2 ·6H 2 O，2 g NaHCO 3 ，0.5 gL-半胱氨酸盐酸盐，0.5 g 胆盐，10 mL 维生素 K 1 ，2 mL吐温 80 和 1 mL 氯高铁血红素溶液，0.2 g 葡萄糖，以上成分溶解后调节基础培养基 pH 值至 7.0，加入 4 mL0.025 %刃天青溶液并灭菌。

采用逼迫法无菌收集小鼠粪便，取样当天换无菌垫料，减少外界微生物对样品的污染。将每只小鼠粪便分别放入灭菌 EP 管，立即用预还原的磷酸盐缓冲液（phosphate buffer saline，PBS，0.1 mol/L，pH7.0）按照体积比 1 ∶ 9 稀释。取 10 mL 粪便稀释液（1 %粪便接种量）加入预还原基础培养基中，样品分为对照组、茶膳食纤维（低、中、高 3 个剂量水平分别为 1 %、2 %和3 %茶粉样品）组。将样品加入混匀后在 37 ℃厌氧工作站中发酵，并在发酵的第 0、6、12、24 小时取样检测肠道菌群数量、pH 值。计数采用平板计数法，10 倍梯度稀释法稀释，稀释液为 pH 7.0，0.1 mol/L PBS，选取适当梯度稀释液 100 μL 均匀涂布于不同选择培养基上（肠杆菌、肠球菌、乳酸菌、双歧杆菌、产气荚膜梭菌和拟杆菌）。

短链脂肪酸的测定使用气相色谱质谱联用技术，方法如下，取 2 mL 发酵液置于 10 mL 离心管中，加0.5 mol/L H 2 SO 4 50 μL，用 2.0 mL 的乙醚萃取 30 s，然后 10 000 g 离心 5 min，上清液过 0.45μm 的膜，取 1 mL上清液加入装有 0.25 g 含无水硫酸钠的离心管中除去残留水分，移取上清液用于气相测定。SCFAs 测定采用外标法，用乙酸、丙酸、丁酸作标准曲线。采用 Rtx-Wax毛细管色谱柱（30 m × 0.25 mm × 0.25 μm），使用氦（＞ 99.999 %）作为载气，以 1 mL/min 的恒定流速通过柱。分流比为 10 ∶ 1，进样量为 1 μL，进样温度为 240 ℃程序升温。程序升温设置：初温 100 ℃，以 10 ℃/min 升温至 140 ℃，保持 1 min；然后 60 ℃/min 程序升温至200 ℃保持 3 min，离子化温度为 230 ℃，质量扫描为选扫描模式。

pH值的测定，将发酵液 9 000 r/min 下离心 10 min，取其上清液装入离心管中，pH 计测定发酵上清液的pH 值。

2 结果与分析

2.1 茶叶膳食纤维基本成分和理化特性

茶叶膳食纤维基本成分和理化性质见表 1。由表 1 可见，茶叶膳食纤维粉总膳食纤维含量占（61.15± 1.24）%，其中不可溶性膳食纤维高达（54.62 ±1.10）%，而可溶性膳食纤维占（6.53 ± 0.19）%。有研究表明，可溶性与不可溶性膳食纤维的比例是衡量膳食纤维功能特性的重要指标 [17] 。本研究茶叶膳食纤维粉可溶性膳食纤维与不可溶性膳食纤维构成比例大约为质量比 1 ∶ 8，其中可溶性膳食纤维含量略少。茶叶膳食纤维中主要为纤维素、半纤维素、木质素和果胶，还含有一定蛋白质、茶多酚和少量脂肪。

由表 1 可见，茶叶膳食纤维粉具有较高的持水力、持油力和膨胀力。持水力、持油力和膨胀力是影响膳食纤维生理功能发挥的重要因素。持水力高、膨胀力大的膳食纤维在肠胃中更容易吸水膨胀形成大体积、高黏度的溶胶或凝胶，产生饱腹感而抑制进食量，也有利于刺激肠道蠕动，从而达到减肥、通便等作用。进食持油力高的膳食纤维，可直接抑制高脂血症、预防动脉粥样硬化，对预防心脑血管疾病也有重要作用。

2.2 茶叶膳食纤维扫描电镜结果

图 1 为茶叶膳食纤维粉、其中的不可溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维样品的扫描电镜图。由图 1a 可以看出，茶叶膳食纤维粉不规则的团状，表面凹凸不平，有少量颗粒状物质存在。由图 1b 可以看出，不可溶性膳食纤维结构疏松，空隙较大，略有褶皱。由图 1c 可以

看出，可溶性膳食纤维结构较为致密，呈片状结构且表面无其他颗粒附着。

2.3 茶叶膳食纤维红外光谱分析结果

物质红外光谱吸收峰的位移和吸收强度与其化学组成和化学键类型密切相关见图 2。

由图 2 可知，可溶性膳食纤维中 3 500 cm -1 处附出现游离态 O-H 的伸缩振动峰，而茶叶膳食纤维原粉和不可溶性膳食纤维中，在 3 300 cm -1 处附近是缔合态 O-H 的伸缩振动峰。2 922 cm -1 ~2 926 cm -1 附近处为糖类甲基和亚甲基 C-H 的伸缩振动峰，且在3 个样品中均出现了此位置的峰。1 754 cm -1 处为 C=O吸收，说明可能存在酮、醛或酸存在。在 1 649 cm -1 和1 619 cm -1 附近代表有蛋白酰胺 1 氮和酰胺 2 氮的伸缩振动。1 200 cm -1 ~1 400 cm -1 是 C-H 的变角振动，在这些区域的吸收峰是糖类的特征吸收峰。在茶粉和不可溶膳食纤维图中，1 300 cm -1 ~1 000 cm -1 区间内出现的多个小尖峰组成的强宽峰，是 C-O-C 的收缩振动峰。茶叶膳食纤维粉中具有 C=O 键、O-H 键、C-H键等纤维素及半纤维素的特征吸收峰。1 148 cm -1 和1 036 cm -1 为 OH 多糖吸收峰。1 634 cm -1 处是木质素中苯环的特征吸收峰。

2.4 茶叶膳食纤维 X 射线衍射分析结果

X 射线衍射法测量的是长程序列，可以测量样品的晶体组成及晶型。纤维素类物质是由 70 %有序结晶纤维素区和 30 %无序非晶态纤维素、半纤维素区组成的，高速有序的纤维素区具有结晶性。在衍射曲线中结晶结构对应着尖峰衍射，非晶结构对应着弥散衍射特征见图 3。

由图 3 可知，茶膳食纤维粉也是具有结晶区与非结晶区两项共存的晶体。

2.5 茶叶膳食纤维体外对肠道菌群的影响分析结果

体外发酵过程中乳酸菌的数量变化见表 2。乳酸菌产生有机酸降低肠道 pH 值抑制腐败菌的增殖，维持肠道菌群平衡，提高机体免疫力，促进宿主代谢，促进营养物质的吸收，增加维生素的合成 [18] 。与对照组相比，茶膳食纤维均可增加乳酸菌生长，但是最优增殖是中膳食纤维梯度组，发酵 24 h 后，可显著增加乳酸菌数量（p＜0.05）。而高膳食纤维组反而对乳酸菌的增殖有一定的抑制作用。因此最优是中膳食纤维组。

肠道中以双歧杆菌为代表的厌氧菌是典型的益生菌，可抗肿瘤、降低胆固醇以及延缓衰老等，此外还有抑制致病菌粘附的作用，抗菌消炎、通便等一系列生物活性 [19] 。发酵 24 h，茶粉均可显著提高双歧杆菌数量（p＜0.05），且低、中、高剂量组无显著差异。肠杆菌为动物或人肠道内的条件致病菌，微生态平衡状况下是无害的，但一旦过量会引起疾病。与对照组相比，发酵 24 h 后，茶粉可降低肠杆菌数量，但是没有显著性差异（p＞0.05），其中高浓度膳食纤维组抑制肠杆菌效果最好。

3 结论

茶膳食纤维对肠道菌群具有调节作用，可促进益生菌生长，抑制有害致病菌的生长。可显著增加肠道乳酸菌和双歧杆菌数量，且显著抑制肠杆菌、肠球菌和产气荚膜梭菌，对拟杆菌没有影响。2 %和 3 %茶膳食纤维均可达到理想益生作用，但是高剂量的茶膳食纤维（3%）会对乳酸菌生长有一定抑制作用，因此并不是越高浓度越理想。随着茶膳食纤维浓度的增加，发酵液的 pH值显著降低。随着茶膳食纤维浓度的增加，SCFAs 各酸含量不断增加，乙酸含量最高为（20.65±0.93）mmol/L，丙酸含量最高为（2.88±0.14）mmol/L，丁酸含量最高为（10.89±1.01）mmol/L，乳酸含量最高为 （19.91±1.38）mmol/L，然而与 2 %茶膳食纤维相比，并无显著性差异，因此结合肠道菌群结果和 SCFAs 结果，最优膳食纤维比例为 2 %茶膳食纤维可对肠道菌群有益生调节作用。