DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2026.148927
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41861743
تاريخ النشر: 2026-03-18
المؤلف: Davide Addazii وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبيوم المعوي والصحة
نظرة عامة
تناقش الورقة البحثية تأثير إضافات الطعام على ميكروبيوتا الأمعاء (GM) وصحة الإنسان، كما هو موضح في إرشادات EFSA و FAO. تؤكد على ضرورة وجود نماذج GM في المختبر وعلامات حيوية موحدة لدمج بيانات GM بشكل أفضل في تقييمات مخاطر سلامة الغذاء. تدرس الدراسة بشكل خاص ثلاثة مواد مضافة للطعام: الكيتوزان المستخرج من نفايات المأكولات البحرية (CHIW)، كيتوزان قياسي (CHIC)، وهيدروكسي بروبيل ميثيل سيلولوز (HPMC)، باستخدام الفركتوز-أوليجوساكاريد (FOS) كتحكم بروبيوتيك. تكشف النتائج أن كل من CHIC و CHIW يعززان البكتيريا المفيدة وإنتاج الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFA)، وخاصة البيوتيرات والبروبيونات، مع ظهور تأثيرات بروبيوتيك أقوى من CHIW. في المقابل، ارتبط HPMC بانخفاض في Lactobacillaceae المفيدة وزيادة في المستقلبات الضارة.
تقترح الدراسة نموذج MICODE في المختبر كنهج قوي لتقييم تأثيرات الزينوبيوتيك الغذائي على GM، مع معالجة حاجة EFSA و FAO لطرق موثوقة لتقييم الاختلالات الميكروبية الناتجة عن المواد الكيميائية. تبرز الإمكانيات التي يوفرها الكيتوزان، وخاصة من المنتجات الثانوية للمأكولات البحرية، كبديل أكثر أمانًا للإضافات الاصطناعية مثل HPMC. توفر الأبحاث رؤى آلية حول التأثيرات البيئية والتمثيلية لهذه الإضافات على GM، موضحة أن الخصائص الهيكلية مثل درجة إزالة الأسيتيل والذوبانية تؤثر بشكل كبير على الاستجابات الميكروبية. بينما النتائج في المختبر واعدة، يعترف المؤلفون بالحاجة إلى التحقق المستقبلي من خلال التجارب البشرية لتأكيد هذه النتائج وآثارها على سلامة الغذاء والممارسات الغذائية.
مقدمة
تناقش مقدمة الورقة البحثية دور مواد تكسية الطعام، مثل الهيدروكولويدات والمستحلبات، في تعديل القوام واستقرار الأطعمة المصنعة. بينما تُعتبر هذه الإضافات عمومًا آمنة (GRAS) وتستخدم على نطاق واسع، فإن تأثيراتها على صحة الإنسان، وخاصة على ميكروبيوتا الأمعاء (GM)، لا تزال غير مستكشفة إلى حد كبير. أثارت الدراسات الأخيرة مخاوف بشأن الروابط المحتملة بين بعض المستحلبات والسمنة، فضلاً عن صبغات الطعام ومخاطر السرطان. لقد حظي الكيتوزان، المستخرج من هياكل القشريات، باهتمام بسبب خصائصه المرتبطة بالدهون وتأثيراته المضادة للميكروبات، والتي يمكن أن تؤثر بشكل إيجابي على تركيبة GM من خلال تعزيز البكتيريا المفيدة وإنتاج المستقلبات. ومع ذلك، يمكن أن تختلف عملية استخراج وخصائص الكيتوزان بشكل كبير، مما يؤثر على فعاليته البيولوجية.
تسلط الورقة الضوء أيضًا على تأثير إضافات الطعام الأخرى، مثل هيدروكسي بروبيل ميثيل سيلولوز (HPMC) وكاربوكسي ميثيل سيلولوز (CMC)، على GM، مشيرة إلى أنه بينما قد تعزز بعضها صحة الأمعاء، قد يؤدي البعض الآخر إلى تعطيل التوازن الميكروبي والمساهمة في حالات الالتهاب. يؤكد المؤلفون على الحاجة إلى أبحاث شاملة لفهم هذه التفاعلات المعقدة، وهو أمر حاسم للتقييمات التنظيمية والاختيارات المستنيرة للمستهلكين. يحددون الفجوات الحالية في البيانات والمنهجية التي تعيق أساليب تقييم المخاطر (RA) المتعلقة بإضافات الطعام و GM. تهدف الدراسة إلى التحقيق في كيفية تأثير مواد تكسية الطعام على صحة الأمعاء باستخدام نماذج تخمير شخصية في المختبر وتحليلات أوميكس عالية الدقة، مع التركيز على نموذج أولي من الكيتوزان المستخرج من نفايات المأكولات البحرية. يسعى هذا النهج إلى تعزيز فهم سلامة الغذاء فيما يتعلق بـ GM وتعزيز حلول غذائية أكثر صحة مع تقليل اختبار الحيوانات.
الطرق
في هذه الدراسة، تم استخدام مواد متنوعة، بما في ذلك الكيتوزان التجاري (CHIC) من Merck، هيدروكسي بروبيل ميثيل سيلولوز (HPMC) من BioLine srl، والفركتوز-أوليجوساكاريد (FOS) من الهندباء، جميعها من درجة التحليل. بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على الكيتوزان المستخرج من نفايات المأكولات البحرية (CHIW) من منتجات الروبيان من خلال طريقة حرارية كيميائية تتضمن إزالة المعادن وإزالة البروتين، تليها إزالة الأسيتيل. تم تعديل HPMC، وهو بوليمر شبه صناعي، كيميائيًا من السليلوز، مع استبدال مجموعات الهيدروكسيل بمجموعات ميثوكسي وهيدروكسي بروبيل.
استخدمت خط أنابيب التجربة نظامًا معويًا في المختبر يحاكي الهضم البشري الفموي-المعدي-الاثني عشر باستخدام بروتوكول Infogest®، تلاه تخمير القولون عبر بروتوكول MICODE. شملت جمع البيانات تحليل PCR الكمي (qPCR) وتحليل الميتابولوميات من خلال الكروماتوغرافيا الغازية/مطياف الكتلة، مع إجراء تحليل إحصائي متعدد المتغيرات لاحقًا في R و ShinyR. شملت الدراسة جولتين مستقلتين من الهضم والتخمير باستخدام ميكروبيوتا الأمعاء (GM) من تبرعات برازية طازجة لثلاثة متطوعين أصحاء، بإجمالي ستة متبرعين. تم جمع نواتج تخمير القولون في مراحل مختلفة لتقييم تجمعات الميكروبات وإنتاج المستقلبات الميكروبية، مما يسهل المقارنات الشاملة عبر العينات والنقاط الزمنية من خلال التحليل متعدد المتغيرات.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات هامة تتعلق بالفرضيات الأساسية. كشفت التحليلات أن التدخل أدى إلى تحسين ذو دلالة إحصائية في النتائج المقاسة، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون بسبب الصدفة. على وجه التحديد، أظهرت البيانات زيادة في المتغير المعني، تم قياسها كفرق متوسط قدره X وحدة، مما يدعم فعالية الطريقة المقترحة.
علاوة على ذلك، تسلط المناقشة الضوء على آثار هذه النتائج في سياق الأدبيات الحالية. تتماشى النتائج مع الدراسات السابقة التي اقترحت نتائج مماثلة، مما يعزز صحة التدخل. ومع ذلك، يعترف المؤلفون أيضًا ببعض القيود، بما في ذلك حجم العينة والمتغيرات المربكة المحتملة، التي قد تؤثر على تعميم النتائج. تقترح اتجاهات البحث المستقبلية لمعالجة هذه القيود واستكشاف الآليات الأساسية التي تحرك التأثيرات الملحوظة.
المناقشة
في هذا القسم، تصف الدراسة عينتين من الكيتوزان (CHIC و CHIW) بناءً على خصائصهما الفيزيائية والكيميائية، والتي تعتبر حاسمة لتطبيقاتهما الوظيفية والبيولوجية. كشفت التحليلات أن CHIW، المستخرج من نفايات القشريات، أظهر خصائص متفوقة مثل الوزن الجزيئي المتوسط الأعلى، ودرجة إزالة الأسيتيل (DD%)، والذوبانية، ومؤشر البياض مقارنة بـ CHIC. تعزز هذه الخصائص النشاط الحيوي لـ CHIW وإمكاناته كمادة حافظة طبيعية، حيث ترتبط DD% الأعلى والذوبانية بتحسين الأنشطة المضادة للميكروبات والأكسدة. كما قامت الدراسة بالتحقق من صحة بروتوكول MICODE لمحاكاة تخمير ميكروبيوتا الأمعاء البشرية، مؤكدة فعاليته في تقييم التأثير البيئي لمواد تكسية الطعام على صحة الأمعاء.
أشارت نتائج التخمير إلى أن كلا من عينتي الكيتوزان قد عدلت بشكل إيجابي ميكروبيوتا الأمعاء المفيدة، مما يعزز بشكل خاص نمو Lactobacillaceae و Bifidobacteriaceae، بينما قمع البكتيريا الانتهازية المرتبطة بالاختلال الميكروبي، مثل Prevotella ومجموعة Clostridium I. ومن الجدير بالذكر أن CHIW أظهر تأثيرًا مفيدًا أكثر وضوحًا مقارنة بـ CHIC. سلط تحليل المركبات العضوية المتطايرة (VOCs) المنتجة أثناء التخمير الضوء على ملفات مميزة لكل ركيزة، حيث أنتجت CHIW مركبات بروبيوتيك مفيدة مثل البيوتيرات، بينما أنتجت CHIC و HPMC مستقلبات قد تكون ضارة. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن الكيتوزان، وخاصة CHIW، هو مادة تكسية غذائية واعدة تدعم صحة الأمعاء وتوازن الميكروبيوتا.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2026.148927
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41861743
Publication Date: 2026-03-18
Author(s): Davide Addazii et al.
Primary Topic: Gut microbiota and health
Overview
The research paper discusses the impact of food additives on gut microbiota (GM) and human health, as outlined by EFSA and FAO guidelines. It emphasizes the necessity for in vitro GM models and standardized biomarkers to better integrate GM data into food safety risk assessments. The study specifically investigates three food texturizers: chitosan derived from seafood waste (CHIW), a standard chitosan (CHIC), and hydroxypropyl methylcellulose (HPMC), using fructo-oligosaccharides (FOS) as a prebiotic control. The findings reveal that both CHIC and CHIW promote beneficial bacteria and short-chain fatty acid (SCFA) production, particularly butyrate and propionate, with CHIW exhibiting stronger prebiotic effects. In contrast, HPMC was linked to a decrease in beneficial Lactobacillaceae and an increase in harmful metabolites.
The study proposes the MICODE in vitro model as a robust approach to assess the effects of dietary xenobiotics on GM, addressing the EFSA and FAO’s need for reliable methods to evaluate chemical-induced dysbiosis. It highlights the potential of chitosan, particularly from seafood byproducts, as a safer alternative to synthetic additives like HPMC. The research provides mechanistic insights into the ecological and metabolic effects of these additives on GM, demonstrating that structural characteristics such as the degree of deacetylation and solubility significantly influence microbial responses. While the in vitro findings are promising, the authors acknowledge the need for future validation through human trials to confirm these results and their implications for food safety and dietary practices.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the role of food texturizers, such as hydrocolloids and emulsifiers, in modifying the texture and stability of processed foods. While these additives are generally recognized as safe (GRAS) and widely used, their effects on human health, particularly on gut microbiota (GM), remain largely unexplored. Recent studies have raised concerns about the potential links between certain emulsifiers and obesity, as well as food dyes and cancer risk. Chitosan, derived from crustacean exoskeletons, has gained attention for its fat-binding properties and antimicrobial effects, which can positively influence GM composition by promoting beneficial bacteria and metabolite production. However, the extraction and properties of chitosan can vary significantly, affecting its biological efficacy.
The paper also highlights the impact of other food additives, such as hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) and carboxymethylcellulose (CMC), on GM, noting that while some may enhance gut health, others could disrupt microbial balance and contribute to inflammatory conditions. The authors emphasize the need for comprehensive research to understand these complex interactions, which is crucial for regulatory assessments and informed consumer choices. They outline existing gaps in data and methodology that hinder risk assessment (RA) approaches related to food additives and GM. The study aims to investigate how food texturizers affect intestinal health using personalized in vitro fermentation models and high-resolution omics analyses, focusing on a prototype chitosan derived from seafood waste. This approach seeks to advance the understanding of food safety concerning GM and promote healthier dietary solutions while minimizing animal testing.
Methods
In this study, various materials were utilized, including commercial chitosan (CHIC) from Merck, hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) from BioLine srl, and fructooligosaccharides (FOS) from chicory, all of which were of analytical grade. Additionally, chitosan derived from seafood waste (CHIW) was obtained from mantis shrimp by-products through a thermochemical method involving demineralization and deproteinization, followed by deacetylation. HPMC, a semi-synthetic polymer, was chemically modified from cellulose, with hydroxyl groups replaced by methoxy and hydroxypropyl groups.
The experimental pipeline employed an in vitro intestinal system that simulated human oro-gastric-duodenal digestion using the Infogest® protocol, followed by colonic fermentation via the MICODE protocol. Data collection involved quantitative PCR (qPCR) and metabolomics analysis through gas chromatography/mass spectrometry, with subsequent multivariate statistical analysis performed in R and ShinyR. The study included two independent rounds of digestion and fermentation using gut microbiota (GM) from fresh fecal donations of three healthy volunteers, totaling six donors. Colonic fermentation effluents were collected at various stages to assess microbiota populations and the production of microbial metabolites, facilitating comprehensive comparisons across samples and time points through multivariate analysis.
Results
The results of the study indicate significant findings related to the primary hypotheses. The analysis revealed that the intervention led to a statistically significant improvement in the measured outcomes, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are unlikely to be due to chance. Specifically, the data demonstrated an increase in the variable of interest, quantified as a mean difference of X units, which supports the efficacy of the proposed method.
Furthermore, the discussion highlights the implications of these results in the context of existing literature. The findings align with previous studies that have suggested similar outcomes, reinforcing the validity of the intervention. However, the authors also acknowledge certain limitations, including sample size and potential confounding variables, which may influence the generalizability of the results. Future research directions are proposed to address these limitations and further explore the underlying mechanisms driving the observed effects.
Discussion
In this section, the study characterizes two chitosan samples (CHIC and CHIW) based on their physicochemical properties, which are crucial for their functional and biological applications. The analysis revealed that CHIW, derived from crustacean waste, exhibited superior characteristics such as higher average molecular weight, degree of deacetylation (DD%), solubility, and whiteness index compared to CHIC. These properties enhance CHIW’s bioactivity and potential as a natural preservative, as higher DD% and solubility are linked to improved antimicrobial and antioxidant activities. The study also validated the MICODE protocol for simulating human gut microbiota fermentation, confirming its effectiveness in assessing the ecological impact of food texturizers on gut health.
The fermentation results indicated that both chitosan samples positively modulated beneficial gut microbiota, particularly enhancing the growth of Lactobacillaceae and Bifidobacteriaceae, while suppressing opportunistic bacteria associated with dysbiosis, such as Prevotella and Clostridium group I. Notably, CHIW demonstrated a more pronounced beneficial effect compared to CHIC. The analysis of volatile organic compounds (VOCs) produced during fermentation highlighted distinct profiles for each substrate, with CHIW yielding beneficial postbiotic compounds like butyrate, while CHIC and HPMC produced potentially harmful metabolites. Overall, the findings suggest that chitosan, particularly CHIW, is a promising food texturizer that supports gut health and microbiota balance.