食品用SiO2、TiO2、ZnO纳米材料对肠道益生菌及其菌群的影响

Nanomaterials have shown great advantages for food production and process and food package, such as, improvement of the colour, odor, flavor and the nutrient utilization ratio of food. Some food pakage is with the warning of natural decay. However, Some study results show that the cells and organ can be injured by the nanomaterials for food. The effects of SiO2、TiO2、ZnO nanomaterials for food on the intestinal probiotics and intestinal flora will be investigated. The SiO2、TiO2、ZnO nanomaterials for food will be separated from food and characterized. Then the morphology, the cytotoxicity, genotoxicity and flora structure change will be studied in vitro and in vivo. Finally, the surface properties of SiO2、TiO2、ZnO nanomaterials will be adjusted to improve the safety of food. Its of significance to the application of nanomaterials and food safety.

纳米材料应用于食品生产、加工和包装过程中，逐渐显现出相当的优势，如提高食品的色泽、风味、营养利用率，并且具有抗菌或者指示食物变质的功能。但是研究表明食品用纳米材料会对细胞或组织产生损伤，因此本项目研究了常用的食品用纳米材料SiO2、TiO2、ZnO对肠道益生菌及肠道菌群的生物学效应。首先从食品中分离出SiO2、TiO2、ZnO纳米材料并进行表征，然后从菌体形貌观察、体内外细胞毒性、体内外基因毒性和菌群结构变化等方面探索食品用纳米材料SiO2、TiO2、ZnO对肠道益生菌及菌群的影响及其规律，在此基础上改变纳米材料SiO2、TiO2、ZnO的表面性能改善纳米材料的安全性。因此本项目对于纳米材料在食品领域中的应用及食品安全性具有及其重要的意义。

纳米材料应用于食品生产、加工和包装过程中，逐渐显现出相当的优势，如提高食品的色泽、风味、营养利用率，并且具有抗菌或者指示食物变质的功能。但是研究表明食品用纳米材料会对细胞或组织产生损伤，因此本项目研究了常用的食品用纳米材料SiO2、TiO2、ZnO对肠道益生菌及肠道菌群的生物学效应。选用C57BL/6J小鼠为实验动物，将SiO2、TiO2、ZnO纳米材料制备悬浮液进行隔天灌胃4周，处死取材，检测常见肠道菌群相关代谢参数，盲肠内容物提取DNA并在Illumina公司的Miseq PE300平台上测序分析并进行统计学数据处理，结果发现即使在相同剂量下，纳米材料SiO2、TiO2、ZnO也表现出不一样的影响。三种材料对肠道内物种各个水平的影响不一致，对肠道菌群对肠道菌群ɑ多样性均没有显著影响，但是均显著影响肠道菌群的β多样性。根据PICRUSt进行KEGG功能预测，三种纳米材料对基因功能影响也各不相同。与此相呼应，小鼠代谢产物表现出各种差异，ZnO、SiO2纳米材料降低小鼠体重增量，而TiO2纳米材料则不会影响小鼠体重；ZnO显著提高了小肠内SCFA的含量，而TiO2和SiO2明确影响小鼠血液中HDL-C、LDL-C的水平等。尤其是SiO2纳米材料，在实验条件下，增加了“好的胆固醇”含量，降低了“坏的胆固醇”含量，从这个角度来讲有利于身体健康。因此本项目探索了三种纳米材料的对肠道菌群及其代谢产物的影响规律，对于纳米材料在食品领域中的应用以及人类健康具有重要意义。将要进行且必须进行的工作是研究纳米材料对肠道菌群的影响机制，肠道菌群改变对宿主细胞的影响机制、各种代谢参数发生显著改变的分子生物学机制以及肠道菌群改变与宿主代谢的交互影响，真正明确纳米材料影响食品安全和人类健康的问题。