抗性淀粉、低聚木糖和菊糖三种膳食纤维可以被肠道微生物发酵,产生有益健康的短链脂肪酸。乳酸菌有助于膳食纤维的肠道发酵,维持宿主肠道的微生态平衡,促进短链脂肪酸的生成,主要是乙酸、丙酸和丁酸,对维持肠道正常代谢和机体健康十分有利,尤其是具有抗癌功效的丁酸的生成,有利于预防结肠癌。因此,有必要进一步分析与评估外源乳酸菌对膳食纤维发酵产酸的影响及发酵产物对结肠癌细胞的作用。本研究首先利用健康成人粪便提取物作为肠道菌群来源,在37°C厌氧条件下,分别体外发酵三种膳食纤维(抗性淀粉、低聚木糖和菊糖),发酵时间为24 h和48 h,并分析短链脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸)和乳酸的产生情况;其次,将10株乳酸菌的培养液分别添加至发酵体系中,分析产酸情况;最后,通过细胞实验,体外评估发酵产物对人结肠癌细胞HCT-116增殖和凋亡的影响。气相色谱法和分光光度法分析发酵产物中的乙酸、丙酸、丁酸和乳酸含量,结果表明:(1)随着发酵时间的延长,3种膳食纤维发酵产物中的乙酸、丙酸和丁酸含量均增加,乳酸含量先增加后减少,且这种有机酸生成随时间变化的关系并不受乳酸菌添加的影响。(2)未添加乳酸菌时,抗性淀粉发酵产生的丙酸较多,低聚木糖发酵产生的乙酸较多、乳酸较少,菊糖发酵产生的丁酸较多。(3)添加乳酸菌后,8~10株乳酸菌促进3种膳食纤维发酵产生更多乙酸和丁酸;5~10株乳酸菌促进抗性淀粉和菊糖产生更多丙酸,只有2株乳酸菌促进低聚木糖产生丙酸;乳酸菌促进乳酸在24 h大量生成,且含量在48明显降低。说明多数乳酸菌可促进膳食纤维发酵产物中短链脂肪酸的积累和乳酸的转化。CCK-8法评估发酵产物对细胞增殖抑制作用,结果表明:(1)未添加乳酸菌时,抗性淀粉、低聚木糖和菊糖发酵产物对HCT-116细胞的增殖抑制率分别是35.4%~41.6%、66.2%~67.5%和61.4%~65.7%;添加乳酸菌后,相应产物对HCT-116细胞的增殖抑制率分别是42.4%~91.1%、63.4%~82.4%和48.5%~82.7%,整体上看,多数乳酸菌能够提高发酵产物对细胞的增殖抑制作用。(2)相关性分析和验证实验结果都证明,添加乳酸菌后发酵产物中的丁酸越多,细胞增殖抑制率越大,乙酸、丙酸和总酸含量对抑制率影响不大,而较高的乳酸含量不利于发酵产物发挥增殖抑制作用。DNA-Ladder实验和流式细胞术评估发酵产物对细胞凋亡诱导作用,结果表明:(1)基于增殖抑制实验结果,筛选出的发酵产物能诱导HCT-116细胞凋亡,DNA发生片段化,且凋亡诱导作用与增殖抑制作用强弱顺序一致,说明发酵产物诱导细胞凋亡是其抑制细胞增殖的重要途径。(2)丁酸标准溶液以剂量—效应依赖性关系诱导细胞凋亡,凋亡诱导作用与增殖抑制作用强弱顺序也一致。说明发酵产物中的丁酸含量直接地影响发酵产物的抗癌作用。综上所述,外源乳酸菌与粪便微生物之间可以产生有益的协同作用,导致膳食纤维发酵产生大量有机酸(尤其是丁酸),提高了膳食纤维发酵产物的抗结肠癌活性。本研究为开发具有结肠癌预防作用的膳食纤维-有益乳酸菌(主要是益生菌)组合型功能性食品提供理论依据。