Introduction
Subjects and methods
Participants
In-vitro batch faecal fermentation studies
Measurement of net SCFA production
Extraction of genomic DNA from fermentation slurries
Quantification of dominant bacterial groups of the human gut microbiome
Characterisation of global microbiome with 16S rRNA sequencing
Bioinformatics
Statistical analysis
Results
Effect of additives on net SCFA production
SCFA | SUCR | MDX | STEV | CNMD | CMC | P80 | CGN | SB | SS | TIO | ASP | TP | DET |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Total SCFA | |||||||||||||
Median | 3.870 | 28.460 | 2.450 | − 3.560 | − 2.460 | 1.390 | 2.010 | − 3.410 | − 2.240 | 0.710 | 30.820 | − 0.700 | − 17.010 |
Q1 | − 0.750 | 17.750 | − 3.620 | − 8.880 | − 13.780 | − 2.300 | − 0.720 | − 6.860 | − 5.750 | − 7.730 | 25.730 | − 1.940 | − 19.810 |
Q3 | 6.140 | 45.070 | 8.940 | 7.840 | 9.850 | 5.400 | 6.650 | 2.100 | 2.370 | 3.160 | 40.970 | 2.950 | − 13.570 |
p value | 0.107* | < 0.001* | 0.402 | 0.539* | 0.492* | 0.232* | 0.100* | 0.289* | 0.374* | 0.571* | < 0.001* | 0.922* | < 0.001* |
Acetic acid | |||||||||||||
Median | 2.300 | 29.810 | 0.320 | − 0.360 | − 1.000 | 1.350 | 0.730 | − 1.160 | − 3.440 | 0.130 | 31.550 | − 1.537 | − 10.110 |
Q1 | − 0.620 | 16.800 | − 3.990 | − 5.560 | − 8.890 | − 1.220 | 0.040 | − 4.070 | − 5.920 | − 1.880 | 23.100 | − 2.500 | − 12.570 |
Q3 | 4.720 | 44.110 | 6.530 | 4.850 | 6.050 | 3.310 | 4.540 | 3.720 | − 0.280 | 2.380 | 40.040 | 1.324 | − 7.460 |
p value | 0.081* | < 0.001* | 0.625 | 0.919* | 0.581* | 0.219* | 0.070* | 0.475* | 0.036* | 0.783* | < 0.001* | 0.104* | < 0.001* |
Propionic acid | |||||||||||||
Median | 0.472 | 1.900 | 0.776 | 1.447 | − 0.427 | 0.257 | − 0.349 | − 0.873 | 1.760 | − 0.641 | 1.860 | 0.000 | − 2.610 |
Q1 | − 0.621 | 0.350 | − 0.052 | − 0.956 | − 3.142 | − 0.178 | − 0.997 | − 1.989 | 1.234 | − 3.019 | 0.940 | − 0.497 | − 5.400 |
Q3 | 1.116 | 4.380 | 1.380 | 2.870 | 1.241 | 1.057 | 1.639 | 0.401 | 5.910 | 0.397 | 3.500 | 0.678 | 0.900 |
p value | 0.364 | 0.014 | 0.277* | 0.437* | 0.665* | 0.044* | 0.889* | 0.218* | 0.011* | 0.235 | 0.034* | 0.849* | 0.071* |
Butyric acid | |||||||||||||
Median | 0.647 | − 1.270 | 1.055 | − 1.959 | − 1.064 | − 0.637 | 0.958 | 0.138 | − 0.735 | 0.014 | − 1.240 | 1.237 | − 4.770 |
Q1 | − 0.325 | − 3.940 | − 0.869 | − 3.462 | − 2.608 | − 0.965 | 0.228 | − 2.055 | − 2.754 | − 2.196 | − 3.390 | 0.221 | − 6.540 |
Q3 | 1.197 | 4.740 | 1.285 | − 0.426 | 0.943 | 0.279 | 1.670 | 1.277 | − 0.092 | 0.447 | 1.590 | 2.887 | − 0.320 |
p value | 0.570* | 1.000 | 0.445* | 0.006* | 0.252* | 0.268* | 0.125* | 0.763* | 0.052* | 0.230* | 0.328 | 0.102* | 0.012 |
Valeric acid | |||||||||||||
Median | 0.045 | − 0.655 | 0.011 | − 0.120 | 0.020 | 0.063 | 0.010 | − 0.018 | − 0.005 | 0.005 | − 0.669 | 0.067 | − 0.837 |
Q1 | 0.005 | − 0.785 | − 0.163 | − 0.050 | − 0.060 | 0.014 | − 0.050 | − 0.053 | − 0.126 | − 0.285 | − 0.786 | − 0.097 | − 0.956 |
Q3 | 0.186 | − 0.400 | 0.080 | 0.070 | 0.108 | 0.133 | 0.070 | 0.054 | 0.130 | 0.052 | − 0.445 | 0.115 | − 0.513 |
p value | 0.025 | 0.002 | 0.834 | 0.014 | 0.834 | 0.003 | 0.485 | 0.727 | 0.675 | 0.675 | 0.002 | 0.529 | 0.002 |
Caproic acid | |||||||||||||
Median | 0.001 | − 0.006 | 0.000 | − 0.002 | − 0.001 | 0.002 | − 0.001 | − 0.003 | − 0.005 | − 0.003 | − 0.007 | 0.001 | − 0.006 |
Q1 | − 0.004 | − 0.021 | − 0.004 | − 0.012 | − 0.013 | − 0.003 | − 0.007 | − 0.009 | − 0.016 | − 0.008 | − 0.019 | − 0.009 | − 0.021 |
Q3 | 0.006 | − 0.001 | 0.002 | 0.000 | 0.001 | 0.006 | 0.003 | 0.001 | 0.001 | 0.003 | − 0.005 | 0.003 | − 0.001 |
p value | 0.576 | 0.012 | 0.780 | 0.021 | 0.162 | 0.402 | 0.485 | 0.234 | 0.014 | 0.328 | 0.002 | 0.727 | 0.010 |
Heptanoic acid | |||||||||||||
Median | 0.004 | 0.000 | 0.001 | 0.000 | 0.000 | 0.004 | 0.000 | 0.009 | − 0.003 | 0.000 | − 0.005 | 0.000 | − 0.004 |
Q1 | − 0.005 | − 0.007 | − 0.005 | − 0.013 | − 0.011 | − 0.001 | − 0.007 | 0.001 | 0.009 | − 0.006 | − 0.012 | − 0.006 | − 0.009 |
Q3 | 0.018 | 0.005 | 0.008 | 0.010 | 0.002 | 0.009 | 0.002 | 0.012 | 0.000 | 0.002 | 0.000 | 0.006 | 0.008 |
p value | 0.307 | 0.813 | 0.625 | 0.756 | 0.476 | 0.465 | 0.906 | 0.142 | 0.107 | 0.407 | 0.221 | 1.000 | 0.689 |
Caprylic acid | |||||||||||||
Median | 0.000 | 0.022 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.011 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.033 | 0.000 | 0.000 |
Q1 | 0.000 | 0.002 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.007 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 |
Q3 | 0.009 | 0.147 | 0.002 | 0.000 | 0.000 | 0.014 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.165 | 0.000 | 0.015 |
p value | 0.142 | 0.006 | 0.201 | 0.584 | 1.000 | 0.002 | 0.361 | 1.000 | 0.423 | 0.371 | 0.009 | 0.584 | 0.035 |
Iso butyric acid | |||||||||||||
Median | 0.013 | − 0.293 | − 0.046 | − 0.076 | − 0.001 | 0.011 | 0.013 | − 0.104 | − 0.054 | − 0.005 | − 0.296 | − 0.012 | − 0.274 |
Q1 | − 0.057 | − 0.468 | − 0.170 | − 0.258 | − 0.089 | − 0.061 | − 0.078 | − 0.343 | − 0.174 | − 0.107 | − 0.472 | − 0.223 | − 0.487 |
Q3 | 0.046 | − 0.100 | 0.029 | 0.017 | 0.050 | 0.093 | 0.051 | − 0.063 | 0.035 | 0.011 | − 0.126 | 0.046 | − 0.113 |
p value | 0.375* | 0.002 | 0.163* | 0.025 | 0.944 | 0.780 | 0.870* | 0.014* | 0.184 | 0.211* | < 0.001* | 0.343* | 0.002 |
Isovaleric acid | |||||||||||||
Median | 0.002 | − 0.461 | − 0.078 | − 0.126 | 0.047 | 0.019 | − 0.005 | − 0.220 | − 0.177 | − 0.019 | − 0.463 | − 0.037 | − 0.425 |
Q1 | − 0.038 | − 0.649 | − 0.125 | − 0.269 | − 0.015 | − 0.107 | − 0.119 | − 0.376 | − 0.018 | − 0.113 | − 0.645 | − 0.196 | − 0.642 |
Q3 | 0.124 | − 0.253 | 0.044 | 0.039 | 0.105 | 0.167 | 0.075 | − 0.115 | 0.072 | 0.032 | − 0.301 | 0.093 | − 0.260 |
p value | 0.208* | 0.002 | 0.487* | 0.041* | 0.895* | 0.759* | 0.675 | 0.004* | 0.266* | 0.338* | < 0.001* | 0.614* | 0.002 |
Effect of additives on microbiome diversity indices
Effect of additives on microbiome community structure
Effect of additives on taxon relative abundance
Effect of additives on the growth of major bacterial groups
Bacterial group | SUCR | MDX | STEV | CNMD | CMC | P80 | CGN | SB | SS | TIO | ASP | TP | DET |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Total bacteria | |||||||||||||
Median | 0.005 | 0.034 | − 0.153 | − 0.091 | 0.020 | − 0.271 | − 0.320 | − 0.086 | 0.044 | − 0.212 | − 0.123 | − 0.060 | − 0.432 |
Q1 | − 0.082 | − 0.263 | − 0.236 | − 0.332 | − 0.186 | − 0.508 | − 0.728 | − 0.303 | − 0.148 | − 0.863 | − 0.356 | − 0.225 | − 0.739 |
Q3 | 0.194 | 0.222 | − 0.064 | 0.184 | 0.220 | 0.084 | − 0.227 | 0.140 | 0.160 | − 0.074 | 0.173 | 0.026 | − 0.256 |
p value | 0.393* | 0.877* | 0.140* | 0.387* | 0.755* | 0.114* | 0.034* | 0.295* | 0.485* | 0.141* | 0.377* | 0.294 | 0.002* |
E. coli | |||||||||||||
Median | − 0.042 | − 0.165 | − 0.003 | 1.224 | 0.030 | 0.000 | − 0.223 | − 0.404 | 0.406 | − 0.001 | − 0.310 | 0.116 | 2.298 |
Q1 | − 0.195 | − 0.547 | − 0.036 | 0.393 | − 0.059 | − 0.086 | − 0.372 | − 0.550 | 0.218 | − 0.561 | − 0.624 | − 0.126 | 1.269 |
Q3 | 0.305 | − 0.054 | 0.144 | 2.235 | 0.563 | 0.175 | 0.035 | − 0.360 | 0.597 | 0.077 | − 0.031 | 0.238 | 3.208 |
p value | 0.816* | 0.021* | 0.667* | 0.014 | 0.149* | 0.856* | 0.861* | < 0.001* | 0.038* | 0.853* | 0.101* | 0.689* | < 0.001* |
C. leptum | |||||||||||||
Median | − 0.185 | − 0.046 | − 0.022 | − 0.915 | − 0.070 | − 1.014 | − 1.014 | 0.082 | 0.051 | − 0.214 | − 0.083 | − 0.016 | − 1.746 |
Q1 | − 0.360 | − 0.290 | − 0.603 | − 1.132 | − 0.180 | − 1.600 | − 0.604 | − 0.151 | − 0.038 | − 0.535 | − 0.429 | − 0.196 | − 2.343 |
Q3 | 0.397 | 0.222 | 0.281 | − 0.551 | 0.247 | − 0.717 | − 0.066 | 0.407 | 0.202 | − 0.074 | 0.119 | 0.058 | − 1.393 |
p value | 0.642* | 0.615* | 0.834 | 0.003* | 0.898* | 0.001* | 0.800 | 0.809* | 0.770* | 0.029* | 0.191* | 0.683* | < 0.001* |
Bacteroides/Prevotella | |||||||||||||
Median | 0.083 | − 0.067 | − 0.104 | 0.066 | 0.013 | − 0.148 | − 0.266 | − 0.072 | 0.034 | − 0.041 | − 0.219 | − 0.129 | − 1.758 |
Q1 | − 0.027 | − 0.312 | − 0.291 | − 0.840 | − 0.156 | − 0.388 | − 0.596 | − 0.224 | − 0.135 | − 0.275 | − 0.420 | − 0.237 | − 1.938 |
Q3 | 0.290 | 0.047 | 0.035 | 0.224 | 0.264 | 0.117 | 0.052 | 0.043 | 0.125 | 0.010 | − 0.039 | − 0.011 | − 1.003 |
p value | 0.404 | 0.129 | 0.234 | 1.000 | 1.000 | 0.294 | 0.056 | 0.212 | 0.664 | 0.184 | 0.048 | 0.068 | 0.001 |
Bifidobacterium | |||||||||||||
Median | − 0.066 | 0.531 | − 0.068 | 0.244 | − 0.168 | − 0.252 | − 0.391 | 0.283 | − 0.538 | − 0.115 | 0.441 | 0.124 | − 0.855 |
Q1 | − 0.191 | 0.231 | − 0.116 | 0.080 | − 0.521 | − 0.331 | − 0.473 | 0.138 | − 0.690 | − 0.320 | 0.171 | − 0.096 | − 1.003 |
Q3 | 0.203 | 0.580 | 0.213 | 0.418 | 0.224 | − 0.186 | − 0.248 | 0.462 | − 0.023 | 0.027 | 0.598 | 0.269 | − 0.719 |
p value | 0.766* | 0.002* | 0.930* | 0.161* | 0.255* | 0.036* | 0.003* | 0.008* | 0.013* | 0.123* | 0.005* | 0.166* | < 0.001* |
C. coccoides | |||||||||||||
Median | − 0.037 | 0.641 | 0.104 | − 0.580 | − 0.026 | − 0.168 | − 0.406 | − 0.092 | − 0.391 | − 0.088 | 0.369 | 0.000 | − 0.327 |
Q1 | − 0.126 | 0.312 | − 0.133 | − 0.871 | − 0.304 | − 0.270 | − 0.648 | − 0.227 | − 0.484 | − 0.409 | 0.220 | − 0.112 | − 0.766 |
Q3 | 0.219 | 0.951 | 0.225 | − 0.235 | 0.257 | 0.050 | − 0.114 | 0.136 | − 0.165 | 0.065 | 0.635 | 0.332 | − 0.084 |
p value | 0.862* | 0.002* | 0.722* | 0.003* | 0.608* | 0.234 | 0.014 | 0.356* | 0.001* | 0.177* | 0.009* | 0.384* | 0.014* |