本发明属于生物医药、食品技术领域,涉及生物分子自组装与微生物调控,公开了一种直链淀粉-脂肪酸-蛋白质复合物纳米微球及其在改善肠道微生态中的应用。所述纳米微球是由直链淀粉与脂肪酸和蛋白质通过氢键等非共价相互作用形成的淀粉-脂肪酸-蛋白质三元复合物通过多级自组装形成。本发明制备的纳米微球具有高淀粉酶抗性,且进入大肠发酵的纳米微球在提高多种益生菌(产丁酸菌等)相对丰度的同时,还能够显著增加有益代谢产物短链脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸等)的含量。本发明所述纳米微球可以用于制备具有调节肠道微生态结构及改善糖尿病等相关代谢紊乱/疾病作用的各种产品,且可以潜在地用作生物活性物质的递送载体,具有非常广泛的应用前景。