[科普中國]-益生元

益生元的概念由國際“益生元之父”--格倫·吉布索于1995年提出，系指一些不被宿主消化吸收卻能夠選擇性地促進體內有益菌的代謝和增殖，從而改善宿主健康的有機物質。1

成功的益生元應是在通過上消化道時，大部分不被消化而能被腸道菌群所發(fā)酵的。最重要的是它只能刺激有益菌群的生長，而不刺激有潛在致病性或腐敗活性的有害細菌。最基本的益生元為碳水化合物，但從定義上來講并不排除被用作益生元的非碳水化合物物質。理論上，任何可以減少有害菌種，而有益于促進健康的菌種或活動的抗生素都可以叫做益生元。2

由于益生元不能被人體分解、吸收和利用，通過消化道到達結腸后，有的能被結腸群分解和利用，而促進結腸菌群的生長，在改善腸道微生態(tài)、 促進脂質、蛋白質與礦物類代謝方面具有重要意義，所以愈來愈廣泛地被應用于食品、飼料等領域中。3

目前，常用的益生元有低聚糖類，包括低聚果糖、低聚半乳糖、低聚木糖、低聚異麥芽糖、大豆低聚糖、菊粉等，有些微藻類也可作為益生元，如螺旋藻、節(jié)旋藻等，此外多糖（如云芝多糖, 胡蘿含氮多糖）、蛋白質水解物（如酪蛋白的水解物, α-乳清蛋白, 乳鐵蛋白等）以及天然植物中的蔬菜、中草藥、野生植物等也能作為益生元使用。1

概念益生元（prebiotics）是由格倫·吉布索（G. R. Gibsion）等（1955）提出，是指“不易消化的食物成分，它可以通過選擇性地刺激結腸中的一種或少數幾種細菌的生長或活性而對宿主產生有益影響，從而增進宿主健康”。這種受到激活的細菌應是天生具備有益作用的，如雙歧桿菌和乳酸菌。3

益生元（ prebiotics）作為一種膳食補充劑，通過選擇性的刺激一種或少數菌落中細菌的生長與活性而對寄主產生有益的影響，從而改善寄主健康的不可被消化的食品成分。成功的益生元應是在通過上消化道時，大部分不被消化而能被腸道菌群所發(fā)酵的。最重要的是它只是刺激有益菌群的生長，而不是有潛在致病性或腐敗活性的有害細菌。4

最基本的益生元為碳水化合物，但定義并不排除被用作益生元的非碳水化合物物質：理論上來講，任何可以減少有害菌種，而有益于促進健康的菌種或活動的物質都可以叫作益生元。4

一般認為益生元是給益生菌提供“食物”，益生元能夠被腸道內有益細菌分解吸收，促進有益細菌生長繁殖。4益生元給益生菌提供“食物”，能夠被腸道內有益細菌分解吸收，促進有益細菌生長繁殖。大家所熟悉的雙歧因子就是促進腸內雙歧桿菌生長的益生元。2益生元與益生菌都會影響腸道菌群的平衡，但影響的方式完全不同，關鍵區(qū)別在于益生元作用于本已存在于腸內的菌群，而益生菌是外部添加的細菌。益生元以未經消化的形式進入胃腸道，通過降低pH促進雙歧桿菌等有益菌的生長，間接地促進胃腸道健康和營養(yǎng)素的吸收。在胃部強酸性的環(huán)境下，外來細菌的存活性會受到考驗，因為只有活著進人胃腸道的有益菌才能發(fā)揮功效，有的益生菌株不能經受胃酸（強酸環(huán)境）和腸液（堿性環(huán)境）的腐蝕，而益生元不是生物，所以不存在存活率的問題。4

人們發(fā)現(xiàn)益生元只有30多年的時間。1983年日本人首次發(fā)現(xiàn)功能性低聚糖不能被人體消化卻能被腸道內細菌選擇性利用的特性后，同年，明治藥業(yè)就實現(xiàn)了功能性低聚糖的工業(yè)化生產，1989年就出現(xiàn)了第一款含有益生元的飲料，并且迅速風靡日本。我國自1990年以來，低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖等功能性低聚糖相繼開發(fā)生產。1997年，年產3 000 t純度為50%液體低聚果糖生產線在云南投產，這是我國第一個工業(yè)化生產的益生元產品。經過十幾年的發(fā)展，特別是以公眾營養(yǎng)改善益生元項目啟動為標志，我國的益生元產業(yè)進入高速發(fā)展期。2009年11月1日《低聚果糖》國家標準正式實施，這是我國益生元產品的第一個國家標準，標準的實施明確了低聚果糖的法律地位，規(guī)范了企業(yè)的生產和經營，激發(fā)了上下游企業(yè)的生產和使用的熱情，以低聚果糖為代表的益生元產品在我國將得到越來越廣泛的使用。4

特性人們?yōu)榱司S持腸道菌群的微生態(tài)平衡，可以采取補充益生菌或補充益生元的方式，而益生菌存在著活力不容易保持（通過消化道時已被破壞掉）、在胃腸道定殖能力差、停留時間短等缺點。益生元克服了這些缺點，成為腸道微生態(tài)平衡調節(jié)劑的佼佼者。1

益生元是可以被選擇性發(fā)酵而專一性地改善腸道中有益于宿主健康的菌群組成和活性的食物配料。5因此，益生元應具備以下4個條件：

在胃腸道的上部它既不能被水解，也不能被吸收；5

只能選擇性地對大腸內有益菌（雙歧桿菌等）進行刺激生長繁殖或激活代謝功能作用；5

能夠提高腸內有益于健康的優(yōu)勢菌群的構成和數量；5

能起到增強宿主機體健康的作用。5

種類益生元泛指一些不被宿主消化吸收卻能有選擇性地促進其體內雙歧桿菌等有益菌的生長和繁殖，從而改善宿主健康的有機物質，包括有功能性低聚糖類（如低聚果糖、低聚木糖、低聚半乳糖、低聚異麥芽糖等）、多糖類（現(xiàn)階段所發(fā)現(xiàn)的微藻如螺旋藻、節(jié)旋藻等）、一些天然植物（如蔬菜、中草藥、野生植物等）的提取物、蛋白質水解物、多元醇等。功能性低聚糖是最常見的益生元。4

功能性低聚糖低聚糖，又稱寡糖，指由2-10個單糖單位以糖苷鍵連接而成的具有直鏈或支鏈的低度聚合糖類的總稱。近年來，低聚糖備受人們的關注，因為它除了是非淀粉多糖之外還是結腸細菌最方便的碳源，攝食后該碳水化合物在小腸內不被消化而以完整狀態(tài)進入回腸和盲腸的部位，在結腸中，其大部分或一部分可被結腸中的常駐菌作為基質而利用，結果使pH下降并產生短鏈脂肪酸，這種作用的結果可使病原菌減少。4

通常情形下，人們根據功能上的差別，將低聚糖分為普通低聚糖和功能性低聚糖兩大類，其中普通低聚糖（如蔗糖、麥芽糖、海藻糖、環(huán)糊精及麥芽寡糖等）能被機體消化吸收，產生能量，而功能性低聚糖不能被機體吸收，符合益生元的定義。促進雙歧桿菌的增殖，提高機體的免疫能力和抗病能力，促進動物的健康生長。改善畜禽水產品的品質，有著廣闊的應用前景。 目前已開發(fā)成功的功能性低聚糖有果寡糖、大豆寡糖、半乳寡糖、異麥芽寡糖、木寡糖、甘露寡糖、殼寡糖、乳糖醇10余種。4

大豆寡糖

大豆寡糖是指大豆中所含有的寡糖類物質的總稱，主要水蘇糖（3.8%）、棉籽糖（1.1%）和蔗糖（5%）組成，同時還含有葡萄糖、果糖、半乳糖肌醇甲醚、D-肌醇甲醚（D-pinitole）等。4

大豆寡糖的甜度為蔗糖的70%，能量僅為蔗糖的1/2，不易被動物消化吸收，對腸道有益菌具有增殖作用。4

異麥芽寡糖

異麥芽寡糖（α-gluccoligosaccharides，α-GOS），又稱α-寡葡萄糖或分枝低聚糖，其中至少含有一個通過α-1，6-糖苷鍵結合的異麥芽糖，其他的葡萄糖分子可以通過α-1，2-糖苷鍵、α-1，4-糖苷鍵組成寡糖。其主要含有異麥芽糖、潘糖、異麥芽子糖、異麥芽四糖等。異麥芽寡糖產品有固體粉末和液體糖漿兩大類。異麥芽寡糖可以改善動物腸道中的菌群結構，促進有益菌的增殖。經過長期的飼養(yǎng)試驗證明異麥芽寡糖是一種安全性極高的甜味劑。4

木寡糖

木寡糖（ xylo-oligosaccharides）是2-10個D-木糖經β-1，4-糖苷鍵結合形成的直鏈糖，主要含有木二糖、木三糖、木四糖以及少量的木糖和木五糖、木六糖、木七糖等，產品有粉狀固體和漿狀液體兩種。 目前應用的主要是由2-7個D-木糖經β-1，4-糖苷鍵結合形成的低聚體。4

木寡糖的甜度比蔗糖和葡萄糖均低，與麥芽糖差不多，約為蔗糖的40%。它的能量值幾乎為零，既不影響血糖濃度，也不增加血糖中胰島素水平。并且不會形成脂肪沉積，故可在低能量食品中發(fā)揮作用：木寡糖對pH及熱的穩(wěn)定性較好，即使是在酸性條件（pH 2.5-7）加熱也基本不分解。木寡糖極難被動物消化吸收，腸道內殘存率高，具有極好的雙歧桿菌增殖性，是低聚糖類中增殖雙歧桿菌功能最強的一個品種，它的功效性是其他低聚糖的15-20倍。其選擇利用性也高于其他功能性低聚糖。4

目前已研究確認的低聚木寡糖的生理功能主要包括以下幾個方面：①提供較低的能量；②活化腸道內雙歧桿菌并促進其增殖，抑制病原菌，防止腹瀉；③增強機體免疫力，抗癌；④防止動物咬耳和啄肛；⑤能促使機體產生多種營養(yǎng)物質，包括維生素B1、維生素B2、維生素B6、維生素B12、煙酸和葉酸；⑥預防和保護牙齒齲變，抑制口腔病菌的滋生。4

微藻類微藻分布很廣，在土壤、沼澤、淡水、溫泉中都有發(fā)現(xiàn)，在一些不適合其他生物的極端環(huán)境，如高鹽堿度的湖泊中，也能生長。微藻種類繁多，如小球藻、螺旋藻等食用微藻具有豐富的蛋白質、胡蘿卜素、各種維生素、藻多糖、多不飽和脂肪酸、葉綠素等。微藻的蛋白質含量很高，微藻中所含的藻多糖復合物可作為免疫佐劑增強抗原性和機體免疫功能，起到抗腫瘤的作用，增加了其作為益生元的價值。微藻中類胡蘿卜素含量很高，具有著色和營養(yǎng)的作用，也可利用微藻為原料生產維生素、食用色素等食品添加劑或從中提取藻藍素、葉綠素、蝦青素、類胡蘿I、素等食用色素。近年來，還從微藻中研究開發(fā)了EPA、DHA等多不飽和脂肪酸及多糖等保健功能的食品添加劑。螺旋藻等一些微藻類益生元進入機體后可被選擇性吸收，增加雙歧桿菌數，增強機體免疫能力。正因為如此，它已被聯(lián)合國糧農組織推薦為“21世紀人類最理想的保健食品”。4

近30多年來，國內外工業(yè)化生產的螺旋藻生物技術產業(yè)發(fā)展速度之快、產品之多、產值之高，在微藻產業(yè)領域異軍突起，令世人所矚目，螺旋藻的大規(guī)模工業(yè)化生產蘊藏著巨大的經濟潛力。開發(fā)螺旋藻資源不僅有利于開發(fā)新型營養(yǎng)源、緩解能源及糧食危機，而且有助于促進傳統(tǒng)農業(yè)向現(xiàn)代農業(yè)的轉化。4

天然植物我國擁有豐富的中草藥和天然植物資源，近年來在全世界范圍內興起了用天然草本植物藥來預防和治療各種疾病的熱潮。中草藥是一類兼有營養(yǎng)和藥用雙重作用的物質，具有調節(jié)腸道菌群平衡、改善腸道形態(tài)結構的作用，中草藥和天然植物的有效成分提取物可作為重要的益生元產品。4

功效生理功效益生元可以在體內促進腸道有益菌的生長和繁殖，形成微生態(tài)競爭優(yōu)勢，優(yōu)化腸道微生態(tài)平衡，進而提高免疫力，以保持機體健康。同時，又能夠改善腸道微生態(tài)，例如：低聚糖類物質能夠促進腸道有益菌雙歧桿菌及乳酸桿菌的大量增殖， 同時有益菌代謝產生的短鏈脂肪酸和一些抗菌物質可直接抑制外源性致病菌和腸腐敗菌如擬桿菌屬、梭菌屬和大腸埃希菌類的生長繁殖。1

益生元的雙歧因子功能：迄今已鑒定的益生元大多可以促進雙歧桿菌增殖的，其作用機制是益生元選擇性刺激腸道中眾多菌群中的雙歧桿菌的增殖。這可能是由于雙歧桿菌利用這類基質生長的效率比其他微生物相對更高，并且能耐受短鏈脂肪酸（SCFA）和發(fā)酵所引起的酸化微環(huán)境的原因。分析長雙歧桿菌基因組揭示了專門對各種不同碳水化合物進行分解代謝的大量蛋白質序列，無疑這些有助于提高在腸道環(huán)境中的競爭力。3

益生元可誘導腸道中雙歧桿菌菌群增大10-100倍，且羅歐（Rao，1999）針對FOS所做實驗結論稱，益生元的雙歧因子效果同雙歧桿菌群原來大小成反比關系，這種影響比益生元劑量的影響還要大。3

益生元可溶性膳食纖維特性：低聚糖類益生元具有可溶性膳食纖維的基本特性。如可降低糞便pH值；減少有毒代謝物；增加糞便體積和水分、加速腸腔蠕動、減輕便秘；具有潔腸通便、排毒解毒的功能。除此之外，低聚糖類益生元還具有良好的耐消化性，不易被唾液、胰液、腸液中的酶類所分解，可以一直到達大腸，被腸道細菌代謝。

益生元的健康效應：雖然益生元的作用機制很大程度上是理論性的，但可以采用的合理假設包括改善微生物菌群的活動和菌群的代謝活動，其好處是增強腸道定植抗力、促進礦物質元素吸收、提高免疫力、營養(yǎng)和短鏈脂肪酸（SCFA）的抗腫瘤作用，通便和減少有害微生物代謝。3

改善和防止便秘。人體攝入功能性低聚糖導致雙歧桿菌的量增多，腸內雙歧桿菌發(fā)酵低聚糖產生大量醋酸和乳酸等短鏈脂肪酸，能促進腸道的蠕動、增加糞便濕潤度，并保持一定的滲透壓，故可以改善和防止便秘。研究表明，日服6-12g低聚糖，一周內有明顯的抗便秘效果。3

**促進礦物質元素的吸收。**低聚糖類益生元經微生物發(fā)酵后可降低腸道pH值，提高礦物質溶解性，從而促進大腸中鈣、鎂等礦物質的吸收。研究發(fā)現(xiàn)，通過補充FOS可增加大鼠對鈣、鎂的吸收，股骨中鈣的含量增加，并且防止食糞癖的發(fā)生，尤其提高FOS對鎂吸收的刺激性效應。GOS的攝入不僅可有效促進腸道對鈣的吸收，還可以降低腸道對鈉的吸收，同時升高鉀的吸收率。3

免疫調節(jié)、抗腫瘤。益生元可被雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌群利用產生代謝產物，而代謝產物反之又能促進其消化、生長和增殖，從而刺激了腸道免疫器官生長，提高巨噬細胞的活性，提高了機體的抗體水平。對低聚糖類益生元的免疫調節(jié)作用檢驗證明，低聚糖多具有明顯提高抗體形成細胞數及NK細胞活性，增強免疫功能的作用。大量動物實驗表明，雙歧桿菌在腸道的大量增殖有抗癌作用，這種作用歸功于雙歧桿菌的細胞，細胞壁和細胞間的物質使機體的免疫力提高。3

調節(jié)脂肪代謝。益生元還可以影響脂肪代謝。對糖尿病大鼠所做的實驗表明，使用低聚木糖代替飼料中的糖后，病鼠血清膽固醇和甘油三酯下降。同樣對于FOS做了實驗，由實驗結果可以看出血脂降低。3

益生元在體內被有益菌發(fā)酵生成短鏈脂肪酸，如醋酸、丙酸、丁酸、乳酸等，這些有機酸類物質能使腸道內pH值和氨的濃度降低，有效抑制腸道腐敗產物的生成， 并促進腸道蠕動而促進排便，還可以改善脂質代謝。3

還有研究證實，由于低聚糖類益生元經微生物發(fā)酵后可降低腸道酸堿度（PH）值， 導致了小腸內所形成的鈣、磷酸鹽、鎂構成的復合物發(fā)生溶解，從而有利于腸中鈣、鎂等礦物質的吸收， 這對促進兒童的生長和防止骨質疏松將具有極為重要的意義。1

益生元還能增強人體免疫力，雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌群利用益生元的營養(yǎng)會促進自身的生長和增殖， 從而刺激巨噬細胞產生活性，被激活的巨噬細胞將分泌抗菌素，又會促進淋巴細胞分裂增殖，使腸道免疫器官生長，從而提高機體免疫力。1

日常飲食中經常食用益生元將有利于人體營養(yǎng)與健康，可以在早餐谷物如，燕麥片、脆米片中添加低聚果糖，還可以食用富含低聚糖的飲料、糖果、糕點及保健食品，對于不能進行母乳喂養(yǎng)而必須依靠人工喂養(yǎng)的嬰兒，為了幫助其健全腸道屏障功能，可以選擇添加了低聚果糖、低聚半乳糖的嬰幼兒乳品。1

功效評估根據益生元的定義，一種物質是否被判定為益生元的標準如下：

①不被宿主胃腸道消化或吸收，能夠完整到達大腸；4

②只能被腸道內常駐的一種或幾種有益菌所利用，促進其生長繁殖或代謝活性；4

③能改善腸道菌群組成。促進宿主健康；4

①誘導腸腔內系統(tǒng)性免疫，改善宿主體質。4

對功能性低聚糖等益生元功效進行評估需要進行體外實驗和體內實驗研究，依據目前的研究進展，可以將非消化性低聚糖對人體的生理功效的實驗結果劃分為3個層次，如下表所示。到目前為止，只有低聚果糖和菊糖兩種商業(yè)益生元開展了最為詳盡的體外實驗和體內評估，獲得了大量人體試驗的數據。4

|| || 非消化性低聚糖對人體健康的生理功能的共識結論

以菊糖益生元產品的商業(yè)開發(fā)和功能評估為例，商業(yè)化產品的開發(fā)應首先確定產品的結構、化學成分和日常攝人量，并通過毒理學實驗驗證其安全性，確證為公認安全的食品成分（Generally Recognized as Safe，GRAS）。美國FDA（Food and Drug Administration）對益生元功效的認定需要體外和體內實驗的雙重評估。通過體外試驗驗證菊糖對各種益生菌（雙歧桿菌或乳酸桿菌）的增殖效果．以定性證明增殖或代謝的機理或規(guī)律，之后的體內實驗分為動物實驗和人體實驗兩個步驟。利用動物模型來模擬人體腸道環(huán)境，研究一定劑量的菊糖喂養(yǎng)對動物腸道菌群的調節(jié)作用，得到的結論經過了大量的人體實驗來確證，最終認為菊糖是一種安全的益生元產品。此外，菊糖益生元可能存在的其他生理功能（如增加礦物質吸收、對脂質代謝的影響、對腸道癌變的防治等）已得到動物實驗的驗證，但是目前還缺乏人體實驗數據。4

|| || 菊糖商業(yè)產品的商業(yè)開發(fā)和功能評估流程

功效比較按定義，益生元應當可以刺激有限的幾種細菌的生長，從而導致大腸中微生物群間的平衡發(fā)生改變。用人類的細菌做分批靜置培養(yǎng)，表明低聚果糖（FOS）、低聚半乳糖（GOS）、低聚木糖（XOS）、低聚異麥芽糖（IMO）和乳酮糖可以改變菌群、增加雙歧桿菌和或乳酸菌，同時使梭菌和擬桿菌下降。在歐洲可充分提供的3種低聚糖是有功效的，這三種糖分別是FOS（包括菊粉在內）、反式GOS和乳酮糖。FOS與乳酮糖的益生元效果在人體實驗中使用了分子水平的方法來證明。在餅干等食物中添加FOS，以每天8g計，也表現(xiàn)出很大的功效。3

依據現(xiàn)有文獻的試驗方法來看，評估益生元的效果大多采用的指標為：對有益菌（如雙歧桿菌、乳酸桿菌）的增殖效果；對有害菌（如梭菌）的抑制和潛在致病菌（如大腸桿菌、腸球菌、擬桿菌等）的非增殖效果；被腸道菌群代謝后的產酸量和產氣量。不同功能性低聚糖的益生元（市場上常見的異麥芽糖低聚糖（IMO）：低聚果糖（FOS）、低聚半乳（GOS）、低聚木糖（XOS）、低聚乳果糖（LACT）、大豆低聚糖（SOS）、菊粉（Inulin））等都屬于益生元的范疇）效果比較如下6：

1 雙歧桿菌增殖效果

一般而言，腸內雙歧桿菌共有8種，其中以兩歧雙歧桿菌、嬰兒雙歧桿菌、青春雙歧桿菌、長雙歧桿菌和短雙歧桿菌的數量最多。不同年齡階段人群的腸內雙歧桿菌，其組成和比例有一定不同，如兒童階段主要是嬰兒雙歧桿菌、兩歧雙歧桿菌和長雙歧桿菌，青壯年和老年人腸道中則主要是青春雙歧桿菌和長雙歧桿菌。隨著年齡增長，或不良飲食習慣及疾病等的影響，腸內雙歧桿菌數量和比例很有可能會大幅下降，不利于人體健康狀態(tài)的保持。6

眾多研究已分別證實：異麥芽低聚糖、低聚果糖、低聚半乳糖、低聚木糖等有明顯的雙歧桿菌增殖作用。Ryerofi等的體外發(fā)酵研究表明，七種低聚糖都能明顯增殖雙歧桿菌的前提下，增殖程度上略有差異（見右圖1）。具體地說，腸內的5種雙歧桿菌對不同低聚糖的可利用性和利用率也各有不同（見右表1）。6

Claire等的研究表明，低聚半乳糖和異麥芽低聚糖是能被各種雙歧桿菌良好利用，且增殖率較高的益生元，但后者被長雙歧桿菌和青春雙歧桿菌的利用程度更高。而低聚木糖除了可被青春雙歧桿菌和長雙歧桿菌所利用外，其它雙歧桿菌的可利用性都較差。因而，低聚半乳糖和異麥芽低聚糖是適合各年齡階段人群食用的益生元。6

2 乳酸桿菌增殖效果

經過體外試驗和臨床研究的比較試驗發(fā)現(xiàn)，異麥芽低聚糖、低聚半乳糖、低聚果糖、低聚木糖、大豆低聚糖等對人體腸內乳酸桿菌均有明顯的增殖作用（見表2）。其中，低聚半乳糖對乳酸桿菌的增殖最多、也最全面。6

表2 不同益生元對腸內乳酸桿菌的增殖效果

表3 4種乳桿菌對益生元的可利用性

3 有害菌抑制效果

人體腸內的有害菌主要指梭菌。此外，一些兼性菌在機體健康出現(xiàn)狀況時，也會轉化為不利于人體健康的有害菌如大腸桿菌、擬桿菌等。成功的益生元不僅要能夠增殖有益菌，還要能抑制有害菌的增殖。6

通過體外試驗和人體臨床研究等的證實：異麥芽低聚糖對有害菌梭菌有明顯的抑制作用，對潛在致病菌（如腸桿菌、腸球菌）無增殖作用（見表4）。與異麥芽低聚糖一樣，低聚半乳糖、低聚果糖、低聚木糖對有害菌及兼性菌也具有很好的抑制作用（圖2）。6

表4 低聚異麥芽糖IMO對有害菌的抑制作用

圖2 不同益生元對梭菌的抑制效果

4 腸道菌群代謝

益生元食后直達大腸，在結腸中被大腸菌群發(fā)酵為能源而利用，并產生短鏈脂肪酸SCFA，主要是醋酸、丙酸和丁酸以及乳酸和氣體。6

（1） 產酸量

腸道菌群代謝食物所生成的有機酸，一方面可以提供人體所需的能量，另一方面，可降低腸道pH值，形成不利于病原菌生存的環(huán)境，從而有效抑制腸道腐敗，并提高對礦物元素的吸收率，促進腸道蠕動而有利于排便。一般乳酸桿菌只生成乳酸，而雙歧桿菌主要產醋酸和少量乳酸。益生元被腸道菌群代謝后也會生成大量有機酸，使腸道pH值降低7。其中，以低聚半乳糖、乳果糖的產酸量最大，菊粉的產酸量最小。益生元被代謝后的各種有機酸的產生量為：醋酸LACT、GOS、SOS>FOS、IMO、XOS>Inulin；乳酸GOS、SOS>XOS、IMO、LACT>FOS、Inulin；丙酸LACT、Inulin、XOS、FOS>SOS、COS>IMO。6

（2） 產氣量

人體腸道內除雙歧桿菌和乳桿菌之外，幾乎所有其他的菌群都能夠產氣，使人體出現(xiàn)不同程度的脹氣和放屁現(xiàn)象。益生元被腸道菌群代謝后，可產生一定量的氣體如CO2、H2、CH4。等。各種益生元由于糖苷鍵和組成的差別，會被不同類型的產氣菌利用，產生的氣體也會有差別。Rycroft等通過體外試驗比較了不同益生元的總產氣量，發(fā)現(xiàn)異麥芽低聚糖和低聚半乳糖是眾多益生元中總產氣量最少的，而菊粉是總產氣量最大的一種（見圖3）。另外，Oku等[就低聚果糖、低聚乳果糖、異麥芽低聚糖三種益生元的氫氣產生量進行了臨床驗證，不論是10g/d還是20g/d的食用劑量，都是低聚果糖的產氫氣量最大，而異麥芽低聚糖的產氫氣量最少（見圖5）。6

圖3 不同益生元的產氣量比較

圖4 FOS/GS/IMO（10g/d）的氫氣產量

圖5 FOS/GS/IMO（20g/d的氫氣產量

主要應用制品概況益生元的種類很多，有低聚糖、多糖、植物中草藥提取物、蛋白質水解物及多元醇等。大量生產形成商品化的益生元主要是一些有雙歧因子功能的低聚糖。益生元在各類食品中已被廣泛應用，如酸乳、乳飲料、果汁飲料、焙烤食品、谷物早餐、嬰兒食品等。消費者對其認知度雖不如益生菌高，但隨著益生元促進腸道健康的功能已獲得越來越多的科學數據支持，益生元的市場正在呈現(xiàn)良好的增長趨勢。8

國際上功能性低聚糖，以日本開發(fā)得較早，品種也最多，大部分用酶法合成，天然提取物居少數。低聚果糖1983年進入市場、低聚異麥芽糖1985年進入市場、低聚半乳糖1988年進入市場。近年又有海藻糖、黑曲霉低聚糖相繼上市。目前，日本市場上功能性低聚糖主要有低聚異麥芽糖、低聚半乳糖、低聚果糖、低聚木糖、低聚乳果糖、乳酮糖、大豆低聚糖、棉子糖、黑曲霉低聚糖等十多個品種，年產3萬-4萬噸，年銷售額130億日元。在所有的保健食品中，功能性低聚糖制取的調整腸道功能的產品共61種，占全部品種數量的第一位。8

歐洲國家如比利時、法國、荷蘭，也有多年開發(fā)低聚糖的歷史，主要品種有低聚果糖和低聚半乳糖。低聚果糖生產原料和日本不同，用植物原料菊苣提取菊粉（是一種較高聚合度的果聚糖，平均聚合度為7-60，主要為可溶性膳食纖維），然后酶法降解為低聚果糖。用蔗糖酶法合成的產量很少。歐洲開發(fā)低聚糖，主要利用其不消化性，作為脂肪代替品以及膳食纖維用于低熱量食品。8

我國低聚糖的研究，始于20世紀80年代。但形成工業(yè)規(guī)模和商品化，則到“九五”期間。淀粉酶法生產低聚異麥芽糖，1995年由無錫糖果廠完成了工業(yè)性試制。1996年，由中科院微生物所和山東保齡寶合作，在山東禹城建成年產2000噸的專業(yè)低聚異麥芽糖工廠。蔗糖酶法生產低聚果糖生產企業(yè)，1997年南無錫江南大學和云南某公司合作，于昆明第一家投產。至今各種低聚糖年生產能力為5萬噸，實際年產2萬-3萬噸。主要品種有低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚木糖、低聚甘露糖、大豆低聚糖、殼聚糖、水蘇糖等。大部分用酶法合成，天然提取物居少數，但實際年產以萬噸計的企業(yè)，生產的是低聚異麥芽糖，年產以千噸計的為低聚果糖，其他品種的年產量很有限。目前，功能性低聚糖已在國內各種飲料、食品中作為配料廣泛使用。在保健食品中，我國衛(wèi)生部批準的改善腸道潤腸通便功能的保健食品中，使用的低聚糖有低聚果糖、低聚異麥芽糖、低聚甘露糖、大豆低聚糖等；免疫調節(jié)的保健食品有殼聚糖。8

開發(fā)思路益生元有穩(wěn)定性好、熱量低、服用量小、配伍性好的特點，用其開發(fā)健康食品有以下幾個思路。9

代餐粉：以谷物、豆類、薯類為主要原料，輔以益生元，如低聚果糖、低聚異麥芽糖、低聚木糖等的一種或幾種，可以開發(fā)出代餐粉產品。代餐粉產品具有食用方便等特點。9

添加益生元的益生菌產品： “益生元+益生菌”是目前較為流行的產品，在補充益生菌的同時，補充可增殖腸道有益菌的益生元，雙管齊下，效果較好。如某款產品添加了兩種益生菌嗜酸乳桿菌和乳雙歧桿菌，再復配益生元低聚木糖。9

益生元飲品：益生元飲品包括在水、飲料、茶、咖啡中添加益生元，低聚糖類益生元都有甜度，一方面可部分替代飲品中的甜味劑調節(jié)口感，另一方面是熱量低，可減少熱量的攝入。9

攝入指南攝入量正常的飲食每天可以提供5-10g的非消化性寡糖，它們來源于蔬菜（主要為低聚果糖）。對于健康成年人來說寡糖的有效劑量為每天5-10g，少于5g一般認為是服用量不足。2

選擇原則低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖等在進入大腸后，都能被腸道菌群選擇性地發(fā)酵（主要是被雙歧桿菌與乳酸菌所利用，不被有害菌利用），因而都是十分優(yōu)秀的益生元。6

它們的主要差異在于被腸道菌群利用程度不同，具體表現(xiàn)在對不同有益菌的增殖程度、有害菌受抑制程度、產酸量和產氣量等方面的差異。在實際應用中，可針對這些低聚糖的差異特點，為不同的消費群體和食品種類選擇最適宜的益生元品種，比如：6

（1）發(fā)酵型乳制品

對于發(fā)酵型乳制品，可選擇更能促進某菌種生長的益生元，幫助并協(xié)同該菌種最大化發(fā)揮對人體的健康作用。6

（2）嬰幼兒及兒童

對于嬰幼兒及兒童群體，在嬰幼兒配方奶粉及配方食品的開發(fā)過程中，可選擇能全面增殖雙歧桿菌，且增殖率較高的益生元，如低聚半乳糖、異麥芽低聚糖等。6

（3）中老年人

對于中老年人群體，鑒于其便秘和腸道老化癥狀十分嚴重，可考慮選擇能集益生元和膳食纖維效果于一體的低聚糖如異麥芽低聚糖、低聚果糖等，幫助中老年人恢復健康。6

（4）腸胃脹氣敏感人群

對于對腸胃脹氣較為敏感的人群，可適當避開食用大豆低聚糖、低聚果糖等容易脹氣的益生元，而選擇產氣量最少的異麥芽低聚糖、低聚半乳糖等。6

總之，針對不同的食品種類和消費群體需求，都有對應的最適益生元。不能說“某種益生元是最好的益生元”，而只能說哪些是適用范圍較廣的益生元。因此，消費者在面對不同益生元時一定要理性選擇。6

益生元的生產低聚糖益生元的生產制備途徑

低聚糖的制造方法大致分為以下5種：

①從天然原料中提取，如從甜菜汁或甜菜廢糖蜜中提取棉籽糖，從植物澤藍中提取水蘇糖，從去除大豆蛋白的大豆乳清中提取大豆低聚糖，從胡蘿卜中可提取出含氮多糖及低聚糖等雙歧因子。8

②用微生物酶水解生產，如牛乳或蛋清經木瓜蛋白酶或胃蛋白處理可得肽類雙歧因子。8

③用微生物酶的轉移反應制造，工業(yè)生產的低聚糖是利用生物酶法水解或轉移反應制造的，如異麥芽糖、低聚果糖、低聚木糖、乳果糖、低聚乳糖和低聚殼聚糖等。8

④用酸水解或堿轉化法生產，如乳酮糖是工業(yè)上唯一用堿轉化生產的低聚糖；用酸水解多糖制造的低聚糖，因酸水解無專一性，產品中糖類復雜，不易得到特定的低聚糖。8

⑤化學合成法制造，如用加壓氫化法從糖類制造有雙歧因子功能的糖醇，如木糖醇和乳糖醇等。8

就上述低聚糖制備的主要途徑而言，從天然原料中直接提取寡糖產品十分困難。通常情況下，寡糖在生物體內的濃度極低，而且無色、不帶電荷，制備過程非常繁瑣、不易控制，生產成本極高。目前采用此法商業(yè)化制造的寡糖有從甜菜甜蜜中提取的棉籽糖和從大豆乳清中提取的大豆寡糖等。天然多糖的化學水解制備寡糖指的是用化學試劑酸、過氧化氫等為催化劑。降解天然多糖來獲得寡糖，由于該法產物復雜，產品質量不易保證，產率較低，不易得到高活性寡糖而未在實際應用中推廣。而人工化學合成法是通過化學合成的手段獲得寡糖。該方法制得的寡糖純度高、組分單一，但是寡糖分子結構的復雜性造成化學合成過程復雜．需要嚴格控制工藝參數，因此，目前人工化學合成寡糖還主要限于寡糖的物理化學特性研究，離工業(yè)化生產距離尚遠。從飼料工業(yè)和畜牧水產養(yǎng)殖業(yè)的角度看，作為大量使用的功能性飼料添加劑和飼用抗生素類促生長劑替代物，必須考慮寡糖的生產成本。更經濟實用且最有發(fā)展前途的途徑是利用生物技術，即酶水解天然多糖和酶法催化合成來生產各種寡糖。隨著生物技術和酶工程技術的發(fā)展，用酶水解天然多糖和酶法催化合成來生產各種寡糖不僅成為可能，而且生產成本將大幅度下降，利于在飼料工業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)等行業(yè)中應用推廣。4

酶法催化合成寡糖是目前大量合成寡糖的唯一有效方法。由于酶催化反應具有立體特異性，對于反應底物、糖苷鍵類型及位置均有特定要求，因而較之化學合成法有巨大的優(yōu)越性。各種高度專一性糖酶都被嘗試用于合成寡糖，但普通動物來源的糖酶含量低、難以純化制取、穩(wěn)定性差，故目前多選取微生物酶源。用于寡糖合成的酶包括各種糖基轉移酶、糖苷水解酶及磷酸化酶3大類。用來合成寡糖的原料主要為淀粉類、蔗糖、乳糖等。這些原料來源充足、價格便宜，并可以綜合利用。例如果寡糖（蔗糖為原料）、異麥芽寡糖、帕拉金寡糖、半乳寡糖等均可以用酶法合成得到。4

大豆寡糖的制備與生產

大豆寡糖產品有糖漿狀、顆粒狀和粉末狀等。豆類植物的種子中都含有一定數量的大豆寡糖，其中以大豆（也就是俗稱的黃豆）中含有的大豆寡糖數量為最多。工業(yè)化生產大豆寡糖是采用大豆加工過程中的大豆乳清或漿水為原料．通過分離、純化、精制、干燥等手段，制備得到商品級大豆寡糖。4具體工藝流程為4：

大豆→大豆乳清或黃漿水→超濾脫除蛋白等大分子物質→活性漿脫色

↓

大豆寡糖產品←真空濃縮←納濾或離子交換樹脂脫鹽

異麥芽寡糖的制備與生產

異麥芽寡糖主要是采用富含淀粉類的植物（如玉米、薯類、大米等）為主要原料，通過酶處理等一系列方法制備而成。4具體工藝流程為：

玉米、薯類、大米→淀粉→α-高溫淀粉酶噴射液化→淀粉酶和α-糖苷酶糖化和酶轉移反應→板框過濾→活性炭脫色→離子交換脫鹽→真空濃縮→液體糖漿→噴霧干燥→異麥芽寡糖固體產品。4

木寡糖的制備與生產

目前木寡糖的制備和生產主要是采用富含半纖維素的植物（如玉米芯等）為原料，通過物理法預處理和生物酶降解相結合的方式來進行的。4具體工藝過程為4：

玉米芯→粉碎→調漿→汽爆→木聚糖酶酶解→板框過濾→濾液脫色→離交除鹽→一次真空濃縮

↓

木寡糖粉狀產品←噴霧干燥←木寡糖糖漿←二次真空濃縮←納濾脫單糖

微藻益生元的生產螺旋藻

螺旋藻的大規(guī)模工業(yè)化養(yǎng)殖．一般是以添加營養(yǎng)的淡水做營養(yǎng)基，帶有機械攪拌的封閉式淺水道半連續(xù)生產方式，生產工藝流程為4：

藻種培養(yǎng)池→一級培養(yǎng)→二級培養(yǎng)→生產池→采收→沖洗→脫水→噴霧干燥→殺菌→檢驗→包裝→入庫→藥品級、食品級（或脫水一自然干燥一飼料級）

采收螺旋藻的產量以每天每立方米產干粉多少克來表示，當藻液呈墨綠色時即可收獲。4

干燥就是除去水分，保留有效成分。螺旋藻粉的含水量按標準一般在7%以下。由于螺旋藻蛋白質含量高達70%，還含有葉綠素、8%-22%藻藍素、多糖約17%，以及維生素A、維生素B和少量脂肪類成分，因此要求在低于84℃的環(huán)境下干燥，否則其中的有效活性成分將遭到破壞，還會導致晶體硬化，影響藻粉質量下降。螺旋藻的營養(yǎng)高，又是堿性水生微藻，其細胞壁不僅薄，而且滲透性好，因此要求在10 s內達到干燥的目標，才能保證質量，保證其有效活性物質不受破壞。螺旋藻干燥的方法很多，如常規(guī)的曬干、烘干、烤干、輻射、微波、噴霧、冷凍機真空干燥等。但是有兩條原則不能違背：一是必須在采收后4 h內干燥，否則會變質；二是快速在84℃之內干燥。溫度越低的干燥，其質量越好；反之，溫度高．時間長，則藻粉質量差。螺旋藻的顆粒極細，單位重量的表面積大，易干燥，適宜用噴霧干燥，而且干燥后不必再磨碎或均質處理。烘干、曬干、風干等都是家庭作坊式的方法，可用于螺旋藻作飼料添加劑的生產方法，此法所需的設備和工藝很簡單，但是葉綠素大量被破壞，產品呈片狀、粒狀等不規(guī)則形，不均勻，還要再加工。4

本詞條內容貢獻者為:

江松敏 - 副教授 - 復旦大學