益生元及其应用

益生元及其应用摘要：益生元具有一些优良的加工性能和生理功能特性，符合现代人的健康消费观念，将在食品、医药和饲料等行业发挥越来越重要的作用。本文主要叙述了益生元的种类及结构特点、作用机理、生理功能、及其应用现状及发展趋势。关键词：益生元生理功能应用现状益生元是由G.R.Gibson等于1995提出,指一些不被宿主消化吸收却能有选择地促进其体内双歧杆菌等有益菌的代谢和增殖,可选择性刺激结肠内有益菌的生长或增强其活性，但不被有害菌利用，从而从而改善宿主健康的有机物质。这种选择性刺激作用主要是针对结肠内的两种固有菌，即双歧杆菌和乳酸菌。益生元作为益生素的选择性底物，具有促进益生素增殖、改善肠道菌群、保健等功能，因此被称为是一种功能性食品。如低聚果糖(Fructo-oligosaccharide简写为FOS)、低聚木糖(xylo-oligosaccharide)、低聚半乳糖(Galacto-Oligosaccharides,简写为Gos)、低聚异麦芽糖等。益生元的作用机理主要表现在以下几个方面：在消化道内通过吸附肠道病原菌，促进其随粪便排出，同时还具有通便作用；被肠道有益菌群利用，促进其生长繁殖，形成微生态竞争优势，同时有益菌代谢产生的一些抗菌物质和短链脂肪酸直接抑制外源性致病菌和肠腐菌的生长，减少有毒物质的产生；刺激免疫应答，提高机体的免疫力；改善肠道内环境，防止腹泻；营养作用，促进生长。[1]1益生元物化特性及生理功能1.1物化特性益生元的结构特点为：在胃肠道内既不能水解，也不能被消化吸收；能选择性刺激肠道中有益菌生长繁殖和激活其代谢功能；使肠道菌群向有利于宿主健康的方向转化；能诱导有利于宿主健康的肠道局部免疫或全身免疫反应[1]。类益生元大多具有良好水溶性,粘度低,不结合矿物质,口感清爽,甜度低。与蔗糖相比,低聚果糖的甜度约为蔗糖的40一60%,低聚木糖约为40%,而低聚半乳糖则为25%左右。低聚糖类益生元的酸稳定性和热稳性较好,储存稳定性也很好,无不良质构和风味。1.2生理功能1.2.1促进有益菌增殖和调节肠道微生物区系益生元的主要特点是动物体内的消化酶不能或很难消化利用，但可被结肠中有益菌如双歧杆菌、乳酸菌等特异水解并得到养分而增殖，而绝大多数有害菌不能水解利用，且在有益菌增殖的同时被抑制，即间接起到益生素的作用。而且，益生元发酵的终产物乳酸和其它短链羧酸可进一步刺激有益菌的增殖[2]。目前，低聚果糖、抗性淀粉、乳果糖和低聚半乳糖在市场上均为公认的益生元。这些低聚糖可以改变肠道微生物区系，使有益菌特别是双歧杆菌在数量上占决定优势，这已在人的添加实验中得到证实。进一步研究表明，对于体内双歧杆菌水平本身较低的个体如患有长期胃肠道疾病的病人或老人，添加益生元其效果更好[3]。到目前，有关益生元的推荐用量无统一的标准。一般情况下，人的用量为4-20g/d。Roberfroid等[4]报道，添加4g/d的抗性淀粉或低聚果糖，可增加肠道内双歧杆菌的数量。然而，若益生元的用量超过20g/d，则会导致一些负面效应，如出现肠胃气胀、腹部膨胀等现象。一般地，合理使用益生元不会产生负面影响，如香蕉、洋葱中的益生元含量较低，可以安全食用。而其它一些潜在的益生元如乳糖醇、低聚龙胆糖、低聚果胶糖、低聚葡萄糖、低聚异麦芽糖等研究的相对较少。1.2.2调节矿物质吸收粗粮纤维可结合矿物质使其在小肠内不能被机体消化吸收。然而，当结合的矿物质到达结肠后，肠道微生物可使其降解并释放出流离的矿物质被机体吸收。而且，发酵生成的高浓度短链羧酸可促进结肠对矿物质尤其是Ca2＋和Mg2＋的吸收。结肠内的强酸环境使Ca2＋和Mg2＋等离子易于以被动扩散的方式被吸收[5]。1.2.3调节脂代谢益生元可调节血清中甘油三酸酯和胆固醇水平。然而，由于人体内脂肪代谢较复杂，因此大量实验得出的结果不尽相同。研究发现，服用低聚果糖对血液中甘油三酸酯和胆固醇含量无影响或轻微降低；然而，大分子量的抗性淀粉则可有效降低甘油三酸酯水平。患有轻度高胆固醇的病人摄入一定量抗性淀粉（18g/dfor3wk）后，血清总胆固醇和LDL-胆固醇含量降低。以上结果表明，这些益生元对患有高胆固醇和高甘油三酸酯症的病人均无损害作用。给大鼠日粮中添加10％的低聚果糖可显著降低血清三酰甘油和磷脂含量，但对游离脂肪酸含量无影响。研究发现，饲喂低聚果糖大鼠的肝脏由棕榈酸酯向三酰甘油的转化能力略有降低，但由乙酸酯向三酰甘油的转化能力下降40％，表明给大鼠饲喂低聚果糖使脂肪合成酶活性下降，脂肪从头合成减少，血清中三酰甘油含量下降。低聚果糖可能从以下2个途径来调控三酰甘油代谢：第一，调节葡萄糖或胰岛素含量；第二，调控大肠内乙酸和丙酸合成，乙酸是脂肪酸合成的底物，而丙酸抑制脂肪酸合成。1.2.4提高免疫力，降低癌症发病率李小宁[6]通过实验表明，魔芋甘露低聚糖可以增强ICR小鼠的细胞免疫功能和单核巨噬细胞吞噬功能；地黄低聚糖可促进免疫抑制小鼠的B淋巴细胞恢复产生抗体的能力和促进小鼠骨髓粒单细胞免疫功能。另外，益生元被肠道细菌利用产生的有机酸，如乳酸和短链脂肪酸，其中丁酸可以调节结肠糖苷的生长和定位，刺激产生癌变细胞的免疫能力。益生元可降低微生物中参与有毒物质和致癌物生成酶的活性以及这些有毒代谢产物在粪便中的含量[7]。1.2.5减少疾病发生率到目前为止，益生元降低疾病发生率的研究尚处于尝试性阶段，还需大量的实验来进一步深入探讨。现主要有以下几个方面的报道：1）增加肠蠕动，减少便秘；2）预防肠道感染，抑制腹泻；3）促进钙的吸收利用，减少骨质疏松症的发病率；4）降低甘油三酯和胆固醇含量，减少动脉粥样硬化和心血管疾病；5）缓解胰岛素拮抗，减少肥胖症和2型糖尿病。1.2.6在婴儿营养和健康中的作用母乳哺育的婴儿体内的微生物区系不同于牛奶哺育的婴儿。典型的一个差异是前者肠道内以双歧杆菌为优势菌，而后者肠道内类杆菌属、梭菌属和肠杆菌科居多。主要原因是吃母乳的婴儿可以获得母源性抗体和母乳中的低聚糖，其能促进肠道内双歧杆菌和乳酸菌增殖，进而增强婴儿的先天性免疫力，故通常情况下，其肠道不易被感染。牛乳中加入一定量的低聚果糖或低聚半乳糖益生元喂养婴儿28d后，与对照组相比，婴儿粪便中的双歧杆菌和乳酸菌数目显著增加[8]。2.益生元的应用现状2.1益生元的制备方法目前，我国益生元的制备方法主要有酶法水解和转化、微生物发酵法、从天然产物提取、用酸水解或碱转化法，以及化学合成法。用天然产物提取法生产出来的一些益生元产品主要是一些功能性低聚糖，如大豆低聚糖[9]、壳聚糖等。化学法主要缺点是分离精制过程复杂，环境污染严重，故不适应工业化生产，国外生产厂家已不用此方法。工业上大量生产益生元，是用酶法水解或酶法转移来进行的。生产过程一般包括酶的发酵生产、低聚糖的酶法合成、分离精制3个过程。可利用生物技术对酶进行基因工程改造等途径来提高益生元的产量。如朱桂兰等人[10]利用酶法生产低聚乳果糖；Crittenden，R.G[11]等人利用酶法生产出具有双歧因子功能的果胶低聚糖益生元。酶法制备益生元的特点是反应条件温和，产物均一性好，环境污染少，值得进一步研究。研究重点是寻找高效廉价的酶和合适的反应体系。2.2益生元的应用现状2.2.1饮料中的益生元陈金玲等为用其制备口味优良、质量稳定的大蒜益生饮料，将大蒜蒸熟灭酶、打碎、取汁、离心、过阳离子交换树脂柱、澄清、灭菌等步骤，及按照L9(34)正交表分析pH、膨润土、酸性硅溶胶和明胶对大蒜益生元溶液的综合澄清效果；以阿斯巴甜、糖精、乳酸调节益生元饮料口味。结果表明，在pH5时，加入0.067%明胶、0.1%酸性硅溶胶适于大蒜益生元溶液的澄清；加入0.04%阿斯巴甜，0.004%糖精，0.12%乳酸调节的益生元饮料口味最佳，酸甜适宜，口感醇厚且质量稳定[12]。2.2.2乳制品中的益生元事实证明大量摄取有益菌的死细胞只能起到促进人体肠道中原有有益菌的生长,即益生元的作用因而,在含活菌的乳品中添加益生元必然会增强健康功效市场上有很多将乳品中的益生菌和益生元相结合的实例,如法国合生元公司的益生菌咀嚼片，巢的营养配方+成长奶粉，伊利的升级版的幼儿配方奶粉等等。这些产品也可以成为含有合生元的产品[13]。3.小结益生元与其他促生长物质（如抗生素和益生素）相比有着不可替代的优点，它无药物残留，细菌不会产生抗药性，无污染、耐高温、性质稳定，符合现代人的健康消费观念，因此在食品行业、饲料行业和医药行业中将发挥越来越重要的作用，有着广阔的应用开发前景。现在益生元已经作为食品界的新型食品添加剂，其作用天然并且极大地有利于身体健康，尽管其机理并未得到彻底探讨，但是不妨碍人们对它的研究不断深入着。相信在随着其机理研究的不断深入研究下，其产品的不断丰富中，益生元的应用会越来越广泛。参考文献：[1]GibsonGR,RoberfroidMB.DietarymodulationoftheColonicMicrobiota:IntroducingtheConceptofPrebiotics[J].JNutr.1995,125:1401-1412[2]RoberfroidMB.Prebiotics:preferentialsubstratesforspecificerms[J].AmJClinNutr.2001,73:4065-4095[3]TuohyKM,etal.Theprebioticeffectsofbiscuitscontainingartiallyhydrolysedguargumandfructo-oligosaccharides-ahumanvolunteerstudy[J].BrJNutr.2001,86:341-348[4]RoberfroidMB,etal.Thebifidogenicnatureofchicoryinulinanditshydrolysisproducts[J].JNutr.1998,128:11-19[5]ChiangBL,etal.Enhancingimmunitybydietaryonsumptionofaprobioticlacticacidbacterium(BifidobacteriumlactisHN019):optimizationanddefinitionofcellularimmuneresponses[J].EurJClinNutr.2000,54:849-855[6]李小宁.魔芋甘露低聚糖口服液对雌性ICR小鼠免疫功能的调节作用[J].江苏预防，1998，9（4）：3-4.[7]刘福君，赵修南.地黄低聚糖增强小鼠免疫功能的作用[J].中国药理学通报，1998，14（1）：90.[8]MoroG.Dosage-relatedbifidogeniceffectsofgalacto-andructooligosaccharidesinformula-fedterminfants[J].JPediatrGastroenterol.Nutr，2002，34：291-295.[9]田心键，钟世荣，张伟.酸沉淀法制取大豆低聚糖的工艺研究[J].四川轻化工学院学报，2001，14（3）：75-78.[10]朱桂兰，童群义.低聚乳果糖的生产与应用.食品研究与开发，2003，24（3）：43-45.[11]CrittendenRG，PlayneMJ.Production，PropertiesandpplicationsofFood-gradeOligosaccharides[J].TrendsinFoodScience＆Technology，1996，7（11）：353-361[12]黄婧，杨海军生元在全球乳品中的应用进展[13]杨远志,李发财益生菌和益生元功能性食品中的应用现状及展望