益生元

益生元(4)最基本的益生元为碳水化合物，但定义并不排除被用作益生元的非碳水化合物物质。理论上来讲，任何可以减少现在有害菌种，而有益于促进健康的菌种或活动的物质都可以叫做益生元。

此定义并没有侧重地强调某一特定的菌种。然而由于双歧杆菌和乳酸菌被认为对人体有很多有益的影响，所以一般的益生元被假设认为能促进此两种菌数量的增加或是其活性的增强。可以促进（生成促进）双歧杆菌的物质被认为为双歧因子。一些益生元可以作为双歧因子，反之亦然。但这两个概念并不相同，见下说明。

一般可以这么认为，益生元给益生菌提供“食物”,能够被肠道内有益细菌分解吸收，促进有益细菌生长繁殖。大家所熟悉的双歧因子就是促进肠内双歧杆菌生长的益生元。而异麦芽低聚糖和低聚果糖是益生元中最为优异的代表。

益生元（Prebiotics）是指不易被消化的食品成分，通过选择性的刺激一种或几种细菌的生长与活性而对寄主产生有益的影响，从而改善寄主健康的物质。

益生元主要包括各种寡糖类物质（Oligosaccharides）或称低聚糖（由2～10个分子单糖组成）。更概括的说法是功能性低聚糖。术语释意

双歧因子：任何促进双歧杆菌生长的成份

非消化性聚糖 (NDOs):不能被小肠消化而直接进入大肠的短链碳水化合物

1. 所有益生元都是双歧杆菌促进性的 :

对寄主（人体）有益，并不一定是可以促进双歧杆菌。对其他菌种的促进同样可以是有有益效应的。因此益生元不一定有双歧杆菌促进性。

1. 双歧因子都属益生元 :

双歧因子可以增加小肠或其他情况下（如发酵的乳制品中）的双歧杆菌数量。当小肠中的双歧杆菌得到促进时，该双歧因子可以被认为是益生元，但只有在这种促进是有益于寄主（人体）的前提下。其他状况下的双歧因子并不是益生元。

1. 非消化性寡糖（NDOs）都有双歧杆菌促进性或都是益生元 :

非消化性寡糖可以促进有益菌从而产生有益效应，这种情况下它们可以被认为是益生元。非消化性寡糖同样可以促进有害菌而产生有害效应（如在乳糖不耐症中）。NDOs 可以促进双歧杆菌因而可以被称为双歧因子，但并不一定是益生元。 NDOs 也可以对肠菌落无任何作用。

所以，取决于不同种类， NDOs 可能是益生元，双歧因子，有害的或是无活性的。

定义同样指出代谢活动的改变可能改善寄主健康。意思是说并没有明确特定某菌种需要被刺激促进，而是肠菌落的代谢功能作为一个整体的改变。这通常是指碳水化合物发酵的提高和蛋白质降解与发酵的减少。

碳水化合物的发酵一般产生无害或有益的终产物，然而蛋白质发酵则导致潜在的有害物质的生成。(见图<朦胧雨中人上传-细菌发酵蛋白质与碳水化合物示意图。其中划线物质主要来源于蛋白质发酵。>)。

硫化氢气体有很强的活性可以对肠产生不良作用。其他气体如氢气，二氧化碳和甲烷除可以产生胃胀气外无其他负作用。短链脂肪酸和乳酸盐对肠菌落（降低 pH 值，使肠环境更酸性化）和肠细胞（需要短链脂肪酸作为能量物质）都有有益作用。乙醇可迅速地被其它肠细菌代谢到而对寄主（人体）无作用。支链脂肪酸，氨，胺，酚类和吲哚则刺激肠细胞，诱导有机体突变或是在高浓度情况下对对免疫系统产生危害。

这就是为什么需要加强碳水化合物发酵而抑制蛋白质发酵。代谢活动的改变也不一定与有益菌种数量的增加有关。

所以益生元的概念应该明确：增加有益菌和 / 或增加碳水化合物代谢。

益生元是指能促进益生菌生长繁殖的一类结构和性质不同的物质，它们不被或很少被宿主酶系和其他细菌酶系所分解。益生元不能直接对机体起作用，而是通过益生菌发挥生理功能。益生菌通过调理人体肠道菌群，产生一些有益物质直接起作用。

大多数商业用益生元为寡糖和膳食纤维。选择性非消化寡糖能提高碳水化合物发酵从而起到上述的功能。但同时也要注意并非所有寡糖都具有益效应。若要使效果生效，寡糖（或其混和物）应该在动物和人体中进行彻底的测试。目前，没有寡糖选择性的刺激某种特定的细菌。有声称说一些寡糖可以促进双歧杆菌的乳酸菌，但机体内（人体内）和机体外（实验室）实验显示所有商业用寡糖都是由大量的肠道细菌发酵而来。

对于所有寡糖，当其产生作用时都是通过改变新陈代谢而非促进特定某种细菌而完成。

益生元被特定的指定作用于大肠菌落。益生素为计划的主要作用于小肠。

一个普遍的误解是益生元应该促进（通常被联系到共生现象中的共生学）。 由于通过促进益生素，益生元被使用，但其并不会对大肠起任何作用，所以这一概念没有意义。

益生元种类很多，有低聚糖，多糖，植物中草药提取物，蛋白质水解物，多元醇等等，大量生产商品化的主要是一些有双歧因子功能的低聚糖。低聚糖是由2～10个单糖分子脱水缩合而成的碳水化合物，因糖的组成和结构不同而有不同的理化性质和生理功能，与一般可消化低聚糖不同，作为益生元的功能性低聚糖(也叫双歧因子)因食后不被消化可完整地进入大肠，而被大肠中双歧杆菌选择性利用发酵生成有机酸，而被人体吸收间接作为能源来利用，故食后血糖不会升高，热值只有可消化糖的40%，也不被口腔中龋齿菌突变链球菌利用，不引起蛀牙，甜度为蔗糖的30%～60%，有些功能性低聚糖的理化性质与蔗糖相似，故可代替砂糖用于食品制造，以调节甜度、粘度、冰点，改善食品口感与保湿性、水活度等，并增加其保健功能，例如异麦芽酮糖作为蔗糖的一种异构体，具有许多非致龋齿性、益生元特性、适合糖尿病人使用以及对大多数细菌和酵母的抗性等^[3]。

低聚糖类益生元的制造方法大致分为5种：

(1)从天然原料提取；

(2)用微生物酶水解生产；

(3)用微生物酶的转移反应制造；

(4)用酸水解或碱转化法生产；

(5)化学合成法制造。

上述方法中，可从天然物中提取的益生元如棉子糖是从甜菜汁或甜菜废糖蜜中提取，水苏糖是植物泽兰中提取，大豆低聚糖从去除大豆蛋白之大豆乳清中提取，此外从胡萝b中可提取出含氮多糖及低聚糖等双歧因子。从牛奶或胰脏用木瓜蛋白酶或胃蛋白处理可得肽类双歧因子。用酸水解多糖制造功能性低聚糖，因酸水解无专一性，产品中糖类复杂，不易得到特定的低聚糖，工业上大量生产的益生元是利用生物技术的酶法水解或转移反应制造的。例如异麦芽低聚糖，低聚果糖，低聚乳糖，低聚壳聚糖等等，都是用酶法生产的。

益生元被明确的制定作用于大肠菌落。

以下为已经发表功效：

一、减轻便秘

此功效已经如食用纤维的功效一样被很好的证实了。很多益生元为在大肠中发酵的碳水化合物。通过发酵产生肠气体来增大肠体积从而缩短了消化物在肠中的逗留时间。一定程度上有助于缓解便秘现象的发生。

二、降低肠 pH 值

该作用是由于新产代谢来自从蛋白质发酵（生成氨，高 pH ）向更多碳水化合物发酵（生成酸）的改变。一些肠道疾病如节段性会肠炎和 IBS （急性肠道综合症）的特征都是有过高的肠 pH 值。降低 pH 从而可以降低（并非治愈）这些疾病的发生。这是有益于病人的。

三、调理细菌平衡

益生元可以帮助肠在经过抗生素，腹泻，压力或其它药物（非抗生素类）的干扰后恢复肠内细菌平衡。通过对某特定菌群的选择性的刺激而使平衡恢复。可能发生在很多种不同菌群上。这种刺激可以是直接的（被选择的细菌在益生元上生长）或是间接的（一些细菌释放对其它细菌生长有益的物质）

这种情况下，选择性刺激和新陈代谢的改变都起到作用。

四、影响血脂浓度

被声称对一些单糖有益，但次作用并未经证实。

五、预防肠癌

这一效应未经证实。但有很多迹象指出许多蛋白质发酵产物会提高患直肠癌的风险。所以蛋白质发酵的减少可以降低风险。而且碳水化合物发酵产物也许有降低直肠癌发病的可能。

同样的，最佳的降低风险效应是通过改变新陈代谢而不是某类细菌来获得。

六、增强免疫

益生元本身对免疫系统无任何作用。但是通过改变肠菌落从而可能影响免疫系统。该刺激可以是有益的或是无益的，有益作用是指免疫系统被激活来抵抗致病菌。无益作用是说由于刺激可能引起的过敏反应。

七、婴儿保健

四岁以下儿童的肠菌落很不稳定。许多口入致病菌都可以干扰微生物菌落。可以稳定菌落的物质可被认为是益生元。一些研究指出有些商业化的单糖可以改变菌落和降低 pH 值而起到由稳定效应。

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；6）减少癌症的发病率。

依据现有文献的试验方法来看，评估益生元的效果大多采用的指标为：对有益菌(如双歧杆菌、乳酸杆菌)的增殖效果；对有害菌(如梭菌)的抑制和潜在致病菌(如大肠杆菌、肠球菌、拟杆菌等)的非增殖效果；被肠道菌群代谢后的产酸量和产气量。不同功能性低聚糖的益生元（市场上常见的异麦芽糖低聚糖(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)）等都属于益生元的范畴）效果比较如下：

1　双歧杆菌增殖效果

一般而言，肠内双歧杆菌共有8种，其中以两歧双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、青春双歧杆菌、长双歧杆菌和短双歧杆菌的数量最多。不同年龄阶段人群的肠内双歧杆菌，其组成和比例有一定不同，如儿童阶段主要是婴儿双歧杆菌、两歧双歧杆菌和长双歧杆菌，青壮年和老年人肠道中则主要是青春双歧杆菌和长双歧杆菌。随着年龄增长，或不良饮食习惯及疾病等的影响，肠内双歧杆菌数量和比例很有可能会大幅下降，不利于人体健康状态的保持。

众多研究已分别证实：异麦芽低聚糖、低聚果糖、低聚半乳糖、低聚木糖等有明显的双歧杆菌增殖作用。Ryerofi等的体外发酵研究表明，七种低聚糖都能明显增殖双歧杆菌的前提下，增殖程度上略有差异(见图1)。具体地说，肠内的5种双歧杆菌对不同低聚糖的可利用性和利用率也各有不同(见表1)。

表1　5种双歧杆菌对益生元的可利用性

图l　不同益生元对肠内双歧杆菌的增殖效果

Claire等的研究表明，低聚半乳糖和异麦芽低聚糖是能被各种双歧杆菌良好利用，且增殖率较高的益生元，但后者被长双歧杆菌和青春双歧杆菌的利用程度更高。而低聚木糖除了可被青春双歧杆菌和长双歧杆菌所利用外，其它双歧杆菌的可利用性都较差。因而，低聚半乳糖和异麦芽低聚糖是适合各年龄阶段人群食用的益生元。

2　乳酸杆菌增殖效果

经过体外试验和临床研究的比较试验发现，异麦芽低聚糖、低聚半乳糖、低聚果糖、低聚木糖、大豆低聚糖等对人体肠内乳酸杆菌均有明显的增殖作用(见表2)。其中，低聚半乳糖对乳酸杆菌的增殖最多、也最全面[5]。

表2　不同益生元对肠内乳酸杆菌的增殖效果

表3　4种乳杆菌对益生元的可利用性

3　有害菌抑制效果

人体肠内的有害菌主要指梭菌。此外，一些兼性菌在机体健康出现状况时，也会转化为不利于人体健康的有害菌如大肠杆菌、拟杆菌等。成功的益生元不仅要能够增殖有益菌，还要能抑制有害菌的增殖。

通过体外试验和人体临床研究等的证实：异麦芽低聚糖对有害菌梭菌有明显的抑制作用，对潜在致病菌(如肠杆菌、肠球菌)无增殖作用(见表4)。与异麦芽低聚糖一样，低聚半乳糖、低聚果糖、低聚木糖对有害菌及兼性菌也具有很好的抑制作用(图2)。

表4　低聚异麦芽糖IMO对有害菌的抑制作用

图2　不同益生元对梭菌的抑制效果

4　肠道菌群代谢

益生元食后直达大肠，在结肠中被大肠菌群发酵为能源而利用，并产生短链脂肪酸SCFA，主要是醋酸、丙酸和丁酸以及乳酸和气体。

（1）　产酸量

肠道菌群代谢食物所生成的有机酸，一方面可以提供人体所需的能量，另一方面，可降低肠道pH值，形成不利于病原菌生存的环境，从而有效抑制肠道腐败，并提高对矿物元素的吸收率，促进肠道蠕动而有利于排便。一般乳酸杆菌只生成乳酸，而双歧杆菌主要产醋酸和少量乳酸。益生元被肠道菌群代谢后也会生成大量有机酸，使肠道pH值降低。其中，以低聚半乳糖、乳果糖的产酸量最大，菊粉的产酸量最小。益生元被代谢后的各种有机酸的产生量为：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。

（2）　产气量

人体肠道内除双歧杆菌和乳杆菌之外，几乎所有其他的菌群都能够产气，使人体出现不同程度的胀气和放屁现象。益生元被肠道菌群代谢后，可产生一定量的气体如CO2、H2、CH4。等。各种益生元由于糖苷键和组成的差别，会被不同类型的产气菌利用，产生的气体也会有差别。Rycroft等通过体外试验比较了不同益生元的总产气量，发现异麦芽低聚糖和低聚半乳糖是众多益生元中总产气量最少的，而菊粉是总产气量最大的一种(见图3)。另外，Oku等[就低聚果糖、低聚乳果糖、异麦芽低聚糖三种益生元的氢气产生量进行了临床验证，不论是10g/d还是20g/d的食用剂量，都是低聚果糖的产氢气量最大，而异麦芽低聚糖的产氢气量最少(见图5、6)。

图3　不同益生元的产气量比较

图4　FOS/GS/IMO(10g/d)的氢气产量

图5　FOS/GS/IMO(20g/d的氢气产量

正常的饮食每天可以提供 5 克 -10 克 的非消化性寡糖。对健康成年人寡糖有效剂量为每天 15 -20 克，少于15 克 一般为认为是服用量不足。

目前市面上有很多号称是益生元的产品，但其纯度不高，比如一些奶粉、辅食、保健品等，只将添加益生元作为噱头，实则含量非常低，不能达到作用量，是欺骗消费者的手段。所以，购买益生元产品，最好要仔细查看益生元含量，含量一般达80%~90%属于高纯度。^[4]

由于商业用寡糖增加了碳水化合物发酵，所以同样增加气体生成。也就是说主要的副作用为肠胃胀气和膨胀感。这些反应可以发生于食用 5 克 寡糖的敏感人群中，而在食用 40 克 的耐性人群却不发生。所以这些副反应的发生取决于寡糖的同类和人体的接受度。

综上所述，低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖等在进入大肠后，都能被肠道菌群选择性地发酵(主要是被双歧杆菌与乳酸菌所利用，不被有害菌利用)，因而都是十分优秀的益生元。

它们的主要差异在于被肠道菌群利用程度不同，具体表现在对不同有益菌的增殖程度、有害菌受抑制程度、产酸量和产气量等方面的差异。在实际应用中，可针对这些低聚糖的差异特点，为不同的消费群体和食品种类选择最适宜的益生元品种，比如：

(1)发酵型乳制品

对于发酵型乳制品，可选择更能促进某菌种生长的益生元，参考表l、表3提及的异麦芽低聚糖，帮助并协同该菌种最大化发挥对人体的健康作用。

(2)婴幼儿及儿童

对于婴幼儿及儿童群体，在婴幼儿配方奶粉及配方食品的开发过程中，可选择能全面增殖双歧杆菌，且增殖率较高的益生元，如低聚半乳糖、异麦芽低聚糖等。

(3)中老年人

对于中老年人群体，鉴于其便秘和肠道老化症状十分严重，可考虑选择能集益生元和膳食纤维效果于一体的低聚糖如异麦芽低聚糖、低聚果糖等，帮助中老年人恢复健康。

(4)肠胃胀气敏感人群

对于对肠胃胀气较为敏感的人群，可适当避开食用大豆低聚糖、低聚果糖等容易胀气的益生元，而选择产气量最少的异麦芽低聚糖、低聚半乳糖等。

总之，针对不同的食品种类和消费群体需求，都有对应的最适益生元。不能说“某种益生元是最好的益生元”，而只能说哪些是适用范围较广的益生元。因此，消费者在面对不同益生元时一定要理性选择。

由于优异的品质与无害性，益生元已被广泛运用到畜牧、医疗、日常保健、食物添加等行业。

常见的产品有：

1. 婴幼儿奶粉添加

由于益生元有调理肠胃，促进消化吸收的功能，现很多婴幼儿奶粉中已添加了它，让婴幼儿更好地吸收营养。另外，婴幼儿便秘、腹泻是常见疾病，在奶粉中添加益生元有利于调整宝宝肠道菌群环境，双向调节便秘、腹泻。

2.高纯度保健品

由于功能性成分达90%，能充分体现益生元的优势和充分利用其功能。由于是非药物，这类应用使用人群非常广泛，其中，非常适用于有肠道问题的人群。

3.日常调味添加

“推进公众营养改善行动”被纳入《国民经济与社会发展第十一个五年规划纲要》后，2007年，由公众营养与发展中心新推出的公众营养改善项目、我国第一个针对微生态失衡而出台的项目——“食物中加OLIGO（益生元）”正式启动。

4.保健食品的添加

由于益生元具有不被消化的特性，不影响血脂、血糖，所以是高血脂、高血糖、高血压人群的优选的甜味添加剂，成为了蔗糖、葡萄糖等影响血糖的替代品。