益生元的营养及应用研究进展

《广州食品工业科技》“益生菌、益生元与健康”研讨会论文集Vol.19.增刊(总77)文章篇号:1007-2764(2003)增刊-0026-088益生元的营养及应用研究进展王辉(华南理工大学食品与生物工程学院广州510641)摘要：益生元包括一些低聚糖、微藻及天然植物等，具有改善肠道微生态，调节脂肪、矿物质、蛋白质代谢，调节免疫功能的作用。文中介绍了益生元的营养及其应用研究进展。可以预见，益生元在食品工业、饲料工业等行业中将发挥越来越重要的作用。关键词：益生元；低聚糖；微藻益生元（prebiotics）是由G.R.Gibson等（1995）提出，是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，从而改善宿主健康的有机物质，常称双歧因子。[1]其标准是：①不被宿主胃肠道消化或吸收；②只能被一种或有限几种肠道菌利用；③能改善肠道菌群组成，增进宿主健康；④诱导肠腔内系统性免疫，改善宿主体质。[2]属于双歧因子的有低聚糖类，如低聚果糖（Fructo-oligosaccharide简写为FOS）、低聚木糖（Xylo-oligosaccharide）、低聚半乳糖（Galacto-oligosaccharide，简写为GOS）、低聚异麦芽糖等；微藻类如螺旋藻、节旋藻等，还有一些天然植物，包括蔬菜、中草药、野生植物等。由于益生元不能被人体分解、吸收和利用，通过消化道到达结肠后，有的能被结肠群分解和利用，而促进结肠菌群的生长，在改善肠道微生态、促进脂质、蛋白质与矿物类代谢方面具有重要意义，所以愈来愈广泛地被应用于食品、饲料等领域中。1益生元的物化特性及生理功能1.1物化特性低聚糖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40～60%，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定性较好，储存稳定性也很好，无不良质构和风味。[3～5]微藻类益生元则分布很广，在土壤、沼泽、淡水、温泉中都有发现。在一些不适合其它生物的极端环境，如高盐碱度的湖泊中，也能生长。其含有丰富的优质蛋白质，不含饱和脂肪酸，而含有大量不饱和脂肪酸。由于微藻（如螺旋藻）细胞壁几乎不含有纤维素，因而具有更高的可消化性，其消化率可高达93%。而且微藻类益生元含有丰富的微量元素和矿物质、酶和天然色素，而胆固醇含量却很低，正因为如此，它已被联合国粮农组织推荐为“21世纪人类最理想的保健食品”。1.2生理功能1.2.1高效双歧杆菌增殖因子益生元作为“双歧因子”可促进体内双歧杆菌等有益菌的代谢和增殖。Ito等（1990）报道：FOS与TOS（乳糖，Tran-galacto-oligosaccharideTOS）可促进人体内双歧杆菌和乳酸杆菌的增殖而抑制病菌源菌，如大肠杆菌、梭状芽孢杆菌和沙门氏菌的生长。螺旋藻等一些微藻类益生元进入机体后可被选择性吸收，增加双歧杆菌数，减少病原菌数。Gibson（1994,1995）认为，双歧杆菌数量的增加可以改变肠微生态，掏有害菌的繁殖。同时，益生元所产生的短链脂肪酸也可掏细菌毒素的产生（May，1994）。[2,3]其机制在于：①这些寡糖可能是双歧杆菌选择性底物；②双歧杆菌通过发酵产酸及产生抗菌物质掏了其他病原菌的生长；③双歧杆菌产生的生物素又可促进其生长。[2]因此，益生元作为双歧杆菌促生因子，可促进肠道有益菌增殖而抑制有害菌的生长，从而改善肠道微生态。1.2.2具有可溶性膳食纤维基本特性益生元中的低聚糖类具有可溶性膳食纤维的基本特性。可降低粪便pH值，减少有毒代谢物，增加粪便体积和水分，加速肠腔蠕动，减轻便秘，具有洁肠通便，排毒解毒的功能。[3]低聚糖类益生元具有良好的耐消化性，不易被唾液、胰液、肠液中的酶类所分解，可以一直到达大肠，被肠道细菌代谢。1.2.3益生元与代谢调节研究表明，益生元具有显著降低血及肝脏中甘油88《广州食品工业科技》“益生菌、益生元与健康”研讨会论文集Vol.19.增刊(总77)三酯与磷脂水平，改善粪氮代谢与尿氮代谢，促进矿物质吸收作用。[6]微藻类益生元多含有一些不饱和脂肪酸，如亚油酸和γ－亚麻酸，不会形成胆固醇，能起到降低血浆胆固醇水平的作用。此外，微藻多糖与糖蛋白可改善脂类代谢，对胃及十二指肠溃疡有一定的辅助疗效。双歧杆菌分解寡糖的代谢终产物含有大量的短链脂肪酸(Shortchainfattyacid,SCFA)。SCFA的作用在于：①降低肠道pH值，抑制有害菌的生长；②降低肠道pH值，减少结肠癌的发生；③易被宿主利用。此外，许多学者提出SCFA可能调节体内代谢，特别是乙酸和丙酸盐可能与L-乳酸盐一起调节脂肪和胆固醇代谢。[2]低聚糖类益生元经微生物发酵后可降低肠道pH值，提高矿物质溶解性，从而促进大肠中钙、镁等矿物质的吸收，甚至可以提高骨质密度，对防止骨质疏松将具有极为重要的意义。[6]Ohta（1996）报道，补充FOS增加了大鼠对钙、镁的吸收，股骨中钙的含量增加并且防止食粪癖的发生，尤其提高FOS对镁吸收的刺激性效应。[7]何熙（2000）报道，低聚半乳糖的摄入不仅可有效促进肠道对钙的吸收，同时，降低肠道对钠的吸收，升高钾的吸收率。[8]1.2.4益生元与免疫调节因为益生元可被双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌群利用，而有益菌群的代谢产物又能促进其消化、生长和增殖，从而刺激了肠道免疫器官生长，提高巨噬细胞的活性，提高机体抗体水平。对低聚糖类益生元的免疫调节作用检验证明，低聚糖多具有明显提高抗体形成细胞数及NK细胞活性，增强免疫功能的作用。而且，益生元可通过降低体内毒素水平，改善营养状况，帮助肝细胞生长，提高人体免疫力等而起到对肝脏的保护作用，辅助改善肝病症状；对于用化学、放射、免疫抑制剂治疗的副反应导致菌群失调的症状，如食欲减低、乏力、白细胞计数下降等，益生元可以加以改善，提高抗病力。此外，微藻类益生元多含叶绿素，它们被人体摄入后，能很快地转化为血红素，并快速改善机体的血红素水平，从而改善血液循环系统的功能，这对心脏病、高血压、心血管系统疾病的治疗都有帮助。螺旋藻及其酶解产物还可刺激皮肤的新陈代谢，防止皮肤的角化作用。以螺旋藻为活性成分的药剂可加速伤口愈合。[9～10]2益生元应用2.1早餐谷物早餐谷物一般是指如燕麦片、脆米片等。由于早餐是人体一天活动的营养之源，早餐谷物应是碳水化合物、纤维素和维生素的重要来源，如在早餐谷物中添加益生元如低聚果糖或菊糖，就能进一步强化其营养价值和保健功能。[11]2.2婴幼儿食品益生元所具有的“双歧因子”生理功能，赋予双歧酸乳酪更多的保健性，赋予肠道营养品以调整肠胃的功能，并使婴儿配方食品的成分更趋近人乳，有助于建立起婴儿肠道内的双歧杆菌群。经研究证实，母乳喂养婴儿是最好的哺养方法，而以母乳喂养婴儿的肠道细菌高达90%为双歧杆菌。如果因为不能进行母乳喂养而必须依靠人工喂养时，就应选用添加双歧杆菌的乳粉，以预防人工喂养婴儿易患腹泻等疾病，从而起到保护婴儿健康的作用。益生元如低聚果糖、水苏糖、异构化乳糖、二蔗酮糖等都是一些性能稳定、便于使用的配料，只要将之适量加入婴幼儿食品，便可制得有益于人体的益生元食品。以日本的森永乳业为例，他们很早就推出了强化异构化乳糖、二蔗酮糖的乳粉。2.3保健食品由于低聚糖类益生元多具有纯正清爽的甜味，具有优良的生理活性和保健功能，且保湿性好，易于加工，可广泛应用于饮料、糖果、糕点、面包、点心及各种保健食品中，例如在果酱生产过程中低聚半乳糖不会在蒸煮过程中分解，对添加后的最终产品甜度能很好控制。而微藻类益生元诸如小球藻、螺旋藻等食用微藻具有丰富的蛋白质、各种维生素、生物多糖、多不饱和脂肪酸、叶绿素等，故具有优异的营养保健功能，可添加于各种保健食品及药品中，也可利用微藻为原料生产维生素、食用色素等食品添加剂或从中摄取藻蓝素、叶绿素、虾青素、类胡萝卜素等食用色素。近年来，还从微藻中研究开发了EPA、DNA等多不饱和脂肪酸及多糖等保健功能的食品添加剂。2.4饲料工业由于益生元能被动物的双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌群利用，在肠道占优势后起整肠作用，同时，有益菌群的代谢还可促进饲料消化，达到促进生长和增重的作用，并刺激肠道免疫器官生长，[12]故益生元可作为功能添加剂应用于饲料工业。综上所述，益生元作为一个新的领域，对于人类的营养与健康具有十分重要的意义。随着对肠内微生物群79《广州食品工业科技》“益生菌、益生元与健康”研讨会论文集Vol.19.增刊(总77)80落研究的深入，益生元在食品工业、饲料工业及至制药业等行业中将发挥着越来越重要的作用。3展望今后的发展趋势可能是合生元(Synbiotics)，即益生菌和益生元同时并用的制品，通过促进外源性活菌在肠道中定植、选择性刺激一种或有限几种有益菌生长和/或代谢,促进宿主健康。参考文献1曾吉祥.海洋科学.1994.(6):32～34.2蒋虹,胡宏.中国微生态杂志.1997.(9):54～55.3于敏.食品工业.1998.(4):33~35.4何熙.食品工业.2000.(3):15~16.5李平兰.中国微生态学杂志.1998.(4):248.6YoramBouhinik.etal.J.Nutr.1999.(130):113～116.7TomioMorohashi.etal.T.Nutr.1998.126:1815～1818.8JianWangP.N.etal.FoodChen.1999.(47):1549～15579陈峰,姜悦.微藻生物技术.北京:中国轻工业出版社.1999.10龙新.食品工业科技.2001.(6):1～4.11KensukeSakaiA.K.etal.J.Nutr.2000.(130):1608～1612.12魏远安.食品与发酵工业.126(1):48～54ProcessofNutritionandApplicationResearchofPrebioticsWangHui(CollegeofFoodEngineering&Biotechnology,SouthChinaofTechnologyUniversity,Guangzhou,510641)Abstract:PrebioticsincludesomeOligosaccharides,microalgaeandnaturalplantetc.,andhavethefunctionsofimprovingthemicrocubioisofintestinaltract,adjustingmetabolismoffat,mineralsubstanceandprotein,regulatingimmunologicfuntion.Processofnutritionandapplicationresearchofprebioticsareintroducedinthisarticle.It’spredictedthatprebioticswilldisplaymoreandmoreimportanceinfoodandfeedindustries.Keywords:Prebiotics;oligosaccharides;microalgae