益生元營養(yǎng)及應用研究現(xiàn)狀

◎ 尚晉伊，劉麗萍

（清華大學附屬中學西安學校，陜西　咸陽　712000）

益生元又叫雙歧因子，是指一些無法被宿主吸收，但卻可以有選擇地促進其體內(nèi)雙歧桿菌等有益菌的代謝和增殖，從而改善宿主健康的有機物質(zhì)。

益生元概念由G.R.Gibso于1995年首次提出[1]，經(jīng)過長期研究及實踐應用，益生元的營養(yǎng)價值得到了充分挖掘。以膳食補充劑的形式進入到機體內(nèi)，可以對機體微生態(tài)平衡起到良好的調(diào)節(jié)作用，相較于益生菌調(diào)節(jié)方式，益生元有著更加理想的應用效果，被越來越廣泛地應用到食品、保健、飼料等行業(yè)。

1　益生元種類及制備

在研究益生元營養(yǎng)及應用現(xiàn)狀之前，應先了解益生元種類及制備方法，以此來掌握其物化特性，便于對其作用機理有更清楚的認識。益生元主要種類及常見制備方法見表1。

表1　益生元種類及保健作用表

1.1　益生元種類

益生元并不是一種物質(zhì)，而是一類物質(zhì)的總稱，主要分為低聚糖類和微藻類兩大類別。常見的低聚糖類益生元包括低聚果糖、低聚麥芽糖、低聚半乳糖、低聚木糖、菊粉、水蘇糖等多種，這類益生元通常有著較低的黏度和甜度，口感更佳，并且水溶性良好，受酸環(huán)境和熱環(huán)境影響較弱，不易與礦物質(zhì)結合，易于保存。常見的微藻類益生元有節(jié)旋藻、螺旋藻以及植物提取物等，在土壤、沼澤、淡水、溫泉，甚至是高鹽堿地湖泊等極端環(huán)境中均有所分布。此類益生元蛋白質(zhì)豐富、易于消化，能夠為機體補充提供大量礦物質(zhì)、微量元素、酶和天然色素，同時不含飽和脂肪酸，膽固醇含量也較低，在保健方面有著理想的應用效果。

1.2　益生元制備方法

益生元可通過多種方法制備獲取，包括天然物提取、化學合成、微生物發(fā)酵、酶水解和轉(zhuǎn)化等，當前工業(yè)生產(chǎn)中最為常用的制備方法為酶水解和轉(zhuǎn)化。具體制備過程可分為3步：①對酶進行發(fā)酵。②采用酶法合成低聚糖。③通過分離精制得到益生元。在制備過程中，為提高益生元產(chǎn)量，一般采取基因工程改造方法來增強酶的活性，如朱桂蘭等人利用酶法生產(chǎn)低聚乳果糖；Crittenden，R.G等人利用酶法生產(chǎn)出具有雙歧因子功能的果膠低聚糖益生元[2]。酶法制備益生元有著多方面優(yōu)點，不僅反應條件比較溫和，而且產(chǎn)物均一性良好，同時對環(huán)境影響較小，得到越來越多人的認可和歡迎，是益生元制備的主要研究方向，研究重點主要尋找高效廉價的酶，以及反應體系的改進和優(yōu)化。

2　益生元生理代謝功能

益生元對人體生理代謝功能起到調(diào)節(jié)和改善作用，可以有效提升機體健康水平，具有較高的營養(yǎng)價值，具體體現(xiàn)在以下幾方面，見表2。

表2　不同類型益生元功能表

2.1　改善腸道微生態(tài)

益生元可以有效促進腸道內(nèi)雙歧桿菌的繁殖和生長，進而改善腸道微生態(tài)環(huán)境。如果機體患有腸胃道疾病，體內(nèi)雙歧桿菌總量較少，則益生元效果會更強。當前，益生元的使用量并沒有明確的規(guī)定，如果是作用在人體身上，通常將其用量控制在4～20 g/d效果最佳。Roberfroid等的研究也指出，當人體每天攝入4 g抗性淀粉或者低聚果糖時，體內(nèi)雙歧桿菌數(shù)量將會顯著增多[3]。

2.2　促進礦物質(zhì)吸收

益生元進入機體腸道內(nèi)后，會因發(fā)酵而生成有機酸，此時腸道內(nèi)酸堿度降低，腸上皮細胞主動運輸和被動運輸作用增強，在促進礦物質(zhì)吸收方面作用顯著。Ohta等利用小白鼠進行試驗，通過喂食低聚果糖含量為10%的飼料，發(fā)現(xiàn)小白鼠腸胃對鈣、鐵、鋅、鎂等礦物質(zhì)吸收能力明顯提升[4]，同時還可以增強小白鼠骨密度，避免骨質(zhì)丟失問題的出現(xiàn)。Tahiri等學術報告表示，女性在青春期和更年期食用低聚果糖益生元時，可以有效促進鈣及鎂的吸收[5]。

2.3　調(diào)節(jié)脂類代謝

大量試驗表明，無論是動物還是人類，在攝入一定量低聚糖益生元后，都可以對脂機體脂類代謝起到調(diào)節(jié)作用。王素敏通過向大鼠投食含有大豆低聚糖的飼料，發(fā)現(xiàn)大鼠血脂明顯降低[6]，血清中的甘油三酯、膽固醇、高密度脂蛋白水平均有所下降。Dacidson等研究表明，如果人體體內(nèi)膽固醇含量超出正常指標，患有輕度病癥，按照每天18 g的用量食用抗性淀粉，經(jīng)過一段時間后，可以明顯降低其體內(nèi)的低密度脂蛋白膽固醇及血清總膽固醇含量[7]，并且患者其他各項機體指標均表現(xiàn)正常，無不良反應出現(xiàn)。

2.4　增強機體免疫力

益生元作用在機體中，不僅可以促進益生菌繁殖，而且還具有較強的免疫刺激作用，可以增強巨噬細胞活性使其產(chǎn)生抗菌素，進而刺激淋巴細胞不斷分裂繁殖。當人體攝入益生菌后，免疫力會因為淋巴組織的增強而提升。李小寧通過實驗，證實了通過喂食小鼠含有魔芋甘露低聚糖的飼料，可以顯著增強其細胞免疫力，并且巨噬細胞活性得到了提高；而喂食含有地黃低聚糖的飼料，可促進免疫抑制小鼠的B淋巴細胞恢復產(chǎn)生抗體的能力，小鼠的骨髓粒單細胞免疫功能也得到了顯著提升。Franeis等研究顯示，機體免疫功能會因為低聚果糖益生元的攝入而得提升，結腸癌發(fā)病率有所下降。同時，益生元作用腸道所生成的乳酸、短鏈脂肪酸等多種有機酸，也可以對癌變細胞的免疫能力起到顯著刺激作用。

3　益生元應用現(xiàn)狀

基于益生元的生理代謝功能以及較高的營養(yǎng)價值，其已在生活生產(chǎn)中得到了廣泛的應用，具體應用領域主要包括以下幾方面。

3.1　應用于早餐谷物

在一日三餐中，早餐可以提供人體一天活動所需營養(yǎng)，而碳水化合物、維生素、纖維素等都是人體活動所必需的物質(zhì)，所以早餐中應含有這些營養(yǎng)物，麥仁、燕麥片、脆米片等都屬于常見的早餐谷物，能夠為人體活動提供多種營養(yǎng)物質(zhì)。如果在這些早餐谷物中添加適量低聚果糖、低聚糖等益生元，則可以有效提升其營養(yǎng)價值，對人體健康起到促進作用，具有良好的保健功能。

3.2　應用于乳制品

益生元在乳制品中的應用比較廣泛，純?nèi)橹破?、發(fā)酵酸乳、嬰幼兒奶粉、孕婦奶粉、青少年奶粉中，都可以見到益生元的身影。以純?nèi)橹破?、嬰幼兒奶粉、青少年奶粉為例，對益生元的具體應用進行分析。①在純質(zhì)乳品中，可以根據(jù)奶量的多少添加適量低聚木糖，一般將其比例控制在0.3%～0.5%，通過均質(zhì)和殺菌處理形成純?nèi)楫a(chǎn)品，在促進礦物質(zhì)吸收及維生素吸收方面作用顯著[8]。②在嬰幼兒奶粉中應用益生元，有著與母乳幾乎相同的功效，可以提高各種營養(yǎng)吸收率，對促進嬰幼兒智力和視力發(fā)育意義重大，同時還能增強其身體免疫力，有效避免疾病感染問題。③青少年時期處于身體發(fā)育的關鍵階段，骨骼發(fā)育迅速，需要大量的營養(yǎng)物質(zhì)，尤其是鈣元素。通過食用添加益生元的奶粉，可以促進青少年身體吸收各種營養(yǎng)物質(zhì)，包括礦物質(zhì)、蛋白質(zhì)、維生素等，并且還可以改善腸胃功能，起到了促消化、增食欲效果，同時還能防止齲齒和鉛中毒。

3.3　應用于保健食品

低聚糖類益生元有著良好的保健效果，口感良好、易于加工、易于存儲，可添加到保健食品和藥品中，在飲料、餅干、糖果等保健食品中應用廣泛。在飲料中的應用，部分飲料中加入有低聚糖，可以繼續(xù)保留二氧化碳給人們帶來的爽快的感覺、刺激，而碳酸飲料加入礦物質(zhì)、維生素、低聚糖，將會改變?nèi)藗儗μ妓犸嬃喜唤】档恼J識。在餅干中的應用，主要是使用低聚糖取代蔗糖，既可以滿足營養(yǎng)需求，又可以降低餅干含糖量及油脂含量，同時還可以保持餅干的良好口感。同時，未來的糖果工業(yè)發(fā)展逐漸向低脂肪、低糖、營養(yǎng)、美味、健康的方向發(fā)展，益生元有著更好的應用前景。

3.4　應用于復合制劑

雙歧桿菌和低聚果糖一同使用，可以發(fā)揮出更加理想的生理代謝功能和營養(yǎng)價值，同時低聚果糖有著口感良好、安全性強等優(yōu)點，所以通常以復合制劑的形式應用，常見于嬰幼兒食品、乳制品、保健食品等產(chǎn)品中[9]。就歐美國家益生元的應用情況來看，超市中復合制劑產(chǎn)品種類超過了1000種，益生元和益生菌配合使用的產(chǎn)品種類眾多。以美國Next Foods公司所生產(chǎn)的冷飲為例，便是采用了“雙歧桿菌+低聚果糖+維生素”的組合方式生產(chǎn)加工，可以充分發(fā)揮三者的協(xié)同效用，來改善人體腸胃功能，增強人體免疫力。而法國達能公司也采用了組成方式應用益生元，旗下所屬Activa酸奶中添加有美樂果，配合雙歧桿菌一起使用，發(fā)揮兩者協(xié)同作用。近些年，我國關于益生元復合制劑的研究也取得了顯著成就，已在食品及飼料中得到了應用。比如，將微藻類益生添加于各種保健食品及藥品中，利用微藻為原料生產(chǎn)維生素、食用色素等食品添加劑或從中攝取藻藍素、葉綠素、蝦青素、類胡蘿卜素等食用色素。近年來，還從微藻中研究開發(fā)了EPA、DNA等多不飽和脂肪酸及多糖等保健功能的食品添加劑。

3.5　應用于飼料業(yè)

養(yǎng)殖業(yè)中，使用抗生素時會殺死部分有益菌，還會導致動物機體免疫力下降及藥物殘留等許多不良反應。而益生元可以作為抗生素替代物，促進飼料消化，達到促進生長和增重的作用，并刺激腸道免疫器官生長，可用作飼料添加劑。在飼料中，益生元可以作為綠色天然添加劑，已經(jīng)被廣泛應用到雞飼料、豬飼料和水產(chǎn)飼料中去，異麥芽寡糖、果寡糖、甘露寡糖等，都是飼料中經(jīng)常添加的益生元，在提高養(yǎng)殖質(zhì)量方面發(fā)揮著重要作用。

4　結語

益生元符合當代人健康消費觀念，具有多方面優(yōu)點，對機體功能起到了改善作用，可以顯著提高健康水平，在多個領域中都有著廣闊的應用前景，已經(jīng)成為了當前的研究熱點。要想充分挖掘并發(fā)揮益生元的營養(yǎng)價值，就需要加大對益生元的研究力度，不僅需要對當前制備工藝進行優(yōu)化和改善，而且還應該尋找開發(fā)新型益生元物質(zhì)，以滿足人們在飲食保健方面越來越高的要求。

參考文獻：

[1]何 君，韓育梅，劉 敏，等.益生元在發(fā)酵乳中的應用研究進展[J].食品工業(yè)科技，2017（8）：379-383.

[2]郭傳琦，葛兆強，楊海軍.益生元在特膳食品中的應用研究[J].山東食品發(fā)酵，2015（4）：31-34.

[3]王 輝.益生元應用研究進展[J].食品安全導刊，2016（1X）：87-88.

[4]魏遠安，陳曉林.益生元在嬰幼兒配方食品中的應用及趨勢[C].2015中國乳制品工業(yè)協(xié)會第二十一次年會[A].2015.

[5]寧 俊，劉立存.我國乳品市場中益生元應用現(xiàn)狀分析[J].食品安全導刊，2015（10）：54-55.

[6]相光明.益生元在食品工業(yè)中的應用研究[J].中國果菜，2014（8）：49-51.

[7]胡新旭，孔令華，卞 巧，等.益生菌和益生元在肉雞上應用研究進展[J].飼料研究，2014（3）：10-16.

[8]翟紅梅，房新平.益生元的主要功能及其在乳粉中的應用[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2014（17）：99-100.

[9]劉立存.益生元低聚木糖在辦公室功能飲料上的開發(fā)應用[J].食品工業(yè)科技，2013（23）：42-43.