5種益生元潤腸通便功能的比較研究

王學(xué)敏,陳朝青+,孫豐義,伍敏暉,王 鑫,陳希民,何 梅

(北京市營養(yǎng)源研究所,北京 100069)

益生元的概念最先由Gibson教授在1995年提出,隨著益生元研究的不斷深入,其概念經(jīng)過多次修訂,2016年國際益生菌和益生元科學(xué)協(xié)會(ISAPP)專家組在最新科學(xué)和臨床證據(jù)基礎(chǔ)上,更新了益生元定義:一種可以被微生物選擇性利用,以賦予宿主健康益處的底物[1]。目前常見的益生元主要以碳水化合物為基礎(chǔ),如易發(fā)酵的碳水化合物、低聚糖(包括低聚果糖、低聚半乳糖、低聚木糖、大豆低聚糖、水蘇糖、低聚異麥芽糖、菊粉等[2])、母乳低聚糖,更新的概念進(jìn)一步擴(kuò)展了益生元的范圍,其他一些物質(zhì)如植物化學(xué)物和酚類、一些不飽和脂肪酸可能符合更新的概念。大量研究發(fā)現(xiàn),益生元具有促進(jìn)益生菌增殖、改善機(jī)體腸道健康、降血糖及提高機(jī)體免疫力及預(yù)防腫瘤癌癥等作用[3-6]。

隨著生活節(jié)奏的加快、飲食結(jié)構(gòu)改變、行為方式的改變,便秘發(fā)病率呈逐年上升趨勢,我國成年人便秘的患病率為3.19%～11.6%,老年人患病率為11.5%[7-8]。合理調(diào)整飲食結(jié)構(gòu)、攝入足量膳食纖維是緩解和預(yù)防便秘的重要措施之一。因結(jié)構(gòu)、組成、聚合度及糖苷鍵的差異,益生元被腸道菌群的利用程度不同,包括對不同有益菌的增殖程度、有害菌受抑制效果以及被腸道菌群代謝后的產(chǎn)酸量和產(chǎn)氣量等方面均有差異[9-11],導(dǎo)致其功能存在差異。郝紅偉等[12]比較了3種不同益生元(菊粉、低聚異麥芽糖、低聚半乳糖)改善腸道健康的作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn),3種不同益生元均具有改善腸道健康的作用,但效果表現(xiàn)不同,可能與益生元服用劑量不同及其選擇性促進(jìn)益生菌增殖的作用有關(guān)。為了更好地比較不同益生元的潤腸通便差異,本文利用小腸運(yùn)動實(shí)驗(yàn)和排便實(shí)驗(yàn)對相同劑量的5種益生元的效果進(jìn)行了比較,為其在功能產(chǎn)品中的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

成年健康昆明雄性小鼠 體重在18～22 g,共168只,實(shí)驗(yàn)動物生產(chǎn)許可證:SCXK(京)2014-0004,飼養(yǎng)許可證號:SYXK(京)2014-0047,購自北京華阜康實(shí)驗(yàn)動物技術(shù)有限公司;水蘇糖P70型 中國食品發(fā)酵研究院;低聚果糖QHT-FOS-P95S、低聚半乳糖QHT GOS 90 量子高科(中國)生物股份有限公司;聚葡萄糖 純度≥90%，保齡寶生物股份有限公司;菊粉 購自阿里巴巴;鹽酸洛哌丁胺 西安楊森制藥有限公司;阿拉伯樹膠 廣西汕頭市西隴化工廠;墨汁 上海精細(xì)文化用品有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)動物 選用成年健康昆明雄性小鼠,實(shí)驗(yàn)動物飼養(yǎng)環(huán)境:溫度((22±1) ℃),濕度(60%～70%),每日12 h交替光照與黑暗,動物自由飲食飲水。

1.2.2 劑量設(shè)計(jì)及分組 小鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)3～5 d后隨機(jī)分成2組,每組84只,分別進(jìn)行小腸運(yùn)動實(shí)驗(yàn)和排便實(shí)驗(yàn)。每組實(shí)驗(yàn)分別設(shè)空白對照組、模型對照組、水蘇糖、低聚果糖、低聚半乳糖、聚葡萄糖、菊粉,共計(jì)7組,每組12只。5種益生元的干預(yù)劑量均設(shè)為1.0 g/kg。

1.2.3 小鼠體重 分組后,稱量各組小鼠體重,記為初始體重;灌胃給予鹽酸洛哌丁胺造模前,稱量各組小鼠體重,記為最終體重。

1.2.4 小腸運(yùn)動實(shí)驗(yàn) 灌胃給予5種益生元14 d后,各組小鼠禁食不禁水20 h。模型對照組和5種益生元組灌胃給予鹽酸洛哌丁胺8 mg/(kg·BW),空白對照組給予蒸餾水灌胃。

給予鹽酸洛哌丁胺0.5 h后,5種益生元組灌胃給予含相應(yīng)濃度益生元的實(shí)驗(yàn)?zāi)?含10%墨汁、10%阿拉伯樹膠),空白對照組和模型對照組給予實(shí)驗(yàn)?zāi)辔浮?/p>

25 min后立即脫頸椎處死動物,打開腸腔分離腸系膜,剪取上端自幽門、下端至回盲部的腸管,置于托盤上,輕輕將小腸拉成直線,測量腸管長度為“小腸總長度”,從幽門至墨汁前沿為“墨汁推進(jìn)長度”。按下式計(jì)算墨汁推進(jìn)率:

1.2.5 小鼠排便實(shí)驗(yàn) 給予5種益生元灌胃14 d后,各組小鼠禁食不禁水20 h。空白對照組灌胃給予蒸餾水,模型對照組和5種益生元組灌胃給予鹽酸洛哌丁胺10 mg/(kg·BW)。給予鹽酸洛哌丁胺0.5 h后,空白對照組和模型對照組小鼠用墨汁灌胃,5種益生元組灌胃給予含相應(yīng)濃度益生元的墨汁,動物均單籠飼養(yǎng),正常飲水進(jìn)食。從灌墨汁開始,記錄每只動物首粒排黑便時間、6 h內(nèi)排黑便粒數(shù)及重量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 5種益生元在同一劑量下對小鼠體重的影響

由表1可知,實(shí)驗(yàn)前各組小鼠初始體重?zé)o明顯差異(P>0.05);灌胃給予不同益生元14 d后,各組小鼠最終體重均無顯著性差異。實(shí)驗(yàn)期間各組小鼠皮毛有光澤,飲食和活動正常?？瞻讓φ战M和模型對照組糞便形狀正常,均為粒狀便;5種益生元組雖糞便稍軟,但均未見腹瀉和稀便等現(xiàn)象,表明在1.0 g/kg干預(yù)劑量下,5種益生元對小鼠的體重增加無明顯影響。

2.2 5種益生元在同一劑量下對小鼠小腸運(yùn)動的影響

以小腸墨汁推進(jìn)率為指標(biāo),評價5種益生元在同一劑量下對小鼠小腸墨汁推進(jìn)運(yùn)動的影響。由表2可知,與空白對照組相比,模型對照組的小腸墨汁推進(jìn)率極顯著降低(P<0.01),表明給予鹽酸洛哌丁胺后,小鼠小腸蠕動抑制模型建立成功。

與模型對照組相比,水蘇糖組、低聚果糖組、低聚半乳糖組、菊粉組的小腸墨汁推進(jìn)率均明顯增加,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。聚葡萄糖組較模型對照組小腸推進(jìn)率有增加趨勢,但差異不顯著(P=0.062>0.05)。表明,在劑量為1.0 g/kg時,水蘇糖、低聚果糖、低聚半乳糖、菊粉對小腸運(yùn)動具有促進(jìn)作用。

表1 5種益生元對小鼠體重的影響Table 1 Effects of five different prebiotics on body weight

注:*表示與空白對照組相比,差異顯著(P<0.05);**表示與空白對照組相比,差異極顯著(P<0.01);#表示與模型對照組相比,差異顯著(P<0.05);##表示與模型對照組相比,差異極顯著(P<0.01);表2～表3同。

表2中5種益生元對小腸促進(jìn)作用由高到低,依次是低聚果糖>低聚半乳糖>水蘇糖>菊粉>聚葡萄糖,進(jìn)一步比較5種益生元的差異,結(jié)果發(fā)現(xiàn),5種益生元對小腸墨汁推進(jìn)率的影響無明顯差異。

表2 5種益生元在同一劑量下 對小鼠小腸墨汁推進(jìn)率的影響Table 2 Effects of five different prebiotics on intestinal propulsion rate in mice

2.3 5種益生元在同一劑量下對小鼠排便的影響

由表3可知,與空白對照組相比,模型對照組的首例排黑便時間延長(P<0.01),6 h內(nèi)排黑便粒數(shù)減少(P<0.01),6 h糞便重量減輕(P<0.01),差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。表明小鼠便秘模型建立成功。

表3 5種益生元在同一劑量下對小鼠排便的影響Table 3 Effects of five different prebiotics on defecation in mice

在模型成立的條件下,與模型對照組相比,在干預(yù)劑量為1 g/kg時,5種益生元的首例排黑便時間、6 h內(nèi)排黑便粒數(shù)和糞便重量均無明顯差異(P>0.05)。說明在此劑量下,5種益生元對小鼠排便實(shí)驗(yàn)無明顯影響。進(jìn)一步比較5種益生元間的差異,結(jié)果發(fā)現(xiàn),5種益生元對小鼠排便實(shí)驗(yàn)的影響無差異。

3 討論與結(jié)論

本文通過小鼠便秘模型,研究了5種常見益生元在同一劑量(1.0 g/kg)下對小鼠便秘模型的潤腸通便功效和差異,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在劑量為1.0 g/kg時,水蘇糖、低聚果糖、低聚半乳糖、菊粉均對小腸運(yùn)動具有促進(jìn)作用;從小腸運(yùn)動實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看,5種益生元對小腸促進(jìn)作用由高到低,依次是低聚果糖>低聚半乳糖>水蘇糖>菊粉>聚葡萄糖,但5種益生元之間對小腸墨汁推進(jìn)率的影響無差異。小鼠排便實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,5種益生元對小鼠排便實(shí)驗(yàn)無明顯影響。根據(jù)保健食品中通便功能評價原則,5種益生元在劑量為1.0 g/kg時,潤腸通便作用均為陰性。

梁耀鋒等[13]利用0.75、1.5、3.0 g/(kg·BW)的水蘇糖沖劑干預(yù),結(jié)果發(fā)現(xiàn)3個劑量昆明小鼠小腸推薦率明顯高于模型對照組,且首例排便時縮短。Li等[14]利用小鼠便秘模型(BALB/c)評價了水蘇糖顆粒劑(0.42、0.83、1.68 g/(kg·BW))的潤腸通便效果,結(jié)果發(fā)現(xiàn)3個劑量水蘇糖均能促進(jìn)小腸運(yùn)動,縮短首例黑便時間,增加5 h內(nèi)排黑便例數(shù)和糞便重量。但本研究中水蘇糖僅對小腸運(yùn)動有促進(jìn)作用,但排便實(shí)驗(yàn)未出現(xiàn)顯著性差異,這可能與本實(shí)驗(yàn)所使用的小鼠品種和水蘇糖純度有關(guān)。BALB/c小鼠是近交系小鼠,個體之間保持著與親代幾乎一致的遺傳性狀,而昆明小鼠是遠(yuǎn)交系,個體之間的遺傳性狀差異較大。同時,市面上的水蘇糖原料純度在55%～90%不等,這可能也會影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

韓彥彬等[15]利用低聚果糖連續(xù)灌胃14 d,結(jié)果發(fā)現(xiàn)0.8和1.6 g/kg潤腸通便結(jié)果為陽性;王宇[16]的研究也發(fā)現(xiàn),低聚果糖在劑量為0.8 g/kg時,干預(yù)7 d,小腸墨汁推進(jìn)率、糞便例數(shù)和糞便重量可出現(xiàn)陽性結(jié)果。生慶海等[17]評價了不同劑量低聚半乳糖的潤腸通便作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn),低聚半乳糖在劑量為0.5、1.0、3.0 g/kg時,連續(xù)灌胃10 d,3個劑量均可促進(jìn)小腸運(yùn)動,縮短首例黑便時間,增加6 h內(nèi)排黑便粒數(shù)和糞便重量。而本研究結(jié)果顯示,低聚果糖和低聚半乳糖在劑量為1.0 g/kg時,其潤腸通便功能均為陰性,可能與昆明鼠個體之間差異以及干預(yù)時間有關(guān)。

人群試驗(yàn)結(jié)果顯示[18-20],聚葡萄糖干預(yù)劑量在8～20 g可發(fā)揮潤腸通便、緩解便秘的作用。Duncan等[21]的研究發(fā)現(xiàn),每天給予慢性便秘人群8或12 g聚葡萄糖,2周后,并沒有明顯改善腸道功能的相關(guān)指標(biāo)。本研究中聚葡萄糖的干預(yù)劑量為1.0 g/kg,以人60 kg標(biāo)準(zhǔn)體重計(jì)算,種屬間換算系數(shù)計(jì)為10,則相當(dāng)于人體聚葡萄糖劑量為6 g,低于文獻(xiàn)用量,因此,本研究未出現(xiàn)陽性結(jié)果可能因劑量偏低導(dǎo)致。Antje等[22]研究發(fā)現(xiàn),每天12 g菊粉,持續(xù)4周,能明顯增加排便頻率,同時糞便軟化,進(jìn)而改善慢性便秘和腸道功能。其它關(guān)于菊粉對便秘影響的文獻(xiàn),菊粉的用量為15或20 g[23-24],均高于本研究中干預(yù)劑量轉(zhuǎn)化為人群的食用劑量,這可能是本實(shí)驗(yàn)未出現(xiàn)陽性結(jié)果的原因。

益生元在結(jié)腸被有益菌發(fā)酵產(chǎn)生大量的短鏈脂肪酸,可降低腸道pH并提高腸道內(nèi)滲透壓,使腸道內(nèi)容物大量吸收,從而增加糞便體積和含水量,結(jié)構(gòu)松軟,同時還會刺激腸道蠕動促進(jìn)排便,起到緩解便秘的作用[25-28]。不同益生元因結(jié)構(gòu)、組成、聚合度及糖苷鍵的不同,功能也會存在差異。郝紅偉等[12]對菊粉、低聚異麥芽糖、低聚半乳糖改善腸道健康的作用進(jìn)行了比較,結(jié)果發(fā)現(xiàn),3種益生元均可不同程度地改善腸道健康,其中低聚異麥芽糖的效果更佳,但因3種益生元劑量不同,差異可能與劑量有關(guān)。本研究利用相同劑量的益生元進(jìn)行干預(yù),結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同益生元對小腸運(yùn)動和排便實(shí)驗(yàn)的影響無明顯差異,可能與造模嚴(yán)重程度、干預(yù)劑量、干預(yù)時間、動物種屬差異等造成,還需進(jìn)一步深入研究加以驗(yàn)證。