功能性低聚糖的生理功能及應(yīng)用研究進(jìn)展

臺(tái)一鴻　石良

摘 要：功能性低聚糖是由單糖通過糖苷鍵聚合而成的化合物，具有多種生理功能和廣闊的應(yīng)用前景。文章通過對(duì)相關(guān)專利及非專利的文獻(xiàn)的研究，重點(diǎn)介紹了功能性低聚糖的生理功能，及其在食品、醫(yī)藥、飼料等領(lǐng)域的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：功能性低聚糖;生理功能;應(yīng)用

低聚糖是指由2～10個(gè)單糖分子通過1種或幾種糖苷鍵連接而成的低度聚合糖的總稱，又稱寡聚糖或寡糖，有普通低聚糖和功能性低聚糖兩類。普通低聚糖如蔗糖、乳糖、麥芽糖等，可被機(jī)體消化吸收。功能性低聚糖如低聚木糖、低聚半乳糖等，不能被人體消化吸收，進(jìn)入大腸后可被有益菌利用、能存進(jìn)有益菌增殖、抑制有害菌。

1 幾種功能性低聚糖的結(jié)構(gòu)和特性

低聚果糖（Fructo-oligosaccharide），

又稱蔗果低聚糖、寡果糖或蔗果三糖低聚糖，英文縮寫為FOS，是由1～3個(gè)果糖基通過β-1，2糖苷鍵與蔗糖分子中的果糖基結(jié)合而形成的蔗果三糖、四糖、五糖等低聚糖的總稱，甜度約為蔗糖的30%，甜味清爽，保濕性良好。

低聚異麥芽糖（Isomalto-oligosac-charides）又稱異麥芽低聚糖、異麥芽寡糖或分枝低聚糖，英文縮寫為IMO，是淀粉糖的一種，是葡萄糖分子之間通過至少1個(gè)α-1，6-糖苷鍵連接而成的低聚糖的總稱，主要有異麥芽糖、異麥芽三糖、異麥芽四糖和潘糖，具有良好的耐熱性和耐酸性，甜度為蔗糖的40%～50%，對(duì)水分的保持力很好。

低聚半乳糖（Galacto-oligosac-charides）是一種天然的功能性低聚糖，一般是由乳糖分子的半乳糖基與1～4個(gè)半乳糖分子通過β-1，4糖苷鍵連接而形成的寡糖類的混合物，英文縮寫為GOS，甜度為蔗糖的20%～40%，口感清爽，熱值低，黏度低，有較強(qiáng)的保濕性，對(duì)酸和熱都有很強(qiáng)的穩(wěn)定性。

低聚木糖（Xylo-oligosaccharides）又稱木寡糖，是由2～7個(gè)木糖分子通過β-1，4糖苷鍵結(jié)合而成的功能性低聚糖，主要有木糖、木二糖、木三糖和三糖以上的木寡糖，英文縮寫為XOS，甜度為蔗糖的35%，具有良好的酸、熱穩(wěn)定性，在酸性條件下加熱至100℃也基本不分解，其選擇性促進(jìn)腸道雙歧桿菌增殖的能力顯著。

大豆低聚糖（Soybean-oligosaccharides）是一種廣泛存在于豆科植物中的可溶性糖類的總稱，由棉籽糖、水蘇糖和蔗糖以一定比例組成，英文縮寫為SBOS，甜度約為蔗糖的70%。其中棉籽糖是由半乳糖通過α-1，6糖苷鍵與蔗糖的葡萄糖基連接而成的三糖;水蘇糖是由棉籽糖中的半乳糖通過α-1，6糖苷鍵與半乳糖連接而成的四糖。

功能性低聚糖的結(jié)構(gòu)中α-1，4糖苷鍵的比例小，很大程度上不能被機(jī)體直接消化利用，這使得功能性低聚糖能夠到達(dá)消化道的后半段，成為雙歧桿菌等有益菌的可利用碳源，從而促進(jìn)有益菌的增殖，因此功能性低聚糖也被稱為雙岐因子。

2 功能性低聚糖的生理功能

2.1 調(diào)節(jié)腸道菌群，改善腸道環(huán)境

腸道不僅能消化吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還是人體最大的貯菌庫和內(nèi)毒素池，具有重要的免疫作用。腸道的微生態(tài)健康關(guān)系著整個(gè)機(jī)體的正常運(yùn)行。健康狀態(tài)下，腸道內(nèi)的有益菌是優(yōu)勢(shì)菌群，通過競(jìng)爭(zhēng)性排阻抑制致病菌的增殖。而患病、飲食環(huán)境變化、施用抗生素等醫(yī)療手段都會(huì)引起腸道菌群失衡，導(dǎo)致病菌增多。致病菌通過其表面的植物凝集素識(shí)別并結(jié)合腸道內(nèi)壁上皮細(xì)胞的“特異性糖類”受體，從而附著在腸內(nèi)壁上生長(zhǎng)繁殖、分泌毒素，進(jìn)而導(dǎo)致腸道疾病的發(fā)生。

功能性低聚糖對(duì)腸道菌群的調(diào)節(jié)功能可以通過直接和間接作用實(shí)現(xiàn)。功能性低聚糖可直接與致病菌表面的植物凝集素結(jié)合，吸附致病菌。與功能性低聚糖結(jié)合后，致病菌失去了識(shí)別和結(jié)合腸內(nèi)壁的能力，不能再結(jié)合到腸內(nèi)壁上，也不能利用功能性低聚糖獲得養(yǎng)分，最終導(dǎo)致死亡而被排出體外。功能性低聚糖還可以通過促進(jìn)雙歧桿菌等有益菌的增殖、抑制有害菌的途徑，間接實(shí)現(xiàn)對(duì)腸道菌群的調(diào)節(jié)。雙歧桿菌在腸道內(nèi)增殖后，通過以下方式抑制致病菌、保護(hù)腸道[1]。①雙歧桿菌能產(chǎn)生可與腸黏膜上皮細(xì)胞表面的糖蛋白相結(jié)合的凝集素，并以此與腸黏膜上皮細(xì)胞牢固結(jié)合，與其他厭氧菌一起占據(jù)腸道黏膜表面，形成一道生物屏障，阻止有害菌的定植和入侵。②雙歧桿菌利用菌體內(nèi)的酶發(fā)酵葡萄糖，產(chǎn)生有機(jī)酸，降低腸道內(nèi)的pH值，有效抑制有害菌的生長(zhǎng)繁殖。③雙歧桿菌還能產(chǎn)生雙歧桿菌抗菌素，通過抗菌素有效抑制某些有害菌的生長(zhǎng)。

2.2 生成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)吸收

功能性低聚糖到達(dá)大腸后被有益菌發(fā)酵分解，可產(chǎn)生蛋白質(zhì)、B族維生素、K族維生素及礦物質(zhì)離子等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)還能產(chǎn)生大量的醋酸、丙酸、丁酸及乳酸等有機(jī)酸，降低腸道內(nèi)的pH值，促進(jìn)鈣、鎂、鐵等礦物離子的溶解和吸收。通過有益菌的發(fā)酵，實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的生成與吸收。

2.3 清除有害物質(zhì)，發(fā)揮抗氧化作用

功能性低聚糖能吸附霉菌毒素，形成毒素復(fù)合物，并排出體外，有效阻止毒素被腸道吸收，防止霉菌毒素引起中毒、致癌和降低免疫力等問題。功能性低聚糖還具有清除脂溶性自由基二苯基苦基肼的作用，能顯著降低機(jī)體自由基水平[2]。車向榮[3]的等研究表明，低聚果糖、低聚異麥芽糖和甘露寡糖能提高超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）這兩種抗氧化酶的活性。功能性低聚糖可通過降低體內(nèi)自由基水平和提高抗氧化酶活性兩個(gè)途徑有效發(fā)揮抗氧化作用。

2.4 降低血糖和膽固醇

功能性低聚糖具有不依賴胰島素的特點(diǎn)，因此高血糖和糖尿病癥患者可以適量食用。Kaufhold J等[4]通過試驗(yàn)得出，低聚果糖能改善糖尿病動(dòng)物的餐后血糖值。方敏[5]通過試驗(yàn)得出，功能性低聚糖可以保護(hù)胰島素細(xì)胞，改善胰島素的敏感性。

另外，功能性低聚糖能促進(jìn)腸道中雙歧桿菌的生長(zhǎng)，雙歧桿菌生長(zhǎng)過程中所產(chǎn)生的代謝物能抑制人體內(nèi)3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶的活性，抑制膽固醇的合成，降低血液中膽固醇和甘油三酯的含量[6-7]。

2.5 保護(hù)黏膜系統(tǒng)，調(diào)節(jié)機(jī)體免疫

黏膜系統(tǒng)集中了體內(nèi)大半以上的淋巴組織和免疫細(xì)胞，是機(jī)體執(zhí)行局部特異性免疫的重要場(chǎng)所，是機(jī)體免疫的第一道防線[8]。保護(hù)好黏膜系統(tǒng)就守住了健康的重要防線。功能性低聚糖可有效抑制有害菌粘附于黏膜上皮細(xì)胞。相關(guān)研究者[9]于2013年發(fā)現(xiàn)，低聚半乳糖能有效降低沙門氏菌和李斯特菌在腸道的附著力。另外，功能性低聚糖能夠通過促進(jìn)益生菌增殖間接保護(hù)腸道黏膜。腸道內(nèi)的有益菌和活性酶能形成一道生物屏障——“菌體膜”，將排泄物和消化道隔離，防止有害菌和毒素侵害腸道黏膜。

功能性低聚糖還可以調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫功能，提高體液和細(xì)胞的免疫能力。當(dāng)機(jī)體受到病菌、病毒的襲擊時(shí)，功能性低聚糖能與外來的病菌、病毒、毒素等結(jié)合，減緩抗原的吸收，增強(qiáng)抗原的效價(jià)，增強(qiáng)B淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的體液免疫和T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞免疫功能。

3 專利和非專利文獻(xiàn)中功能性低聚糖的應(yīng)用情況

功能性低聚糖因具有獨(dú)特的理化特性和生理功能，主要被應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、飼料等領(lǐng)域。

3.1 食品領(lǐng)域

功能性低聚糖在食品領(lǐng)域的應(yīng)用最廣泛，可用于乳制品、面包、餅干、飲料、糖果、調(diào)味品、嬰幼兒配方食品和酸奶冰激凌等多種食品中。

3.1.1 作為食品的有效或營(yíng)養(yǎng)成分

功能性低聚糖可以優(yōu)化奶粉功能，提高奶粉的營(yíng)養(yǎng)，是嬰幼兒和中老年人配方奶粉中重要的營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化因子[10]。目前在我國嬰兒配方乳粉中，應(yīng)用最多的是低聚半乳糖和低聚果糖以及二者的組合。趙銘琪[11]等在體外研究了低聚半乳糖和低聚果糖的添加量及配比對(duì)雙歧桿菌和嗜酸乳桿菌活菌數(shù)的影響，當(dāng)二者比例為8∶2時(shí)，兩種菌的活菌數(shù)均達(dá)到最大。

天津科技大學(xué)發(fā)明的一種富含雙歧因子的兒童保健醋（專利號(hào)為：CN105886326B），添加了豐富的低聚木糖，其可促進(jìn)雙歧桿菌的增殖，調(diào)節(jié)腸道菌群，增加食醋的甜味，改善食醋口感，提高產(chǎn)品中氨基酸的含量，促進(jìn)機(jī)體生成維生素B1、B2、B6、煙酸和葉酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)鈣等礦物質(zhì)的吸收，提高兒童的免疫力，促進(jìn)兒童生長(zhǎng)。專利號(hào)CN100418575C公開了一種航天員用復(fù)合鈣制劑、CN105581331B公開了一種補(bǔ)鈣營(yíng)養(yǎng)組合物，其均添加入了一定量的功能性低聚糖，在一定程度上提高了鈣的吸收率，解決了由補(bǔ)鈣引發(fā)的便秘、結(jié)石等問題。

3.1.2 作為特殊食品的甜味劑

功能性低聚糖由于具有水溶性、一定的甜度等糖類的共性，以及不易消化的特性，可應(yīng)用于低熱量食品、減肥食品中，其中純度為95%的功能性低聚糖可用于糖尿病人的食品和防齲齒食品中。張麗君[12]研究了不同種類的功能性低聚糖在烘焙食品中的應(yīng)用及差異。周清濤[13]論述了功能性低聚糖在糖果中的應(yīng)用。

沈陽市糧油食品科學(xué)研究所公開了一種適合中老年人食用的營(yíng)養(yǎng)保健餅干（專利號(hào)CN104041553B），用低聚果糖代替蔗糖作為餅干的甜味劑，可有效降低餅干的總熱量，還能夠有效改善面團(tuán)的流變性、控制產(chǎn)品水分、延長(zhǎng)產(chǎn)品的貨架期，并促進(jìn)餅干中復(fù)合礦物質(zhì)和維生素的吸收。

3.1.3 作為天然食品保鮮劑

功能性低聚糖的抗氧化活性、抗真菌活性和抑制細(xì)菌增殖等特性使其可被用作天然食品保鮮劑。祁巖龍[14]等研究了殼聚糖涂膜對(duì)甜瓜采后生理及品質(zhì)的影響。劉弘[15]等研究了殼寡糖處理后翠冠梨果實(shí)的貯藏保鮮效果。劉豆豆[16]等研究了采前殼寡糖處理對(duì)杏果實(shí)貯藏品質(zhì)的影響。范素琴[17]等研究了褐藻膠低聚糖在水產(chǎn)制品中的應(yīng)用，利用褐藻酸鈉和氯化鈣的成膜特性，將其涂抹于肉的表層，可抑制微生物的生長(zhǎng)和脂肪的氧化，延長(zhǎng)貯存時(shí)間。

西南大學(xué)柑桔研究所的季堯虎等對(duì)低聚糖的抗菌活性進(jìn)行了研究[18]，并發(fā)明了一種用柑橘皮制備抗真菌果膠低聚糖的方法（專利號(hào)：CN105506029B），將該方法制得的果膠低聚糖配制成低聚糖復(fù)合膜液用于柑橘保鮮，有助于延長(zhǎng)柑橘果實(shí)貯藏時(shí)間。

3.1.4 食品領(lǐng)域其他用途

除上述用途外，功能性低聚糖還可與蛋白質(zhì)結(jié)合用來制作微囊壁材。江南大學(xué)發(fā)明了一種番茄紅素微膠囊（專利號(hào)：CN105077244B），并將其應(yīng)用于提高牛奶的抗氧化穩(wěn)定性（專利號(hào)：CN105638902B），其中微囊的壁材采用乳清分離蛋白與低聚果糖、低聚木糖經(jīng)過美拉德反應(yīng)制備而成。將上述微囊壁材與由番茄紅素制備的芯材按一定比例混合，可制得番茄紅素微膠囊，將其添加至牛奶中，可以提高牛奶的抗氧化穩(wěn)定性。由于功能性低聚糖不易被人體直接吸收，故適合糖尿病患者食用，還可以降低血清中膽固醇和甘油三酯的含量，同時(shí)，糖基化反應(yīng)能夠在一定程度上抑制β-乳球蛋白的過敏反應(yīng)特性。專利CN104531664B用益生元類糖制作安全穩(wěn)定的壁材，包埋乳酸菌，提高了乳酸菌在人體胃腸道低酸、高膽鹽環(huán)境中的存活率，并最終實(shí)現(xiàn)了腸道定位釋放。

3.2 醫(yī)藥領(lǐng)域

梁麗心[19]對(duì)水蘇糖進(jìn)行了研究，指出水蘇糖的加工穩(wěn)定性好，吸水力強(qiáng)，粘度高，可作為藥物的賦形劑，另外水蘇糖能減少纖維原細(xì)胞中κ-彈性蛋白酶的合成、分泌，降低皮膚細(xì)胞間透明質(zhì)酸和彈性蛋白的水解，維持皮膚彈性，可應(yīng)用于抗衰老醫(yī)藥品。

如廣州立白企業(yè)集團(tuán)有限公司公開了一種能調(diào)節(jié)皮膚微生態(tài)平衡的皮膚清潔劑組合物（專利號(hào)：CN103622901B），其將功能性低聚糖和益生菌代謝產(chǎn)物復(fù)配應(yīng)用到皮膚清潔產(chǎn)品中，能夠達(dá)到調(diào)節(jié)皮膚微生態(tài)平衡的效果。山東龍力生物科技股份有限公司發(fā)明了一種治療痔瘡的低聚木糖洗液（專利號(hào)：CN103006744B），該洗液中低聚木糖的作用是改善盲腸末端肛門處的微生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)有益菌群增殖同時(shí)抑制部分病原菌。

庫拉培（蘇格蘭）有限公司的專利CN102596205B公開了將不易消化的寡糖用于治療銀屑病。文獻(xiàn)中還提到，不易消化的寡糖具有抗增生特性，并可依此特性將其應(yīng)用于治療由細(xì)胞過度增生引起的疾病。

3.3 飼料領(lǐng)域

功能性低聚糖在飼料中的作用主要有抑制病原菌、增殖有益菌，提高動(dòng)物免疫力、保護(hù)腸道健康及降低糞便中氨氣等有害氣體的產(chǎn)生等。王發(fā)明[20]等通過研究發(fā)現(xiàn)，將功能性低聚糖應(yīng)用于仔豬飼料中，有利于提高仔豬腸道乳酸菌的多樣性。李桂伶[21]指出，將半乳甘露聚糖添加至犬飼料中，能促進(jìn)犬對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收。

專利CN105412803B公開了一種治療家禽腺胃炎的藥物組合物，在家禽飼料中加入低聚木糖，能減少有毒代謝產(chǎn)物的生成，減輕肝臟分解毒素的負(fù)擔(dān)，有效增強(qiáng)家禽免疫力，并促使機(jī)體生成維生素B1、B2、B6、B12、煙酸和葉酸等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，提高飼料利用率，提高動(dòng)物生產(chǎn)性能。將功能性低聚糖添加到動(dòng)物飼料中，能夠調(diào)節(jié)動(dòng)物的腸道菌群平衡，防止腹瀉，提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速度。該領(lǐng)域正迅速發(fā)展，具有較好的前景。

3.4 其他領(lǐng)域

舟山光大檢測(cè)研究院有限公司發(fā)明了一種用于處理含油污水的固定化微生物菌劑（專利CN105695445B），材料包括海藻酸鈉、CaCl2、納米二氧化硅、復(fù)合磷酸鹽以及低聚木糖，其中低聚木糖可使細(xì)菌細(xì)胞壁上的肽聚糖與水分子之間形成的氫鍵減少，通過靜電和范德華力的作用，提高細(xì)菌與海藻酸鈉的相互作用，從而使細(xì)菌的固定更加穩(wěn)固。

4 結(jié)語

我國對(duì)低聚糖的研究發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，北京市、山東省、江西省及江蘇省等地均有生產(chǎn)廠家，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、飼料等領(lǐng)域。目前，對(duì)功能性低聚糖的研究不僅局限于其雙歧因子的功能，在抗癌、抗病毒等方面的作用也越來越得到廣泛的認(rèn)可。隨著對(duì)功能性低聚糖的細(xì)胞識(shí)別、信息傳遞等功能和機(jī)制的深入研究，其應(yīng)用將得到更大的發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：臺(tái)一鴻（1982—），女，山東膠州人，碩士，助理研究員。研究方向：食品醫(yī)藥領(lǐng)域。

石良（1986—），女，安徽亳州人，碩士，助理研究員。研究方向：食品醫(yī)藥領(lǐng)域。（注：石良與臺(tái)一鴻同為本文第一作者）。