益生元

定义

益生元指一般不能被人体消化吸收、但可被人体微生物选择性利用,能够改善肠道微生物的组成或活性,从而有益于人体健康的食物成分^[1]。目前证据较充分、被普遍认可的益生元基本都属于碳水化合物,例如低聚果糖、菊粉和低聚半乳糖^[1]。

对其含义的说明通常落在两层:一是它不易在胃肠道被宿主酶分解,可以较完整地进入大肠;二是它被特定菌群优先利用,从而产生对宿主有利的变化^[7][6]。因此益生元与益生菌并非同一类物质:益生菌是活体微生物,益生元则是这些微生物可以利用的底物,二者混合制成的制剂被称为合生元^[2]。

原理

低聚糖类益生元的糖苷键难以被人体小肠的消化酶水解,因而能通过上消化道抵达结肠,作为可发酵底物被肠道微生物利用^[8]。发酵产物包括乙酸、丙酸、丁酸等短链脂肪酸以及乳酸和二氧化碳、氢气、甲烷等气体,短链脂肪酸可被结肠上皮细胞用作能量来源,并可降低肠腔 pH 值^[7][9]。

菌群层面的变化主要表现为双歧杆菌、乳杆菌等的数量或活性上升,潜在致病菌的生长受到抑制;较低的 pH 与有益菌的定植屏障共同被视为其作用环节之一^[7][10]。不同益生元的结构与聚合度不同,发酵位置和速度也不同,因而增殖的菌种和产气量存在差异^[11]。

发展历程

这一概念由英国的吉布森(Gibson)与罗伯弗鲁瓦(Roberfroid)于 1995 年提出,最初指向在结肠中选择性刺激一种或少数几种细菌生长或活性、从而有利于宿主健康的非消化性食物成分^[12][5]。此后定义经过多轮修订,2010 年的版本强调其被选择性发酵并引起胃肠道菌群组成或活性改变^[5]。

2017 年,国际益生菌及益生元科学协会(ISAPP)认可的新定义为:能被宿主微生物选择性利用并带来健康益处的物质,适用范围扩展到碳水化合物以外的成分,作用部位不再限于肠道^[5]。2021 年 5 月,中国营养学会益生菌益生元与健康分会发布《益生元与健康专家共识》概要,首次在国内给出益生元定义,仍以肠道菌群改善为落点^[1]。国内食品法规层面尚未单独设立益生元定义,低聚果糖、聚葡萄糖等产品多按膳食纤维管理^[5]。

应用

在食品工业中,益生元被添加到乳制品、饮料、焙烤食品、谷物早餐和婴幼儿配方食品中,起到甜味调节、质构改善和膳食纤维强化的作用^[13]。婴幼儿奶粉中常见低聚果糖与低聚半乳糖的组合,设计思路是模拟母乳中的低聚糖成分^[13]。

在医疗与保健方面,乳果糖是临床上作为药物使用的益生元成分,其余多作为保健食品或普通食品配料^[14]。益生元也可作为饲料添加剂用于动物养殖,通过调节肠道菌群影响饲料消化^[13]。日常膳食中的洋葱、大蒜、菊苣根、燕麦与全谷物等食物含菊粉、低聚果糖等成分,是天然来源之一^[15][6]。

局限

健康益处方面的证据并不一致。欧洲食品安全局在评估健康声称时认为,生产商未能就菊粉、低聚果糖等成分对肠道菌群的特定作用提供充分依据,相关表述自 2012 年 5 月起被禁止使用,而膳食纤维促进正常排便的声称在满足剂量条件时仍被允许^[16]。

耐受性问题与其发酵特性直接相关。摄入后可出现腹胀、肠鸣、排气增多甚至腹泻,低聚合度成分在肠道上段被快速分解时尤为明显,敏感个体在每日不足 10 克的摄入量下即可能出现不适^[17][16]。这也使同一类成分在肠易激综合征的饮食管理中反而被作为需要限制的发酵性碳水化合物对待^[11]。

有效剂量与菌群响应存在明显个体差异。人体研究显示,产生双歧杆菌增殖效应所需的每日摄入量因成分而异,低聚果糖需达到 10 克以上,菊粉在 2.5 至 5.0 克时即可观察到效果;儿童与老年人肠道菌群结构不同,同种益生元的作用也会有差别^[17]。此外,体外粪菌培养难以还原结肠近中性的 pH 环境,功效评价通常仍需体内试验验证^[17]。

参见

• 益生菌 —— 摄入适量时对宿主有益的活体微生物,是益生元主要的作用对象

• 合生元 —— 益生菌与益生元组合制成的制剂

• 后生元 —— 益生菌代谢产生的无生命成分或其片段

• 膳食纤维 —— 益生元在食品法规中常被归入的类别

• 低聚果糖 —— 研究与应用最广泛的益生元之一

• 菊粉 —— 主要来自菊苣根的果聚糖类益生元