功能性低聚糖的生理功能及應用研究進展

臺一鴻　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用前景。文章通過對相關專利及非專利的文獻的研究，重點介紹了功能性低聚糖的生理功能，及其在食品、醫藥、飼料等領域的應用情況。

關鍵詞：功能性低聚糖;生理功能;應用

低聚糖是指由2～10個單糖分子通過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，進入大腸后可被有益菌利用、能存進有益菌增殖、抑制有害菌。

1 幾種功能性低聚糖的結構和特性

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個果糖基通過β-1，2糖苷鍵與蔗糖分子中的果糖基結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，有較強的保濕性，對酸和熱都有很強的穩定性。

低聚木糖（Xylo-oligosaccharides）又稱木寡糖，是由2～7個木糖分子通過β-1，4糖苷鍵結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、熱穩定性，在酸性條件下加熱至100℃也基本不分解，其選擇性促進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。

功能性低聚糖的結構中α-1，4糖苷鍵的比例小，很大程度上不能被機體直接消化利用，這使得功能性低聚糖能夠到達消化道的后半段，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 調節腸道菌群，改善腸道環境

腸道不僅能消化吸收營養物質，還是人體最大的貯菌庫和內毒素池，具有重要的免疫作用。腸道的微生態健康關系著整個機體的正常運行。健康狀態下，腸道內的有益菌是優勢菌群，通過競爭性排阻抑制致病菌的增殖。而患病、飲食環境變化、施用抗生素等醫療手段都會引起腸道菌群失衡，導致病菌增多。致病菌通過其表面的植物凝集素識別并結合腸道內壁上皮細胞的“特異性糖類”受體，從而附著在腸內壁上生長繁殖、分泌毒素，進而導致腸道疾病的發生。

功能性低聚糖對腸道菌群的調節功能可以通過直接和間接作用實現。功能性低聚糖可直接與致病菌表面的植物凝集素結合，吸附致病菌。與功能性低聚糖結合后，致病菌失去了識別和結合腸內壁的能力，不能再結合到腸內壁上，也不能利用功能性低聚糖獲得養分，最終導致死亡而被排出體外。功能性低聚糖還可以通過促進雙歧桿菌等有益菌的增殖、抑制有害菌的途徑，間接實現對腸道菌群的調節。雙歧桿菌在腸道內增殖后，通過以下方式抑制致病菌、保護腸道[1]。①雙歧桿菌能產生可與腸黏膜上皮細胞表面的糖蛋白相結合的凝集素，并以此與腸黏膜上皮細胞牢固結合，與其他厭氧菌一起占據腸道黏膜表面，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的酶發酵葡萄糖，產生有機酸，降低腸道內的pH值，有效抑制有害菌的生長繁殖。③雙歧桿菌還能產生雙歧桿菌抗菌素，通過抗菌素有效抑制某些有害菌的生長。

2.2 生成營養物質，促進營養吸收

功能性低聚糖到達大腸后被有益菌發酵分解，可產生蛋白質、B族維生素、K族維生素及礦物質離子等營養物質，同時還能產生大量的醋酸、丙酸、丁酸及乳酸等有機酸，降低腸道內的pH值，促進鈣、鎂、鐵等礦物離子的溶解和吸收。通過有益菌的發酵，實現營養物質的生成與吸收。

2.3 清除有害物質，發揮抗氧化作用

功能性低聚糖能吸附霉菌毒素，形成毒素復合物，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自由基水平和提高抗氧化酶活性兩個途徑有效發揮抗氧化作用。

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，因此高血糖和糖尿病癥患者可以適量食用。Kaufhold J等[4]通過試驗得出，低聚果糖能改善糖尿病動物的餐后血糖值。方敏[5]通過試驗得出，功能性低聚糖可以保護胰島素細胞，改善胰島素的敏感性。

另外，功能性低聚糖能促進腸道中雙歧桿菌的生長，雙歧桿菌生長過程中所產生的代謝物能抑制人體內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 保護黏膜系統，調節機體免疫

黏膜系統集中了體內大半以上的淋巴組織和免疫細胞，是機體執行局部特異性免疫的重要場所，是機體免疫的第一道防線[8]。保護好黏膜系統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胞。相關研究者[9]于2013年發現，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益生菌增殖間接保護腸道黏膜。腸道內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節機體的免疫功能，提高體液和細胞的免疫能力。當機體受到病菌、病毒的襲擊時，功能性低聚糖能與外來的病菌、病毒、毒素等結合，減緩抗原的吸收，增強抗原的效價，增強B淋巴細胞介導的體液免疫和T淋巴細胞介導的細胞免疫功能。

3 專利和非專利文獻中功能性低聚糖的應用情況

功能性低聚糖因具有獨特的理化特性和生理功能，主要被應用于食品、醫藥、飼料等領域。

3.1 食品領域

功能性低聚糖在食品領域的應用最廣泛，可用于乳制品、面包、餅干、飲料、糖果、調味品、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養成分

功能性低聚糖可以優化奶粉功能，提高奶粉的營養，是嬰幼兒和中老年人配方奶粉中重要的營養強化因子[10]。目前在我國嬰兒配方乳粉中，應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雙歧桿菌和嗜酸乳桿菌活菌數的影響，當二者比例為8∶2時，兩種菌的活菌數均達到最大。

天津科技大學發明的一種富含雙歧因子的兒童保健醋（專利號為：CN105886326B），添加了豐富的低聚木糖，其可促進雙歧桿菌的增殖，調節腸道菌群，增加食醋的甜味，改善食醋口感，提高產品中氨基酸的含量，促進機體生成維生素B1、B2、B6、煙酸和葉酸等營養物質，促進鈣等礦物質的吸收，提高兒童的免疫力，促進兒童生長。專利號CN100418575C公開了一種航天員用復合鈣制劑、CN105581331B公開了一種補鈣營養組合物，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，解決了由補鈣引發的便秘、結石等問題。

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用及差異。周清濤[13]論述了功能性低聚糖在糖果中的應用。

沈陽市糧油食品科學研究所公開了一種適合中老年人食用的營養保健餅干（專利號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的流變性、控制產品水分、延長產品的貨架期，并促進餅干中復合礦物質和維生素的吸收。

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甜瓜采后生理及品質的影響。劉弘[15]等研究了殼寡糖處理后翠冠梨果實的貯藏保鮮效果。劉豆豆[16]等研究了采前殼寡糖處理對杏果實貯藏品質的影響。范素琴[17]等研究了褐藻膠低聚糖在水產制品中的應用，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和脂肪的氧化，延長貯存時間。

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

3.1.4 食品領域其他用途

除上述用途外，功能性低聚糖還可與蛋白質結合用來制作微囊壁材。江南大學發明了一種番茄紅素微膠囊（專利號：CN105077244B），并將其應用于提高牛奶的抗氧化穩定性（專利號：CN105638902B），其中微囊的壁材采用乳清分離蛋白與低聚果糖、低聚木糖經過美拉德反應制備而成。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，糖基化反應能夠在一定程度上抑制β-乳球蛋白的過敏反應特性。專利CN104531664B用益生元類糖制作安全穩定的壁材，包埋乳酸菌，提高了乳酸菌在人體胃腸道低酸、高膽鹽環境中的存活率，并最終實現了腸道定位釋放。

3.2 醫藥領域

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

如廣州立白企業集團有限公司公開了一種能調節皮膚微生態平衡的皮膚清潔劑組合物（專利號：CN103622901B），其將功能性低聚糖和益生菌代謝產物復配應用到皮膚清潔產品中，能夠達到調節皮膚微生態平衡的效果。山東龍力生物科技股份有限公司發明了一種治療痔瘡的低聚木糖洗液（專利號：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環境，促進有益菌群增殖同時抑制部分病原菌。

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用于治療由細胞過度增生引起的疾病。

3.3 飼料領域

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，提高動物免疫力、保護腸道健康及降低糞便中氨氣等有害氣體的產生等。王發明[20]等通過研究發現，將功能性低聚糖應用于仔豬飼料中，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，能促進犬對營養物質的消化吸收。

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，能減少有毒代謝產物的生成，減輕肝臟分解毒素的負擔，有效增強家禽免疫力，并促使機體生成維生素B1、B2、B6、B12、煙酸和葉酸等多種營養物質，提高飼料利用率，提高動物生產性能。將功能性低聚糖添加到動物飼料中，能夠調節動物的腸道菌群平衡，防止腹瀉，提高動物的生長速度。該領域正迅速發展，具有較好的前景。

3.4 其他領域

舟山光大檢測研究院有限公司發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、復合磷酸鹽以及低聚木糖，其中低聚木糖可使細菌細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，提高細菌與海藻酸鈉的相互作用，從而使細菌的固定更加穩固。

4 結語

我國對低聚糖的研究發展勢頭強勁，北京市、山東省、江西省及江蘇省等地均有生產廠家，產品廣泛應用于食品、醫藥、飼料等領域。目前，對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可。隨著對功能性低聚糖的細胞識別、信息傳遞等功能和機制的深入研究，其應用將得到更大的發展。

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作者簡介：臺一鴻（1982—），女，山東膠州人，碩士，助理研究員。研究方向：食品醫藥領域。

石良（1986—），女，安徽亳州人，碩士，助理研究員。研究方向：食品醫藥領域。（注：石良與臺一鴻同為本文第一作者）。