低聚木糖生理活性及應(yīng)用的研究進(jìn)展

潘艷 張媛 常思源

摘要：低聚木糖具有良好的理化性質(zhì)，作為添加劑和優(yōu)化劑，被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、飼料以及化妝品等領(lǐng)域。近年來，低聚木糖在調(diào)節(jié)血糖、降低血脂及作為抗癌取代物等方面取得了良好的效果，引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。針對低聚木糖的重要生理活性及應(yīng)用的研究進(jìn)展進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：低聚木糖;生理活性;研究進(jìn)展

低聚木糖（Xylooligosacchar ide，XOS）是由2～9個(gè)木糖分子以β-1，4糖苷鍵組合成的低聚糖混合物，如圖1所示。據(jù)GB/T 35545—2017規(guī)定，按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)， XOS可分為XOS-95型（XOS占比超過95%，下同）、XOS-70型、 XOS-35型和XOS-20型。其中，2-4糖的比例決定XOS品質(zhì)的優(yōu)劣，主要是因?yàn)?-4糖是XOS效果最顯著的組分。95型的2-4糖占比需超過65%，70型需超過50%。

相較于其他低聚糖， XOS的性質(zhì)更穩(wěn)定（見表1），不易被人體消化，也不易滲透，因此，可以拉長整個(gè)功能周期，提高機(jī)體的抵抗力和抗疲勞性，抑制有毒物質(zhì)和細(xì)菌等的產(chǎn)生。此外， XOS還可以作為食品中的甜味劑，甜度僅為蔗糖的50%，且與蔗糖的甜味相似[1]。XOS不易著色，但與氨基酸共存加熱時(shí)，著色性比蔗糖好。在酸性和堿性環(huán)境下， XOS 的穩(wěn)定性比其他低聚糖類好，耐熱性也更理想。

大量實(shí)驗(yàn)證明， XOS具有眾多優(yōu)良的生理活性，例如抗氧化、抗菌、抗感染、抗過敏、抗炎、選擇增加細(xì)胞活性和免疫性調(diào)節(jié)等。從目前的研究來看， XOS是一種理想、安全的食品藥品來源。

1 XOS的生理活性

1.1 熱量低，難以消化

動(dòng)物的消化系統(tǒng)中沒有水解β-1，4糖苷鍵的酶類，所以動(dòng)物本身不能降解XOS，會(huì)停留在大、小腸部位，被腸道中的有益菌落利用。木二糖、木三糖和木四糖的熱值均小于10.4 kJ/g，XOS的平均熱值為14.3 kJ/g，顯著低于其他可食用物質(zhì)[2]。因此， XOS作為食品甜味劑時(shí)，極低的熱量完美解決了甜品、面包等高脂肪食物大量攝入導(dǎo)致的發(fā)胖問題，滿足了糖尿病患者的甜味需求，有利于維護(hù)人體健康。

1.2 降低血糖血脂

XOS是不被人體和動(dòng)物消化系統(tǒng)消化或吸收的糖類，攝入量與人體血糖測定值沒有直接關(guān)系，進(jìn)入人體或動(dòng)物消化系統(tǒng)中的XOS多數(shù)被大腸中的有益生物菌群利用。已有多項(xiàng)研究表明， XOS在降低血糖方面有良好的功效。朱劼等[3]通過對小鼠灌胃XOS，測定小鼠體重、血清中的血糖、丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（Alanine Aminotransferase，ALT）、甘油三酯（Triglyceride，TG）等，結(jié)果表明， XOS可使正常小鼠體重減輕，有效降低糖尿病小鼠的血糖含量，且不改變ALT 的含量，降低了TG、總膽固醇（Total Cholesterol，TC）的水平，提高了高密度脂蛋白膽固醇（High-Density Lipoprotein Cholesterol，HDL-C）與TC的比值。此研究表明， XOS可以很好地降低血糖、血脂，并且對生物體沒有任何副作用。陳海珊等[4]研究了木二糖對小鼠血脂血糖和脂肪堆積情況的影響，實(shí)驗(yàn)選取肥胖型小鼠連續(xù)喂食木二糖，發(fā)現(xiàn)小鼠血清中的TG和膽固醇含量顯著降低，說明木二糖可以有效降低血糖和血脂，同時(shí)小鼠體內(nèi)的脂肪堆積得到了有效的抑制。

1.3 增殖雙歧桿菌，改善腸道內(nèi)環(huán)境

隨著人們的生活節(jié)奏加快、工作壓力增大，飲食結(jié)構(gòu)越來越不規(guī)律、不合理，腹脹、腹瀉、便秘等消化系統(tǒng)功能性疾病越來越常見，嚴(yán)重影響了人們的生活質(zhì)量。已有研究表明，功能性胃腸病與腸道菌群有著非常密切的關(guān)系[5]。改善腸道內(nèi)環(huán)境，保護(hù)人們的身體健康迫在眉睫。

XOS進(jìn)入消化道多數(shù)會(huì)滯留在大腸中，然后被雙歧桿菌吸收利用，發(fā)酵降解成短鏈脂肪酸、雙歧因子、抗菌素等物質(zhì)，抑制腸內(nèi)原有腐敗細(xì)菌和外源致病菌的增殖，減少有毒發(fā)酵產(chǎn)物，抑制有害細(xì)菌的生長，對腸道功能的改善有非常顯著的作用[6]。此外，大量雙歧桿菌表面的磷脂酸可以與腸黏膜上皮細(xì)胞相互吸引，占據(jù)腸黏膜表面，在腸黏膜上形成一層具有保護(hù)作用的生物膜屏障，阻止有害菌群的入侵，起到改善腸道內(nèi)環(huán)境和保護(hù)腸道的作用[7]。魏濤等[8]以小鼠為研究對象，在小鼠飼料中添加雙歧桿菌并測定糞便中雙歧桿菌、乳桿菌、腸桿菌、腸球菌的含量。結(jié)果顯示，喂食14天后，小鼠體內(nèi)的雙歧桿菌等一系列腸道有益菌的含量明顯提高，有效促進(jìn)了腸道健康。

1.4 防齲齒

齲齒的成因是牙齒菌斑上的鏈球菌產(chǎn)生有機(jī)酸，降低正常口腔環(huán)境的酸堿性，致使牙齒上的牙釉質(zhì)脫落，牙齒失去防護(hù)，讓菌斑上的微生物進(jìn)一步入侵。 XOS不能在人體口腔中被消化，也不能被口腔中的微生物利用[9]。因此，食物中作為甜味劑的XOS并不會(huì)影響口腔原有的生態(tài)環(huán)境。另外， XOS與蔗糖同時(shí)存在時(shí)，能阻止蔗糖被微生物合成、生成不溶性的高分子葡萄糖，防止牙齒表面的牙釉質(zhì)脫落，起到一定的保護(hù)作用。 XOS作為無齲齒性及抗齲齒性甜味添加劑，在兒童食品中具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1.5 抗氧化作用

抗氧化作用主要體現(xiàn)為物質(zhì)的抗氧化水平或抗氧化酶轉(zhuǎn)化氧化物的水平。朱劼等[3]發(fā)現(xiàn)，添加XOS后，無論是高脂肪膳食小鼠還是正常飼料喂養(yǎng)的小鼠，血清、心臟和肝臟中的氧化型谷胱甘肽（Glutathione Oxidized，GSSH）水

平、丙二醛（Malondialdehyde，MDA）水平與空白對照組相比都顯著降低，而增加還原型GSSH水平大大提高。研究還發(fā)現(xiàn)，攝入XOS的高脂肪膳食小鼠心臟中的超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）、過氧化氫酶（Catalase from Micrococcus Lysodeikticus，CAT）和谷胱甘肽過氧化物酶（Glutathione Peroxidase，GSH-Px）等抗氧化酶表達(dá)水平與空白對照組相比顯著提高，抗氧化酶含量與正常小鼠無顯著差異[10]。人和動(dòng)物的血脂代謝能力在一定程度上可以用抗氧化能力計(jì)算，所以在食品中添加適量的XOS能顯著提高抗氧化能力，為心腦血管相關(guān)疾病的預(yù)防和治療提供新的發(fā)展方向。

1.6 促進(jìn)礦物質(zhì)吸收

Kobayashi等[11]研究發(fā)現(xiàn)，對缺鐵性貧血小鼠使用酸性XOS，肝臟的調(diào)鐵素和小腸中鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的含量顯著降低，說明XOS可以提高機(jī)體的鐵吸收能力。許國輝等[12]在大鼠低鈣飼料中加入XOS，喂養(yǎng)21天并測定大鼠的鈣攝入量和糞便、尿液中的鈣含量以及鈣吸收率，發(fā)現(xiàn)XOS可以在很大程度上提高大鼠對鈣的吸收率、降低糞便中的鈣含量。由此可見， XOS可以促進(jìn)人體對部分礦物質(zhì)的吸收，保護(hù)人體健康。

1.7 激活免疫系統(tǒng)

炎癥（Inflammation）是機(jī)體對刺激的一種防御反應(yīng)，表現(xiàn)為紅、腫、熱、痛和功能障礙[13]。炎癥可以是感染引起的感染性炎癥，也可以是非感染性炎癥。低聚糖的攝入可以有效對抗炎癥的產(chǎn)生。Gobinath等[14]研究發(fā)現(xiàn)， XOS增強(qiáng)機(jī)體免疫功能是通過增殖雙歧桿菌實(shí)現(xiàn)的。雙歧桿菌的大量存活會(huì)顯著增加外周血白細(xì)胞（Peripheral Blood Leukocyte， PBL）和免疫自然殺傷細(xì)胞（Natural Killer Cell，NKC）的數(shù)量，同時(shí)能增加外周血液單核細(xì)胞（Peripheral Blood Mononuclear Cell，PBMC）的數(shù)量、提高血清堿性磷酸酶（Alkaline phosphatase）和溶菌酶（Lysozyme）的活性，通過淋巴系統(tǒng)循環(huán)到人體各處，激活人體免疫系統(tǒng)，并促進(jìn)免疫系統(tǒng)中參與免疫反應(yīng)的細(xì)胞分裂和發(fā)育[10，15-16]。

有益菌雙歧桿菌在代謝XOS的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的丁酸、馬來酸、脂肪酸等有機(jī)酸類物質(zhì)。免疫因子調(diào)節(jié)和抗體的產(chǎn)生依賴有機(jī)酸，因此，豐富的有機(jī)酸能顯著提高人或動(dòng)物的免疫能力。內(nèi)源性脂肪酸和外源過氧化物酶體增殖物（Peroxisome Proliferators，PP）可以激活過氧化物酶體增殖物激活受體（Peroxisome Proliferators-Activated Receptors，PPARs），作為配體激活核轉(zhuǎn)錄因子。PPARs參與脂類代謝和細(xì)胞分化、生長以及凋亡，并且拮抗核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）轉(zhuǎn)導(dǎo)，在腸道內(nèi)炎癥反應(yīng)、免疫應(yīng)答等過程中抑制NF-κB的信號傳達(dá)，在緩解炎癥方面起到關(guān)鍵作用[17-18]。Gobinath等[14]研究發(fā)現(xiàn)，雙歧桿菌產(chǎn)生的丁酸參與調(diào)節(jié)抗原呈遞細(xì)胞（Antigen-Presenting Cells，APC）活性，乙酸促進(jìn)淋巴細(xì)胞增殖，因此，也被廣泛應(yīng)用于抗腫瘤輔助制劑中。

2 XOS的應(yīng)用

2.1 在防癌保健食品中的應(yīng)用

運(yùn)用XOS增殖人體內(nèi)的雙歧桿菌，雙歧桿菌代謝時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的短鏈脂肪酸，降低腸道pH，抑制腐生菌生長，加快腸道蠕動(dòng)，將致癌物質(zhì)迅速排出體外[19]。

2.2 在減肥食品中的應(yīng)用

XOS很難被人體消化液消化，所以幾乎不產(chǎn)生熱量，被廣泛應(yīng)用于減肥食品中。又因?yàn)閄OS的甜味和其他糖類似，可以滿足想吃甜食又害怕發(fā)胖人群的需要。當(dāng)XOS作為甜味劑添加到食品中時(shí)，能減少人體的能量攝取量，加強(qiáng)機(jī)體脂肪代謝，達(dá)到減肥的目的。

2.3 在飼料中的應(yīng)用

XOS可以促進(jìn)家禽家畜的生長，維護(hù)家禽家畜的健康。將其添加到飼料中，可以提高免疫水平，降低家禽家畜的死亡率，降低飼養(yǎng)成本，提升家禽家畜的品質(zhì)。

2.4 在醫(yī)藥中的應(yīng)用

由于XOS具有表面活性部位及水溶性膳食纖維，對腸道內(nèi)的有毒物質(zhì)及致病菌有很強(qiáng)的吸附能力，可以抑制有毒有害病菌的生長繁殖，激活免疫系統(tǒng)，提高機(jī)體的抗病能力[20]。同時(shí)， XOS能增殖人體腸道益生菌，起到預(yù)防和治療腹瀉、便秘的功效[21]，所以，在醫(yī)藥中有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3 展望

目前， XOS仍在開發(fā)階段，雖然已經(jīng)取得了很多進(jìn)展，但仍存在一些問題需要深入研究。現(xiàn)有的生理活性研究基本都在動(dòng)物體內(nèi)進(jìn)行，只能根據(jù)得到的數(shù)據(jù)推測在人體內(nèi)實(shí)施的效果，實(shí)際效果還需進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在XOS的制備過程中，不同的原材料是否會(huì)影響XOS的結(jié)構(gòu)，從而影響XOS的生理活性，還不能確定。工業(yè)化制備高品質(zhì)XOS仍在開發(fā)階段，無法大批量生產(chǎn)，更無法普及。

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Research Progress on physiological activity and application of Xylooligosaccharide

Pan Yan1，2， Zhang Yuan2， Chang Siyuan1 （1.Nanjing Polytechnic Institute， Nanjing 210048， China; 2.Nanjing Huading Biotechnology Co. Ltd.， Nanjing 210023， China）

Abstract：Xylooligosaccharide has good physical and chemical properties and is widely used as additive and optimizer in food， medicine， feed and cosmetics. In recent years， it has a good effect in regulating blood glucose， reducing blood lipid and acting as an anticancer substitute， which has attracted extensive attention of scholars at home and abroad. The important physiological activity and research progress on application of Xylooligosaccharide are reviewed.

Key words：Xylooligosaccharide; physiological activity; research progress