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【转载】 菊粉型果聚糖作为益生元 ——《益生元的开发与应用》节选（9）

西方营养学：纤维素/益生元

 

第三章 菊粉型果聚糖作为益生元

 

3.1 引言

 

菊粉是一种碳水化合物，是极其广泛存在于自然界。它发生在植物主要作为能量储备，作为冷冻保护剂。在植物细胞中的菊粉水解酶在低温（冰点左右）诱导。这减少的菊粉链长，可水解尽可能及其组成单糖。增加在细胞质的渗透压，降低冰点。


不同的植物通常含有不同链长的菊粉：小麦，洋葱，香蕉短链inulins（最大程度的聚合DPmax<10）;大理花块根，大蒜，菊芋中所含菊粉是中链菊粉（DPmax<40）;而球菊芋和菊苣通常含有长链菊粉分子（DP最大<100）（卢凡等人，1995年）。其他植物例如百合、龙舌兰和某些细菌可产生高聚合度和高分支的菊粉 

 

3.2 化学说明和起源

 

菊粉是用热水从菊苣中提取制成，称为天然菊苣菊粉。天然菊苣菊粉是链状（2-1）果聚糖，以GF n形式组成的低聚体或多聚体而存在，聚合度（DP）的变化，从2至65个单位，平均DP为10。

 

将菊苣菊粉用酶做部分水解可产生低聚果糖，这是含有GF n和Fm的混合物，其DP由2至7，Dpav为4。低聚果糖也可以通过果糖基转移酶来酶法合成。在高浓度底物存在下，这种酶在不需要ATP状况下产生新的碳-碳键而合成DP高达7的分子，由此法得到的低聚果糖只含GF n型分子。

 

利用物理分离技术可生产DP由10-60的长链菊粉。


最后将低聚果糖和菊粉HP一起喷雾干燥就得到特殊的混合产物“Rafti-lose Synergy1”。这种第二代产品目前没有统一的科学名称，根据其生理和营养性质而与其他的产品加以区别。

 

3.3 物理化学性质

 

菊苣菊粉中包含着一组特殊的分子，从化学上来说，菊粉中所有分子只有链长的不同，但从物理化学性质来看却可分为性质完全不同的两群分子。这种区别是由于链长造成的，据此以DP10看作是临界极限。分子DP<10的，是很容易溶于水的，而且很易发酵。而分子DP>10的，就难溶于水，故不易被细菌降解，结果发酵很慢。发酵性质是这种食品配料营养性质的根本，发酵快或慢足以影响肠道特殊的和全部的作用方式。Synergy1就是按照这种性质而设计开发的。

 

 

3.4 分析

 

在大多数国家，菊粉和低聚果糖是属于膳食纤维的食物成分。然而因能够部分溶于水乙醇或水（4/1，体积分数），在酸性条件下会部分水解，故在分析膳食纤维的经典方法中不包括低聚果糖和部分回收的菊粉。20世纪90年代后期，AOAC国际通过方法997.08，即果聚糖方法，使之能用来定量测定食品中的菊粉和低聚果糖。该法包括了同淀粉葡萄糖苷酶和菊粉酶处理样品，再用色谱法测定释放出的糖类。结合标准AOAC“总膳食纤维”方法，可提供用于食品的总膳食纤维量的数据。另一方法中，包括用酶水解a-葡聚糖成为葡萄糖，用乙醇沉淀非淀粉多糖，酶水解果聚糖成为果糖，再用化学法还原成酸稳定的糖醇，然后用气-液色谱作为醋酸盐衍生物来定量测定。要定量测定个别低聚体，一种毛细管气相色谱法，其中包括将抽提糖类经亏化和硅烷化做成衍生物的定量法已经发展出来，此法是用于植物和食品中低聚果糖的定量。至今也已发展出多种酶法测定法并获得批准。

 

3.5 非消化性

 

菊粉和低聚果糖存在于食用植物中，是由低聚果糖或低聚糖和多糖的混合组成，能抗胃酸和人类消化酶的水解。胰脏或脊椎动物的刷状缘上皮细胞，特别是哺乳动物分泌的消化酶是不能水解β-葡萄糖甘健的。菊粉和低聚果糖是由这种糖苷键连接起来的，故不能水解成为果糖和葡萄糖等单糖，属于不消化碳水化合物。菊粉和低聚果糖的非消化性已经在几个志愿者的研究试验中证实。Ellegard等的研究证实，志愿者摄取的菊粉和低聚果糖，其中的86%-89%都可以在结肠切除术的志愿者的回肠造口术排泄物中回收到。

 

在小肠中，菊粉和低聚果糖大多是不能被吸收的，除非是非常短链的低聚糖才可能。然而这样小的低聚糖即使是被吸收入人体内，仍不能被消化而是会在尿中排出。菊粉和低聚果糖可被肠道微生物水解并完全发酵生成气体和短链脂肪酸。

 

因此，菊粉和低聚果糖被归入膳食纤维并作为食物来对待。像其他膳食纤维一样，它们具有各种生理作用，并已有广泛综述。

 

3．6 与上消化道功能的相互关系

 

当菊粉和低聚果糖通过上消化道时，它们可能影响消化过程并对代谢反应产生影响，特别是对双糖的消化作用、葡萄糖的运输、亮氨酸、脯氨酸和甘酰基-肌氨酸的吸收发生影响。然而与其他报道过的某些膳食纤维相反，菊粉并不影响人类对淀粉的吸收，也不影响回肠造口术志愿者中小肠氮的处理以及脂肪和矿物质的吸收。

 

菊粉和低聚果糖可以增加实验动物模型的小肠、小肠黏膜的长度和质量并加重绒毛结构。

 

再者，通过它们在大肠中影响，菊粉型果聚糖能影响胃肠道激素肽类的生产，最终激素调节胃肠道的运动和系统的代谢过程。

 

3.7   在大肠中的发酵

 

因菊粉和低聚果糖在人类上消化道中不被消化而可近乎完整地到达大肠，并被大肠中微生物群作为基质而完全发酵，在升结肠中菊粉被水解，并进一步被常驻菌选择性地发酵。其结果使细菌生物量增加，并增加了短链脂肪酸【如醋酸、丙酸和丁酸等】以及乳酸盐和气体的生成。生产这些分子的最终模式是不同属的细菌间复杂代谢相互作用的结果。利用新技术例如代谢组学来鉴定细菌代谢产物的生产，用荧光原位杂交与结合流式细胞术的高通量鉴定和定量细菌可使我们深入了解这种发酵过程及其与健康的关系。间接观察实验模型SCFA的含量或肠道不同部位的菊粉或者实验做出某种有关在大肠中典型的定位，可以观察菊粉的发酵情况。

 

不同哺乳类的消化系统有着各种不同的结构。任何一种动物，在不同生命周期，其胃肠道在解剖学上有着显著不同，其特征表现在不同部位的长度、容积和通过时间以及在不同片段的细菌过度生长上。

 

然而菊粉的发酵是有选择性的，某些细菌代谢菊粉的效率远比其他细菌高。菊粉以其非消化性、选择性发酵，成为一种益生元食品配料。

 

3.8 不同片段的菊苣果聚糖在大肠中的发酵特性

 

低聚果糖的发酵快，菊苣片段能在大肠中升结肠部分很快被发酵。根据对各种人的摄食实验，看出低聚果糖可明显改变粪便菌群的组成：双歧杆菌一般可增加10倍，而荚膜梭菌受到抑制，对拟杆菌则无影响。

 

通过体外发酵实验看出菊粉HP的发酵比低聚果糖慢得多。Reddy等用重氮甲烷诱发抗癌动物模型发生畸变隐性病灶，这个实验动物产生了肿瘤发生前的损伤，特别是在大肠的降结肠部分。实验看出菊粉HP在抑制在降结肠中癌发生的效果比低聚果糖更有效。因而指出发酵更慢的长链菊粉可在更多部分的降结肠中发酵。菊粉HP可改善肠道菌群组成，但由于发酵慢且发酵不强烈，故对肠道菌群组成的影响不够明显。

 

天然菊粉在大肠中发酵的性质介于低聚果糖与菊粉HP之间，短链部分发酵得快而长链部分发酵相当慢。天然菊粉明显影响粪便菌群的现象已被反复观察到。有趣的是，在动物营养中，菊粉也许是可取的基料，由于在小肠中细菌过度繁殖，有相当大比例的菊粉达到胃盲囊。

 

Senergy1是由快速发酵的低聚果糖和耐久性发酵的长链组合而成，目的是改善肠道菌群组成和延长这种特殊代谢活性的时间。

 

3.9   对肠功能和耐受性的影响

 

由于发酵是在大肠内进行，菊粉能影响大肠的整体功能，如盲肠内容物的酸化平均下降0.9PH单位，而肠腔的酸化平均可下降1.2PH单位，这是由于剂量依赖性的缘故一种调节若干种大肠盲肠的功能特别与上皮的完整性相关，但在人类方面现在还无证据。一种在盲肠内和盲肠大肠上皮细胞中的黏液蛋白组成的变化已通过大量存在的硫化黏蛋白和少量唾液黏蛋白而得到证实。后一种作用是值得重视的，因为硫化黏蛋白通常与高水平的保护作用有关，而在肠炎或大肠癌患者体内其含量下降。这种作用可以解释给患肠炎大鼠喂食低聚果糖可以刺激黏膜修复的原因。菊粉会增加盲肠内容物腐胺和盲肠组织中腐胺、精胺以及亚精胺浓度。

 

大肠中快速和定量的发酵结果导致了细菌生物量的增加，菊粉可影响排便习惯，在饲料中含有菊粉或低聚果糖的情况下，实验鼠粪便量平均可以增加1.5倍，其效果取决于剂量。

 

大肠中的这些作用并非是菊粉天然的物理化学性质，而是由于发酵及由此造成的细菌生物量的增加所致。

 

与任何非消化碳水化合物一样，在大肠中低聚果糖和菊粉发酵结果就产生SCFA和细菌生物量并生产气体。在低聚果糖和菊粉剂量高时产生的气体过多就会由呼吸排出并引起腹胀。可引起以上现象的低聚果糖和菊粉剂量因个体不同而有很大差异，人类合理的日摄取量，研究结果认为是每天10G，其反应是轻微的，不致引起不适感觉，大多数的观察对人类营养起作用时的剂量是每天5-10G。

 

需注意的是，对剂量会出现适应，当菌群组成发生改变，不适感会减轻。曾在2周目内将菊粉日剂量提高到40G来进行适应性的研究，据志愿者反应，有气胀感，但并不强烈。

 

可以得出结论，大多数的肠道副反应是气胀，但这些症状都很轻微，而且只在摄食高剂量时发生。

 

 

 

扩展阅读：

 

《益生元的开发与应用》子目录

《益生元专辑》子目录

《吃出健康的智慧:来自哈佛医学院的健康新理念》子目录

《中国健康调查报告》子目录

《西方营养学——第六营养素》子目录

《吃出健康的智慧:来自哈佛医学院的健康新理念》子目录

《健康饮食---胃肠保健》子目录

《细胞因素》子目录

 

 

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