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摘要：低聚半乳糖是功能性低聚糖的一種，在母乳中含量比較豐富。低聚半乳糖具有良好的生理功能，是功能食品良好的功能因子和理想的食品配料。它在調(diào)節(jié)腸道菌群、提高免疫力、改善代謝綜合征等方面有非常好的效果。本文綜述了低聚半乳糖對(duì)旅行者、肥胖者以及老年人三種特定人群的生理功效研究。
關(guān)鍵詞：低聚半乳糖；生理功能；旅行者；肥胖人群；老年人群
低聚半乳糖（Galactooligosaccharides，GOS）是以牛奶中的乳糖為原料，經(jīng)β-半乳糖苷酶催化水解半乳糖苷鍵，并通過(guò)轉(zhuǎn)半乳糖苷的作用而制得，是在乳糖分子中的半乳糖基上以β（1-4）鍵、β（1-6）鍵連接1～4個(gè)半乳糖分子的寡糖類聚合物，其中以β（1-4）鍵占多數(shù)，屬于葡萄糖和半乳糖組成的雜質(zhì)低聚糖，半乳糖與葡萄糖之間也主要是以β（1-4）鍵連接，其結(jié)構(gòu)通式為：Gal-（Gal）n-Glc（n=1～4,Gal為半乳糖，Glc為葡萄糖）。低聚半乳糖作為功能性益生元在調(diào)節(jié)腸道菌群、調(diào)節(jié)免疫力等方面具有良好的生理功效。針對(duì)旅行者、肥胖者及老年人這三種人群，低聚半乳糖在改善腹瀉、調(diào)節(jié)腸道菌群平衡、促進(jìn)礦物質(zhì)吸收或提高免疫力等方面具有顯著的健康功效。
1、低聚半乳糖對(duì)旅行者的功能研究
在2013年7月世界衛(wèi)生組織公布過(guò)去十年中十大死因，腹瀉占3.5%，居第5位。由腹瀉引起的健康問(wèn)題越來(lái)越引起大家的廣泛關(guān)注。而旅行者腹瀉（Traveller’sdiarrhea,TD）是腹瀉的一種常見(jiàn)情況，是指在旅行期間或旅行后，每天有3次或3次以上未成形糞便，或未成形糞便次數(shù)不定但伴有發(fā)熱、腹痛或嘔吐，甚至包括更多較輕微的腸道紊亂。研究發(fā)現(xiàn)一些細(xì)菌和病毒是引起旅行者腹瀉的常見(jiàn)原因[1-2]。治療旅行者腹瀉通常服用抗生素以及抗腹瀉藥物，但是這種治療方法會(huì)嚴(yán)重影響正常的腸道菌群平衡。
盡管目前常采用抗生素預(yù)防旅行者腹瀉，但是仍有20%~50%的旅行者經(jīng)出現(xiàn)腹瀉的癥狀，新的預(yù)防措施還是非常需要的。研究發(fā)現(xiàn)服用益生菌能改善兒童和成年人的腹瀉癥狀[3-4]，但是益生菌受穩(wěn)定性和持久性的局限性，而益生元就比益生菌穩(wěn)定多了。但是益生元主要是作用在大腸，而引起“旅行者腹瀉”的感染有害菌是在小腸中，服用低聚果糖等益生元對(duì)預(yù)防和改善這種急性腹瀉的效果非常局限[5]，但是服用低聚半乳糖的效果就非常好。不同處理對(duì)旅行者腹瀉的影響見(jiàn)表1.
表1.不同處理對(duì)旅行者腹瀉的影響
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GOS 組（n=81） |
對(duì)照組（n=78） |
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腹瀉發(fā)病率 |
19 |
30 |
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腹瀉持續(xù)時(shí)間 |
2.368±2.060 |
4.567±3.026 |
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腹部疼痛持續(xù)時(shí)間 |
2.000±1.987 |
3.533±2.583 |
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嘔吐持續(xù)時(shí)間 |
0.526±0.722 |
0.433±0.675 |
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厭食持續(xù)時(shí)間 |
0.157±0.688 |
0.233±0.466 |
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頭暈持續(xù)時(shí)間 |
0.663±0.806 |
0.800±1.763 | 通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，31%的志愿者在旅行過(guò)程中發(fā)生腹瀉，其中62%是對(duì)照人群，38%的人是服用低聚半乳糖的人群。而在腹瀉的持續(xù)時(shí)間上，服用低聚半乳糖的人群平均為2.4天，而對(duì)照人群為4.6天。在嘔吐持續(xù)時(shí)間、厭食持續(xù)時(shí)間、頭暈持續(xù)時(shí)間上，服用低聚半乳糖都有明顯的改善效果。
低聚半乳糖能夠改善和預(yù)防旅行者腹瀉有幾個(gè)方面的原因。首先，服用低聚半乳糖后，低聚半乳糖與上皮組織相互作用阻止小腸中腸道致病菌的粘附和入侵，而且能明顯增強(qiáng)免疫缺陷患者的免疫功能[6]。其次，低聚半乳糖通過(guò)增值腸道內(nèi)雙歧桿菌和乳酸桿菌等有益菌的數(shù)量，形成的良好腸道微生態(tài)增強(qiáng)對(duì)腸道感染和腹瀉的抵抗力[7,8]。第三，低聚半乳糖被報(bào)道通過(guò)增強(qiáng)吞噬細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞的活性來(lái)提高機(jī)體的免疫功能。低聚半乳糖能夠增值有益菌，增強(qiáng)免疫力，阻礙有害菌的粘附和入侵從而降低旅行者腹瀉的發(fā)病率。
2、低聚半乳糖對(duì)肥胖人群的功能研究
代謝綜合征是葡萄糖代謝異常、向心性肥胖、血脂異常、高血壓等綜合癥狀的結(jié)合，它能增加心血管疾病、2型糖尿病以及癌癥的發(fā)病幾率[9]。不健康的飲食以及怠惰的生活習(xí)慣增加了代謝綜合癥發(fā)病率，而結(jié)果就是心血管疾病等的發(fā)病率增高。引起代謝綜合征的原因很多，肥胖是其中一種也是引起代謝綜合征的重要因素[10]，所以說(shuō)肥胖人群通常伴隨有代謝綜合征。相對(duì)正常體重人群，不管是由于攝入過(guò)多的熱量還是基因遺傳的原因而引起的肥胖，都會(huì)導(dǎo)致腸道菌群的變化。這種變化不僅是在菌種組成上發(fā)生明顯變化，而且菌群的代謝活性也發(fā)生了明顯的變化[11,12]。肥胖人群的腸道菌群通過(guò)多種機(jī)制打破宿主體內(nèi)的能量均衡，這一系列的機(jī)制包括從食物中吸取能量、引起的慢性炎癥，改變組織中脂肪酸的組成，腸道肽的分泌等等[13-15]。低聚半乳糖能夠增殖雙歧桿菌的數(shù)量，減少發(fā)炎癥狀，降低膽固醇水平，同時(shí)提高肥胖人群的免疫能力。DrVulevic等人選用了肥胖的人將進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而且他們每個(gè)人至少有三種代謝綜合征的癥狀。在第一個(gè)12周的實(shí)驗(yàn)里實(shí)驗(yàn)者被隨機(jī)安排每天服用5.5g低聚半乳糖或者麥芽糊精。不同處理對(duì)腸道微生物及膽固醇的影響見(jiàn)表2-3.
表2.不同處理對(duì)腸道微生物的影響
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菌屬 |
開(kāi)始 |
GOS |
對(duì)照 |
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第6周 |
第12周 |
第6周 |
第12周 |
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Log10 cfu/g 糞便干重 |
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總菌群 |
11.4±0.2 |
11.4±0.2 |
11.5±0.2 |
11.4±0.2 |
11.5±0.2 |
|
雙歧桿菌 |
9.8±0.4 |
10.1±0.4 |
10.2±0.3 |
9.7±0.3 |
9.8±0.4 |
|
乳酸桿菌 |
9.9±0.3 |
10.0±0.4 |
10.1±0.3 |
10.0±0.3 |
10.0±0.3 |
|
擬桿菌屬 |
10.2±0.3 |
10.2±0.3 |
10.1±0.3 |
10.3±0.3 |
10.4±0.3 |
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溶組織梭菌 |
10.1±0.3 |
10.1±0.3 |
10.0±0.3 |
10.3±0.3 |
10.3±0.3 | 表3.不同處理對(duì)膽固醇等含量的影響
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總膽固醇含量 |
甘油三酯 |
胰島素 |
膽固醇:高密度脂蛋白的比率 |
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mmol/L |
pmol/L |
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對(duì)照 |
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開(kāi)始 |
6.2±1.3 |
1.6±0.7 |
64.8±30.6 |
4.5±1.1 |
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第六周 |
6.3±1.1 |
1.8±0.9 |
69.1±33.9 |
4.6±1.1 |
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第十二周 |
6.2±1.2 |
1.6±0.7 |
70.1±36.8 |
4.6±1.3 |
|
GOS |
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|
開(kāi)始 |
6.3±1.3 |
1.6±0.8 |
67.3±30.9 |
4.8±1.3 |
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第六周 |
6.1±1.2 |
1.6±0.7 |
63.0±29.0 |
4.6±1.0 |
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第十二周 |
5.9±1.1 |
1.5±0.6 |
58.1±29.7 |
4.3±1.1 | 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示12周后糞便中有益菌雙歧桿菌的數(shù)量明顯增加，有害菌擬桿菌屬、溶組織梭菌減少而且反應(yīng)蛋白、發(fā)炎癥狀都明顯的降低，甘油三酯指數(shù)、總膽固醇指數(shù)、胰島素指數(shù)都有明顯的改善[16]。
目前對(duì)于生物學(xué)機(jī)理引起肥胖人群的代謝綜合癥的研究較少。對(duì)這方面的深入了解有助于個(gè)人營(yíng)養(yǎng)改善，包括針對(duì)有益菌的功能性食品配料。這些功能性配料可以阻礙或者延遲目前一些疾病的發(fā)生，如代謝綜合癥、腸道疾病以及與壓力相關(guān)的疾病。低聚半乳糖對(duì)有代謝綜合征的肥胖人群能增加有益雙歧桿菌的數(shù)量，降低有害菌的數(shù)量。這些的改變對(duì)提高免疫力有著積極的作用。對(duì)一些代謝綜合征的指標(biāo)，胰島素、甘油三酯、總膽固醇、總膽固醇與高密度脂蛋白的比例，都有明顯的影響。
3、低聚半乳糖對(duì)老年人的功能研究
隨著老年人群數(shù)量的增加，人們也越來(lái)越關(guān)注他們的健康。老年人群維護(hù)健康的成本也越來(lái)越高。伴隨著年齡的增長(zhǎng)，人體機(jī)能都發(fā)生著改變，包括胃腸功能。老年人腸道微生物菌群和年輕人群有較大的區(qū)別。隨著年齡的增加，老年人群的免疫能力下降——對(duì)接種疫苗的低反應(yīng)性，對(duì)非傳染性疾病的抵抗力變差。免疫衰老的特點(diǎn)是免疫T細(xì)胞減少，白細(xì)胞介素和腫瘤壞死因子增加，同時(shí)伴隨著吞噬細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞活性的降低[17]。服用低聚半乳糖不僅能夠調(diào)節(jié)老年人的腸道菌群，增加有益菌，減少有害菌，而且還能提高免疫機(jī)體免疫力[18]。不同處理對(duì)腸道微生物及自然殺傷細(xì)胞活性的影響見(jiàn)表4-5.
表4.不同處理對(duì)腸道微生物的影響
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菌屬 |
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GOS組 |
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對(duì)照 |
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第0周 |
第5周 |
第10周 |
第0周 |
第5周 |
第10周 |
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Log10 cfu/g 糞便干重 |
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雙歧桿菌 |
9.15±0.35 |
9.19±0.31 |
9.28±0.28 |
9.10±0.29 |
9.69±0.44 |
9.97±0.38 |
|
乳酸桿菌 |
9.11±0.20 |
9.04±0.24 |
9.03±0.23 |
9.10±0.21 |
9.14±0.19 |
9.24±0.17 |
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擬桿菌屬 |
10.05±0.19 |
10.12±0.162 |
10.22±0.172 |
10.07±0.18 |
9.89±0.22 |
9.77 |
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溶組織梭菌 |
9.52±0.18 |
9.54±0.20 |
9.60±0.19 |
9.51±0.21 |
9.35±0.39 |
9.24±0.17 | 在進(jìn)行低聚半乳糖老年人體實(shí)驗(yàn)中，研究發(fā)現(xiàn)5周后對(duì)照組中糞便中總菌含量和大腸桿菌含量增加，而乳酸桿菌含量減小但是對(duì)其他菌影響不大。而服用低聚半乳糖的人群糞便中大腸桿菌、溶組織梭菌等有害菌的數(shù)量減少，而雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌的數(shù)量增加。10周后低聚半乳糖對(duì)腸道菌群的效果也沒(méi)有消失或者變?nèi)�。雖然對(duì)照組的雙歧桿菌數(shù)量有所增加，同時(shí)有害菌的數(shù)量也有增加。
表5.不同處理對(duì)外周血單個(gè)核細(xì)胞（PMBC）中自然殺傷細(xì)胞活性的影響
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效應(yīng)器與靶細(xì)胞的比例 |
對(duì)照 |
GOS |
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第0周 |
第5周 |
第10周 |
第0周 |
第5周 |
第10周 |
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100:1 |
49.8±18.4 |
52.9±18.9 |
63.6±18.7 |
43.4±12.5 |
62.5±20.6 |
89.2±28.2 |
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50:1 |
25.6±9.0 |
26.9±9.2 |
31.8±8.9 |
21.5±6.8 |
31.6±12.3 |
46.5±16.6 |
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25:1 |
12.9±5.1 |
14.5±5.4 |
17.1±5.2 |
12.2±5.2 |
17.1±6.1 |
24.1±9.9 | 吞噬細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞是免疫系統(tǒng)中，預(yù)防細(xì)菌病毒感染的第一道屏障。但是在老年人群中，它們的活性已經(jīng)比年輕人低了許多。經(jīng)過(guò)5周、10周實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，對(duì)照組和低聚半乳糖組的自然殺傷細(xì)胞的活性都有提高，但是低聚半乳糖組自然殺傷細(xì)胞活性的提高更加顯著和明顯。
4、結(jié)論
低聚半乳糖作為益生元能夠促進(jìn)雙歧桿菌的增殖，而有害的梭狀芽孢桿菌、突變鏈球菌以及腸球菌等幾乎不能利用[19]。通過(guò)低聚半乳糖菌群的調(diào)節(jié)作用，建立起以雙歧桿菌為主的腸道菌群。動(dòng)物和人體的實(shí)驗(yàn)都證明低聚半乳糖具有改善脂質(zhì)代謝的效果，降低甘油三酯、總膽固醇的濃度，提高高密度脂蛋白的比例。攝入低聚半乳糖還能提高機(jī)體抗體水平，激活吞噬細(xì)胞以及自然殺傷細(xì)胞的活性，提高人體的免疫力。
低聚半乳糖的生理特性對(duì)普通人群有非常明顯的效果，在功能食品及保健品中有非常廣泛的應(yīng)用，例如焙烤、飲料、糖果、乳制品以及調(diào)味品中。目前低聚半乳糖的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楦叨藡胗變菏称�，尤其是高端嬰幼兒配方奶粉。同時(shí)低聚半乳糖對(duì)經(jīng)常出現(xiàn)旅行者腹瀉的人，伴隨代謝綜合征的肥胖人群以及身體機(jī)能下降的老年人群等特定人群在改善身體機(jī)能方面都有非常好的效果。因此，低聚半乳糖在針對(duì)特定人群開(kāi)發(fā)的功能食品、保健品以及特殊膳食用食品等方面都有非常廣泛應(yīng)用前景。
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