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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。它在調節腸道菌群、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β-半乳糖苷酶催化水解半乳糖苷鍵，并通過轉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個半乳糖分子的寡糖類聚合物，其中以β（1-4）鍵占多數，屬于葡萄糖和半乳糖組成的雜質低聚糖，半乳糖與葡萄糖之間也主要是以β（1-4）鍵連接，其結構通式為：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節腸道菌群、調節免疫力等方面具有良好的生理功效。針對旅行者、肥胖者及老年人這三種人群，低聚半乳糖在改善腹瀉、調節腸道菌群平衡、促進礦物質吸收或提高免疫力等方面具有顯著的健康功效。
1、低聚半乳糖對旅行者的功能研究
在2013年7月世界衛生組織公布過去十年中十大死因，腹瀉占3.5%，居第5位。由腹瀉引起的健康問題越來越引起大家的廣泛關注。而旅行者腹瀉（Traveller’sdiarrhea,TD）是腹瀉的一種常見情況，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，或未成形糞便次數不定但伴有發熱、腹痛或嘔吐，甚至包括更多較輕微的腸道紊亂。研究發現一些細菌和病毒是引起旅行者腹瀉的常見原因[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嚴重影響正常的腸道菌群平衡。
盡管目前常采用抗生素預防旅行者腹瀉，但是仍有20%~50%的旅行者經出現腹瀉的癥狀，新的預防措施還是非常需要的。研究發現服用益生菌能改善兒童和成年人的腹瀉癥狀[3-4]，但是益生菌受穩定性和持久性的局限性，而益生元就比益生菌穩定多了。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預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。不同處理對旅行者腹瀉的影響見表1.
表1.不同處理對旅行者腹瀉的影響
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GOS 組（n=81） |
對照組（n=78） |
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腹瀉發病率 |
19 |
30 |
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腹瀉持續時間 |
2.368±2.060 |
4.567±3.026 |
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腹部疼痛持續時間 |
2.000±1.987 |
3.533±2.583 |
|
嘔吐持續時間 |
0.526±0.722 |
0.433±0.675 |
|
厭食持續時間 |
0.157±0.688 |
0.233±0.466 |
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頭暈持續時間 |
0.663±0.806 |
0.800±1.763 | 通過實驗發現，31%的志愿者在旅行過程中發生腹瀉，其中62%是對照人群，38%的人是服用低聚半乳糖的人群。而在腹瀉的持續時間上，服用低聚半乳糖的人群平均為2.4天，而對照人群為4.6天。在嘔吐持續時間、厭食持續時間、頭暈持續時間上，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防旅行者腹瀉有幾個方面的原因。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，而且能明顯增強免疫缺陷患者的免疫功能[6]。其次，低聚半乳糖通過增值腸道內雙歧桿菌和乳酸桿菌等有益菌的數量，形成的良好腸道微生態增強對腸道感染和腹瀉的抵抗力[7,8]。第三，低聚半乳糖被報道通過增強吞噬細胞和自然殺傷細胞的活性來提高機體的免疫功能。低聚半乳糖能夠增值有益菌，增強免疫力，阻礙有害菌的粘附和入侵從而降低旅行者腹瀉的發病率。
2、低聚半乳糖對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合，它能增加心血管疾病、2型糖尿病以及癌癥的發病幾率[9]。不健康的飲食以及怠惰的生活習慣增加了代謝綜合癥發病率，而結果就是心血管疾病等的發病率增高。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]，所以說肥胖人群通常伴隨有代謝綜合征。相對正常體重人群，不管是由于攝入過多的熱量還是基因遺傳的原因而引起的肥胖，都會導致腸道菌群的變化。這種變化不僅是在菌種組成上發生明顯變化，而且菌群的代謝活性也發生了明顯的變化[11,12]。肥胖人群的腸道菌群通過多種機制打破宿主體內的能量均衡，這一系列的機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量，減少發炎癥狀，降低膽固醇水平，同時提高肥胖人群的免疫能力。DrVulevic等人選用了肥胖的人將進行實驗，而且他們每個人至少有三種代謝綜合征的癥狀。在第一個12周的實驗里實驗者被隨機安排每天服用5.5g低聚半乳糖或者麥芽糊精。不同處理對腸道微生物及膽固醇的影響見表2-3.
表2.不同處理對腸道微生物的影響
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菌屬 |
開始 |
GOS |
對照 |
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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 |
|
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 |
|
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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|
對照 |
|
|
|
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|
開始 |
6.2±1.3 |
1.6±0.7 |
64.8±30.6 |
4.5±1.1 |
|
第六周 |
6.3±1.1 |
1.8±0.9 |
69.1±33.9 |
4.6±1.1 |
|
第十二周 |
6.2±1.2 |
1.6±0.7 |
70.1±36.8 |
4.6±1.3 |
|
GOS |
|
|
|
|
|
開始 |
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 |
|
第十二周 |
5.9±1.1 |
1.5±0.6 |
58.1±29.7 |
4.3±1.1 | 實驗結果顯示12周后糞便中有益菌雙歧桿菌的數量明顯增加，有害菌擬桿菌屬、溶組織梭菌減少而且反應蛋白、發炎癥狀都明顯的降低，甘油三酯指數、總膽固醇指數、胰島素指數都有明顯的改善[16]。
目前對于生物學機理引起肥胖人群的代謝綜合癥的研究較少。對這方面的深入了解有助于個人營養改善，包括針對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生，如代謝綜合癥、腸道疾病以及與壓力相關的疾病。低聚半乳糖對有代謝綜合征的肥胖人群能增加有益雙歧桿菌的數量，降低有害菌的數量。這些的改變對提高免疫力有著積極的作用。對一些代謝綜合征的指標，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、低聚半乳糖對老年人的功能研究
隨著老年人群數量的增加，人們也越來越關注他們的健康。老年人群維護健康的成本也越來越高。伴隨著年齡的增長，人體機能都發生著改變，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別。隨著年齡的增加，老年人群的免疫能力下降——對接種疫苗的低反應性，對非傳染性疾病的抵抗力變差。免疫衰老的特點是免疫T細胞減少，白細胞介素和腫瘤壞死因子增加，同時伴隨著吞噬細胞和自然殺傷細胞活性的降低[17]。服用低聚半乳糖不僅能夠調節老年人的腸道菌群，增加有益菌，減少有害菌，而且還能提高免疫機體免疫力[18]。不同處理對腸道微生物及自然殺傷細胞活性的影響見表4-5.
表4.不同處理對腸道微生物的影響
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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 | 在進行低聚半乳糖老年人體實驗中，研究發現5周后對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量減少，而雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌的數量增加。10周后低聚半乳糖對腸道菌群的效果也沒有消失或者變弱。雖然對照組的雙歧桿菌數量有所增加，同時有害菌的數量也有增加。
表5.不同處理對外周血單個核細胞（PMBC）中自然殺傷細胞活性的影響
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效應器與靶細胞的比例 |
對照 |
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 |
|
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 |
|
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 | 吞噬細胞和自然殺傷細胞是免疫系統中，預防細菌病毒感染的第一道屏障。但是在老年人群中，它們的活性已經比年輕人低了許多。經過5周、10周實驗結果顯示，對照組和低聚半乳糖組的自然殺傷細胞的活性都有提高，但是低聚半乳糖組自然殺傷細胞活性的提高更加顯著和明顯。
4、結論
低聚半乳糖作為益生元能夠促進雙歧桿菌的增殖，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]。通過低聚半乳糖菌群的調節作用，建立起以雙歧桿菌為主的腸道菌群。動物和人體的實驗都證明低聚半乳糖具有改善脂質代謝的效果，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體抗體水平，激活吞噬細胞以及自然殺傷細胞的活性，提高人體的免疫力。
低聚半乳糖的生理特性對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用，例如焙烤、飲料、糖果、乳制品以及調味品中。目前低聚半乳糖的主要應用領域為高端嬰幼兒食品，尤其是高端嬰幼兒配方奶粉。同時低聚半乳糖對經常出現旅行者腹瀉的人，伴隨代謝綜合征的肥胖人群以及身體機能下降的老年人群等特定人群在改善身體機能方面都有非常好的效果。因此，低聚半乳糖在針對特定人群開發的功能食品、保健品以及特殊膳食用食品等方面都有非常廣泛應用前景。
參考文獻
-
Black R E. Epidemiology of travellers’diarrhea and relative importance of various pathogens [J]. Rev Infect Dis, 1990, 12: S73–S79.
-
Paredes P, Campbell-Forrester S, Mathewson JJ, et al. Etiology of travellers’ diarrhea on a Caribbean Island[J].J Travel Med, 2000, 7: 15– 18.
-
Cremonini F, Di Caro S, Nista EC. Meta-analysis: the effect of probiotic administration on antibiotic associated diarrhea [J].Aliment Pharmacol Ther , 2002, 16: 1461– 1467.
-
Huang JS, Bousvaros A, Lee JW, Diaz A, D avidson EJ. Efficacy of probiotic use in acute diarrhea in children: a meta-analysis [J]. Dig Dis Sci, 2002, 47, 2625–2634 .
-
Cummings JH, Christie S, Cole JT .A study of fructooligosaccharides in the prevention of travellers’ diarrhea [J]. Aliment Pharmacol Ther, 2001, 15: 1139– 1145.
-
Searle LEJ, Best A, Nunez A, et al. A galacto-oligosaccharide mixture, produced by the enzymatic activity of Bifidobacterium bifidum NCIM B41171, reduces Salmonella Typhimurium infection in mice [J]. J Med Microb, 2009, 58: 37–48.
-
Tojo M, Oikawa T, MorikawaY, etal. The effects of Bifidobacterium breve administration on Campylobacter enteritis [J]. Acta Pediatr Jpn, 1987, 29: 160–167.
-
Saavedra JM, Bauman NA, Oung I, et al. Feeding of Bifidobacterium bifidum and Streptococcus thermophilus to infants in hospital for prevention of diarrhea and shedding of rotavirus [J]. Lancet, 1994, 344 : 1046–1049 .
-
Eckel RH, Grundy SM, Z immet PZ. The metabolic syndrome [J]. Lancet, 2005, 365: 1415–1428.
-
Wildman RP. Healthy obesity [J]. Curr Opin Clin Nutr Metab Care, 2009, 12:438–443.
-
Ley RE, Backhed F, Turnba ugh P,et al. Obesity alters gut microbial ecology [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2005, 102:11070–11075.
-
Turnbaugh P J, Ley RE, Hamady M, et al. The human microbiome project [J]. Nature, 2007, 449: 804–810.
-
Turnbaugh PJ, Ley RE, Mahowald MA, et al. An obesity-associated gut microbiome with increased capacity forenergy harvest [J]. Nature, 2006, 444: 1027–1031.
-
CaniPD, Delzenne NM . Gut microflora as a target for energy and metabolic homeostasis [J].Curr Opin Clin Nutr Metab Care, 2007, 10:729 –734.
-
Backhed F, Ding H, Wang T,et al. The gut microbiota as an environmental factor that regulates fat storage [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2004, 101: 15718–15723.
-
JelenaVulevic,Aleksandra Juric,George Tzortzis,et al. A Mixture of trans–Galactooligosaccharides Reduces Markers of Metabolic Syndrome and Modulates the Fecal Microbiota and Immune Function of Overweight Adults[J].The Journal of Nutrition,2013,143(3):324-331.
-
Lesourd B. Immune responses during diseases and recovery in the elderly [J]. Proc Nutr Soc, 1999, 58: 1–14.
-
JelenaVulevic, Alexandra Drakoularakou, ParveenYaqoob,et al. Modulation of the fecal microflora profile and immune function by a novel trans-galactooligosaccharide mixture (B-GOS) in healthy elderly volunteers[J].Am J Clin Nutr, 2008,88:1438 – 1446
-
秦燕,寧正祥,吳國杰.乳糖水解時低聚半乳糖的生成及應用[J].食品與發酵工業,2000,26 (5 ) :67-72.
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