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低聚半乳糖对特定人群肠道和免疫力的功能研究

    ----------------保龄宝生物股份有限公司 王金伟 庞明利

    【慧聪食品工业网】摘要:低聚半乳糖是功能性低聚糖的一种,在母乳中含量比较丰富。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。它在调节肠道菌群、提高免疫力、改善代谢综合征等方面有非常好的效果。本文综述了低聚半乳糖对旅行者、肥胖者以及老年人三种特定人群的生理功效研究。

    关键词: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)是以牛奶中的乳糖为原料,经β-半乳糖苷酶催化水解半乳糖苷键,并通过转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)键、β(1-6)键连接1~4个半乳糖分子的寡糖类聚合物,其中以β(1-4)键占多数,属于葡萄糖和半乳糖组成的杂质低聚糖,半乳糖与葡萄糖之间也主要是以β(1-4)键连接,其结构通式为:Gal-(Gal)n-Glc(n=1~4,Gal为半乳糖,Glc为葡萄糖)。低聚半乳糖作为功能性益生元在调节肠道菌群、调节免疫力等方面具有良好的生理功效。针对旅行者、肥胖者及老年人这三种人群,低聚半乳糖在改善腹泻、调节肠道菌群平衡、促进矿物质吸收或提高免疫力等方面具有显著的健康功效。

    1、低聚半乳糖对旅行者的功能研究

    在2013年7月世界卫生组织公布过去十年中十大死因,腹泻占3.5%,居第5位。由腹泻引起的健康问题越来越引起大家的广泛关注。而旅行者腹泻(Traveller’sdiarrhea,TD)是腹泻的一种常见情况,是指在旅行期间或旅行后,每天有3次或3次以上未成形粪便,或未成形粪便次数不定但伴有发热、腹痛或呕吐,甚至包括更多较轻微的肠道紊乱。研究发现一些细菌和病毒是引起旅行者腹泻的常见原因[1-2]。治疗旅行者腹泻通常服用抗生素以及抗腹泻药物,但是这种治疗方法会严重影响正常的肠道菌群平衡。

    尽管目前常采用抗生素预防旅行者腹泻,但是仍有20%~50%的旅行者经出现腹泻的症状,新的预防措施还是非常需要的。研究发现服用益生菌能改善儿童和成年人的腹泻症状[3-4],但是益生菌受稳定性和持久性的局限性,而益生元就比益生菌稳定多了。但是益生元主要是作用在大肠,而引起“旅行者腹泻”的感染有害菌是在小肠中,服用低聚果糖等益生元对预防和改善这种急性腹泻的效果非常局限[5],但是服用低聚半乳糖的效果就非常好。不同处理对旅行者腹泻的影响见表1.

    表1.不同处理对旅行者腹泻的影响

   


GOS 组(n=81)

对照组(n=78)

腹泻发病率

19

30

腹泻持续时间

2.368±2.060

4.567±3.026

腹部疼痛持续时间

2.000±1.987

3.533±2.583

呕吐持续时间

0.526±0.722

0.433±0.675

厌食持续时间

0.157±0.688

0.233±0.466

头晕持续时间

0.663±0.806

0.800±1.763

    通过实验发现,31%的志愿者在旅行过程中发生腹泻,其中62%是对照人群,38%的人是服用低聚半乳糖的人群。而在腹泻的持续时间上,服用低聚半乳糖的人群平均为2.4天,而对照人群为4.6天。在呕吐持续时间、厌食持续时间、头晕持续时间上,服用低聚半乳糖都有明显的改善效果。

    低聚半乳糖能够改善和预防旅行者腹泻有几个方面的原因。首先,服用低聚半乳糖后,低聚半乳糖与上皮组织相互作用阻止小肠中肠道致病菌的粘附和入侵,而且能明显增强免疫缺陷患者的免疫功能[6]。其次,低聚半乳糖通过增值肠道内双歧杆菌和乳酸杆菌等有益菌的数量,形成的良好肠道微生态增强对肠道感染和腹泻的抵抗力[7,8]。第三,低聚半乳糖被报道通过增强吞噬细胞和自然杀伤细胞的活性来提高机体的免疫功能。低聚半乳糖能够增值有益菌,增强免疫力,阻碍有害菌的粘附和入侵从而降低旅行者腹泻的发病率。

    2、低聚半乳糖对肥胖人群的功能研究

    代谢综合征是葡萄糖代谢异常、向心性肥胖、血脂异常、高血压等综合症状的结合,它能增加心血管疾病、2型糖尿病以及癌症的发病几率[9]。不健康的饮食以及怠惰的生活习惯增加了代谢综合症发病率,而结果就是心血管疾病等的发病率增高。引起代谢综合征的原因很多,肥胖是其中一种也是引起代谢综合征的重要因素[10],所以说肥胖人群通常伴随有代谢综合征。相对正常体重人群,不管是由于摄入过多的热量还是基因遗传的原因而引起的肥胖,都会导致肠道菌群的变化。这种变化不仅是在菌种组成上发生明显变化,而且菌群的代谢活性也发生了明显的变化[11,12]。肥胖人群的肠道菌群通过多种机制打破宿主体内的能量均衡,这一系列的机制包括从食物中吸取能量、引起的慢性炎症,改变组织中脂肪酸的组成,肠道肽的分泌等等[13-15]。低聚半乳糖能够增殖双歧杆菌的数量,减少发炎症状,降低胆固醇水平,同时提高肥胖人群的免疫能力。DrVulevic等人选用了肥胖的人将进行实验,而且他们每个人至少有三种代谢综合征的症状。在第一个12周的实验里实验者被随机安排每天服用5.5g低聚半乳糖或者麦芽糊精。不同处理对肠道微生物及胆固醇的影响见表2-3.

    表2.不同处理对肠道微生物的影响

    

菌属

开始

GOS

对照

第6周

第12周

第6周

第12周


Log10 cfu/g 粪便干重

总菌群

11.4±0.2

11.4±0.2

11.5±0.2

11.4±0.2

11.5±0.2

双歧杆菌

9.8±0.4

10.1±0.4

10.2±0.3

9.7±0.3

9.8±0.4

乳酸杆菌

9.9±0.3

10.0±0.4

10.1±0.3

10.0±0.3

10.0±0.3

拟杆菌属

10.2±0.3

10.2±0.3

10.1±0.3

10.3±0.3

10.4±0.3

溶组织梭菌

10.1±0.3

10.1±0.3

10.0±0.3

10.3±0.3

10.3±0.3

    表3.不同处理对胆固醇等含量的影响

     


总胆固醇含量

甘油三酯

胰岛素

胆固醇:高密度脂蛋白的比率


mmol/L

pmol/L


对照





开始

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





开始

6.3±1.3

1.6±0.8

67.3±30.9

4.8±1.3

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

    实验结果显示12周后粪便中有益菌双歧杆菌的数量明显增加,有害菌拟杆菌属、溶组织梭菌减少而且反应蛋白、发炎症状都明显的降低,甘油三酯指数、总胆固醇指数、胰岛素指数都有明显的改善[16]。

    目前对于生物学机理引起肥胖人群的代谢综合症的研究较少。对这方面的深入了解有助于个人营养改善,包括针对有益菌的功能性食品配料。这些功能性配料可以阻碍或者延迟目前一些疾病的发生,如代谢综合症、肠道疾病以及与压力相关的疾病。低聚半乳糖对有代谢综合征的肥胖人群能增加有益双歧杆菌的数量,降低有害菌的数量。这些的改变对提高免疫力有着积极的作用。对一些代谢综合征的指标,胰岛素、甘油三酯、总胆固醇、总胆固醇与高密度脂蛋白的比例,都有明显的影响。

    3、低聚半乳糖对老年人的功能研究

    随着老年人群数量的增加,人们也越来越关注他们的健康。老年人群维护健康的成本也越来越高。伴随着年龄的增长,人体机能都发生着改变,包括胃肠功能。老年人肠道微生物菌群和年轻人群有较大的区别。随着年龄的增加,老年人群的免疫能力下降――对接种疫苗的低反应性,对非传染性疾病的抵抗力变差。免疫衰老的特点是免疫T细胞减少,白细胞介素和肿瘤坏死因子增加,同时伴随着吞噬细胞和自然杀伤细胞活性的降低[17]。服用低聚半乳糖不仅能够调节老年人的肠道菌群,增加有益菌,减少有害菌,而且还能提高免疫机体免疫力[18]。不同处理对肠道微生物及自然杀伤细胞活性的影响见表4-5.

    表4.不同处理对肠道微生物的影响

     

菌属


GOS组


对照

第0周

第5周

第10周

第0周

第5周

第10周



Log10 cfu/g 粪便干重

双歧杆菌

9.15±0.35

9.19±0.31

9.28±0.28

9.10±0.29

9.69±0.44

9.97±0.38

乳酸杆菌

9.11±0.20

9.04±0.24

9.03±0.23

9.10±0.21

9.14±0.19

9.24±0.17

拟杆菌属

10.05±0.19

10.12±0.162

10.22±0.172

10.07±0.18

9.89±0.22

9.77

溶组织梭菌

9.52±0.18

9.54±0.20

9.60±0.19

9.51±0.21

9.35±0.39

9.24±0.17

    在进行低聚半乳糖老年人体实验中,研究发现5周后对照组中粪便中总菌含量和大肠杆菌含量增加,而乳酸杆菌含量减小但是对其他菌影响不大。而服用低聚半乳糖的人群粪便中大肠杆菌、溶组织梭菌等有害菌的数量减少,而双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌的数量增加。10周后低聚半乳糖对肠道菌群的效果也没有消失或者变弱。虽然对照组的双歧杆菌数量有所增加,同时有害菌的数量也有增加。

    表5.不同处理对外周血单个核细胞(PMBC)中自然杀伤细胞活性的影响

     

效应器与靶细胞的比例

对照

GOS

第0周

第5周

第10周

第0周

第5周

第10周

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

    吞噬细胞和自然杀伤细胞是免疫系统中,预防细菌病毒感染的第一道屏障。但是在老年人群中,它们的活性已经比年轻人低了许多。经过5周、10周实验结果显示,对照组和低聚半乳糖组的自然杀伤细胞的活性都有提高,但是低聚半乳糖组自然杀伤细胞活性的提高更加显著和明显。

    4、结论

    低聚半乳糖作为益生元能够促进双歧杆菌的增殖,而有害的梭状芽孢杆菌、突变链球菌以及肠球菌等几乎不能利用[19]。通过低聚半乳糖菌群的调节作用,建立起以双歧杆菌为主的肠道菌群。动物和人体的实验都证明低聚半乳糖具有改善脂质代谢的效果,降低甘油三酯、总胆固醇的浓度,提高高密度脂蛋白的比例。摄入低聚半乳糖还能提高机体抗体水平,激活吞噬细胞以及自然杀伤细胞的活性,提高人体的免疫力。

    低聚半乳糖的生理特性对普通人群有非常明显的效果,在功能食品及保健品中有非常广泛的应用,例如焙烤、饮料、糖果、乳制品以及调味品中。目前低聚半乳糖的主要应用领域为高端婴幼儿食品,尤其是高端婴幼儿配方奶粉。同时低聚半乳糖对经常出现旅行者腹泻的人,伴随代谢综合征的肥胖人群以及身体机能下降的老年人群等特定人群在改善身体机能方面都有非常好的效果。因此,低聚半乳糖在针对特定人群开发的功能食品、保健品以及特殊膳食用食品等方面都有非常广泛应用前景。

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责任编辑:张慧琳

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