益生元的概念由国际“益生元之父”--格伦·吉布索于1995年提出，系指一些不被宿主消化吸收却能够选择性地促进体内有益菌的代谢和增殖，从而改善宿主健康的有机物质。

成功的益生元应是在通过上消化道时，大部分不被消化而能被肠道菌群所发酵的。最重要的是它只能刺激有益菌群的生长，而不刺激有潜在致病性或腐败活性的有害细菌。最基本的益生元为糖类，但从定义上来讲并不排除被用作益生元的非碳水化合物物质。理论上，任何可以减少有害菌种，而有益于促进健康的菌种或活动的抗生素都可以叫做益生元。

由于益生元不能被人体分解、吸收和利用，通过消化道到达结肠后，有的能被结肠群分解和利用，而促进结肠菌群的生长，在改善肠道微生态、促进脂质、蛋白质与矿物类代谢方面具有重要意义，所以愈来愈广泛地被应用于食品、饲料等领域中。

目前，常用的益生元有低聚糖类，包括低聚果糖、低聚半乳糖、XOS、低聚异麦芽糖、大豆低聚糖、菊粉等，有些微藻类也可作为益生元，如螺旋藻、节旋藻等，此外多糖（如云芝多糖, 胡萝含氮多糖）、蛋白质水解物（如酪蛋白的水解物, α-乳清蛋白, 乳铁蛋白等）以及天然植物中的蔬菜、中草药、野生植物等也能作为益生元使用。

益生元（prebiotics）是由格伦·吉布索（G. R. Gibsion）等（1955）提出，是指“不易消化的食物成分，它可以通过选择性地刺激放射性肠炎中的一种或少数几种细菌的生长或活性而对宿主产生有益影响，从而增进宿主健康”。这种受到激活的细菌应是天生具备有益作用的，如双歧杆菌和乳酸菌。

益生元（ prebiotics）作为一种膳食补充剂，通过选择性的刺激一种或少数菌落中细菌的生长与活性而对寄主产生有益的影响，从而改善寄主健康的不可被消化的食品成分。成功的益生元应是在通过上消化道时，大部分不被消化而能被肠道菌群所发酵的。最重要的是它只是刺激有益菌群的生长，而不是有潜在致病性或腐败活性的有害细菌。

最基本的益生元为糖类，但定义并不排除被用作益生元的非碳水化合物物质：理论上来讲，任何可以减少有害菌种，而有益于促进健康的菌种或活动的物质都可以叫作益生元。

一般认为益生元是给益生菌提供“食物”，益生元能够被肠道内有益细菌分解吸收，促进有益细菌生长繁殖。益生元给益生菌提供“食物”，能够被肠道内有益细菌分解吸收，促进有益细菌生长繁殖。大家所熟悉的双歧因子就是促进肠内双歧杆菌生长的益生元。益生元与益生菌都会影响肠道菌群的平衡，但影响的方式完全不同，关键区别在于益生元作用于本已存在于肠内的菌群，而益生菌是外部添加的细菌。益生元以未经消化的形式进入胃肠道，通过降低pH促进双歧杆菌等有益菌的生长，间接地促进胃肠道健康和营养素的吸收。在胃部强酸性的环境下，外来细菌的存活性会受到考验，因为只有活着进人胃肠道的有益菌才能发挥功效，有的益生菌株不能经受胃酸（强酸环境）和肠液（碱性环境）的腐蚀，而益生元不是生物，所以不存在存活率的问题。

人们发现益生元只有30多年的时间。1983年日本人首次发现低聚糖不能被人体消化却能被肠道内细菌选择性利用的特性后，同年，明治药业就实现了功能性低聚糖的工业化生产，1989年就出现了第一款含有益生元的饮料，并且迅速风靡日本。我国自1990年以来，低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖等功能性低聚糖相继开发生产。1997年，年产3 000 t纯度为50%液体低聚果糖生产线在云南省投产，这是我国第一个工业化生产的益生元产品。经过十几年的发展，特别是以公众营养改善益生元项目启动为标志，我国的益生元产业进入高速发展期。2009年11月1日《低聚果糖》国家标准正式实施，这是我国益生元产品的第一个国家标准，标准的实施明确了低聚果糖的法律地位，规范了企业的生产和经营，激发了上下游企业的生产和使用的热情，以低聚果糖为代表的益生元产品在我国将得到越来越广泛的使用。

人们为了维持肠道菌群的微生态平衡，可以采取补充益生菌或补充益生元的方式，而益生菌存在着活力不容易保持（通过消化道时已被破坏掉）、在胃肠道定殖能力差、停留时间短等缺点。益生元克服了这些缺点，成为肠道微生态平衡调节剂的佼佼者。

益生元是可以被选择性发酵而专一性地改善肠道中有益于宿主健康的菌群组成和活性的食物配料。因此，益生元应具备以下4个条件：

益生元泛指一些不被宿主消化吸收却能有选择性地促进其体内双歧杆菌等有益菌的生长和繁殖，从而改善宿主健康的有机物质，包括有低聚糖类（如低聚果糖、XOS、低聚半乳糖、低聚异麦芽糖等）、多糖类（现阶段所发现的微藻如螺旋藻、节旋藻等）、一些天然植物（如蔬菜、中草药、野生植物等）的提取物、蛋白质水解物、多元醇等。功能性低聚糖是最常见的益生元。

低聚糖，又称寡糖，指由2-10个单糖单位以糖苷连接而成的具有直链或支链的低度聚合糖类的总称。近年来，低聚糖备受人们的关注，因为它除了是非淀粉多糖之外还是结肠细菌最方便的碳源，摄食后该碳水化合物在小肠内不被消化而以完整状态进入回肠和盲肠的部位，在结肠中，其大部分或一部分可被结肠中的常驻菌作为基质而利用，结果使pH下降并产生短链脂肪酸，这种作用的结果可使病原菌减少。

通常情形下，人们根据功能上的差别，将低聚糖分为普通低聚糖和功能性低聚糖两大类，其中普通低聚糖（如蔗糖、麦芽糖、海藻糖、环糊精及麦芽寡糖等）能被机体消化吸收，产生能量，而功能性低聚糖不能被机体吸收，符合益生元的定义。促进双歧杆菌的增殖，提高机体的免疫能力和抗病能力，促进动物的健康生长。改善畜禽水产品的品质，有着广阔的应用前景。目前已开发成功的功能性低聚糖有果寡糖、大豆寡糖、低聚半乳糖、低聚异麦芽糖、XOS、甘露寡糖、壳寡糖、乳糖醇10余种。

大豆低聚糖

大豆寡糖是指大豆中所含有的寡糖类物质的总称，主要水苏糖（3.8%）、棉子糖（1.1%）和蔗糖（5%）组成，同时还含有葡萄糖、果糖、半乳糖肌醇二甲醚、D-肌醇甲醚（D-pinitole）等。

大豆寡糖的甜度为蔗糖的70%，能量仅为蔗糖的1/2，不易被动物消化吸收，对肠道有益菌具有增殖作用。

异麦芽寡糖

异麦芽寡糖（α-gluccoligosaccharides，α-GOS），又称α-寡葡萄糖或分枝低聚糖，其中至少含有一个通过α-1，6-糖键结合的异麦芽糖，其他的葡萄糖分子可以通过α-1，2-糖苷键、α-1，4-糖苷键组成低聚糖。其主要含有异麦芽糖、潘糖、异麦芽子糖、异麦芽四糖等。异麦芽寡糖产品有固体粉末和液体果葡糖浆两大类。异麦芽寡糖可以改善动物肠道中的菌群结构，促进有益菌的增殖。经过长期的饲养试验证明异麦芽寡糖是一种安全性极高的甜味剂。

木寡糖（ xylo-oligosaccharides）是2-10个D-木糖经β-1，4-糖苷结合形成的直链糖，主要含有木二糖、木三糖、木四糖以及少量的木糖和木五糖、木六糖、木七糖等，产品有粉状固体和浆状液体两种。目前应用的主要是由2-7个D-木糖经β-1，4-糖苷键结合形成的低聚体。

木寡糖的甜度比蔗糖和葡萄糖均低，与麦芽糖差不多，约为蔗糖的40%。它的能量值几乎为零，既不影响血糖浓度，也不增加血糖中胰岛素水平。并且不会形成脂肪沉积，故可在低能量食品中发挥作用：XOS对pH及热的稳定性较好，即使是在酸性条件（pH 2.5-7）加热也基本不分解。木寡糖极难被动物消化吸收，肠道内残存率高，具有极好的双歧杆菌增殖性，是低聚糖类中增殖双歧杆菌功能最强的一个品种，它的功效性是其他低聚糖的15-20倍。其选择利用性也高于其他功能性低聚糖。

目前已研究确认的低聚木寡糖的生理功能主要包括以下几个方面：①提供较低的能量；②活化肠道内双歧杆菌并促进其增殖，抑制病原菌，防止腹泻；③增强机体免疫力，抗癌；④防止动物咬耳和啄肛；⑤能促使机体产生多种营养物质，包括维生素B1、维生素B2、吡哆醇、羟钴胺素、烟酸和叶酸；⑥预防和保护牙齿变，抑制口腔病菌的滋生。

微藻分布很广，在土壤、沼泽、淡水、温泉中都有发现，在一些不适合其他生物的极端环境，如高盐碱度的湖泊中，也能生长。微藻种类繁多，如小球藻属、螺旋藻等食用微藻具有丰富的蛋白质、胡萝卜素、各种维生素、藻多糖、多不饱和脂肪酸、叶绿素等。微藻的蛋白质含量很高，微藻中所含的藻多糖复合物可作为免疫佐剂增强反应原性和机体免疫功能，起到抗肿瘤的作用，增加了其作为益生元的价值。微藻中类胡萝卜素含量很高，具有着色和营养的作用，也可利用微藻为原料生产维生素、食用色素等食品添加剂或从中提取藻蓝素、叶绿素、虾青素、类胡萝I、素等食用色素。近年来，还从微藻中研究开发了EPA、DHA等多不饱和脂肪酸及多糖等保健功能的食品添加剂。螺旋藻等一些微藻类益生元进入机体后可被选择性吸收，增加双歧杆菌数，增强机体免疫能力。正因为如此，它已被联合国粮农组织推荐为“21世纪人类最理想的保健食品”。

近30多年来，国内外工业化生产的螺旋藻生物技术产业发展速度之快、产品之多、产值之高，在微藻产业领域异军突起，令世人所瞩目，螺旋藻的大规模工业化生产蕴藏着巨大的经济潜力。开发螺旋藻资源不仅有利于开发新型营养源、缓解能源及粮食危机，而且有助于促进传统农业向现代农业的转化。

我国拥有丰富的中草药和天然植物资源，近年来在全世界范围内兴起了用天然草本植物药来预防和治疗各种疾病的热潮。中草药是一类兼有营养和药用双重作用的物质，具有调节肠道菌群平衡、改善肠道形态结构的作用，中草药和天然植物的有效成分提取物可作为重要的益生元产品。

益生元可以在体内促进肠道有益菌的生长和繁殖，形成微生态竞争优势，优化肠道微生态平衡，进而提高免疫力，以保持机体健康。同时，又能够改善肠道微生态，例如：低聚糖类物质能够促进肠道有益菌双歧杆菌及乳酸杆菌的大量增殖，同时有益菌代谢产生的短链脂肪酸和一些抗菌物质可直接抑制外源性致病菌和肠腐败菌如拟杆菌属、梭菌属和大肠埃希菌类的生长繁殖。

益生元的双歧因子功能：迄今已鉴定的益生元大多可以促进双歧杆菌增殖的，其作用机制是益生元选择性刺激肠道中众多菌群中的双歧杆菌的增殖。这可能是由于双歧杆菌利用这类基质生长的效率比其他微生物相对更高，并且能耐受短链脂肪酸（SCFA）和发酵所引起的酸化微环境的原因。分析长双歧杆菌基因组揭示了专门对各种不同糖类进行分解代谢的大量蛋白质序列，无疑这些有助于提高在肠道环境中的竞争力。

益生元可诱导肠道中双歧杆菌菌群增大10-100倍，且罗欧（Rao，1999）针对FOS所做实验结论称，益生元的双歧因子效果同双歧杆菌群原来大小成反比关系，这种影响比益生元剂量的影响还要大。

益生元可溶性膳食纤维特性：低聚糖类益生元具有可溶性膳食纤维的基本特性。如可降低粪便pH值；减少有毒代谢物；增加粪便体积和水分、加速肠腔蠕动、减轻便秘；具有洁肠通便、排毒解毒的功能。除此之外，低聚糖类益生元还具有良好的耐消化性，不易被唾液、胰液、肠液中的酶类所分解，可以一直到达大肠，被肠道细菌代谢。

益生元的健康效应：虽然益生元的作用机制很大程度上是理论性的，但可以采用的合理假设包括改善微生物菌群的活动和菌群的代谢活动，其好处是增强肠道定植抗力、促进矿物质元素吸收、提高免疫力、营养和短链脂肪酸（SCFA）的抗肿瘤作用，通便和减少有害微生物代谢。

改善和防止便秘。人体摄入功能性低聚糖导致双歧杆菌的量增多，肠内双歧杆菌发酵低聚糖产生大量食用醋酸和DL-乳酸等短链脂肪酸，能促进肠道的蠕动、增加粪便湿润度，并保持一定的渗透压，故可以改善和防止便秘。研究表明，日服6-12g低聚糖，一周内有明显的抗便秘效果。

促进矿物质元素的吸收。低聚糖类益生元经微生物发酵后可降低肠道pH值，提高矿物质溶解性，从而促进大肠中钙、镁等矿物质的吸收。研究发现，通过补充FOS可增加大鼠对钙、镁的吸收，股骨中钙的含量增加，并且防止食粪癖的发生，尤其提高FOS对镁吸收的刺激性效应。GOS的摄入不仅可有效促进肠道对钙的吸收，还可以降低肠道对钠的吸收，同时升高钾的吸收率。

免疫调节、抗肿瘤。益生元可被双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌群利用产生代谢产物，而代谢产物反之又能促进其消化、生长和增殖，从而刺激了肠道免疫器官生长，提高巨噬细胞的活性，提高了机体的抗体水平。对低聚糖类益生元的免疫调节作用检验证明，低聚糖多具有明显提高抗体形成细胞数及NK细胞活性，增强免疫功能的作用。大量动物实验表明，双歧杆菌在肠道的大量增殖有抗癌作用，这种作用归功于双歧杆菌的细胞，细胞壁和细胞间的物质使机体的免疫力提高。

调节脂肪代谢。益生元还可以影响脂肪代谢。对糖尿病大鼠所做的实验表明，使用XOS代替饲料中的糖后，病鼠血清胆固醇和三酸甘油脂下降。同样对于FOS做了实验，由实验结果可以看出血脂降低。

益生元在体内被有益菌发酵生成短链脂肪酸，如食用醋酸、丙酸、丁酸、DL-乳酸等，这些有机酸类物质能使肠道内pH值和氨的浓度降低，有效抑制肠道腐败产物的生成，并促进肠道蠕动而促进排便，还可以改善脂质代谢。

还有研究证实，由于低聚糖类益生元经微生物发酵后可降低肠道酸碱度（PH）值，导致了小肠内所形成的钙、磷酸盐、镁构成的复合物发生溶解，从而有利于肠中钙、镁等矿物质的吸收，这对促进儿童的生长和防止骨质疏松症将具有极为重要的意义。

益生元还能增强人体免疫力，双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌群利用益生元的营养会促进自身的生长和增殖，从而刺激巨噬细胞产生活性，被激活的巨噬细胞将分泌抗菌素，又会促进淋巴细胞分裂增殖，使肠道免疫器官生长，从而提高机体免疫力。

日常饮食中经常食用益生元将有利于人体营养与健康，可以在早餐谷物如，燕麦片、脆米片中添加低聚果糖，还可以食用富含低聚糖的饮料、糖果、糕点及保健食品，对于不能进行母乳喂养而必须依靠人工喂养的婴儿，为了帮助其健全肠道屏障功能，可以选择添加了低聚果糖、低聚半乳糖的婴幼儿乳品。

根据益生元的定义，一种物质是否被判定为益生元的标准如下：

①不被宿主胃肠道消化或吸收，能够完整到达大肠；

②只能被肠道内常驻的一种或几种有益菌所利用，促进其生长繁殖或代谢活性；

③能改善肠道菌群组成。促进宿主健康；

①诱导肠腔内系统性免疫，改善宿主体质。

对功能性低聚糖等益生元功效进行评估需要进行体外实验和体内实验研究，依据目前的研究进展，可以将非消化性低聚糖对人体的生理功效的实验结果划分为3个层次，如下表所示。到目前为止，只有低聚果糖和低聚果糖两种商业益生元开展了最为详尽的体外实验和体内评估，获得了大量人体试验的数据。

以菊糖益生元产品的商业开发和功能评估为例，商业化产品的开发应首先确定产品的结构、化学成分和日常摄人量，并通过毒理学实验验证其安全性，确证为公认安全的食品成分（Generally Recognized as Safe，GRAS）。美国FDA（Food and Drug Administration）对益生元功效的认定需要体外和体内实验的双重评估。通过体外试验验证低聚果糖对各种益生菌（双歧杆菌或乳酸杆菌）的增殖效果．以定性证明增殖或代谢的机理或规律，之后的体内实验分为动物实验和人体实验两个步骤。利用动物模型来模拟人体肠道环境，研究一定剂量的低聚果糖喂养对动物肠道菌群的调节作用，得到的结论经过了大量的人体实验来确证，最终认为菊糖是一种安全的益生元产品。此外，菊糖益生元可能存在的其他生理功能（如增加矿物质吸收、对脂质代谢的影响、对肠道癌变的防治等）已得到动物实验的验证，但是目前还缺乏人体实验数据。

按定义，益生元应当可以刺激有限的几种细菌的生长，从而导致大肠中微生物群间的平衡发生改变。用人类的细菌做分批静置培养，表明低聚果糖（FOS）、低聚半乳糖（GOS）、XOS（XOS）、低聚异麦芽糖（IMO）和乳酮糖可以改变菌群、增加双歧杆菌和或乳酸菌，同时使梭状芽孢杆菌和拟杆菌下降。在欧洲可充分提供的3种低聚糖是有功效的，这三种糖分别是FOS（包括菊粉在内）、反式，反式－己二烯二酸GOS和乳糖。FOS与乳酮糖的益生元效果在人体实验中使用了分子水平的方法来证明。在饼干等食物中添加FOS，以每天8g计，也表现出很大的功效。

依据现有文献的试验方法来看，评估益生元的效果大多采用的指标为：对有益菌（如双歧杆菌、乳酸杆菌）的增殖效果；对有害菌（如梭菌）的抑制和潜在致病菌（如大肠杆菌、肠球菌、拟杆菌等）的非增殖效果；被肠道菌群代谢后的产酸量和产气量。不同功能性低聚糖的益生元（市场上常见的异麦芽糖低聚糖（IMO）：低聚果糖（FOS）、低聚半乳（GOS）、XOS（XOS）、低聚乳果糖（LACT）、大豆低聚糖（SOS）、菊粉（Inulin））等都属于益生元的范畴）效果比较如下：

1　双歧杆菌增殖效果

一般而言，肠内双歧杆菌共有8种，其中以两歧双歧杆菌、长双歧杆菌、青春双歧杆菌、长双歧杆菌和短双歧杆菌的数量最多。不同年龄阶段人群的肠内双歧杆菌，其组成和比例有一定不同，如儿童阶段主要是婴儿双歧杆菌、两歧双歧杆菌和长双歧杆菌，青壮年和老年人肠道中则主要是青春双歧杆菌和长双歧杆菌。随着年龄增长，或不良饮食习惯及疾病等的影响，肠内双歧杆菌数量和比例很有可能会大幅下降，不利于人体健康状态的保持。

众多研究已分别证实：低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖、XOS等有明显的双歧杆菌增殖作用。Ryerofi等的体外发酵研究表明，七种低聚糖都能明显增殖双歧杆菌的前提下，增殖程度上略有差异（见右图1）。具体地说，肠内的5种双歧杆菌对不同低聚糖的可利用性和利用率也各有不同（见右表1）。

Claire等的研究表明，低聚半乳糖和异麦芽低聚糖是能被各种双歧杆菌良好利用，且增殖率较高的益生元，但后者被长双歧杆菌和青春双歧杆菌的利用程度更高。而低聚木糖除了可被青春双歧杆菌和长双歧杆菌所利用外，其它双歧杆菌的可利用性都较差。因而，低聚半乳糖和低聚异麦芽糖是适合各年龄阶段人群食用的益生元。

2　乳酸杆菌增殖效果

经过体外试验和临床研究的比较试验发现，异麦芽低聚糖、低聚半乳糖、低聚果糖、XOS、大豆低聚糖等对人体肠内乳酸杆菌均有明显的增殖作用（见表2）。其中，低聚半乳糖对乳酸杆菌的增殖最多、也最全面。

表2　不同益生元对肠内乳酸杆菌的增殖效果

表3　4种乳杆菌属对益生元的可利用性

3　有害菌抑制效果

人体肠内的有害菌主要指梭状芽孢杆菌。此外，一些兼性菌在机体健康出现状况时，也会转化为不利于人体健康的有害菌如大肠杆菌、拟杆菌等。成功的益生元不仅要能够增殖有益菌，还要能抑制有害菌的增殖。

通过体外试验和人体临床研究等的证实：低聚异麦芽糖对有害菌梭菌有明显的抑制作用，对潜在致病菌（如肠杆菌、肠球菌）无增殖作用（见表4）。与异麦芽低聚糖一样，低聚半乳糖、低聚果糖、XOS对有害菌及兼性菌也具有很好的抑制作用（图2）。

表4　低聚异麦芽糖IMO对有害菌的抑制作用

图2　不同益生元对梭状芽孢杆菌的抑制效果

4　肠道菌群代谢

益生元食后直达大肠，在结肠中被大肠菌群发酵为能源而利用，并产生短链脂肪酸SCFA，主要是食用醋酸、丙酸和丁酸以及乳酸和气体。

（1）产酸量

肠道菌群代谢食物所生成的有机酸，一方面可以提供人体所需的能量，另一方面，可降低肠道pH值，形成不利于病原菌生存的环境，从而有效抑制肠道腐败，并提高对矿物元素的吸收率，促进肠道蠕动而有利于排便。一般乳酸杆菌只生成乳酸，而双歧杆菌主要产醋酸和少量乳酸。益生元被肠道菌群代谢后也会生成大量有机酸，使肠道pH值降低。其中，以低聚半乳糖、乳果糖的产酸量最大，菊粉的产酸量最小。益生元被代谢后的各种有机酸的产生量为：食用醋酸LACT、GOS、SOS\u003eFOS、IMO、XOS\u003eInulin；乳酸GOS、SOS\u003eXOS、IMO、LACT\u003eFOS、Inulin；丙酸LACT、Inulin、XOS、FOS\u003eSOS、COS\u003eIMO。

（2）产气量

人体肠道内除双歧杆菌和乳杆菌属之外，几乎所有其他的菌群都能够产气，使人体出现不同程度的胀气和放屁现象。益生元被肠道菌群代谢后，可产生一定量的气体如CO2、H2、CH4。等。各种益生元由于糖苷和组成的差别，会被不同类型的产气荚膜杆菌利用，产生的气体也会有差别。Rycroft等通过体外试验比较了不同益生元的总产气量，发现低聚异麦芽糖和低聚半乳糖是众多益生元中总产气量最少的，而菊粉是总产气量最大的一种（见图3）。另外，Oku等[就低聚果糖、低聚乳果糖、异麦芽低聚糖三种益生元的氢气产生量进行了临床验证，不论是10g/d还是20g/d的食用剂量，都是低聚果糖的产氢气量最大，而异麦芽低聚糖的产氢气量最少（见图5）。

图3　不同益生元的产气量比较

图4　FOS/GS/IMO（10g/d）的氢气产量

图5　FOS/GS/IMO（20g/d的氢气产量

益生元的种类很多，有低聚糖、多糖、植物中草药提取物、蛋白质水解物及多元醇等。大量生产形成商品化的益生元主要是一些有双歧因子功能的低聚糖。益生元在各类食品中已被广泛应用，如酸乳、乳饮料、低热量天然果汁饮料、焙烤食品、谷物早餐、婴儿食品等。消费者对其认知度虽不如益生菌高，但随着益生元促进肠道健康的功能已获得越来越多的科学数据支持，益生元的市场正在呈现良好的增长趋势。

国际上功能性低聚糖，以日本开发得较早，品种也最多，大部分用酶法合成，天然提取物居少数。低聚果糖1983年进入市场、低聚异麦芽糖1985年进入市场、低聚半乳糖1988年进入市场。近年又有海藻糖、黑曲霉低聚糖相继上市。目前，日本市场上低聚糖主要有低聚异麦芽糖、低聚半乳糖、低聚果糖、XOS、低聚乳果糖、乳酮糖、大豆低聚糖、棉子糖、黑曲霉低聚糖等十多个品种，年产3万-4万吨，年销售额130亿日元。在所有的保健食品中，功能性低聚糖制取的调整肠道功能的产品共61种，占全部品种数量的第一位。

欧洲国家如比利时、法国、荷兰，也有多年开发低聚糖的历史，主要品种有低聚果糖和低聚半乳糖。低聚果糖生产原料和日本不同，用植物原料菊苣提取菊粉（是一种较高聚合度的果聚糖，平均聚合度为7-60，主要为可溶性膳食纤维），然后酶法降解为低聚果糖。用蔗糖酶法合成的产量很少。欧洲开发低聚糖，主要利用其不消化性，作为脂肪代替品以及膳食纤维用于低热量食品。

我国低聚糖的研究，始于20世纪80年代。但形成工业规模和商品化，则到“九五”期间。淀粉酶法生产低聚异麦芽糖，1995年由无锡糖果厂完成了工业性试制。1996年，由中科院微生物所和山东保龄宝合作，在山东禹城建成年产2000吨的专业低聚异麦芽糖工厂。蔗糖酶法生产低聚果糖生产企业，1997年南无锡江南大学和云南省某公司合作，于昆明市第一家投产。至今各种低聚糖年生产能力为5万吨，实际年产2万-3万吨。主要品种有低聚异麦芽糖、低聚果糖、XOS、低聚甘露糖、大豆低聚糖、壳聚糖、水苏糖等。大部分用酶法合成，天然提取物居少数，但实际年产以万吨计的企业，生产的是低聚异麦芽糖，年产以千吨计的为低聚果糖，其他品种的年产量很有限。目前，功能性低聚糖已在国内各种饮料、食品中作为配料广泛使用。在保健食品中，我国卫生部批准的改善肠道润肠通便功能的保健食品中，使用的低聚糖有低聚果糖、低聚异麦芽糖、低聚甘露糖、大豆低聚糖等；免疫调节的保健食品有壳聚糖。

益生元有稳定性好、热量低、服用量小、配伍性好的特点，用其开发健康食品有以下几个思路。

代餐粉：以谷物、豆类、薯类为主要原料，辅以益生元，如低聚果糖、低聚异麦芽糖、XOS等的一种或几种，可以开发出代餐粉产品。代餐粉产品具有食用方便等特点。

添加益生元的益生菌产品： “益生元+益生菌”是目前较为流行的产品，在补充益生菌的同时，补充可增殖肠道有益菌的益生元，双管齐下，效果较好。如某款产品添加了两种益生菌嗜酸乳杆菌和乳双歧杆菌，再复配益生元低聚木糖。

益生元饮品：益生元饮品包括在水、饮料、茶、咖啡中添加益生元，低聚糖类益生元都有甜度，一方面可部分替代饮品中的甜味剂调节口感，另一方面是热量低，可减少热量的摄入。

正常的饮食每天可以提供5-10g的非消化性寡糖，它们来源于蔬菜（主要为低聚果糖）。对于健康成年人来说寡糖的有效剂量为每天5-10g，少于5g一般认为是服用量不足。

低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖等在进入大肠后，都能被肠道菌群选择性地发酵（主要是被双歧杆菌与乳酸菌所利用，不被有害菌利用），因而都是十分优秀的益生元。

它们的主要差异在于被肠道菌群利用程度不同，具体表现在对不同有益菌的增殖程度、有害菌受抑制程度、产酸量和产气量等方面的差异。在实际应用中，可针对这些低聚糖的差异特点，为不同的消费群体和食品种类选择最适宜的益生元品种，比如：

（1）发酵型乳制品

对于发酵型乳制品，可选择更能促进某菌种生长的益生元，帮助并协同该菌种最大化发挥对人体的健康作用。

（2）婴幼儿及儿童

对于婴幼儿及儿童群体，在婴幼儿配方乳粉及配方食品的开发过程中，可选择能全面增殖双歧杆菌，且增殖率较高的益生元，如低聚半乳糖、低聚异麦芽糖等。

（3）中老年人

对于中老年人群体，鉴于其便秘和肠道老化症状十分严重，可考虑选择能集益生元和膳食纤维效果于一体的低聚糖如异麦芽低聚糖、低聚果糖等，帮助中老年人恢复健康。

（4）肠胃胀气敏感人群

对于对肠胃胀气较为敏感的人群，可适当避开食用大豆低聚糖、低聚果糖等容易胀气的益生元，而选择产气量最少的异麦芽低聚糖、低聚半乳糖等。

总之，针对不同的食品种类和消费群体需求，都有对应的最适益生元。不能说“某种益生元是最好的益生元”，而只能说哪些是适用范围较广的益生元。因此，消费者在面对不同益生元时一定要理性选择。

制备途径

低聚糖的制造方法大致分为以下5种：

①从天然原料中提取，如从甜菜汁或甜菜废糖蜜中提取棉子糖，从植物泽蓝中提取水苏糖，从去除大豆蛋白的大豆乳清中提取大豆低聚糖，从胡萝卜中可提取出含氮多糖及低聚糖等双歧因子。

②用微生物酶水解生产，如牛乳或蛋清经木瓜蛋白酶或胃蛋白处理可得肽类双歧因子。

③用微生物酶的转移反应制造，工业生产的低聚糖是利用生物酶法水解或转移反应制造的，如异麦芽糖、低聚果糖、XOS、乳果糖、低聚乳糖和低聚壳聚糖等。

④用酸水解或碱转化法生产，如乳酮糖是工业上唯一用碱转化生产的低聚糖；用酸水解多糖制造的低聚糖，因酸水解无专一性，产品中糖类复杂，不易得到特定的低聚糖。

⑤化学合成法制造，如用加压氢化法从糖类制造有双歧因子功能的糖醇，如木糖醇和乳糖醇等。

就上述低聚糖制备的主要途径而言，从天然原料中直接提取低聚糖产品十分困难。通常情况下，寡糖在生物体内的浓度极低，而且无色、不带电荷，制备过程非常繁琐、不易控制，生产成本极高。目前采用此法商业化制造的寡糖有从甜菜甜蜜中提取的棉子糖和从大豆乳清中提取的大豆寡糖等。天然多糖的化学水解制备寡糖指的是用化学试剂酸、过氧化氢等为催化剂。降解天然多糖来获得寡糖，由于该法产物复杂，产品质量不易保证，产率较低，不易得到高活性寡糖而未在实际应用中推广。而人工化学合成法是通过化学合成的手段获得低聚糖。该方法制得的寡糖纯度高、组分单一，但是寡糖分子结构的复杂性造成化学合成过程复杂．需要严格控制工艺参数，因此，目前人工化学合成寡糖还主要限于寡糖的物理化学特性研究，离工业化生产距离尚远。从饲料工业和畜牧水产养殖业的角度看，作为大量使用的功能性饲料添加剂和饲用抗生素类促生长剂替代物，必须考虑寡糖的生产成本。更经济实用且最有发展前途的途径是利用生物技术，即酶水解天然多糖和酶法催化合成来生产各种寡糖。随着生物技术和酶工程技术的发展，用酶水解天然多糖和酶法催化合成来生产各种寡糖不仅成为可能，而且生产成本将大幅度下降，利于在饲料工业和养殖业等行业中应用推广。

酶法催化合成寡糖是目前大量合成寡糖的唯一有效方法。由于酶催化反应具有立体特异性，对于反应底物、糖苷类型及位置均有特定要求，因而较之化学合成法有巨大的优越性。各种高度专一性糖酶都被尝试用于合成寡糖，但普通动物来源的糖酶含量低、难以纯化制取、稳定性差，故目前多选取微生物酶源。用于低聚糖合成的酶包括各种糖基转移酶、糖苷水解酶及磷酸化酶3大类。用来合成寡糖的原料主要为淀粉类、蔗糖、乳糖等。这些原料来源充足、价格便宜，并可以综合利用。例如果寡糖（蔗糖为原料）、低聚异麦芽糖、帕拉金寡糖、低聚半乳糖等均可以用酶法合成得到。

大豆寡糖的制备与生产

大豆寡糖产品有果葡糖浆状、颗粒状和粉末状等。豆类植物的种子中都含有一定数量的大豆寡糖，其中以大豆（也就是俗称的黄豆）中含有的大豆寡糖数量为最多。工业化生产大豆寡糖是采用大豆加工过程中的大豆乳清或浆水为原料．通过分离、纯化、精制、干燥等手段，制备得到商品级大豆寡糖。具体工艺流程为：

大豆→大豆乳清或黄浆水→超滤脱除蛋白等大分子物质→活性浆脱色

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大豆寡糖产品←真空浓缩←纳滤或阴离子交换树脂脱盐

低聚异麦芽糖的制备与生产

异麦芽寡糖主要是采用富含淀粉类的植物（如玉蜀黍属、薯类、大米等）为主要原料，通过酶处理等一系列方法制备而成。具体工艺流程为：

玉米、薯类、大米→淀粉→α-高温淀粉酶喷射液化→淀粉酶和α-糖苷酶糖化和酶转移反应→板框过滤→活性炭脱色→离子交换脱盐→真空浓缩→液体果露→喷雾干燥→异麦芽寡糖固体产品。

XOS的制备与生产

目前木寡糖的制备和生产主要是采用富含半纤维素的植物（如玉米芯等）为原料，通过物理法预处理和生物酶降解相结合的方式来进行的。具体工艺过程为：

玉米芯→粉碎→调浆→汽爆→木聚糖酶酶解→板框过滤→滤液脱色→离交除盐→一次真空浓缩

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木寡糖粉状产品←喷雾干燥←木寡糖果葡糖浆←二次真空浓缩←纳滤脱单糖

螺旋藻的大规模工业化养殖．一般是以添加营养的淡水做营养基，带有机械搅拌的封闭式浅水道半连续生产方式，生产工艺流程为：

藻种培养池→一级培养→二级培养→生产池→采收→冲洗→脱水→喷雾干燥→杀菌→检验→包装→入库→药品级、食品级（或脱水一自然干燥一饲料级）

采收螺旋藻的产量以每天每立方米产干粉多少克来表示，当藻液呈墨绿色时即可收获。

干燥就是除去水分，保留有效成分。螺旋藻粉的含水量按标准一般在7%以下。由于螺旋藻蛋白质含量高达70%，还含有叶绿素、8%-22%藻蓝素、多糖约17%，以及维生素a、维生素B和少量脂肪类成分，因此要求在低于84℃的环境下干燥，否则其中的有效活性成分将遭到破坏，还会导致晶体硬化，影响藻粉质量下降。螺旋藻的营养高，又是碱性水生微藻，其细胞壁不仅薄，而且渗透性好，因此要求在10 s内达到干燥的目标，才能保证质量，保证其有效活性物质不受破坏。螺旋藻干燥的方法很多，如常规的晒干、烘干、烤干、辐射、微波、喷雾、冷水机组真空干燥等。但是有两条原则不能违背：一是必须在采收后4 h内干燥，否则会变质；二是快速在84℃之内干燥。温度越低的干燥，其质量越好；反之，温度高．时间长，则藻粉质量差。螺旋藻的颗粒极细，单位重量的表面积大，易干燥，适宜用喷雾干燥，而且干燥后不必再磨碎或均质处理。烘干、晒干、风干等都是家庭作坊式的方法，可用于螺旋藻作饲料添加剂的生产方法，此法所需的设备和工艺很简单，但是叶绿素大量被破坏，产品呈片状、粒状等不规则形，不均匀，还要再加工。