益生元（Prebiotics）是這樣一種物質：它是一種膳食補充劑， 通過選擇性的刺激一種或少數種菌落中的細菌的生長與活性而對寄主產生有益的影響從而改善寄主健康的不可被消化的食品成分（Gibson and Roberfroid，1995)。成功的益生元應是在通過上消化道時，大部分不被消化而能被腸道菌群所發酵的。最重要的是它只是刺激有益菌群的生長，而不是有潛在致病性或腐敗活性的有害細菌。
基本介紹
概念內涵,相關術語,認識誤區,益生菌類,保健功效,作用,製備方法,種類,製造方法,正常反應,相關產品,套用領域,功效比較,有效劑量,選擇原則,
概念內涵
最基本的益生元為碳水化合物，但定義並不排除被用作益生元的非碳水化合物物質。理論上來講，任何可以減少現在有害菌種，而有益於促進健康的菌種或活動的物質都可以叫做益生元。
此定義並沒有側重地強調某一特定的菌種。然而由於雙歧桿菌和乳酸菌被認為對人體有很多有益的影響，所以一般的益生元被假設認為能促進此兩種菌數量的增加或是其活性的增強。可以促進（生成促進）雙歧桿菌的物質被認為為雙歧因子。一些益生元可以作為雙歧因子，反之亦然。但這兩個概念並不相同，見下說明。
一般可以這么認為，益生元給益生菌提供“食物”,能夠被腸道內有益細菌分解吸收，促進有益細菌生長繁殖。大家所熟悉的雙歧因子就是促進腸內雙歧桿菌生長的益生元。而異麥芽低聚糖和低聚果糖是益生元中最為優異的代表。
益生元（Prebiotics）是指不易被消化的食品成分，通過選擇性的刺激一種或幾種細菌的生長與活性而對寄主產生有益的影響，從而改善寄主健康的物質。
相關術語
雙歧因子：任何促進雙歧桿菌生長的成份
非消化性聚糖 (NDOs):不能被小腸消化而直接進入大腸的短鏈碳水化合物
認識誤區
- 所有益生元都是雙歧桿菌促進性的 :
對寄主（人體）有益，並不一定是可以促進雙歧桿菌。對其他菌種的促進同樣可以是有有益效應的。因此益生元不一定有雙歧桿菌促進性。
- 雙歧因子都屬益生元 :
雙歧因子可以增加小腸或其他情況下（如發酵的乳製品中）的雙歧桿菌數量。當小腸中的雙歧桿菌得到促進時，該雙歧因子可以被認為是益生元，但只有在這種促進是有益於寄主（人體）的前提下。其他狀況下的雙歧因子並不是益生元。
- 非消化性寡糖（NDOs）都有雙歧桿菌促進性或都是益生元 :
非消化性寡糖可以促進有益菌從而產生有益效應，這種情況下它們可以被認為是益生元。非消化性寡糖同樣可以促進有害菌而產生有害效應（如在乳糖不耐症中）。NDOs 可以促進雙歧桿菌因而可以被稱為雙歧因子，但並不一定是益生元。 NDOs 也可以對腸菌落無任何作用。
所以，取決於不同種類， NDOs 可能是益生元，雙歧因子，有害的或是無活性的。
定義同樣指出代謝活動的改變可能改善寄主健康。意思是說並沒有明確特定某菌種需要被刺激促進，而是腸菌落的代謝功能作為一個整體的改變。這通常是指碳水化合物發酵的提高和蛋白質降解與發酵的減少。
碳水化合物的發酵一般產生無害或有益的終產物，然而蛋白質發酵則導致潛在的有害物質的生成。(見圖<朦朧雨中人上傳-細菌發酵蛋白質與碳水化合物示意圖。其中劃線物質主要來源於蛋白質發酵。>)。
硫化氫氣體有很強的活性可以對腸產生不良作用。其他氣體如氫氣，二氧化碳和甲烷除可以產生胃脹氣外無其他負作用。短鏈脂肪酸和乳酸鹽對腸菌落（降低 pH 值，使腸環境更酸性化）和腸細胞（需要短鏈脂肪酸作為能量物質）都有有益作用。乙醇可迅速地被其它腸細菌代謝到而對寄主（人體）無作用。支鏈脂肪酸，氨，胺，酚類和吲哚則刺激腸細胞，誘導有機體突變或是在高濃度情況下對對免疫系統產生危害。
這就是為什麼需要加強碳水化合物發酵而抑制蛋白質發酵。代謝活動的改變也不一定與有益菌種數量的增加有關。
所以益生元的概念應該明確：增加有益菌和 / 或增加碳水化合物代謝。
益生菌類
益生元是指能促進益生菌生長繁殖的一類結構和性質不同的物質，它們不被或很少被宿主酶系和其他細菌酶系所分解。益生元不能直接對機體起作用，而是通過益生菌發揮生理功能。益生菌通過調理人體腸道菌群，產生一些有益物質直接起作用。
保健功效
益生元被明確的制定作用於大腸菌落。
以下為已經發表功效：
一、減輕便秘
此功效已經如食用纖維的功效一樣被很好的證實了。很多益生元為在大腸中發酵的碳水化合物。通過發酵產生腸氣體來增大腸體積從而縮短了消化物在腸中的逗留時間。一定程度上有助於緩解便秘現象的發生。
二、降低腸 pH 值
該作用是由於新產代謝來自從蛋白質發酵（生成氨，高 pH ）向更多碳水化合物發酵（生成酸）的改變。一些腸道疾病如節段性會腸炎和 IBS （急性腸道綜合症）的特徵都是有過高的腸 pH 值。降低 pH 從而可以降低（並非治癒）這些疾病的發生。這是有益於病人的。
三、調理細菌平衡
益生元可以幫助腸在經過抗生素，腹瀉，壓力或其它藥物（非抗生素類）的干擾後恢復腸內細菌平衡。通過對某特定菌群的選擇性的刺激而使平衡恢復。可能發生在很多種不同菌群上。這種刺激可以是直接的（被選擇的細菌在益生元上生長）或是間接的（一些細菌釋放對其它細菌生長有益的物質）
這種情況下，選擇性刺激和新陳代謝的改變都起到作用。
四、影響血脂濃度
被聲稱對一些單糖有益，但次作用並未經證實。
五、預防腸癌
這一效應未經證實。但有很多跡象指出許多蛋白質發酵產物會提高患直腸癌的風險。所以蛋白質發酵的減少可以降低風險。而且碳水化合物發酵產物也許有降低直腸癌發病的可能。
同樣的，最佳的降低風險效應是通過改變新陳代謝而不是某類細菌來獲得。
六、增強免疫
益生元本身對免疫系統無任何作用。但是通過改變腸菌落從而可能影響免疫系統。該刺激可以是有益的或是無益的，有益作用是指免疫系統被激活來抵抗致病菌。無益作用是說由於刺激可能引起的過敏反應。
七、嬰兒保健
四歲以下兒童的腸菌落很不穩定。許多口入致病菌都可以干擾微生物菌落。可以穩定菌落的物質可被認為是益生元。一些研究指出有些商業化的單糖可以改變菌落和降低 pH 值而起到由穩定效應。
作用
到目前為止，益生元降低疾病發生率的研究尚處於嘗試性階段，還需大量的實驗來進一步深入探討。現主要有以下幾個方面的報導：1）增加腸蠕動，減少便秘；2）預防腸道感染，抑制腹瀉；3）促進鈣的吸收利用，減少骨質疏鬆症的發病率；4）降低甘油三酯和膽固醇含量，減少動脈粥樣硬化和心血管疾病；5）緩解胰島素拮抗，減少肥胖症和 2 型糖尿病；6）減少癌症的發病率。
製備方法
種類
益生元種類很多，有低聚糖，多糖，植物中草藥提取物，蛋白質水解物，多元醇等等，大量生產商品化的主要是一些有雙歧因子功能的低聚糖。低聚糖是由2～10個單糖分子脫水縮合而成的碳水化合物，因糖的組成和結構不同而有不同的理化性質和生理功能，與一般可消化低聚糖不同，作為益生元的功能性低聚糖(也叫雙歧因子)因食後不被消化可完整地進入大腸，而被大腸中雙歧桿菌選擇性利用發酵生成有機酸，而被人體吸收間接作為能源來利用，故食後血糖不會升高，熱值只有可消化糖的40%，也不被口腔中齲齒菌突變鏈球菌利用，不引起蛀牙，甜度為蔗糖的30%～60%，有些功能性低聚糖的理化性質與蔗糖相似，故可代替砂糖用於食品製造，以調節甜度、粘度、冰點，改善食品口感與保濕性、水活度等，並增加其保健功能。
製造方法
低聚糖類益生元的製造方法大致分為5種：
(1)從天然原料提取；
(2)用微生物酶水解生產；
(3)用微生物酶的轉移反應製造；
(4)用酸水解或鹼轉化法生產；
(5)化學合成法製造。
上述方法中，可從天然物中提取的益生元如棉子糖是從甜菜汁或甜菜廢糖蜜中提取，水蘇糖是植物澤蘭中提取，大豆低聚糖從去除大豆蛋白之大豆乳清中提取，此外從胡蘿b中可提取出含氮多糖及低聚糖等雙歧因子。從牛奶或胰臟用木瓜蛋白酶或胃蛋白處理可得肽類雙歧因子。用酸水解多糖製造功能性低聚糖，因酸水解無專一性，產品中糖類複雜，不易得到特定的低聚糖，工業上大量生產的益生元是利用生物技術的酶法水解或轉移反應製造的。例如異麥芽低聚糖，低聚果糖，低聚乳糖，低聚殼聚糖等等，都是用酶法生產的。
正常反應
由於商業用寡糖增加了碳水化合物發酵，所以同樣增加氣體生成。也就是說主要的副作用為腸胃脹氣和膨脹感。這些反應可以發生於食用 5 克 寡糖的敏感人群中，而在食用 40 克 的耐性人群卻不發生。所以這些副反應的發生取決於寡糖的同類和人體的接受度。
相關產品
大多數商業用益生元為寡糖和膳食纖維。選擇性非消化寡糖能提高碳水化合物發酵從而起到上述的功能。但同時也要注意並非所有寡糖都具有益效應。若要使效果生效，寡糖（或其混和物）應該在動物和人體中進行徹底的測試。目前，沒有寡糖選擇性的刺激某種特定的細菌。有聲稱說一些寡糖可以促進雙歧桿菌的乳酸菌，但機體內（人體內）和機體外（實驗室）實驗顯示所有商業用寡糖都是由大量的腸道細菌發酵而來。
對於所有寡糖，當其產生作用時都是通過改變新陳代謝而非促進特定某種細菌而完成。
益生元被特定的指定作用於大腸菌落。益生素為計畫的主要作用於小腸。
一個普遍的誤解是益生元應該促進（通常被聯繫到共生現象中的共生學）。 由於通過促進益生素，益生元被使用，但其並不會對大腸起任何作用，所以這一概念沒有意義。
套用領域
由於優異的品質與無害性，益生元已被廣泛運用到畜牧、醫療、日常保健、食物添加等行業。
常見的產品有：
- 嬰幼兒奶粉添加
由於益生元有調理腸胃，促進消化吸收的功能，現很多嬰幼兒奶粉中已添加了它，讓嬰幼兒更好地吸收營養。另外，嬰幼兒便秘、腹瀉是常見疾病，在奶粉中添加益生元有利於調整寶寶腸道菌群環境，雙向調節便秘、腹瀉。
2.高純度保健品
由於功能性成分達90%，能充分體現益生元的優勢和充分利用其功能。由於是非藥物，這類套用使用人群非常廣泛，其中，非常適用於有腸道問題的人群。
3.日常調味添加
“推進公眾營養改善行動”被納入《國民經濟與社會發展第十一個五年規劃綱要》後，2007年，由公眾營養與發展中心新推出的公眾營養改善項目、我國第一個針對微生態失衡而出台的項目——“食物中加OLIGO（益生元）”正式啟動。
4.保健食品的添加
功效比較
依據現有文獻的試驗方法來看，評估益生元的效果大多採用的指標為：對有益菌(如雙歧桿菌、乳酸桿菌)的增殖效果；對有害菌(如梭菌)的抑制和潛在致病菌(如大腸桿菌、腸球菌、擬桿菌等)的非增殖效果；被腸道菌群代謝後的產酸量和產氣量。不同功能性低聚糖的益生元（市場上常見的異麥芽糖低聚糖(IMO)：低聚果糖(FOS)、低聚半乳(GOS)、低聚木糖(XOS)、低聚乳果糖(LACT)、大豆低聚糖(SOS)、菊粉(Inulin)）等都屬於益生元的範疇）效果比較如下：
1 雙歧桿菌增殖效果
一般而言，腸內雙歧桿菌共有8種，其中以兩歧雙歧桿菌、嬰兒雙歧桿菌、青春雙歧桿菌、長雙歧桿菌和短雙歧桿菌的數量最多。不同年齡階段人群的腸內雙歧桿菌，其組成和比例有一定不同，如兒童階段主要是嬰兒雙歧桿菌、兩歧雙歧桿菌和長雙歧桿菌，青壯年和老年人腸道中則主要是青春雙歧桿菌和長雙歧桿菌。隨著年齡增長，或不良飲食習慣及疾病等的影響，腸內雙歧桿菌數量和比例很有可能會大幅下降，不利於人體健康狀態的保持。
眾多研究已分別證實：異麥芽低聚糖、低聚果糖、低聚半乳糖、低聚木糖等有明顯的雙歧桿菌增殖作用。Ryerofi等的體外發酵研究表明，七種低聚糖都能明顯增殖雙歧桿菌的前提下，增殖程度上略有差異(見圖1)。具體地說，腸內的5種雙歧桿菌對不同低聚糖的可利用性和利用率也各有不同(見表1)。
表1 5種雙歧桿菌對益生元的可利用性
圖l 不同益生元對腸內雙歧桿菌的增殖效果
Claire等的研究表明，低聚半乳糖和異麥芽低聚糖是能被各種雙歧桿菌良好利用，且增殖率較高的益生元，但後者被長雙歧桿菌和青春雙歧桿菌的利用程度更高。而低聚木糖除了可被青春雙歧桿菌和長雙歧桿菌所利用外，其它雙歧桿菌的可利用性都較差。因而，低聚半乳糖和異麥芽低聚糖是適合各年齡階段人群食用的益生元。
2 乳酸桿菌增殖效果
經過體外試驗和臨床研究的比較試驗發現，異麥芽低聚糖、低聚半乳糖、低聚果糖、低聚木糖、大豆低聚糖等對人體腸內乳酸桿菌均有明顯的增殖作用(見表2)。其中，低聚半乳糖對乳酸桿菌的增殖最多、也最全面[5]。
表2 不同益生元對腸內乳酸桿菌的增殖效果
表3 4種乳桿菌對益生元的可利用性
3 有害菌抑制效果
人體腸內的有害菌主要指梭菌。此外，一些兼性菌在機體健康出現狀況時，也會轉化為不利於人體健康的有害菌如大腸桿菌、擬桿菌等。成功的益生元不僅要能夠增殖有益菌，還要能抑制有害菌的增殖。
表4 低聚異麥芽糖IMO對有害菌的抑制作用
圖2 不同益生元對梭菌的抑制效果
4 腸道菌群代謝
益生元食後直達大腸，在結腸中被大腸菌群發酵為能源而利用，並產生短鏈脂肪酸SCFA，主要是醋酸、丙酸和丁酸以及乳酸和氣體。
（1） 產酸量
腸道菌群代謝食物所生成的有機酸，一方面可以提供人體所需的能量，另一方面，可降低腸道pH值，形成不利於病原菌生存的環境，從而有效抑制腸道腐敗，並提高對礦物元素的吸收率，促進腸道蠕動而有利於排便。一般乳酸桿菌只生成乳酸，而雙歧桿菌主要產醋酸和少量乳酸。益生元被腸道菌群代謝後也會生成大量有機酸，使腸道pH值降低。其中，以低聚半乳糖、乳果糖的產酸量最大，菊粉的產酸量最小。益生元被代謝後的各種有機酸的產生量為：醋酸LACT、GOS、SOS>FOS、IMO、XOS>Inulin；乳酸GOS、SOS>XOS、IMO、LACT>FOS、Inulin；丙酸LACT、Inulin、XOS、FOS>SOS、COS>IMO。
（2） 產氣量
人體腸道內除雙歧桿菌和乳桿菌之外，幾乎所有其他的菌群都能夠產氣，使人體出現不同程度的脹氣和放屁現象。益生元被腸道菌群代謝後，可產生一定量的氣體如CO2、H2、CH4。等。各種益生元由於糖苷鍵和組成的差別，會被不同類型的產氣菌利用，產生的氣體也會有差別。Rycroft等通過體外試驗比較了不同益生元的總產氣量，發現異麥芽低聚糖和低聚半乳糖是眾多益生元中總產氣量最少的，而菊粉是總產氣量最大的一種(見圖3)。另外，Oku等[就低聚果糖、低聚乳果糖、異麥芽低聚糖三種益生元的氫氣產生量進行了臨床驗證，不論是10g/d還是20g/d的食用劑量，都是低聚果糖的產氫氣量最大，而異麥芽低聚糖的產氫氣量最少(見圖5、6)。
圖3 不同益生元的產氣量比較
圖4 FOS/GS/IMO(10g/d)的氫氣產量
圖5 FOS/GS/IMO(20g/d的氫氣產量
有效劑量
正常的飲食每天可以提供 5 克 -10 克 的非消化性寡糖。對健康成年人寡糖有效劑量為每天 15 -20 克，少於15 克 一般為認為是服用量不足。
目前市面上有很多號稱是益生元的產品，但其純度不高，比如一些奶粉、輔食、保健品等，只將添加益生元作為噱頭，實則含量非常低，不能達到作用量，是欺騙消費者的手段。所以，購買益生元產品，最好要仔細查看益生元含量，含量一般達80%~90%屬於高純度。
選擇原則
綜上所述，低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖等在進入大腸後，都能被腸道菌群選擇性地發酵(主要是被雙歧桿菌與乳酸菌所利用，不被有害菌利用)，因而都是十分優秀的益生元。
它們的主要差異在於被腸道菌群利用程度不同，具體表現在對不同有益菌的增殖程度、有害菌受抑制程度、產酸量和產氣量等方面的差異。在實際套用中，可針對這些低聚糖的差異特點，為不同的消費群體和食品種類選擇最適宜的益生元品種，比如：
(1)發酵型乳製品
對於發酵型乳製品，可選擇更能促進某菌種生長的益生元，參考表l、表3提及的異麥芽低聚糖，幫助並協同該菌種最大化發揮對人體的健康作用。
(2)嬰幼兒及兒童
對於嬰幼兒及兒童群體，在嬰幼兒配方奶粉及配方食品的開發過程中，可選擇能全面增殖雙歧桿菌，且增殖率較高的益生元，如低聚半乳糖、異麥芽低聚糖等。
(3)中老年人
對於中老年人群體，鑒於其便秘和腸道老化症狀十分嚴重，可考慮選擇能集益生元和膳食纖維效果於一體的低聚糖如異麥芽低聚糖、低聚果糖等，幫助中老年人恢復健康。
(4)腸胃脹氣敏感人群
對於對腸胃脹氣較為敏感的人群，可適當避開食用大豆低聚糖、低聚果糖等容易脹氣的益生元，而選擇產氣量最少的異麥芽低聚糖、低聚半乳糖等。
總之，針對不同的食品種類和消費群體需求，都有對應的最適益生元。不能說“某種益生元是最好的益生元”，而只能說哪些是適用範圍較廣的益生元。因此，消費者在面對不同益生元時一定要理性選擇。
