益生元研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
禹城功能糖協(xié)會(huì)
摘要：益生元作為一種膳食補(bǔ)充劑，通過(guò)選擇性的刺激一種或少數(shù)菌落中細(xì)菌的生長(zhǎng)與活性而對(duì)寄主產(chǎn)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。益生元可以通過(guò)選擇性地刺激結(jié)腸中的一種或少數(shù)幾種細(xì)菌的生長(zhǎng)或活性而對(duì)宿主產(chǎn)生有益影響，從而增進(jìn)宿主健康。針對(duì)益生元的主要特性，本文介紹了益生元的類型、應(yīng)用領(lǐng)域及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。
前言
益生元（Prebiotics）是這樣一種物質(zhì)：它是一種膳食補(bǔ)充劑，通過(guò)選擇性的刺激一種或少數(shù)種菌落中的細(xì)菌的生長(zhǎng)與活性而對(duì)寄主產(chǎn)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。益生元具有激活體內(nèi)益生菌增殖、抑制有害菌，激發(fā)細(xì)胞活力、增強(qiáng)人體免疫力的健康作用。
益生元主要存在于母乳、蜂蜜及大豆、洋蔥、大蒜等 30000 多種植物中。包括各種寡糖類物質(zhì)（Oligosaccharides）或稱低聚糖（由 2～10 個(gè)分子單糖組成）。文章主要統(tǒng)計(jì)的產(chǎn)品包括低聚果糖，低聚半乳糖，菊粉，聚葡萄糖，低聚異麥芽糖，抗性糊精，抗性淀粉，低聚甘露糖，海藻糖，低聚木糖，水蘇糖， 殼聚糖，乳酮糖，帕拉金糖，龍膽低聚精和大豆低聚糖。
1 益生元行業(yè)情況
近幾年來(lái)，無(wú)論國(guó)際還是國(guó)內(nèi)食品市場(chǎng)，益生元作為食品添加劑的重要組成部分，它的應(yīng)用日益廣泛。隨著功能食品、功能飲料、功能乳品，營(yíng)養(yǎng)品的快速發(fā)展，益生元的市場(chǎng)容量也在急劇擴(kuò)張[1]。同時(shí)益生元還應(yīng)用于保健食品、醫(yī)藥、飼料等方面。對(duì)于功能食品而言如今早已是大勢(shì)所趨，隨著人們物質(zhì)生活的不斷提高功能性食品越來(lái)越受到人們的青睞。
根據(jù)益生元產(chǎn)品特點(diǎn)，本文將不同類型益生元的產(chǎn)品特點(diǎn)、市場(chǎng)規(guī)模、市場(chǎng)份額、增長(zhǎng)率及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。主要包括下列幾種類型。
表：益生元主要類型產(chǎn)量增長(zhǎng)趨勢(shì)（2015-2026 年）（噸）
圖：全球 2019 年益生元主要類型產(chǎn)量市場(chǎng)份額
1.1 低聚果糖
低聚果糖是低聚糖的一種，F(xiàn)OS 是 Fructooligosaccharide 的簡(jiǎn)稱，低聚果糖分為蔗-果型低聚果糖和果-果型低聚果糖，其中蔗-果型低聚果糖主要由在蔗糖（F）的果糖殘基上通過(guò)β（2→1）糖苷鍵連接 1～4 個(gè)果糖基（F）所形成的蔗果三糖（GF2）、蔗果四糖（GF3）、蔗果五糖（GF4）和蔗果六糖（GF5）的混合物。
低聚果糖是公認(rèn)的典型益生元，也是一種水溶性膳食纖維，天然存在于自然界多種植物中。由于其顯著的健康功效、良好的加工性能和卓越的口感，廣泛應(yīng)用于保健食品、嬰幼兒配方食品、乳制品、飲料、烘焙食品中。
1.2 低聚半乳糖
低聚半乳糖（GOS）是一種具有天然屬性的功能性低聚糖，其分子結(jié)構(gòu)一般是在半乳糖或葡萄糖分子上連接 1~7 個(gè)半乳糖基，即 Gal-（Gal）n-Glc/Gal（n 為 0-6）。低聚半乳糖又稱為“半乳寡糖”，是一種益生元，人體不能吸收，但可以促進(jìn)大腸內(nèi)益生菌的生長(zhǎng)及活躍度。
1.3 菊粉
菊粉（Inulin）是自然界中天然存在的果聚糖，由不同鏈長(zhǎng)的果糖聚合而成。它存在于多種植物體內(nèi)，目前工業(yè)化生產(chǎn)的菊粉主要來(lái)源植物為菊芋和菊苣。菊粉具有天然水溶性膳食纖維和益生元的雙重功效，對(duì)人體具有調(diào)節(jié)腸胃功能、促進(jìn)礦物質(zhì)、改善脂質(zhì)代謝，控制體重、促進(jìn)體內(nèi)維生素合成等多種生理功效，是一種來(lái)自植物的天然健康食品配料[2]。天然菊粉經(jīng)水解等過(guò)程，還可派生出低聚果糖等一系列健康配料。
1.4 聚葡萄糖
聚葡萄糖（polydextrose）是一種水溶性的膳食纖維。為白色或類白色固體顆粒，進(jìn)入人體消化系統(tǒng)后，產(chǎn)生特殊的生理代謝功能，從而防治便秘及脂肪沉積。
1.5 低聚異麥芽糖
自然界中低聚異麥芽糖極少以游離狀態(tài)存在，但作為支鏈淀粉或多糖的組成部分，在某些發(fā)酵食品如醬油、黃酒或酶法葡萄糖漿中有少量存在。 工業(yè)上以淀粉為原料生產(chǎn)低聚異麥芽糖需要一種酶，此酶為 α-葡萄糖苷酶，又名葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶，簡(jiǎn)稱 α-糖苷酶。它能切開(kāi)麥芽糖和麥芽低聚糖分子結(jié)構(gòu)中 α-1，6 糖苷鍵，并能將游離出來(lái)的一個(gè)葡萄糖殘基轉(zhuǎn)移到另一個(gè)葡萄糖分子或麥芽糖或麥芽三糖等分子中的 α-1，6 位上，形成異麥芽糖、異麥芽三糖、異麥芽四糖、異麥芽五糖和潘糖等。
1.6 抗性糊精
抗性糊精是由淀粉加工而成，是將焙烤糊精的難消化成分用工業(yè)技術(shù)提取處理并精煉而成的一種低熱量葡聚糖，屬低分子水溶性膳食纖維?？剐院屯ǔ５牡矸劢退胤纸馕镉兴煌说矸墼緭碛械?α-1,4、α-1,6 葡萄糖苷之外，還擁有 α-1,2、α-1,3 鍵合的葡萄糖苷結(jié)構(gòu)及很發(fā)達(dá)的分支構(gòu)造 α-1,4、α-1,6 葡萄糖苷。
2 益生元生理功效
益生元可以在體內(nèi)促進(jìn)腸道有益菌的生長(zhǎng)和繁殖，形成微生態(tài)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化腸道微生態(tài)平衡，進(jìn)而提高免疫力，以保持機(jī)體健康。同時(shí)，又能夠改善腸道微生態(tài)[3]，例如：低聚糖類物質(zhì)能夠促進(jìn)腸道有益菌雙歧桿菌及乳酸桿菌的大量增殖， 同時(shí)有益菌代謝產(chǎn)生的短鏈脂肪酸和一些抗菌物質(zhì)可直接抑制外源性致病菌和腸腐敗菌如擬桿菌屬、梭菌屬和大腸埃希菌類的生長(zhǎng)繁殖。
2.1益生元的雙歧因子功能
迄今已鑒定的益生元大多可以促進(jìn)雙歧桿菌增殖的，其作用機(jī)制是益生元選擇性刺激腸道中眾多菌群中的雙歧桿菌的增殖。這可能是由于雙歧桿菌利用這類基質(zhì)生長(zhǎng)的效率比其他微生物相對(duì)更高，并且能耐受短鏈脂肪酸（SCFA）和發(fā)酵所引起的酸化微環(huán)境的原因。分析長(zhǎng)雙歧桿菌基因組揭示了專門(mén)對(duì)各種不同碳水化合物進(jìn)行分解代謝的大量蛋白質(zhì)序列，無(wú)疑這些有助于提高在腸道環(huán)境中的競(jìng)爭(zhēng)力。
益生元可誘導(dǎo)腸道中雙歧桿菌菌群增大10-100倍，益生元的雙歧因子效果同雙歧桿菌群原來(lái)大小成反比關(guān)系，這種影響比益生元?jiǎng)┝康挠绊戇€要大。
2.2 益生元可溶性膳食纖維特性
低聚糖類益生元具有可溶性膳食纖維的基本特性。如可降低糞便pH值；減少有毒代謝物；增加糞便體積和水分、加速腸腔蠕動(dòng)、減輕便秘；具有潔腸通便、排毒解毒的功能。除此之外，低聚糖類益生元還具有良好的耐消化性，不易被唾液、胰液、腸液中的酶類所分解，可以一直到達(dá)大腸，被腸道細(xì)菌代謝。
2.3 益生元的健康效應(yīng)
雖然益生元的作用機(jī)制很大程度上是理論性的，但可以采用的合理假設(shè)包括改善微生物菌群的活動(dòng)和菌群的代謝活動(dòng)，其好處是增強(qiáng)腸道定植抗力、促進(jìn)礦物質(zhì)元素吸收、提高免疫力、營(yíng)養(yǎng)和短鏈脂肪酸（SCFA）的抗腫瘤作用，通便和減少有害微生物代謝。
2.4 改善和防止便秘
人體攝入功能性低聚糖導(dǎo)致雙歧桿菌的量增多，腸內(nèi)雙歧桿菌發(fā)酵低聚糖產(chǎn)生大量醋酸和乳酸等短鏈脂肪酸，能促進(jìn)腸道的蠕動(dòng)、增加糞便濕潤(rùn)度，并保持一定的滲透壓，故可以改善和防止便秘。研究表明，日服6-12g低聚糖，一周內(nèi)有明顯的抗便秘效果。
2.5 促進(jìn)礦物質(zhì)元素的吸收
低聚糖類益生元經(jīng)微生物發(fā)酵后可降低腸道pH值，提高礦物質(zhì)溶解性，從而促進(jìn)大腸中鈣、鎂等礦物質(zhì)的吸收。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)補(bǔ)充FOS可增加大鼠對(duì)鈣、鎂的吸收，股骨中鈣的含量增加，并且防止食糞癖的發(fā)生，尤其提高FOS對(duì)鎂吸收的刺激性效應(yīng)。GOS的攝入不僅可有效促進(jìn)腸道對(duì)鈣的吸收，還可以降低腸道對(duì)鈉的吸收，同時(shí)升高鉀的吸收率。
2.6 免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤
益生元可被雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌群利用產(chǎn)生代謝產(chǎn)物，而代謝產(chǎn)物反之又能促進(jìn)其消化、生長(zhǎng)和增殖，從而刺激了腸道免疫器官生長(zhǎng)，提高巨噬細(xì)胞的活性，提高了機(jī)體的抗體水平[4]。對(duì)低聚糖類益生元的免疫調(diào)節(jié)作用檢驗(yàn)證明，低聚糖多具有明顯提高抗體形成細(xì)胞數(shù)及NK細(xì)胞活性，增強(qiáng)免疫功能的作用。大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，雙歧桿菌在腸道的大量增殖有抗癌作用，這種作用歸功于雙歧桿菌的細(xì)胞，細(xì)胞壁和細(xì)胞間的物質(zhì)使機(jī)體的免疫力提高。
2.7 調(diào)節(jié)脂肪代謝
益生元還可以影響脂肪代謝。對(duì)糖尿病大鼠所做的實(shí)驗(yàn)表明，使用低聚木糖代替飼料中的糖后，病鼠血清膽固醇和甘油三酯下降。同樣對(duì)于FOS做了實(shí)驗(yàn)，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出血脂降低。
2.8 益生元還能增強(qiáng)人體免疫力
雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌群利用益生元的營(yíng)養(yǎng)會(huì)促進(jìn)自身的生長(zhǎng)和增殖， 從而刺激巨噬細(xì)胞產(chǎn)生活性，被激活的巨噬細(xì)胞將分泌抗菌素，又會(huì)促進(jìn)淋巴細(xì)胞分裂增殖，使腸道免疫器官生長(zhǎng)，從而提高機(jī)體免疫力。
日常飲食中經(jīng)常食用益生元將有利于人體營(yíng)養(yǎng)與健康，可以在早餐谷物如，燕麥片、脆米片中添加低聚果糖，還可以食用富含低聚糖的飲料、糖果、糕點(diǎn)及保健食品，對(duì)于不能進(jìn)行母乳喂養(yǎng)而必須依靠人工喂養(yǎng)的嬰兒，為了幫助其健全腸道屏障功能，可以選擇添加了低聚果糖、低聚半乳糖的嬰幼兒乳品。
3 益生元行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域
益生元在各類食品中已被廣泛應(yīng)用，如酸乳、乳飲料、果汁飲料、焙烤食品、谷物早餐、嬰兒食品等。隨著益生元促進(jìn)腸道健康的功能已獲得越來(lái)越多的科學(xué)數(shù)據(jù)支持，益生元的市場(chǎng)正在呈現(xiàn)良好的增長(zhǎng)趨勢(shì)。
表：益生元主要應(yīng)用領(lǐng)域消費(fèi)量增長(zhǎng)趨勢(shì)（2015-2026 年）（噸）
圖：全球 2019 年益生元不同應(yīng)用領(lǐng)域消費(fèi)量市場(chǎng)份額
3.1 在飲料中的應(yīng)用
益生元易溶于水，低聚糖類益生元可調(diào)節(jié)飲料的滲透壓，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分的吸收，因此在各種飲料中應(yīng)用比較廣泛。在酸性飲料中，低聚糖能夠清理腸道，排除毒素。在日本低聚異麥芽糖被稱為“美麗因子”，被添加到美容，減肥飲料中，需求量不斷增大。
3.2 嬰幼兒營(yíng)養(yǎng)品
嬰幼兒營(yíng)養(yǎng)品一般包含嬰幼兒奶粉及其他維生素，益生菌，DHA，補(bǔ)鈣產(chǎn)品，補(bǔ)鐵產(chǎn)品等。
當(dāng)前，由于奶粉是嬰幼兒的主要食品來(lái)源，多數(shù)嬰幼兒奶粉廠家將嬰幼兒生長(zhǎng)需要的 DHA，維生素，益生菌以及補(bǔ)鐵補(bǔ)鈣產(chǎn)品加入嬰幼兒奶粉中，形成嬰幼兒配方奶粉[5]。益生元如低聚果糖，低聚半乳糖和菊粉作為益生元添加在嬰幼兒營(yíng)養(yǎng)品中。
3.3 保健食品
由于低聚糖類益生元多具有純正清爽的甜味，具有優(yōu)良的生理活性和保健功能，且保濕性好，易于加工，可廣泛應(yīng)用于飲料、糖果、糕點(diǎn)、面包、點(diǎn)心及各種保健食品中，例如在果醬生產(chǎn)過(guò)程中低聚半乳糖不會(huì)在蒸煮過(guò)程中分解，對(duì)添加后的最終產(chǎn)品甜度能很好控制。
3.4 飼料工業(yè)
由于益生元能被動(dòng)物的雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌群利用，在腸道占優(yōu)勢(shì)后起整腸作用[6]，同時(shí)，有益菌群的代謝還可促進(jìn)飼料消化，達(dá)到促進(jìn)生長(zhǎng)和增重的作用，并刺激腸道免疫器官生長(zhǎng)，故益生元可作為功能添加劑應(yīng)用于飼料工業(yè)。
4益生元行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)
4.1 全球市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)趨勢(shì)（2015-2026 年）
全球市場(chǎng)，益生元主要生產(chǎn)商包括奧福來(lái)提，泰萊，F(xiàn)rieslandCampina，日本明治，百龍創(chuàng)園和保齡寶生物等公司。 就 2020 年 Q1 公布的財(cái)報(bào)來(lái)看，COVID-19 對(duì)食品配料公司的影響很小，大部分公司的業(yè)績(jī)小幅度下滑，少部分公司的收入還略有增長(zhǎng)。因此，總的來(lái)說(shuō)COVID-19 導(dǎo)致原材料價(jià)格下滑，使得 2020 年益生元產(chǎn)品價(jià)格下滑，但是其產(chǎn)量依然保持正向增長(zhǎng)。COVID-19 對(duì)消費(fèi)產(chǎn)品影響較大，對(duì)食品配料公司的影響有一定消極影響，但是不會(huì)影響該行業(yè)的正常發(fā)展。但是，COVID-19 已經(jīng)導(dǎo)致了社會(huì)的巨大變革，全球經(jīng)濟(jì)和政治已經(jīng)發(fā)生了巨大的改變。從現(xiàn)在趨勢(shì)來(lái)看，COVID-19 的發(fā)展可能是常態(tài)化。
圖：全球市場(chǎng)益生元產(chǎn)量及增長(zhǎng)率（2015-2026 年）（萬(wàn)噸）
圖：全球市場(chǎng)益生元產(chǎn)值及增長(zhǎng)率（2015-2026 年）（億元）
4.2 中國(guó)生產(chǎn)發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)趨勢(shì)（2015-2026 年）
中國(guó)市場(chǎng)，益生元主要生產(chǎn)商包括百龍創(chuàng)園，量子高科、保齡寶生物等公司。
圖：中國(guó)市場(chǎng)益生元產(chǎn)量、增長(zhǎng)率及發(fā)展趨勢(shì)（2015-2026 年）（萬(wàn)噸）
圖：中國(guó)市場(chǎng)益生元產(chǎn)值、增長(zhǎng)率及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)（2015-2026 年）
5益生元行業(yè)政策
主要的益生元的政策如下：
由于人們健康意識(shí)的提高，國(guó)內(nèi)外對(duì)保健品需求將促進(jìn)菊粉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。美國(guó) FDA 已宣布菊粉作為公認(rèn)的安全（GRAS）產(chǎn)品，這為其在藥物應(yīng)用中的推廣鋪平了道路。 制藥行業(yè)的增長(zhǎng)預(yù)計(jì)將在未來(lái)六年對(duì)菊粉市場(chǎng)產(chǎn)生積極影響。
菊粉是一種重要的植物提取物。植物提取物行業(yè)為大健康產(chǎn)業(yè)中的重要環(huán)節(jié)之一，為國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)類行業(yè)。
低聚果糖（Fructooligosaccharides，簡(jiǎn)稱 FOS），也稱蔗果低聚糖或果寡糖，廣泛存在于自然界中，如菊苣、菊芋、大蒜、洋蔥、雪蓮果、牛蒡?qū)僦参铩⒊r薊、香蔥、香蕉、燕麥、小麥、黑麥、蜂蜜、蘆筍等。由于地域和生活習(xí)慣的差異，根據(jù)低聚果糖的原料和生產(chǎn)工藝不同分為兩種：菊苣來(lái)源的菊苣低聚果糖和蔗糖來(lái)源的蔗糖低聚果糖。
低聚果糖作為優(yōu)秀的功能健康食品和安全的食品配料，在世界范圍內(nèi)具有極高的市場(chǎng)認(rèn)可度，被廣泛應(yīng)用于乳制品、保健食品、飲料、糖果、烘焙等食品行業(yè)中。它是世界科學(xué)界公認(rèn)的三大天然益生元之一。
80 年代末，美國(guó)食品與藥品監(jiān)督管理局（FDA）、聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）和世界衛(wèi)生組織（WHO）均批準(zhǔn)聚葡萄糖（水溶性膳食纖維）為安全的食品添加劑，列入美國(guó)食品化學(xué)品法典（FCC）。
隨后日本、韓國(guó)、馬來(lái)西亞、新加坡、中國(guó)等多個(gè)國(guó)家批準(zhǔn)使用聚葡萄糖，其中日本厚生省將聚葡萄糖定為食品。
目前世界上超過(guò) 57 個(gè)國(guó)家批準(zhǔn)聚葡萄糖應(yīng)用于食品中，其中 56 個(gè)國(guó)家允許其使用 1Kal/g的能量標(biāo)簽，聚葡萄糖在以下國(guó)家被承認(rèn)為膳食纖維：阿根廷、澳大利亞、奧地利、比利時(shí)、巴西、文萊、捷克、芬蘭、法國(guó)、印尼、意大利、日本、馬來(lái)西亞、墨西哥、新西蘭、挪威、中國(guó)、菲律賓、波蘭、俄羅斯、新加坡、南韓、臺(tái)灣、泰國(guó)、英國(guó)、美國(guó)及越南，且在不斷獲得越來(lái)越多的國(guó)家認(rèn)可。
6. 小結(jié)
綜上所述，益生元作為一個(gè)新的領(lǐng)域，對(duì)于人類的營(yíng)養(yǎng)與健康具有十分重要的意義。隨著對(duì)腸內(nèi)微生物研究的深入，益生元在食品工業(yè)、飼料工業(yè)及至制藥業(yè)等行業(yè)中將發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。
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行業(yè)：
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