5種益生元潤腸通便功能的比較研究

王學敏,陳朝青+,孫豐義,伍敏暉,王 鑫,陳希民,何 梅

(北京市營養源研究所,北京 100069)

益生元的概念最先由Gibson教授在1995年提出,隨著益生元研究的不斷深入,其概念經過多次修訂,2016年國際益生菌和益生元科學協會(ISAPP)專家組在最新科學和臨床證據基礎上,更新了益生元定義:一種可以被微生物選擇性利用,以賦予宿主健康益處的底物[1]。目前常見的益生元主要以碳水化合物為基礎,如易發酵的碳水化合物、低聚糖(包括低聚果糖、低聚半乳糖、低聚木糖、大豆低聚糖、水蘇糖、低聚異麥芽糖、菊粉等[2])、母乳低聚糖,更新的概念進一步擴展了益生元的范圍,其他一些物質如植物化學物和酚類、一些不飽和脂肪酸可能符合更新的概念。大量研究發現,益生元具有促進益生菌增殖、改善機體腸道健康、降血糖及提高機體免疫力及預防腫瘤癌癥等作用[3-6]。

隨著生活節奏的加快、飲食結構改變、行為方式的改變,便秘發病率呈逐年上升趨勢,我國成年人便秘的患病率為3.19%～11.6%,老年人患病率為11.5%[7-8]。合理調整飲食結構、攝入足量膳食纖維是緩解和預防便秘的重要措施之一。因結構、組成、聚合度及糖苷鍵的差異,益生元被腸道菌群的利用程度不同,包括對不同有益菌的增殖程度、有害菌受抑制效果以及被腸道菌群代謝后的產酸量和產氣量等方面均有差異[9-11],導致其功能存在差異。郝紅偉等[12]比較了3種不同益生元(菊粉、低聚異麥芽糖、低聚半乳糖)改善腸道健康的作用,結果發現,3種不同益生元均具有改善腸道健康的作用,但效果表現不同,可能與益生元服用劑量不同及其選擇性促進益生菌增殖的作用有關。為了更好地比較不同益生元的潤腸通便差異,本文利用小腸運動實驗和排便實驗對相同劑量的5種益生元的效果進行了比較,為其在功能產品中的應用奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

成年健康昆明雄性小鼠 體重在18～22 g,共168只,實驗動物生產許可證:SCXK(京)2014-0004,飼養許可證號:SYXK(京)2014-0047,購自北京華阜康實驗動物技術有限公司;水蘇糖P70型 中國食品發酵研究院;低聚果糖QHT-FOS-P95S、低聚半乳糖QHT GOS 90 量子高科(中國)生物股份有限公司;聚葡萄糖 純度≥90%，保齡寶生物股份有限公司;菊粉 購自阿里巴巴;鹽酸洛哌丁胺 西安楊森制藥有限公司;阿拉伯樹膠 廣西汕頭市西隴化工廠;墨汁 上海精細文化用品有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗動物 選用成年健康昆明雄性小鼠,實驗動物飼養環境:溫度((22±1) ℃),濕度(60%～70%),每日12 h交替光照與黑暗,動物自由飲食飲水。

1.2.2 劑量設計及分組 小鼠適應性喂養3～5 d后隨機分成2組,每組84只,分別進行小腸運動實驗和排便實驗。每組實驗分別設空白對照組、模型對照組、水蘇糖、低聚果糖、低聚半乳糖、聚葡萄糖、菊粉,共計7組,每組12只。5種益生元的干預劑量均設為1.0 g/kg。

1.2.3 小鼠體重 分組后,稱量各組小鼠體重,記為初始體重;灌胃給予鹽酸洛哌丁胺造模前,稱量各組小鼠體重,記為最終體重。

1.2.4 小腸運動實驗 灌胃給予5種益生元14 d后,各組小鼠禁食不禁水20 h。模型對照組和5種益生元組灌胃給予鹽酸洛哌丁胺8 mg/(kg·BW),空白對照組給予蒸餾水灌胃。

給予鹽酸洛哌丁胺0.5 h后,5種益生元組灌胃給予含相應濃度益生元的實驗墨汁(含10%墨汁、10%阿拉伯樹膠),空白對照組和模型對照組給予實驗墨汁灌胃。

25 min后立即脫頸椎處死動物,打開腸腔分離腸系膜,剪取上端自幽門、下端至回盲部的腸管,置于托盤上,輕輕將小腸拉成直線,測量腸管長度為“小腸總長度”,從幽門至墨汁前沿為“墨汁推進長度”。按下式計算墨汁推進率:

1.2.5 小鼠排便實驗 給予5種益生元灌胃14 d后,各組小鼠禁食不禁水20 h。空白對照組灌胃給予蒸餾水,模型對照組和5種益生元組灌胃給予鹽酸洛哌丁胺10 mg/(kg·BW)。給予鹽酸洛哌丁胺0.5 h后,空白對照組和模型對照組小鼠用墨汁灌胃,5種益生元組灌胃給予含相應濃度益生元的墨汁,動物均單籠飼養,正常飲水進食。從灌墨汁開始,記錄每只動物首粒排黑便時間、6 h內排黑便粒數及重量。

1.3 數據處理

2 結果與分析

2.1 5種益生元在同一劑量下對小鼠體重的影響

由表1可知,實驗前各組小鼠初始體重無明顯差異(P>0.05);灌胃給予不同益生元14 d后,各組小鼠最終體重均無顯著性差異。實驗期間各組小鼠皮毛有光澤,飲食和活動正常。空白對照組和模型對照組糞便形狀正常,均為粒狀便;5種益生元組雖糞便稍軟,但均未見腹瀉和稀便等現象,表明在1.0 g/kg干預劑量下,5種益生元對小鼠的體重增加無明顯影響。

2.2 5種益生元在同一劑量下對小鼠小腸運動的影響

以小腸墨汁推進率為指標,評價5種益生元在同一劑量下對小鼠小腸墨汁推進運動的影響。由表2可知,與空白對照組相比,模型對照組的小腸墨汁推進率極顯著降低(P<0.01),表明給予鹽酸洛哌丁胺后,小鼠小腸蠕動抑制模型建立成功。

與模型對照組相比,水蘇糖組、低聚果糖組、低聚半乳糖組、菊粉組的小腸墨汁推進率均明顯增加,差異具有統計學意義(P<0.05)。聚葡萄糖組較模型對照組小腸推進率有增加趨勢,但差異不顯著(P=0.062>0.05)。表明,在劑量為1.0 g/kg時,水蘇糖、低聚果糖、低聚半乳糖、菊粉對小腸運動具有促進作用。

表1 5種益生元對小鼠體重的影響Table 1 Effects of five different prebiotics on body weight

注:*表示與空白對照組相比,差異顯著(P<0.05);**表示與空白對照組相比,差異極顯著(P<0.01);#表示與模型對照組相比,差異顯著(P<0.05);##表示與模型對照組相比,差異極顯著(P<0.01);表2～表3同。

表2中5種益生元對小腸促進作用由高到低,依次是低聚果糖>低聚半乳糖>水蘇糖>菊粉>聚葡萄糖,進一步比較5種益生元的差異,結果發現,5種益生元對小腸墨汁推進率的影響無明顯差異。

表2 5種益生元在同一劑量下 對小鼠小腸墨汁推進率的影響Table 2 Effects of five different prebiotics on intestinal propulsion rate in mice

2.3 5種益生元在同一劑量下對小鼠排便的影響

由表3可知,與空白對照組相比,模型對照組的首例排黑便時間延長(P<0.01),6 h內排黑便粒數減少(P<0.01),6 h糞便重量減輕(P<0.01),差異均具有統計學意義。表明小鼠便秘模型建立成功。

表3 5種益生元在同一劑量下對小鼠排便的影響Table 3 Effects of five different prebiotics on defecation in mice

在模型成立的條件下,與模型對照組相比,在干預劑量為1 g/kg時,5種益生元的首例排黑便時間、6 h內排黑便粒數和糞便重量均無明顯差異(P>0.05)。說明在此劑量下,5種益生元對小鼠排便實驗無明顯影響。進一步比較5種益生元間的差異,結果發現,5種益生元對小鼠排便實驗的影響無差異。

3 討論與結論

本文通過小鼠便秘模型,研究了5種常見益生元在同一劑量(1.0 g/kg)下對小鼠便秘模型的潤腸通便功效和差異,結果發現,在劑量為1.0 g/kg時,水蘇糖、低聚果糖、低聚半乳糖、菊粉均對小腸運動具有促進作用;從小腸運動實驗數據來看,5種益生元對小腸促進作用由高到低,依次是低聚果糖>低聚半乳糖>水蘇糖>菊粉>聚葡萄糖,但5種益生元之間對小腸墨汁推進率的影響無差異。小鼠排便實驗結果顯示,5種益生元對小鼠排便實驗無明顯影響。根據保健食品中通便功能評價原則,5種益生元在劑量為1.0 g/kg時,潤腸通便作用均為陰性。

梁耀鋒等[13]利用0.75、1.5、3.0 g/(kg·BW)的水蘇糖沖劑干預,結果發現3個劑量昆明小鼠小腸推薦率明顯高于模型對照組,且首例排便時縮短。Li等[14]利用小鼠便秘模型(BALB/c)評價了水蘇糖顆粒劑(0.42、0.83、1.68 g/(kg·BW))的潤腸通便效果,結果發現3個劑量水蘇糖均能促進小腸運動,縮短首例黑便時間,增加5 h內排黑便例數和糞便重量。但本研究中水蘇糖僅對小腸運動有促進作用,但排便實驗未出現顯著性差異,這可能與本實驗所使用的小鼠品種和水蘇糖純度有關。BALB/c小鼠是近交系小鼠,個體之間保持著與親代幾乎一致的遺傳性狀,而昆明小鼠是遠交系,個體之間的遺傳性狀差異較大。同時,市面上的水蘇糖原料純度在55%～90%不等,這可能也會影響實驗結果。

韓彥彬等[15]利用低聚果糖連續灌胃14 d,結果發現0.8和1.6 g/kg潤腸通便結果為陽性;王宇[16]的研究也發現,低聚果糖在劑量為0.8 g/kg時,干預7 d,小腸墨汁推進率、糞便例數和糞便重量可出現陽性結果。生慶海等[17]評價了不同劑量低聚半乳糖的潤腸通便作用,結果發現,低聚半乳糖在劑量為0.5、1.0、3.0 g/kg時,連續灌胃10 d,3個劑量均可促進小腸運動,縮短首例黑便時間,增加6 h內排黑便粒數和糞便重量。而本研究結果顯示,低聚果糖和低聚半乳糖在劑量為1.0 g/kg時,其潤腸通便功能均為陰性,可能與昆明鼠個體之間差異以及干預時間有關。

人群試驗結果顯示[18-20],聚葡萄糖干預劑量在8～20 g可發揮潤腸通便、緩解便秘的作用。Duncan等[21]的研究發現,每天給予慢性便秘人群8或12 g聚葡萄糖,2周后,并沒有明顯改善腸道功能的相關指標。本研究中聚葡萄糖的干預劑量為1.0 g/kg,以人60 kg標準體重計算,種屬間換算系數計為10,則相當于人體聚葡萄糖劑量為6 g,低于文獻用量,因此,本研究未出現陽性結果可能因劑量偏低導致。Antje等[22]研究發現,每天12 g菊粉,持續4周,能明顯增加排便頻率,同時糞便軟化,進而改善慢性便秘和腸道功能。其它關于菊粉對便秘影響的文獻,菊粉的用量為15或20 g[23-24],均高于本研究中干預劑量轉化為人群的食用劑量,這可能是本實驗未出現陽性結果的原因。

益生元在結腸被有益菌發酵產生大量的短鏈脂肪酸,可降低腸道pH并提高腸道內滲透壓,使腸道內容物大量吸收,從而增加糞便體積和含水量,結構松軟,同時還會刺激腸道蠕動促進排便,起到緩解便秘的作用[25-28]。不同益生元因結構、組成、聚合度及糖苷鍵的不同,功能也會存在差異。郝紅偉等[12]對菊粉、低聚異麥芽糖、低聚半乳糖改善腸道健康的作用進行了比較,結果發現,3種益生元均可不同程度地改善腸道健康,其中低聚異麥芽糖的效果更佳,但因3種益生元劑量不同,差異可能與劑量有關。本研究利用相同劑量的益生元進行干預,結果發現不同益生元對小腸運動和排便實驗的影響無明顯差異,可能與造模嚴重程度、干預劑量、干預時間、動物種屬差異等造成,還需進一步深入研究加以驗證。