低聚木糖生理活性及應用的研究進展

潘艷 張媛 常思源

摘要：低聚木糖具有良好的理化性質，作為添加劑和優化劑，被廣泛應用于食品、醫藥、飼料以及化妝品等領域。近年來，低聚木糖在調節血糖、降低血脂及作為抗癌取代物等方面取得了良好的效果，引起了國內外學者的廣泛關注。針對低聚木糖的重要生理活性及應用的研究進展進行闡述。

關鍵詞：低聚木糖;生理活性;研究進展

低聚木糖（Xylooligosacchar ide，XOS）是由2～9個木糖分子以β-1，4糖苷鍵組合成的低聚糖混合物，如圖1所示。據GB/T 35545—2017規定，按照質量分數， XOS可分為XOS-95型（XOS占比超過95%，下同）、XOS-70型、 XOS-35型和XOS-20型。其中，2-4糖的比例決定XOS品質的優劣，主要是因為2-4糖是XOS效果最顯著的組分。95型的2-4糖占比需超過65%，70型需超過50%。

相較于其他低聚糖， XOS的性質更穩定（見表1），不易被人體消化，也不易滲透，因此，可以拉長整個功能周期，提高機體的抵抗力和抗疲勞性，抑制有毒物質和細菌等的產生。此外， XOS還可以作為食品中的甜味劑，甜度僅為蔗糖的50%，且與蔗糖的甜味相似[1]。XOS不易著色，但與氨基酸共存加熱時，著色性比蔗糖好。在酸性和堿性環境下， XOS 的穩定性比其他低聚糖類好，耐熱性也更理想。

大量實驗證明， XOS具有眾多優良的生理活性，例如抗氧化、抗菌、抗感染、抗過敏、抗炎、選擇增加細胞活性和免疫性調節等。從目前的研究來看， XOS是一種理想、安全的食品藥品來源。

1 XOS的生理活性

1.1 熱量低，難以消化

動物的消化系統中沒有水解β-1，4糖苷鍵的酶類，所以動物本身不能降解XOS，會停留在大、小腸部位，被腸道中的有益菌落利用。木二糖、木三糖和木四糖的熱值均小于10.4 kJ/g，XOS的平均熱值為14.3 kJ/g，顯著低于其他可食用物質[2]。因此， XOS作為食品甜味劑時，極低的熱量完美解決了甜品、面包等高脂肪食物大量攝入導致的發胖問題，滿足了糖尿病患者的甜味需求，有利于維護人體健康。

1.2 降低血糖血脂

XOS是不被人體和動物消化系統消化或吸收的糖類，攝入量與人體血糖測定值沒有直接關系，進入人體或動物消化系統中的XOS多數被大腸中的有益生物菌群利用。已有多項研究表明， XOS在降低血糖方面有良好的功效。朱劼等[3]通過對小鼠灌胃XOS，測定小鼠體重、血清中的血糖、丙氨酸氨基轉移酶（Alanine Aminotransferase，ALT）、甘油三酯（Triglyceride，TG）等，結果表明， XOS可使正常小鼠體重減輕，有效降低糖尿病小鼠的血糖含量，且不改變ALT 的含量，降低了TG、總膽固醇（Total Cholesterol，TC）的水平，提高了高密度脂蛋白膽固醇（High-Density Lipoprotein Cholesterol，HDL-C）與TC的比值。此研究表明， XOS可以很好地降低血糖、血脂，并且對生物體沒有任何副作用。陳海珊等[4]研究了木二糖對小鼠血脂血糖和脂肪堆積情況的影響，實驗選取肥胖型小鼠連續喂食木二糖，發現小鼠血清中的TG和膽固醇含量顯著降低，說明木二糖可以有效降低血糖和血脂，同時小鼠體內的脂肪堆積得到了有效的抑制。

1.3 增殖雙歧桿菌，改善腸道內環境

隨著人們的生活節奏加快、工作壓力增大，飲食結構越來越不規律、不合理，腹脹、腹瀉、便秘等消化系統功能性疾病越來越常見，嚴重影響了人們的生活質量。已有研究表明，功能性胃腸病與腸道菌群有著非常密切的關系[5]。改善腸道內環境，保護人們的身體健康迫在眉睫。

XOS進入消化道多數會滯留在大腸中，然后被雙歧桿菌吸收利用，發酵降解成短鏈脂肪酸、雙歧因子、抗菌素等物質，抑制腸內原有腐敗細菌和外源致病菌的增殖，減少有毒發酵產物，抑制有害細菌的生長，對腸道功能的改善有非常顯著的作用[6]。此外，大量雙歧桿菌表面的磷脂酸可以與腸黏膜上皮細胞相互吸引，占據腸黏膜表面，在腸黏膜上形成一層具有保護作用的生物膜屏障，阻止有害菌群的入侵，起到改善腸道內環境和保護腸道的作用[7]。魏濤等[8]以小鼠為研究對象，在小鼠飼料中添加雙歧桿菌并測定糞便中雙歧桿菌、乳桿菌、腸桿菌、腸球菌的含量。結果顯示，喂食14天后，小鼠體內的雙歧桿菌等一系列腸道有益菌的含量明顯提高，有效促進了腸道健康。

1.4 防齲齒

齲齒的成因是牙齒菌斑上的鏈球菌產生有機酸，降低正常口腔環境的酸堿性，致使牙齒上的牙釉質脫落，牙齒失去防護，讓菌斑上的微生物進一步入侵。 XOS不能在人體口腔中被消化，也不能被口腔中的微生物利用[9]。因此，食物中作為甜味劑的XOS并不會影響口腔原有的生態環境。另外， XOS與蔗糖同時存在時，能阻止蔗糖被微生物合成、生成不溶性的高分子葡萄糖，防止牙齒表面的牙釉質脫落，起到一定的保護作用。 XOS作為無齲齒性及抗齲齒性甜味添加劑，在兒童食品中具有很大的發展潛力。

1.5 抗氧化作用

抗氧化作用主要體現為物質的抗氧化水平或抗氧化酶轉化氧化物的水平。朱劼等[3]發現，添加XOS后，無論是高脂肪膳食小鼠還是正常飼料喂養的小鼠，血清、心臟和肝臟中的氧化型谷胱甘肽（Glutathione Oxidized，GSSH）水

平、丙二醛（Malondialdehyde，MDA）水平與空白對照組相比都顯著降低，而增加還原型GSSH水平大大提高。研究還發現，攝入XOS的高脂肪膳食小鼠心臟中的超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）、過氧化氫酶（Catalase from Micrococcus Lysodeikticus，CAT）和谷胱甘肽過氧化物酶（Glutathione Peroxidase，GSH-Px）等抗氧化酶表達水平與空白對照組相比顯著提高，抗氧化酶含量與正常小鼠無顯著差異[10]。人和動物的血脂代謝能力在一定程度上可以用抗氧化能力計算，所以在食品中添加適量的XOS能顯著提高抗氧化能力，為心腦血管相關疾病的預防和治療提供新的發展方向。

1.6 促進礦物質吸收

Kobayashi等[11]研究發現，對缺鐵性貧血小鼠使用酸性XOS，肝臟的調鐵素和小腸中鐵轉運蛋白的含量顯著降低，說明XOS可以提高機體的鐵吸收能力。許國輝等[12]在大鼠低鈣飼料中加入XOS，喂養21天并測定大鼠的鈣攝入量和糞便、尿液中的鈣含量以及鈣吸收率，發現XOS可以在很大程度上提高大鼠對鈣的吸收率、降低糞便中的鈣含量。由此可見， XOS可以促進人體對部分礦物質的吸收，保護人體健康。

1.7 激活免疫系統

炎癥（Inflammation）是機體對刺激的一種防御反應，表現為紅、腫、熱、痛和功能障礙[13]。炎癥可以是感染引起的感染性炎癥，也可以是非感染性炎癥。低聚糖的攝入可以有效對抗炎癥的產生。Gobinath等[14]研究發現， XOS增強機體免疫功能是通過增殖雙歧桿菌實現的。雙歧桿菌的大量存活會顯著增加外周血白細胞（Peripheral Blood Leukocyte， PBL）和免疫自然殺傷細胞（Natural Killer Cell，NKC）的數量，同時能增加外周血液單核細胞（Peripheral Blood Mononuclear Cell，PBMC）的數量、提高血清堿性磷酸酶（Alkaline phosphatase）和溶菌酶（Lysozyme）的活性，通過淋巴系統循環到人體各處，激活人體免疫系統，并促進免疫系統中參與免疫反應的細胞分裂和發育[10，15-16]。

有益菌雙歧桿菌在代謝XOS的過程中會產生大量的丁酸、馬來酸、脂肪酸等有機酸類物質。免疫因子調節和抗體的產生依賴有機酸，因此，豐富的有機酸能顯著提高人或動物的免疫能力。內源性脂肪酸和外源過氧化物酶體增殖物（Peroxisome Proliferators，PP）可以激活過氧化物酶體增殖物激活受體（Peroxisome Proliferators-Activated Receptors，PPARs），作為配體激活核轉錄因子。PPARs參與脂類代謝和細胞分化、生長以及凋亡，并且拮抗核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）轉導，在腸道內炎癥反應、免疫應答等過程中抑制NF-κB的信號傳達，在緩解炎癥方面起到關鍵作用[17-18]。Gobinath等[14]研究發現，雙歧桿菌產生的丁酸參與調節抗原呈遞細胞（Antigen-Presenting Cells，APC）活性，乙酸促進淋巴細胞增殖，因此，也被廣泛應用于抗腫瘤輔助制劑中。

2 XOS的應用

2.1 在防癌保健食品中的應用

運用XOS增殖人體內的雙歧桿菌，雙歧桿菌代謝時會產生大量的短鏈脂肪酸，降低腸道pH，抑制腐生菌生長，加快腸道蠕動，將致癌物質迅速排出體外[19]。

2.2 在減肥食品中的應用

XOS很難被人體消化液消化，所以幾乎不產生熱量，被廣泛應用于減肥食品中。又因為XOS的甜味和其他糖類似，可以滿足想吃甜食又害怕發胖人群的需要。當XOS作為甜味劑添加到食品中時，能減少人體的能量攝取量，加強機體脂肪代謝，達到減肥的目的。

2.3 在飼料中的應用

XOS可以促進家禽家畜的生長，維護家禽家畜的健康。將其添加到飼料中，可以提高免疫水平，降低家禽家畜的死亡率，降低飼養成本，提升家禽家畜的品質。

2.4 在醫藥中的應用

由于XOS具有表面活性部位及水溶性膳食纖維，對腸道內的有毒物質及致病菌有很強的吸附能力，可以抑制有毒有害病菌的生長繁殖，激活免疫系統，提高機體的抗病能力[20]。同時， XOS能增殖人體腸道益生菌，起到預防和治療腹瀉、便秘的功效[21]，所以，在醫藥中有巨大的發展潛力。

3 展望

目前， XOS仍在開發階段，雖然已經取得了很多進展，但仍存在一些問題需要深入研究。現有的生理活性研究基本都在動物體內進行，只能根據得到的數據推測在人體內實施的效果，實際效果還需進一步的實驗驗證。在XOS的制備過程中，不同的原材料是否會影響XOS的結構，從而影響XOS的生理活性，還不能確定。工業化制備高品質XOS仍在開發階段，無法大批量生產，更無法普及。

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Research Progress on physiological activity and application of Xylooligosaccharide

Pan Yan1，2， Zhang Yuan2， Chang Siyuan1 （1.Nanjing Polytechnic Institute， Nanjing 210048， China; 2.Nanjing Huading Biotechnology Co. Ltd.， Nanjing 210023， China）

Abstract：Xylooligosaccharide has good physical and chemical properties and is widely used as additive and optimizer in food， medicine， feed and cosmetics. In recent years， it has a good effect in regulating blood glucose， reducing blood lipid and acting as an anticancer substitute， which has attracted extensive attention of scholars at home and abroad. The important physiological activity and research progress on application of Xylooligosaccharide are reviewed.

Key words：Xylooligosaccharide; physiological activity; research progress