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益生元 （Prebiotics）
定义与背景
Prebiotics 的引入有很多翻译 如益生元，益生物质，助生剂等。这里我们采用益生元。它被定义为： 通过选择性的刺激一种或少数种菌落中的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（Gibson and Roberfroid，1995)。
最基本的益生元为碳水化合物，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，任何可以减少现在有害菌种，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。
此定义并没有侧重地强调某一特定的菌种。然而由于双歧杆菌和乳酸菌被认为对人体有很多有益的影响，所以一般的益生元被假设认为能促进此两种菌数量的增加或是其活性的增强。可以促进（生成促进） 双歧杆菌的物质被认为为双歧因子。一些益生元可以作为双歧因子，反之亦然。但这两个概念并不相同，见下表说明。
益生元和相关术语及一些误区
双歧因子 :
任何促进双歧因子生长的成份
非消化性寡糖 (NDOs):
不能被小肠消化而直接进入大肠的短链碳水化合物
一些误区 :
所有益生元都是双歧杆菌促进性的 :
对寄主（人体）有益，并不一定是可以促进双歧杆菌。对其他菌种的促进同样可以是有有益效应的。因此益生元不一定有双歧杆菌促进性。
双歧因子都属益生元 :
双歧因子可以增加小肠或其他情况下（如发酵的乳制品中）的双歧杆菌数量。当小肠中的双歧杆菌得到促进时，该上歧因子可以被认为是益生元，但只有在这种促进是有益于寄主（人体）的前提下。其他状况下的双歧因子并不是益生元。
非消化性寡糖（NDOs）都有双歧杆菌促进性或都是益生元 :
非消化性寡糖可以促进有益菌从而产生有益效应，这种情况下它们可以被认为是益生元。
非消化性寡糖同样可以促进有害菌而产生有害效应（如在乳糖不耐症中）。
NDOs 可以促进双歧杆菌因而可以被称为双歧因子，但并不一定是益生元。
NDOs 也可以对肠菌落无任何作用。
所以，取决于不同种类， NDOs 可能是益生元，双歧因子，有害的或是无活性的。
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定义同样指出代谢活动的改变可能改善寄主健康。意思是说并没有明确特定某菌种需要被刺激促进，而是肠菌落的代谢功能作为一个整体的改变。这通常是指碳水化合物发酵的提高和蛋白质降解与发酵的减少。
碳水化合物的发酵一般产生无害或有益的终产物，然而蛋白质发酵则导致潜在的有害物质的生成。见下图。
图 1. 细菌发酵蛋白质与碳水化合物示意图。其中划线物质主要来源于蛋白质发酵。
硫化氢气体有很强的活性可以对肠产生不良作用。其他气体如氢气，二氧化碳和甲烷除可以产生胃胀气外无其他负作用。短链脂肪酸和乳酸盐对肠菌落（降低 pH 值，使肠环境更酸性化）和肠细胞（需要短链脂肪酸作为能量物质）都有有益作用。乙醇可迅速地被其它肠细菌代谢到而对寄主（人体）无作用。支链脂肪酸，氨，胺，酚类和吲哚则刺激肠细胞，诱导有机体突变或是在高浓度情况下对对免疫系统产生危害。
这就是为什么需要加强碳水化合物发酵而抑制蛋白质发酵。代谢活动的改变也不一定与有益菌种数量的增加有关。
所以益生元的概念应该明确：增加有益菌和 / 或增加碳水化合物代谢。
益生元的作用
益生元被明确的制定作用于大肠菌落。
以下为已经发表功效：
- 减轻便秘
- 降低肠 pH 值
- 恢复肠细菌平衡
- 对血脂的功效
- 降低直肠癌发病率
- 对免疫系统的功效
- 完善婴儿肠菌落
减轻便秘。
此功效已经如食用纤维的功效一样被很好的证实了。很多益生元为在大肠中发酵的碳水化合物。通过发酵产生肠气体来增大肠体积从而缩短了消化物在肠中的逗留时间。便秘是由消化物在肠中逗留时间太长而引起的。经过时间短了自然有助于抵抗便秘。
除此之外，许多碳水化合物可以增加肠的水分含量，酸的分泌可以刺激肠蠕动。这些同样可以减少消化物经过肠的时间。
基于对新产代谢的改变而不是通过刺激某种细菌，最好的功效是由包括膳食纤维在内的碳水化合物混和物获得。
降低肠 pH 值
该作用是由于新产代谢来自从蛋白质发酵（生成氨，高 pH ）向更多碳水化合物发酵（生成酸）的改变。一些肠道疾病如节段性会肠炎和 IBS （急性肠道综合症）的特征都是有过高的肠 pH 值。降低 pH 从而可以降低（并非治愈）这些疾病的发生。这是有益于病人的。
低的肠 pH 值也可以刺激肠蠕动从而抵制致病细菌。
同样基于新陈代谢的改变（更多碳水化合物）而并非对某种特定细菌的促进，最好功效由快速的碳水化合物混和物发酵获得。
恢复肠细菌平衡
益生元可以帮助肠在经过抗生素，腹泻，压力或其它药物（非抗生素类）的干扰后恢复肠内细菌平衡。通过对某特定菌群的选择性的刺激而使平衡恢复。可能发生在很多种不同菌群上。这种刺激可以是直接的（被选择的细菌在益生元上生长）或是间接的（一些细菌释放对其它细菌生长有益的物质）
这种情况下，选择性刺激和新陈代谢的改变都起到作用。
影响血脂浓度
被声称对一些单糖有益，但次作用并未经证实。
降低直肠癌发病率
这一效应未经证实。但有很多迹象指出许多蛋白质发酵产物会提高患直肠癌的风险。所以蛋白质发酵的减少可以降低风险。而且碳水化合物发酵产物也许有降低直肠癌发病的可能。
同样的，最佳的降低风险效应是通过改变新陈代谢而不是某类细菌来获得。
对免疫系统的作用
益生元本身对免疫系统无任何作用。但是通过改变肠菌落从而可能影响免疫系统。该刺激可以是有益的或是无益的，有益作用是指免疫系统被激活来抵抗致病菌。无益作用是说由于刺激可能引起的过敏反应。
关于肠菌落对免疫系统的作用方面的研究已经很多，但至今还没有已知的对免疫系统有益的益生元物质。
完善婴儿肠菌落
四岁以下儿童的肠菌落很不稳定。许多口入致病菌都可以干扰微生物菌落。可以稳定菌落的物质可被认为是益生元。一些研究指出有些商业化的单糖可以改变菌落和降低 pH 值而起到由稳定效应。
商业化益生元
大多数商业用益生元为寡糖和膳食纤维。选择性非消化寡糖能提高碳水化合物发酵从而起到上述的功能。但同时也要注意并非所有寡糖都具有益效应。若要使效果生效，寡糖（或其混和物）应该在动物和人体中进行彻底的测试。
目前，没有寡糖选择性的刺激某种特定的细菌。有声称说一些寡糖可以促进双歧杆菌的乳酸菌，但机体内（人体内）和机体外（实验室）实验显示所有商业用寡糖都是由大量的肠道细菌发酵而来。
对于所有寡糖，当其产生作用时都是通过改变新陈代谢而非促进特定某种细菌而完成。
副反应
由于商业用寡糖增加了碳水化合物发酵，所以同样增加气体生成（见上图）。也就是说主要的副作用为肠胃胀气和膨胀感。这些反应可以发生于食用 5 克 寡糖的敏感人群中，而在食用 40 克 的耐性人群却不发生。所以这些副反应的发生取决于寡糖的同类和人体的接受度。
有效剂量
正常的饮食每天可以提供 5 克 -10 克 的非消化性寡糖。它们来源于蔬菜（主要为低聚果糖)。对健康成年人寡糖有效剂量为每天 5 -10 克，少于 5 克 一般为认为是服用量不足。
一些商业用寡糖 :
寡糖 |
品名 |
有益效应 |
低聚果糖（FOS）和菊粉 |
Oligofructose,raftilose, actilight, frutafit, frutalose |
有 |
反链低聚半乳糖 |
Elix'or |
有 |
低聚木糖 |
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有 |
低聚甘露糖 |
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有 (动物) |
乳酮糖 |
LacPure |
有 |
合生元
益生元被特定的指定作用于大肠菌落。益生素为计划的主要作用于小肠。
合生元是将益生元与益生素合并为一种产品。目的是使该产品包含对小肠有益的元素（probiotics）的同时也包含作用于大肠的元素（prebiotics）。两种元素合并协助作用，所以叫做合生元。
一个普遍的误解是益生元应该促进益生素（通常被联系到共生现象中的共生学）。 由于通过促进益生素，益生元被使用，但其并不会对大肠起任何作用，一次这一概念没有意义。
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