5种益生元润肠通便功能的比较研究

王学敏,陈朝青+,孙丰义,伍敏晖,王 鑫,陈希民,何 梅

(北京市营养源研究所,北京 100069)

益生元的概念最先由Gibson教授在1995年提出,随着益生元研究的不断深入,其概念经过多次修订,2016年国际益生菌和益生元科学协会(ISAPP)专家组在最新科学和临床证据基础上,更新了益生元定义:一种可以被微生物选择性利用,以赋予宿主健康益处的底物[1]。目前常见的益生元主要以碳水化合物为基础,如易发酵的碳水化合物、低聚糖(包括低聚果糖、低聚半乳糖、低聚木糖、大豆低聚糖、水苏糖、低聚异麦芽糖、菊粉等[2])、母乳低聚糖,更新的概念进一步扩展了益生元的范围,其他一些物质如植物化学物和酚类、一些不饱和脂肪酸可能符合更新的概念。大量研究发现,益生元具有促进益生菌增殖、改善机体肠道健康、降血糖及提高机体免疫力及预防肿瘤癌症等作用[3-6]。

随着生活节奏的加快、饮食结构改变、行为方式的改变,便秘发病率呈逐年上升趋势,我国成年人便秘的患病率为3.19%～11.6%,老年人患病率为11.5%[7-8]。合理调整饮食结构、摄入足量膳食纤维是缓解和预防便秘的重要措施之一。因结构、组成、聚合度及糖苷键的差异,益生元被肠道菌群的利用程度不同,包括对不同有益菌的增殖程度、有害菌受抑制效果以及被肠道菌群代谢后的产酸量和产气量等方面均有差异[9-11],导致其功能存在差异。郝红伟等[12]比较了3种不同益生元(菊粉、低聚异麦芽糖、低聚半乳糖)改善肠道健康的作用,结果发现,3种不同益生元均具有改善肠道健康的作用,但效果表现不同,可能与益生元服用剂量不同及其选择性促进益生菌增殖的作用有关。为了更好地比较不同益生元的润肠通便差异,本文利用小肠运动实验和排便实验对相同剂量的5种益生元的效果进行了比较,为其在功能产品中的应用奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

成年健康昆明雄性小鼠 体重在18～22 g,共168只,实验动物生产许可证:SCXK(京)2014-0004,饲养许可证号:SYXK(京)2014-0047,购自北京华阜康实验动物技术有限公司;水苏糖P70型 中国食品发酵研究院;低聚果糖QHT-FOS-P95S、低聚半乳糖QHT GOS 90 量子高科(中国)生物股份有限公司;聚葡萄糖 纯度≥90%，保龄宝生物股份有限公司;菊粉 购自阿里巴巴;盐酸洛哌丁胺 西安杨森制药有限公司;阿拉伯树胶 广西汕头市西陇化工厂;墨汁 上海精细文化用品有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 实验动物 选用成年健康昆明雄性小鼠,实验动物饲养环境:温度((22±1) ℃),湿度(60%～70%),每日12 h交替光照与黑暗,动物自由饮食饮水。

1.2.2 剂量设计及分组 小鼠适应性喂养3～5 d后随机分成2组,每组84只,分别进行小肠运动实验和排便实验。每组实验分别设空白对照组、模型对照组、水苏糖、低聚果糖、低聚半乳糖、聚葡萄糖、菊粉,共计7组,每组12只。5种益生元的干预剂量均设为1.0 g/kg。

1.2.3 小鼠体重 分组后,称量各组小鼠体重,记为初始体重;灌胃给予盐酸洛哌丁胺造模前,称量各组小鼠体重,记为最终体重。

1.2.4 小肠运动实验 灌胃给予5种益生元14 d后,各组小鼠禁食不禁水20 h。模型对照组和5种益生元组灌胃给予盐酸洛哌丁胺8 mg/(kg·BW),空白对照组给予蒸馏水灌胃。

给予盐酸洛哌丁胺0.5 h后,5种益生元组灌胃给予含相应浓度益生元的实验墨汁(含10%墨汁、10%阿拉伯树胶),空白对照组和模型对照组给予实验墨汁灌胃。

25 min后立即脱颈椎处死动物,打开肠腔分离肠系膜,剪取上端自幽门、下端至回盲部的肠管,置于托盘上,轻轻将小肠拉成直线,测量肠管长度为“小肠总长度”,从幽门至墨汁前沿为“墨汁推进长度”。按下式计算墨汁推进率:

1.2.5 小鼠排便实验 给予5种益生元灌胃14 d后,各组小鼠禁食不禁水20 h。空白对照组灌胃给予蒸馏水,模型对照组和5种益生元组灌胃给予盐酸洛哌丁胺10 mg/(kg·BW)。给予盐酸洛哌丁胺0.5 h后,空白对照组和模型对照组小鼠用墨汁灌胃,5种益生元组灌胃给予含相应浓度益生元的墨汁,动物均单笼饲养,正常饮水进食。从灌墨汁开始,记录每只动物首粒排黑便时间、6 h内排黑便粒数及重量。

1.3 数据处理

2 结果与分析

2.1 5种益生元在同一剂量下对小鼠体重的影响

由表1可知,实验前各组小鼠初始体重无明显差异(P>0.05);灌胃给予不同益生元14 d后,各组小鼠最终体重均无显著性差异。实验期间各组小鼠皮毛有光泽,饮食和活动正常。空白对照组和模型对照组粪便形状正常,均为粒状便;5种益生元组虽粪便稍软,但均未见腹泻和稀便等现象,表明在1.0 g/kg干预剂量下,5种益生元对小鼠的体重增加无明显影响。

2.2 5种益生元在同一剂量下对小鼠小肠运动的影响

以小肠墨汁推进率为指标,评价5种益生元在同一剂量下对小鼠小肠墨汁推进运动的影响。由表2可知,与空白对照组相比,模型对照组的小肠墨汁推进率极显著降低(P<0.01),表明给予盐酸洛哌丁胺后,小鼠小肠蠕动抑制模型建立成功。

与模型对照组相比,水苏糖组、低聚果糖组、低聚半乳糖组、菊粉组的小肠墨汁推进率均明显增加,差异具有统计学意义(P<0.05)。聚葡萄糖组较模型对照组小肠推进率有增加趋势,但差异不显著(P=0.062>0.05)。表明,在剂量为1.0 g/kg时,水苏糖、低聚果糖、低聚半乳糖、菊粉对小肠运动具有促进作用。

表1 5种益生元对小鼠体重的影响Table 1 Effects of five different prebiotics on body weight

注:*表示与空白对照组相比,差异显著(P<0.05);**表示与空白对照组相比,差异极显著(P<0.01);#表示与模型对照组相比,差异显著(P<0.05);##表示与模型对照组相比,差异极显著(P<0.01);表2～表3同。

表2中5种益生元对小肠促进作用由高到低,依次是低聚果糖>低聚半乳糖>水苏糖>菊粉>聚葡萄糖,进一步比较5种益生元的差异,结果发现,5种益生元对小肠墨汁推进率的影响无明显差异。

表2 5种益生元在同一剂量下 对小鼠小肠墨汁推进率的影响Table 2 Effects of five different prebiotics on intestinal propulsion rate in mice

2.3 5种益生元在同一剂量下对小鼠排便的影响

由表3可知,与空白对照组相比,模型对照组的首例排黑便时间延长(P<0.01),6 h内排黑便粒数减少(P<0.01),6 h粪便重量减轻(P<0.01),差异均具有统计学意义。表明小鼠便秘模型建立成功。

表3 5种益生元在同一剂量下对小鼠排便的影响Table 3 Effects of five different prebiotics on defecation in mice

在模型成立的条件下,与模型对照组相比,在干预剂量为1 g/kg时,5种益生元的首例排黑便时间、6 h内排黑便粒数和粪便重量均无明显差异(P>0.05)。说明在此剂量下,5种益生元对小鼠排便实验无明显影响。进一步比较5种益生元间的差异,结果发现,5种益生元对小鼠排便实验的影响无差异。

3 讨论与结论

本文通过小鼠便秘模型,研究了5种常见益生元在同一剂量(1.0 g/kg)下对小鼠便秘模型的润肠通便功效和差异,结果发现,在剂量为1.0 g/kg时,水苏糖、低聚果糖、低聚半乳糖、菊粉均对小肠运动具有促进作用;从小肠运动实验数据来看,5种益生元对小肠促进作用由高到低,依次是低聚果糖>低聚半乳糖>水苏糖>菊粉>聚葡萄糖,但5种益生元之间对小肠墨汁推进率的影响无差异。小鼠排便实验结果显示,5种益生元对小鼠排便实验无明显影响。根据保健食品中通便功能评价原则,5种益生元在剂量为1.0 g/kg时,润肠通便作用均为阴性。

梁耀锋等[13]利用0.75、1.5、3.0 g/(kg·BW)的水苏糖冲剂干预,结果发现3个剂量昆明小鼠小肠推荐率明显高于模型对照组,且首例排便时缩短。Li等[14]利用小鼠便秘模型(BALB/c)评价了水苏糖颗粒剂(0.42、0.83、1.68 g/(kg·BW))的润肠通便效果,结果发现3个剂量水苏糖均能促进小肠运动,缩短首例黑便时间,增加5 h内排黑便例数和粪便重量。但本研究中水苏糖仅对小肠运动有促进作用,但排便实验未出现显著性差异,这可能与本实验所使用的小鼠品种和水苏糖纯度有关。BALB/c小鼠是近交系小鼠,个体之间保持着与亲代几乎一致的遗传性状,而昆明小鼠是远交系,个体之间的遗传性状差异较大。同时,市面上的水苏糖原料纯度在55%～90%不等,这可能也会影响实验结果。

韩彦彬等[15]利用低聚果糖连续灌胃14 d,结果发现0.8和1.6 g/kg润肠通便结果为阳性;王宇[16]的研究也发现,低聚果糖在剂量为0.8 g/kg时,干预7 d,小肠墨汁推进率、粪便例数和粪便重量可出现阳性结果。生庆海等[17]评价了不同剂量低聚半乳糖的润肠通便作用,结果发现,低聚半乳糖在剂量为0.5、1.0、3.0 g/kg时,连续灌胃10 d,3个剂量均可促进小肠运动,缩短首例黑便时间,增加6 h内排黑便粒数和粪便重量。而本研究结果显示,低聚果糖和低聚半乳糖在剂量为1.0 g/kg时,其润肠通便功能均为阴性,可能与昆明鼠个体之间差异以及干预时间有关。

人群试验结果显示[18-20],聚葡萄糖干预剂量在8～20 g可发挥润肠通便、缓解便秘的作用。Duncan等[21]的研究发现,每天给予慢性便秘人群8或12 g聚葡萄糖,2周后,并没有明显改善肠道功能的相关指标。本研究中聚葡萄糖的干预剂量为1.0 g/kg,以人60 kg标准体重计算,种属间换算系数计为10,则相当于人体聚葡萄糖剂量为6 g,低于文献用量,因此,本研究未出现阳性结果可能因剂量偏低导致。Antje等[22]研究发现,每天12 g菊粉,持续4周,能明显增加排便频率,同时粪便软化,进而改善慢性便秘和肠道功能。其它关于菊粉对便秘影响的文献,菊粉的用量为15或20 g[23-24],均高于本研究中干预剂量转化为人群的食用剂量,这可能是本实验未出现阳性结果的原因。

益生元在结肠被有益菌发酵产生大量的短链脂肪酸,可降低肠道pH并提高肠道内渗透压,使肠道内容物大量吸收,从而增加粪便体积和含水量,结构松软,同时还会刺激肠道蠕动促进排便,起到缓解便秘的作用[25-28]。不同益生元因结构、组成、聚合度及糖苷键的不同,功能也会存在差异。郝红伟等[12]对菊粉、低聚异麦芽糖、低聚半乳糖改善肠道健康的作用进行了比较,结果发现,3种益生元均可不同程度地改善肠道健康,其中低聚异麦芽糖的效果更佳,但因3种益生元剂量不同,差异可能与剂量有关。本研究利用相同剂量的益生元进行干预,结果发现不同益生元对小肠运动和排便实验的影响无明显差异,可能与造模严重程度、干预剂量、干预时间、动物种属差异等造成,还需进一步深入研究加以验证。