功能性低聚糖或糖醇促进大鼠肠道内矿物质吸收的研究进展

金 晓，苏日古嘎，张园园

（内蒙古农业大学动物科学学院，内蒙古 呼和浩特 010018）

功能性低聚糖或糖醇包括单糖、双糖、低聚糖和大多数糖醇，它们具有共同的结晶性质，易溶于水，且不被人和单胃动物小肠中的水解酶分解，进入大肠内调节肠道菌群，促进乳酸菌、双歧杆菌等益生菌的增殖。大鼠上，功能性低聚糖或糖醇被盲肠微生物体利用，产生大量的短链脂肪酸，降低肠腔内的pH 值，使肠腔内环境酸化，抑制有害菌的繁殖，因而改善肠道功能。短链脂肪酸作为功能性低聚糖或糖醇在大鼠盲肠内的代谢产物不仅会改善肠上皮细胞对肠腔内营养物质的吸收， 还会使肠腔内渗透压升高，引起管腔内水分增加，增加肠道蠕动，改善便秘［1-4］。 近30 年的研究结果显示，常见的功能性低聚糖或糖醇， 包括双糖二果糖酸酐、低聚果糖、低聚木糖、低聚甘露糖和低聚半乳糖、麦芽糖醇、甘露糖醇、山梨糖醇、赤藓糖醇和木糖醇等， 可作为低热量甜味剂， 具有改善肠道功能、提高肠道健康水平及促进营养物质消化吸收的作用［5-7］。 笔者综述了功能性低聚糖或糖醇促进大鼠肠道内矿物质吸收的研究进展， 并探讨了对其促进矿物质吸收的作用机理。

1 功能性低聚糖或糖醇

功能性低聚糖或糖醇是指不被小肠内源酶水解的低聚糖或糖醇， 它们在小肠内可部分被消化或不被消化，随后进入大肠被大肠微生物利用。低聚糖是一种碳水化合物，其分子中含有2～10 个单糖基，通过糖苷键连接。功能性低聚糖或糖醇作为一类有益于人或动物健康的食品及饲料添加剂，因其热量低，在肠道内被大肠微生物体利用，产生短链脂肪酸和气体，降低肠腔内的pH 值，抑制有害菌的增殖，改善肠道环境等功能，在科学研究中得到了广泛的应用。

2 功能性低聚糖或糖醇促进矿物质吸收的作用

2.1 促进小肠对矿物质的吸收作用

提高机体的矿物质生物利用率是功能性低聚糖或糖醇的重要特性。有研究表明，日粮中添加乳糖能够提高大鼠小肠中镁的吸收率［8］。 山梨糖醇的摄入可增加大鼠回肠中钙的吸收［9］。 有研究报道，通过利用45Ca 示踪技术，发现麦芽糖醇能促进大鼠的钙吸收。 麦芽糖醇在大鼠小肠内引起的高渗透压有助于增加钙吸收［10］。已有研究表明，二果糖酸酐Ⅲ或二果糖酸酐Ⅳ可增加大鼠肠道黏膜屏障的通透性，影响空肠、回肠、盲肠和结肠的黏膜上皮细胞的紧密连接， 通过细胞旁途径增加肠上皮细胞对钙、镁、锌的吸收，从而促进钙、镁和锌在小肠和大肠的吸收［11］。

2.2 促进大肠对矿物质的吸收作用

过去近30 年内，关于功能性低聚糖或糖醇作用于矿物质吸收的研究结果大部分来自日本研究者在大鼠上进行的研究， 涉及的体内具有重要生理功能的矿物质包括钙、磷、镁、锌和铁等。钙和磷是关系骨矿化和骨骼健康的最重要矿物质元素。有报道称，摄入由蔗糖和乳糖合成的乳糖蔗糖，增加了大鼠钙的表观吸收率和骨骼中沉积［12］。 在日粮中添加果寡糖，可提高矿物质的吸收率，同时可以抵消日粮中的植酸对小鼠的不良影响［13］。 在富含谷类和豆类的食物中， 磷主要以植酸磷的形式存在，很难被动物机体利用。而日粮中添加功能性低聚糖或糖醇， 可提高机体对日粮中植酸磷的利用率［14］。 在早些年人们认为食物或饲料中的高剂量纤维通过结合矿物质阳离子和维生素， 减少矿物质的吸收，降低其生物利用率［15］。 然而，近些年的研究结果证明， 食物或饲料中的功能性低聚糖和糖醇可以改善机体对矿物质的吸收和滞留。Xiao 等［16］发现，日粮中添加低聚果糖可增加大鼠对钙和镁的吸收。 Chonan 等［17］发现，生长期大鼠喂食5%或10%低聚半乳糖日粮，可提高钙的表观吸收率和钙平衡。 日粮中添加乳果糖则被报道可使大鼠的钙吸收率从26%增加到37%。 其他在小肠内消化受限的单糖、低聚糖或糖醇，如L-阿拉伯糖、D-阿拉伯糖、棉子糖或木糖醇等也有增加矿物质吸收的作用［18］。 日粮中添加甘露糖醇可增加生长期大鼠钙吸收及股骨和胫骨中的钙沉积［19］。日粮中添加低聚半乳糖可提高大鼠钙和镁的吸收率和滞留率，以及股骨和胫骨的破骨强度，增加股骨远端、 骨小梁体积骨密度和胫骨近端体积骨密度［20］。 生长期大鼠饲喂低聚半乳糖9 d 后，可提高钙、镁和铁的表观吸收率［21］。尤其是当低聚半乳糖与乳酸菌发酵的乳制品相结合饲喂时， 这种效果更为强烈［22］。另外，日粮中添加低聚果糖也可提高大鼠对钙、镁、铁、锌和铜等矿物质的吸收率［23-26］。日粮中添加二果糖酸酐Ⅲ通过扩大盲肠黏膜组织增加铁的吸收率［11］。 日粮中添加糖醇包括麦芽糖醇、 木糖醇或甘露糖醇也被报道能提高大鼠钙和镁的吸收率， 增加大鼠骨骼中矿物质含量和骨强度［27-33］。 在上述研究中，功能性低聚糖或糖醇提高矿物质生物利用率的有益作用与其在大肠中的发酵特性有直接关系。 盲肠是大鼠吸收钙最多的肠道。 大鼠盲肠中钙通过主动转运被吸收量是十二指肠和结肠的几倍［34］。在正常条件下，盲肠黏膜吸收由不溶性矿物复合物解离的游离矿物质离子，而这些矿物复合物的溶解主要依赖肠腔内的pH值［35-36］。 日粮中的功能性低聚糖或糖醇全部或部分到达盲肠， 被盲肠微生物发酵， 产生短链脂肪酸，引起大鼠盲肠pH 值下降。有研究结果表明，菊粉和低聚果糖可提高矿物质吸收水平， 其效果与盲肠内的短链脂肪酸形成和降低的pH 值有关［37］。盲肠pH 值的下降可促进矿物复合物的溶解，增加矿物阳离子的浓度［38-39］。 Raschka 等［40］报道，酸化的大鼠盲肠内环境可增加可溶性矿物质和矿物质离子的浓度， 从而促进其在盲肠内的吸收。 在仔猪、大鼠和鸡的试验中均有相似的结果证明，日粮中添加功能性低聚糖或糖醇可引起盲肠或结肠的肥大，为矿物质提供了更大的吸收面积，从而提高矿物质的吸收率［12，33，41-43］。 另外，短链脂肪酸也可通过刺激肠上皮细胞并增加其吸收能力， 以及通过增加肠壁血流量，增加水分和电解质吸收率，间接影响肠道矿物质的吸收［44］。短链脂肪酸，尤其是功能性低聚糖或糖醇在大肠中发酵产生的丁酸，可直接增加对肠上皮细胞的能量供应， 调节矿物质离子和氢离子的电解质交换， 从而促进大鼠大肠上皮细胞对矿物质的吸收［45］。

3 影响功能性低聚糖或糖醇促进矿物质吸收的因素

功能性低聚糖或糖醇的摄入可提高肠道矿物质吸收率、增加骨矿物质沉积，这与功能性低聚糖或糖醇在日粮中添加剂量、种类、日粮中的矿物质添加水平以及动物的矿物质缺乏程度等因素有关［46］。当在大鼠日粮中的矿物质添加水平较高时，功能性低聚糖或糖醇促进矿物质吸收的有益功能更为有效［36］。如，缺铁的大鼠日粮中添加低聚半乳糖与FeCl3时，可增加大鼠血红蛋白（Hb）的合成，且日粮中FeCl3添加水平与红细胞平均血红蛋白浓度在一定范围内呈正相关关系［47］。 胃切除的大鼠日粮中添加血红素铁不能预防贫血， 但与低聚果糖结合添加时，可增加铁的吸收并预防贫血［48］。近年来， 有关功能性低聚糖或糖醇的研究主要集中在缺乏矿物质的或有矿物质吸收障碍的动物或人身上。 Ohta 等［49-50］证实，日粮中添加低聚果糖可分别提高缺镁大鼠和缺铁贫血大鼠的钙、 镁和铁的吸收率。 此外，有研究报道，在胃切除的动物模型上，日粮中添加低聚半乳糖、低聚果糖、双糖二果糖酸酐、 聚葡萄糖等均可提高钙和铁的生物利用率并预防贫血［48，51-54］。 卵巢切除会导致骨矿物质流失和骨质减少。 有研究表明，日粮中的低聚半乳糖、低聚果糖、双糖二果糖酸酐、麦芽糖醇和聚葡萄糖均增加了卵巢切除大鼠的钙、镁和铁等矿 物 质 吸 收，并 阻 止 了 骨 矿 物 质 的 流 失［42，46，55-56］。功能性低聚糖或糖醇对矿物质吸收和滞留的影响可能也与功能性低聚糖或糖醇摄入期的长短有关。一些研究结果表明，大鼠摄入功能性低聚糖11 d 后能够促进钙的吸收，但这一作用25 d 后不再持续［57］。

4 小结

日粮中添加功能性低聚糖或糖醇可提高矿物质的吸收率。 功能性低聚糖或糖醇不受小肠消化酶的分解，进入盲肠后被微生物发酵，产生短链脂肪酸，降低肠腔内pH 值，促进肠黏膜上皮细胞的增殖，从而提高矿物质在盲肠中的吸收率。未来的研究需要评估功能性低聚糖或糖醇作为低热量食品或饲料添加剂的长期摄入对矿物生物利用率的影响。