益生元作为一种膳食补充剂，通过选择性的刺激一种或少数菌落中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。针对益生元的主要特性，本文介绍了益生元的类型、应用领域及行业政策。
益生元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。益生元具有激活体内益生菌增殖、抑制有害菌，激发细胞活力、增强免疫力的健康作用。
益生元主要存在于母乳、蜂蜜及大豆、洋葱、大蒜等 30000多种植物中。包括各种寡糖类物质（Oligosaccharides）或称低聚糖(由 2～10个分子单糖组成）。文章主要统计的产品包括低聚果糖，低聚半乳糖，菊粉，聚葡萄糖，低聚异麦芽糖，抗性糊精，抗性淀粉，低聚甘露糖，海藻糖，低聚木糖，水苏糖, 壳聚糖，乳酮糖，帕拉金糖，龙胆低聚精和大豆低聚糖。
1.益生元的双歧因子功能
迄今已鉴定的益生元大多可以促进双歧杆菌增殖的，其作用机制是益生元选择性刺激肠道中众多菌群中的双歧杆菌的增殖。这可能是由于双歧杆菌利用这类基质生长的效率比其他微生物相对更高，并且能耐受短链脂肪酸（SCFA）和发酵所引起的酸化微环境的原因。分析长双歧杆菌基因组揭示了专门对各种不同碳水化合物进行分解代谢的大量蛋白质序列，无疑这些有助于提高在肠道环境中的竞争力。
益生元可诱导肠道中双歧杆菌菌群增大10-100倍，益生元的双歧因子效果同双歧杆菌群原来大小成反比关系，这种影响比益生元剂量的影响还要大。
2.益生元可溶性膳食纤维特性
低聚糖类益生元具有可溶性膳食纤维的基本特性。如可降低粪便pH值；减少有毒代谢物；增加粪便体积和水分、加速肠腔蠕动、减轻便秘；具有洁肠通便、排毒解毒的功能。除此之外，低聚糖类益生元还具有良好的耐消化性，不易被唾液、胰液、肠液中的酶类所分解，可以一直到达大肠，被肠道细菌代谢。
3.益生元的健康效应
虽然益生元的作用机制很大程度上是理论性的，但可以采用的合理假设包括改善微生物菌群的活动和菌群的代谢活动，其好处是增强肠道定植抗力、促进矿物质元素吸收、提高免疫力、营养和短链脂肪酸（SCFA）的抗肿瘤作用，通便和减少有害微生物代谢。
4.改善和防止便秘
肠内双歧杆菌发酵低聚糖产生大量醋酸和乳酸等短链脂肪酸，能促进肠道的蠕动、增加粪便湿润度，并保持一定的渗透压，故可以改善和防止便秘。研究表明，日服6-12g低聚糖，一周内有明显的抗便秘效果。
5.促进矿物质元素的吸收
低聚糖类益生元经微生物发酵后可降低肠道pH值，提高矿物质溶解性，从而促进大肠中钙、镁等矿物质的吸收。研究发现，通过补充FOS可增加大鼠对钙、镁的吸收，股骨中钙的含量增加，并且防止食粪癖的发生，尤其提高FOS对镁吸收的刺激性效应。GOS的摄入不仅可有效促进肠道对钙的吸收，还可以降低肠道对钠的吸收，同时升高钾的吸收率。
6.免疫调节、抗肿瘤
益生元可被双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌群利用产生代谢产物，而代谢产物反之又能促进其消化、生长和增殖，从而刺激了肠道免疫器官生长，提高巨噬细胞的活性，提高了机体的抗体水平。
对低聚糖类益生元的免疫调节作用检验证明，低聚糖多具有明显提高抗体形成细胞数及NK细胞活性，增强免疫功能的作用。大量动物实验表明，双歧杆菌在肠道的大量增殖有抗癌作用，这种作用归功于双歧杆菌的细胞，细胞壁和细胞间的物质使机体的免疫力提高。
7.调节脂肪代谢
益生元还可以影响脂肪代谢。对糖尿病大鼠所做的实验表明，使用低聚木糖代替饲料中的糖后，病鼠血清胆固醇和甘油三酯下降。同样对于FOS做了实验，由实验结果可以看出血脂降低。
8.益生元还能增强免疫力
双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌群利用益生元的营养会促进自身的生长和增殖，从而刺激巨噬细胞产生活性，被激活的巨噬细胞将分泌抗菌素，又会促进淋巴细胞分裂增殖，使肠道免疫器官生长，从而提高机体免疫力。
近几年来，无论国际还是国内食品市场，益生元作为食品添加剂的重要组成部分，它的应用日益广泛。随着功能食品、功能饮料、功能乳品，营养品的快速发展，益生元的市场容量也在急剧扩张。同时益生元还应用于保健食品、医药、饲料等方面。
表1：益生元主要类型产量增长趋势（2015-2026 年）（吨）
图1：全球 2019年益生元主要类型产量市场份额
1.低聚果糖
低聚果糖是低聚糖的一种，FOS 是 Fructooligosaccharide 的简称，低聚果糖分为蔗-果型低聚果糖和果-果型低聚果糖，其中蔗-果型低聚果糖主要由在蔗糖（F）的果糖残基上通过β（2→1）糖苷键连接 1～4 个果糖基（F）所形成的蔗果三糖（GF2）、蔗果四糖（GF3）、蔗果五糖（GF4）和蔗果六糖（GF5）的混合物。
低聚果糖是公认的典型益生元，也是一种水溶性膳食纤维，天然存在于自然界多种植物中。由于其显著的健康功效、良好的加工性能和卓越的口感，广泛应用于保健食品、婴幼儿配方食品、乳制品、饮料、烘焙食品中。
2.低聚半乳糖
低聚半乳糖（GOS）是一种具有天然属性的功能性低聚糖，其分子结构一般是在半乳糖或葡萄糖分子上连接 1~7 个半乳糖基，即 Gal-(Gal)n-Glc/Gal(n 为 0-6)。低聚半乳糖又称为“半乳寡糖”，是一种益生元，人体不能吸收，但可以促进大肠内益生菌的生长及活跃度。
3.菊粉
菊粉（Inulin）是自然界中天然存在的果聚糖，由不同链长的果糖聚合而成。它存在于多种植物体内，目前工业化生产的菊粉主要来源植物为菊芋和菊苣。菊粉具有天然水溶性膳食纤维和益生元的双重功效，对人体具有调节肠胃功能、促进矿物质、改善脂质代谢，控制体重、促进体内维生素合成等多种生理功效，是一种来自植物的天然健康食品配料。天然菊粉经水解等过程，还可派生出低聚果糖等一系列健康配料。
4.聚葡萄糖
聚葡萄糖（polydextrose)是一种水溶性的膳食纤维。为白色或类白色固体颗粒，进入人体消化系统后，产生特殊的生理代谢功能，从而防治便秘及脂肪沉积。
5.低聚异麦芽糖
自然界中低聚异麦芽糖极少以游离状态存在，但作为支链淀粉或多糖的组成部分，在某些发酵食品如酱油、黄酒或酶法葡萄糖浆中有少量存在。
工业上以淀粉为原料生产低聚异麦芽糖需要一种酶，此酶为 α-葡萄糖苷酶，又名葡萄糖基转移酶，简称 α-糖苷酶。它能切开麦芽糖和麦芽低聚糖分子结构中 α-1，6 糖苷键，并能将游离出来的一个葡萄糖残基转移到另一个葡萄糖分子或麦芽糖或麦芽三糖等分子中的 α-1，6 位上，形成异麦芽糖、异麦芽三糖、异麦芽四糖、异麦芽五糖和潘糖等。
6.抗性糊精
抗性糊精是由淀粉加工而成，是将焙烤糊精的难消化成分用工业技术提取处理并精炼而成的一种低热量葡聚糖，属低分子水溶性膳食纤维。抗性糊精和通常的淀粉酵素分解物有所不同，除了淀粉原本拥有的 α-1,4、α-1,6 葡萄糖苷之外，还拥有 α-1,2、α-1,3 键合的葡萄糖苷结构及很发达的分支构造 α-1,4、α-1,6 葡萄糖苷。
由于人们健康意识的提高，国内外对保健品需求将促进菊粉产业的发展。美国 FDA 已宣布菊粉作为公认的安全（GRAS）产品，这为其在药物应用中的推广铺平了道路。制药行业的增长预计将在未来六年对菊粉市场产生积极影响。
不同地区和国家对益生元的政策法规
菊粉是一种重要的植物提取物。植物提取物行业为大健康产业中的重要环节之一，为国家重点鼓励类行业。
低聚果糖(Fructooligosaccharides，简称 FOS)，也称蔗果低聚糖或果寡糖，广泛存在于自然界中，如菊苣、菊芋、大蒜、洋葱、雪莲果、牛蒡属植物、朝鲜蓟、香葱、香蕉、燕麦、小麦、黑麦、蜂蜜、芦笋等。由于地域和生活习惯的差异，根据低聚果糖的原料和生产工艺不同分为两种：菊苣来源的菊苣低聚果糖和蔗糖来源的蔗糖低聚果糖。
低聚果糖作为优秀的功能健康食品和安全的食品配料，在世界范围内具有极高的市场认可度，被广泛应用于乳制品、保健食品、饮料、糖果、烘焙等食品行业中。它是世界科学界公认的三大天然益生元之一。
80年代末，美国食品与药品监督管理局（FDA）、联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）均批准聚葡萄糖（水溶性膳食纤维）为安全的食品添加剂，列入美国食品化学品法典（FCC）。
随后日本、韩国、马来西亚、新加坡、中国等多个国家批准使用聚葡萄糖，其中日本厚生省将聚葡萄糖定为食品。
目前世界上超过 57 个国家批准聚葡萄糖应用于食品中，其中 56 个国家允许其使用 1Kal/g的能量标签，聚葡萄糖在以下国家被承认为膳食纤维：阿根廷、澳大利亚、奥地利、比利时、巴西、文莱、捷克、芬兰、法国、印尼、意大利、日本、马来西亚、墨西哥、新西兰、挪威、中国（含台湾地区）、菲律宾、波兰、俄罗斯、新加坡、南韩、泰国、英国、美国及越南，且在不断获得越来越多的国家认可。
由于益生元能被动物的双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌群利用，在肠道占优势后起整肠作用，同时，有益菌群的代谢还可促进饲料消化，达到促进生长和增重的作用，并刺激肠道免疫器官生长，故益生元可作为功能添加剂应用于饲料工业。
许多体内试验表明，增加菊粉和低聚果糖会引起狗（威尔德等人，2000年）和猫（思巴克斯，1998年）结肠中双歧杆菌和乳酸菌数量增加。这些试验也报告道，产气荚膜梭菌、大肠杆菌和沙门氏菌的致肠病群落会同时减少。与益生菌的作用相类似，这被认为是竞争性排除的结果。此外，有些研究表明，某些品种的双歧杆菌对诸如大肠杆菌和沙门氏菌的各种革兰氏阴性菌具有抗菌作用（吉布森和王，1994年），无论是通过释放化学毒性药物或通过为致病性群落的建立创造不利环境。
