低聚糖是指那些"人体不消化或难消化的成份，这些成份可选择性刺激结肠有益细菌的活性，从而对宿主产生健康效应"。也称之为双歧因子（BifidogenicFactor）。
有益生元功能的物质主要是一些非(或难)消化性低聚糖,如低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖，低聚木糖，大豆低聚糖，水苏糖，棉籽糖，甘露低聚糖、低聚壳聚糖等等。
低聚异麦芽糖的生理功能主要是通过促进肠道内人体有益细菌繁殖,优化菌群平衡来实现的。此外作为益生元的低聚糖还具有膳食纤维的功能,可增加大便持水性和容量,从而易于排出，还可吸附肠道中阴离子,胆汁酸而有效降低血脂和胆固醇。
(1)促进双歧杆菌生长,调整肠道菌群平衡,改善肠功能
通常大肠中因缺乏大肠细菌可利用之碳源,一旦有碳水化合物进入就会对肠道菌群代谢产生重要影响。大肠杆菌利用低聚糖的能力是不同的,体外试验结果表明,双歧杆菌对各种低聚糖几乎都可以加以利用,而一些有害细菌对大多数益生元几乎都不能利用或很难利用,以低聚异麦芽糖为例,Gibson等在模拟大肠环境的连续培养器中,结中粪便进行厌氧培养,已比较对各种碳源之利用性,结果表明,虽然低聚异麦芽糖也可被大肠菌群发酵生成有机酸,但双歧杆菌可对其优先利用而得以旺盛生长,而拟杆菌,梭菌,大肠杆菌等腐败细菌却都难以利用生长受到抑制。
人体试验表明,各种低聚糖都可以大幅度促进大肠中双歧杆菌之增殖,食用低聚糖后,大便中双歧杆菌比试验前增加了10倍(由108.8增加到109.7/g粪便),大便中双歧杆菌的检出率也由87%增加到100%.
而对于体内双歧杆菌缺乏的老人而言,食用低聚糖效果更显著,日高秀昌对23名老人所作试验,表明每天给食低聚果糖8克,二周后大便中双歧杆菌由106-10增至109-11/g,增加了100-1000倍.
(2)产生有机酸,降低肠道PH值,抑制腐败,预防便秘
低聚异麦芽糖、低聚果糖和低聚乳糖等各种不消化或难消化聚糖,食后直达大肠,在结肠中被大肠菌群发酵作为能源而利用,双歧杆菌、乳酸菌等有益菌发酵这类碳水化合物,可产生有机酸,其中95%为醋酸,丙酸,丁酸和乳酸(有机酸浓度可达100-200mm)而被人体吸收利用,人体总能量的10%是由这类短链脂肪酸所提供的。
有机酸可降低肠道PH值,可有效抑制肠道腐败产物的生成,并促使肠道蠕动而促进排便。在低PH值由一级胆酸转变成具有致癌性的次级胆酸的反应受到抑制,此外氨浓度的降低也有利于减少癌变(Reddy等1993,Howard等1995)。短链脂肪酸对大肠上皮细胞有营养作用,特别是丁酸不仅是结肠细胞的主要能源基质,有利于免疫细胞的育成,而且具有很强的抗细胞增生、分化的能力,研究表明,丁酸同白介素一起可使小鼠腹膜癌肿消失(perrin,1994)。
一般乳酸菌发酵生成的有机酸只有乳酸,而双歧杆菌的产酸以醋酸居多,与乳酸之比达15:1,不解离的醋酸对有害菌的抑制力比乳酸更强。
（3）改善脂质代谢，降低血脂和胆固醇
功能性低聚糖对脂质代谢的影响的研究还限于低聚果糖和低聚麦芽糖，动物和人体实验都表明，吃低聚异麦芽糖和低聚果糖对血糖、血压、降低血清胆固醇，提高HDL/LDL比例有一定的效果。双歧杆菌可产生胆酸水解酶，将结合胆酸游离，而游离胆酸可抑制病原菌的生长，在PH6.0时，胆汁酸可同胆固醇结合而生成沉淀，随大便排除体外。双歧杆菌和低聚糖本身也可吸收胆固醇而随大便排除，从而可有效调节血脂。此外低聚糖被双歧杆菌发酵生成的丙酸，可抑制胆固醇的生成有关酶类的活性而抑制了胆固醇的合成。虽然这一机制还待从人体实验得到证实。但低聚糖降低胆固醇的效果已从临床实验证明。
（4）促进钙、镁、锌、铁等矿物元素的吸收
吃低聚糖之所以可促进钙、镁、锌、铁等矿物元素之吸收，很大程度上是依赖低聚糖之被发酵生成了有机酸，导致肠道PH值下降，使在通过小肠时形成的钙、磷酸盐、镁构成的复合物发生溶解而容易吸收。另一假设是由于钙质被修饰成为低电荷量的钙—氢复合物（Ca—H），而更容易通过粘膜，还有一种说法是质子化的短链脂肪酸可通过直接扩散进入肠道细胞而被吸收。
（5）提高免疫力，抑制、预防肿瘤
肠道菌群与癌症有密切复杂的关系，影响肠道菌群平衡的因素很多，包括饮食结构、生活习惯、免疫力、病原菌感染、精神压力等各种因素，其中与饮食结构的关系最为密切。美国每年有30万人死于饮食不当，50万人死于吸烟。美国科学院1982年对癌症起因所作调查表明日常饮食不当所引起占35%，因吸烟占30%，病毒感染（肝炎）占10%，饮食不当包括食物结构不合理（如纤维素摄入不足，高脂肪，高蛋白质）、多食添加色素、防腐剂等有害添加剂及油炸、烧烤等食物，研究发现与吃清淡的日本式食物的人相比，吃高脂肪高蛋白质的欧美式膳食的人肠道中腐败细菌多而双歧杆菌的量少，因而患便秘与结肠癌者较多。便秘可加重菌群失调，增加肠内毒素生成而引发各种疾病促进衰老。日本人是世界最长寿的民族，女性平均寿命87.6岁（我国只有75岁），这同他们的饮食不无关系。
高脂食物之所以较易引起结肠癌，是因为动物脂肪可促进胆汁分泌引起肠道中胆酸和胆固醇的增加，在肠道细菌作用下而被转化为次级胆酸、雌激素、环氧化物、芳香族碳氢化物等具有致癌性的物质，而蛋白质则在腐败细菌作用下可转化为胺类，亚硝基化物，吲哚，酚类，粪臭素，甲基硫醇，硫化氢等各种有毒致癌物，还有一些在肝脏中与β—葡萄糖醛酸结合而介毒的致癌物质，受腐败细菌（拟杆菌、梭菌）产生的葡萄糖醛酸酶的作用被游离而重新恢复活性。
临床研究发现结肠癌患者肠道中双歧杆菌数量低下，双歧杆菌量少可能同发癌有关，食用双歧杆菌和益生元对结肠癌的预防有一定作用，故有些双歧杆菌（包括死细胞，代谢产物）具有很大的免疫刺激作用和抑癌作用，可活化巨噬细胞产生IL—1，IL—6，INF—α等多种细胞毒性效应分子，并增强其杀癌、抑癌能力，刺激淋巴细胞有丝分裂而增殖。体外实验看出双歧杆菌（长双歧、短双歧杆菌）可促进结肠粘膜潘式盘生产免疫球蛋白IgA，分泌型IgA具有抗感染、抗食物过敏和吸收致癌物的功能。肠道粘膜对机体免疫作用有重要作用，人体肠道有着很大的表面面积，约有400平方米（相当于一个网球场大），是病原菌入侵和抗击入侵的主战场，肠道是人体最大的免疫器官，它拥有人体免疫细胞（淋巴细胞）的60—70%，占人体免疫球蛋白IgA总量的60%在肠道中（Shuichi等2002），肠道有关淋巴组织对人体免疫力有重要影响，有证据表明常患肠胃感染和呼吸道感染的人群40%缺乏IgA，增强肠道有关淋巴组织，可增强肠道健康和全身免疫功能。用人工诱发结肠癌的鼠所作试验表明，饲料中添加低聚果糖对肿瘤发展有抑制作用，推测同刺激免疫系统有关。
食用益生元低聚糖也可以调节肠道细菌的酶活性，腐败细菌产生的β—葡萄糖醛酸酶、偶氮还原酶、硝基还原酶等具有催化前致癌原转化成为致癌物的作用，通过促进肠道双歧杆菌增殖，可有效降低这些酶的活性。低聚糖也能同一定的毒素、病毒和细菌表面结合而作为一种免疫佐剂，可减缓对抗原的吸收，增强抗原的效价和人体体液免疫力，并且低聚糖本身也是一种抗原，可刺激机体的免疫力。
低聚果糖
低聚果糖是1983年首先由日本开发成功的，是人体保健功能研究试验最为深入详尽的寡糖之一，是完全符合益生元标准的典型双歧因子。自然中果糖是以菊粉（Inulin果聚糖）形式存在于360000种左右的植物和果实中，例如菊苣（含量15－20％），大蒜（9－16％），韭菜（3－10％），芦笋（1－30％）以及洋葱（2－6％）,菊芋（3－10％），香蕉（0.3－0.7％），小麦，大麦，燕麦（0.5－4％）等都含有之。菊粉是由2－60个果糖分子构成的链状聚合物。低聚果糖在工业上有二种方法制造，一是用菊粉含量高的菊苣为原料，热水抽提其菊粉，经微生物菊粉酶之部分水解作用生成果糖聚合度为2－10的链状低聚糖，这种低聚糖中的果糖分子是以（1－2）糖苷键连接而成，其结构形式是Fm型，（F是果糖分子，m是果糖分子数目，F1-F2-F3…Fm）,此外也含一定量GFn型的蔗果低聚糖（是由蔗糖和1～3个果糖基通过β2，1键与蔗糖中的果糖基结合而成的蔗果三糖、蔗果四糖和蔗果五糖及其混合物）。
理化性质和生理功能：
低聚果糖在微酸性到中性的pH5－7时稳定，即使加热至150摄氏度也不分解，而在酸性当pH值低于4时，高温加热会引起分解的，变成它的组成糖，即果糖、葡萄糖。但在酸性低温下仍很稳定，加于乳酸饮料、冷饮、果汁、果酱、水果罐头作甜味剂，在冷藏情况下可以保存1－6个月仍很稳定，故可以广泛适用于各种食品。例如：加于乳制品、冷饮、果汁、冰淇淋、糕点、面包作为功能性甜味剂；用于碳酸饮料和饮料水中，有助于排毒养颜，促进肠道健康；用于酸奶、乳粉中，提高功能营养，有助于预防便秘、腹泻，改善肠功能；加于果味茶饮料中，改善风味，增加保健功能；应用于酒类，增加口感与保健功能，促进矿物元素的吸收。
低聚果糖也被应用于青少年食品，工作繁忙及压力过大人士的食品和老年食品中。用于青少年、老年人、精神压力重者、便秘、腹泻、肠功能紊乱以及抗生素治疗等患者，以改善肠功能。
低聚果糖的使用能产生某些健康效应：
（1）促进双歧杆菌生长，调整肠道菌群平衡，改善肠功能
通常大肠中因缺乏大肠细菌可利用之碳源，一旦有碳水化合物进入就会对肠道菌群代谢产生重要影响。大肠杆菌利用低聚糖的能力是不同的，体外试验结果表明，双歧杆菌对各种低聚糖几乎都可以加以利用，而一些有害细菌对大多数益生元几乎都不能利用或很难利用，以低聚果糖为例，Gibson等在模拟大肠环境的连续培养器中，结中粪便进行厌氧培养，已比较对各种碳源之利用性，结果表明，虽然低聚果糖也可被大肠菌群发酵生成有机酸，但双歧杆菌可对其优先利用而得以旺盛生长，而拟杆菌、梭菌、大肠杆菌等腐败细菌却都难以利用生长受到抑制。
人体试验表明,各种低聚糖都可以大幅度促进大肠中双歧杆菌之增殖。而对于体内双歧杆菌缺乏的老人而言,食用低聚果糖效果更显著。益生元刺激人体双歧杆菌生长而改善肠道功能的效果是因受试者年龄、饮食、健康及其它因素而异，在一定范围下，大体上随使用剂量增大而增加。在长期食用下，由于肠道菌受到驯养，对益生元的分解会增强，其最大无作用量会增加。
(2)产生有机酸,降低肠道PH值，抑制腐败，预防便秘
低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚木糖和低聚乳糖等各种不消化或难消化聚糖,食后直达大肠,在结肠中被大肠菌群发酵作为能源而利用,双歧杆菌、乳酸菌等有益菌发酵这类碳水化合物,可产生有机酸,其中95%为醋酸、丙酸、丁酸和乳酸(有机酸浓度可达100-200mm)而被人体吸收利用,人体总能量的10%是由这类短链脂肪酸所提供的。
有机酸可降低肠道PH值，可有效抑制肠道腐败产物的生成，并促使肠道蠕动而促进排便。在低PH值由一级胆酸转变成具有致癌性的次级胆酸的反应受到抑制，此外氨浓度的降低也有利于减少癌变。短链脂肪酸对大肠上皮细胞有营养作用，特别是丁酸不仅是结肠细胞的主要能源基质，有利于免疫细胞的育成，而且具有很强的抗细胞增生，分化的能力，研究表明，丁酸同白介素一起可使小鼠腹膜癌肿消失。
一般乳酸菌发酵生成的有机酸只有乳酸，而双歧杆菌的产酸以醋酸居多，与乳酸之比达15:1,不解离的醋酸对有害菌的抑制力比乳酸更强.。
(3)改善脂质代谢，降低血脂和胆固醇
功能性低聚糖对脂质代谢的影响的研究还在进行中，动物和人体实验都表明，吃低聚果糖对调节血糖、血压，降低血清胆固醇，提高HDL/LDL比例有一定的效果。双歧杆菌可产生胆酸水解酶，将结合胆酸游离，而游离胆酸可抑制病原菌的生长，在PH6.0时，胆汁酸可同胆固醇结合而生成沉淀，随大便排除体外。双歧杆菌和低聚果糖本身也可吸收胆固醇而随大便排除，从而可有效调节血脂。此外低聚果糖被双歧杆菌发酵生成的丙酸，可抑制胆固醇的生成有关酶类的活性而抑制了胆固醇的合成。虽然这一机制还有待从人体实验得到证实。但低聚果糖降低胆固醇的效果已从临床实验证明。
（4）促进钙、镁、铁等矿物元素的吸收
吃功能性低聚糖可以促进钙、镁、铁等矿物元素的吸收，对于促进儿童生长防治老年骨质丢失已有不少研究证实。有人用同位素标记的铁和钙，就低聚果糖、低聚半乳糖、异麦芽糖等对钙吸收的影响作了比较，试验结果表明低聚果糖可显著促进钙、镁、磷的吸收和骨化作用，低聚半乳糖次之，而异麦芽糖则没有这种功效。而用含10%的低聚果糖的饲料喂小鼠，试验表明低聚果糖可促进钙、镁、铁、锌的吸收，并可阻止因缺乏雌性激素而引起的骨质丢失。
研究表明，低聚果糖具有截留矿物质元素如Ca、Mg、Fe、Zn的能力。低聚果糖不能被消化酶分解，在到达大肠后，随着低聚果糖被双歧杆菌发酵分解，释放出矿物质离子。众所周知，消化道的后半部分如盲肠、结肠等恰是矿物质元素被吸收的重要场所。另外，低聚果糖经双歧杆菌等发酵，产生的短链脂肪酸降低了肠道pH值，在酸性环境中，许多矿物质溶解速度增加，因而有利于吸收。由于短链脂肪酸能刺激结肠膜细胞生长，因而提高了对矿物质的吸收能力。另一假设是由于钙质被修饰成为低电荷量的钙—氢复合物（Ca—H），而更容易通过粘膜，还有一种说法是质子化的短链脂肪酸可通过直接扩散进入肠道细胞而被吸收。
（5）提高免疫力，抑制、预防肿瘤
肠道菌群与癌症有密切复杂的关系，影响肠道菌群平衡的因素很多，包括饮食结构、生活习惯、免疫力、病原菌感染、精神压力等各种因素，其中与饮食结构的关系最为密切。临床研究发现结肠癌患者肠道中双歧杆菌数量低下，双歧杆菌量少可能同发癌有关，食用双歧杆菌和益生元对结肠癌的预防有一定作用，故有些双歧杆菌（包括死细胞，代谢产物）具有很大的免疫刺激作用和抑癌作用，可活化巨噬细胞产生IL—1，IL—6，INF—α等多种细胞毒性效应分子，并增强其杀癌、抑癌能力，刺激淋巴细胞有丝分裂而增殖。用人工诱发结肠癌的鼠所作试验表明，饲料中添加低聚果糖对肿瘤发展有抑制作用，推测同刺激免疫系统有关。
食用益生元低聚糖也可以调节肠道细菌的酶活性，腐败细菌产生的β—葡萄糖醛酸酶、偶氮还原酶、硝基还原酶等具有催化前致癌原转化成为致癌物的作用，通过促进肠道双歧杆菌增殖，可有效降低这些酶的活性。低聚糖也能同一定的毒素、病毒和细菌表面结合而作为一种免疫佐剂，可减缓对抗原的吸收，增强抗原的效价和人体体液免勤疫力，并且低聚果糖本身也是一种抗原，可刺激机体的免疫力。(作者为中国发酵工业协会低聚糖协作秘书处杨海军)
