部分水解瓜爾膠的特性及其在腸內(nèi)營養(yǎng)中的應(yīng)用前景

摘 要：部分水解瓜爾膠（PHGG）是一種天然的水溶性膳食纖維，纖維含量超過75%。通過對(duì)瓜爾膠進(jìn)行酶水解而獲得，具有粘度低、溶解度高的特點(diǎn)，在較寬的溫度和pH范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，不與食品中其他成分相互作用，是膳食纖維強(qiáng)化食品的獨(dú)特功能成分。研究發(fā)現(xiàn)PHGG能夠調(diào)節(jié)腸道菌群、預(yù)防治療腸內(nèi)營養(yǎng)相關(guān)腹瀉、緩解腸易激綜合癥、縮短腹瀉時(shí)間、改善便秘癥狀、調(diào)節(jié)血糖和血脂。本文概述了PHGG的理化特性和在腸內(nèi)營養(yǎng)中的潛在用途。

關(guān)鍵詞：部分水解瓜爾膠（PHGG）;腸應(yīng)激綜合癥;腹瀉;便秘;調(diào)節(jié)血糖和血脂

1 背景

近年來，膳食纖維被認(rèn)為是一種重要的營養(yǎng)補(bǔ)充物質(zhì)，其中最有前途的一種是瓜爾膠，一種水溶性半乳甘露聚糖，它從瓜爾豆的胚乳中提取而來。瓜爾豆主要生長在印度和巴基斯坦，占世界瓜爾豆產(chǎn)量的90%[1]。瓜爾膠在食品生產(chǎn)過程中通常用作增稠劑和粘合劑，但它的高粘度限制了其作為膳食纖維的使用[2]。

部分水解瓜爾膠（PHGG）是一種天然的水溶性膳食纖維，是對(duì)瓜爾膠進(jìn)行酶水解而獲得的，具有粘度低的特點(diǎn)。本文概述其理化性質(zhì)和在腸內(nèi)營養(yǎng)中的潛在用途。

2 部分水解瓜爾膠特點(diǎn)

2.1 獲取途徑

天然瓜爾膠經(jīng)酶解、熱解、酸解、輻照、微波與超聲波等多種工藝可轉(zhuǎn)化為部分水解瓜爾膠[3]。在食品行業(yè)中，酶解是最好的水解途徑，較少使用到危險(xiǎn)化學(xué)品，可以在水解后進(jìn)行酶失活。

在酶解過程中，甘露糖酶、果膠酶、纖維素酶等可以水解半乳甘露聚糖，切斷甘露糖主鏈[3]。

2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

瓜爾膠的部分水解使得天然瓜爾膠分子量降低，PHGG中甘露糖與半乳糖比例約為2∶1，分子量范圍為1 000～100 000 Da，平均分子量約為20 000 Da[2]，其結(jié)構(gòu)如圖1。

2.3 物理性質(zhì)

PHGG溶于水后是一種透明的水溶液。具有溶解度高、粘度低、無色、無味、無臭等特點(diǎn)，由于部分酶解，它有輕微的甜味。

2.3.1 低粘度

PHGG是一種豐富的膳食纖維來源，經(jīng)美國公職分析化學(xué)家協(xié)會(huì)（AOAC）方法測定膳食纖維含量超75%。與天然瓜爾膠相比，它具有非常低的分子量和粘度值。瓜爾膠和PHGG的稠度指數(shù)分別為4.0和0.07[4]。PHGG的低稠度使其能夠應(yīng)用在包括飲料在內(nèi)的多種食品中，而不影響食品原有的質(zhì)地和稠度。

2.3.2 良好的水溶性

PHGG為水溶性，醇不溶性。它像天然瓜爾膠一樣溶于冷水和熱水。pH值對(duì)PHGG的溶解度無顯著影響，即使在低pH條件下，PHGG也是穩(wěn)定的。PHGG在較寬的溫度和pH值范圍內(nèi)均表現(xiàn)為水溶性和低粘度，可在水體系中形成穩(wěn)定的溶液，在貯存期間也表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性[3]。

2.3.3 良好的相容性

PHGG不與食品中的其他成分相互作用，在用于食品強(qiáng)化時(shí)保持穩(wěn)定。不會(huì)引起蛋白質(zhì)溶液的粘度變化、可溶性物質(zhì)的沉淀和乳劑的不穩(wěn)定性變化。并且不影響食品的色、味、臭，是膳食纖維強(qiáng)化食品的獨(dú)特功能成分。

2.3.4 安全性，最大食用量

自1987年以來，日本已經(jīng)將該產(chǎn)品作為膳食纖維用于各種食品。1993年，美國實(shí)驗(yàn)生物學(xué)協(xié)會(huì)委托專家組評(píng)估了PHGG在消費(fèi)食品中的使用安全性[5]，F(xiàn)DA在1995年5月接受了PHGG的GRAS認(rèn)證申請(qǐng)，每天攝入高達(dá)20 g的PHGG是安全的[6]。在成年男性中，每天食用36 g PHGG，連續(xù)4周，沒有產(chǎn)生副作用。PHGG每天攝入量在20～40 g時(shí)，人體有很好的耐受性，沒有副作用[7]?；谝延械目茖W(xué)證據(jù)，PHGG作為腸內(nèi)營養(yǎng)配方的成分使用是安全可靠的。

3 腸內(nèi)營養(yǎng)應(yīng)用前景

3.1 對(duì)腸道菌群的影響

9名健康志愿者[8]每天攝入21 g的PHGG（每天3次，每次7 g）連續(xù)14天，觀察PHGG對(duì)糞便微生物、細(xì)菌代謝產(chǎn)物和pH值的影響。在食用PHGG期間，雙歧桿菌的數(shù)量和百分比顯著增加，乳酸菌數(shù)量也有所增加。糞便pH值和糞便細(xì)菌代謝物如p-葡萄糖醛酸酶活性、腐敗產(chǎn)物、氨含量均顯著降低。

3.2 預(yù)防治療腸內(nèi)營養(yǎng)相關(guān)腹瀉

腸內(nèi)營養(yǎng)中斷的主要原因是胃腸道副作用，尤其是腹瀉。長期食用流質(zhì)食物會(huì)造成腸道刷緣酶和粘膜細(xì)胞損傷，腸道吸收能力和吸收面積減少，從而引起腹瀉[9]。

歐洲臨床營養(yǎng)和代謝學(xué)會(huì)（ESPEN）專家達(dá)成《膳食纖維在臨床實(shí)踐中的作用和益處的共識(shí)建議》，提出重癥患者應(yīng)當(dāng)攝入適量、適當(dāng)?shù)纳攀忱w維，以調(diào)節(jié)腸道菌群，促進(jìn)營養(yǎng)吸收，發(fā)酵纖維對(duì)術(shù)后或危重患者腹瀉有效（瓜爾膠和果膠優(yōu)于其他纖維）[10]。

美國胃腸病學(xué)院（ACG）則在《2016ACG成人住院患者營養(yǎng)治療臨床指南》中提出，腸內(nèi)營養(yǎng)治療患者如發(fā)生腹瀉，可使用可發(fā)酵、可溶性膳食纖維作為標(biāo)準(zhǔn)腸內(nèi)營養(yǎng)配方的補(bǔ)充[11]。

PHGG有助于降低腸內(nèi)營養(yǎng)患者的腹瀉發(fā)生率，延長結(jié)腸運(yùn)輸時(shí)間。PHGG在進(jìn)入體內(nèi)后，經(jīng)腸道菌群發(fā)酵產(chǎn)生大量短鏈脂肪酸，特別是丁酸鹽，是結(jié)腸細(xì)胞的主要能量來源;此外，還具有其他有助于調(diào)節(jié)腸道正常功能的作用，如調(diào)節(jié)腸道內(nèi)pH值、促進(jìn)結(jié)腸對(duì)水和鈉的吸收、誘導(dǎo)分化、減少上皮細(xì)胞增殖、保持腸道屏障功能、促進(jìn)腸道蠕動(dòng)等[12]。而PHGG本身在低pH值、高溫、酸性、高壓、消化酶環(huán)境下穩(wěn)定的特性使其能順利到達(dá)腸道，且與食物成分幾乎不發(fā)生相互作用，不影響其他營養(yǎng)元素的吸收[13]。

基于充足的臨床研究證據(jù)，PHGG已獲得ESPEN專家工作組對(duì)術(shù)后及危重患者預(yù)防腸內(nèi)營養(yǎng)引發(fā)腹瀉的A類推薦[14]。PHGG不破壞乳狀產(chǎn)品穩(wěn)定性、不改變產(chǎn)品粘度、也不影響產(chǎn)品口感與顏色的性能使其在重癥患者腸內(nèi)營養(yǎng)干預(yù)產(chǎn)品領(lǐng)域應(yīng)用良好。雀巢健康科學(xué)有限公司2019年在國內(nèi)推出的首款液體特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品佳膳佳立暢，也是國內(nèi)首款添加PHGG的整蛋白型液體全營養(yǎng)配方產(chǎn)品。

3.3 腸易激綜合癥

腸易激綜合癥（IBS）是一種腸道疾病，會(huì)導(dǎo)致腹痛和排便習(xí)慣的改變（腹瀉、便秘或交替節(jié)律），疼痛隨著時(shí)間的推移而減輕，排便癥狀可能會(huì)持續(xù)或不連續(xù)地出現(xiàn)，且通常會(huì)持續(xù)很長時(shí)間，在不同程度上影響患者的工作和生活質(zhì)量。

Parisi GC[15]等人進(jìn)行了一項(xiàng)多中心隨機(jī)開放試驗(yàn)，188例IBS（腸易激綜合癥）患者服用高纖維膳食補(bǔ)充劑麥麩（30 g/日）或PHGG（5 g/日）治療12周。麩皮和PHGG組各94例受試者，在治療4周后未改善癥狀的可進(jìn)入另一組。兩種治療方式均能改善IBS的核心癥狀（腹痛和排便習(xí)慣），但PHGG的耐受性更好，更多的受試者選擇從麥麩組轉(zhuǎn)入PHGG組。

在一項(xiàng)隨機(jī)雙盲安慰劑對(duì)照臨床試驗(yàn)中[16]，121名IBS患者，隨機(jī)接受6 g的PHGG或安慰劑，進(jìn)行18周的臨床研究（2周導(dǎo)入，12周治療和4周隨訪）。給藥12周后，與安慰劑組相比，PHGG組的腹脹評(píng)分顯著提高[（-4.1±13.4）與（-1.2±11.9）]，P=0.03]，腹脹+氣體評(píng)分顯著提高[（-4.3±10.4）與（-1.12±10.5），P=0.035]。在最后一次給藥后，這種效果至少持續(xù)了4周。結(jié)果表明給予IBS患者6 g/天的PHGG，可改善腹脹和脹氣。

PHGG可以減輕腹瀉和便秘型腸易激綜合癥患者的癥狀，改善IBS患者的生活質(zhì)量，初步研究表明，纖維可能作為一種益生元，提高了在腸易激綜合癥中補(bǔ)充PHGG的治療效益。

3.4 便秘

自閉癥譜系障礙（ASD）兒童存在腸道菌群失調(diào)問題，給13名自閉癥兒童每天補(bǔ)充6 g的PHGG，評(píng)估在沒有食物干預(yù)的情況下補(bǔ)充PHGG對(duì)便秘型ASD兒童的影響。結(jié)果顯示補(bǔ)充PHGG后可改善腸道菌群失調(diào)，便秘癥狀明顯改善，顯著增加每周排便頻率[17]。

研究PHGG對(duì)49名符合羅馬Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)的慢性便秘患者的結(jié)腸運(yùn)輸時(shí)間（CTT）和對(duì)慢性便秘癥狀的影響[18]?；颊呙刻旖邮? mg的PHGG，持續(xù)4周。39人（80%）完成了研究，顯著縮短了結(jié)腸轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間，由（57.28±39.25）h縮短至（45.63±37.27）h（P=0.026），慢轉(zhuǎn)運(yùn)患者的縮短更為顯著，由（85.50±27.75）h縮短至（63.65±38.11）h，P=0.016?？傮w而言，每周完全自發(fā)排便次數(shù)明顯增加（P<0.001），此外，用力排便次數(shù)減少（P<0.001），大便形態(tài)改善（P<0.001），并且瀉藥攝入減少和腹痛天數(shù)減少（P=0.001和P=0.027）。

將PHGG與滲透性瀉藥乳果糖進(jìn)行對(duì)比[19]，探討PHGG是否可以安全地治療兒童便秘。納入61例受試者，PHGG組（31例），乳果糖組（30例）。連續(xù)4周分別給予乳果糖（1 mL/kg/天，分次給藥），PHGG（4～6歲兒童：3 g/天;6～12歲：4 g/天;12～16歲：5 g/天）。結(jié)果：兩組患者每周排便次數(shù)及大便稠度均有明顯改善（P<0.05），兩組患兒腹痛、大便不通暢率均明顯下降（P<0.05）。對(duì)于便秘的治療，PHGG與乳果糖效果相同，可緩解排便不暢和與便秘相關(guān)的腹痛，并改善大便的稠度。此外，由于脹氣和口感差，乳果糖的接受度不及PHGG。

PHGG在軟化和提高糞便產(chǎn)量以及增加糞便膨脹能力（糞便重量、排便次數(shù)和糞便排泄量）方面已被證明是有效的。

3.5 調(diào)節(jié)血糖和血脂

Kapoor MP等人[20]調(diào)查了12名健康受試者服用PHGG是否會(huì)對(duì)高血糖、高脂血癥和內(nèi)分泌代謝激素產(chǎn)生有益影響。每餐食用6 g PHGG，持續(xù)12個(gè)月，可顯著降低餐后血糖、空腹和餐后胰島素及三酰甘油水平（P=0.05）。低密度脂蛋白（LDL）有所降低，而高密度脂蛋白（HDL）顯著升高（P<0.01）。血漿瘦素、高敏C反應(yīng)蛋白（hs-CRP）和空腹胰高血糖素樣肽（GLP-1）水平也降低。其中6例葡萄糖不耐受者中有3例在補(bǔ)充3個(gè)月的PHGG后變成了正常的葡萄糖耐受者。這項(xiàng)初步研究表明，在飲食中加入PHGG可通過影響循環(huán)代謝產(chǎn)物而改變代謝健康狀況，循環(huán)代謝產(chǎn)物是導(dǎo)致血糖、高胰島素血癥和高脂血癥的因素。

70名受試者的空腹血糖和餐后血糖分別在71～118 mg/dL、141～194 mg/dL范圍內(nèi)，進(jìn)行雙盲安慰劑對(duì)照研究。評(píng)估PHGG對(duì)餐后血糖的影響。受試者隨餐食用

4 g PHGG或安慰劑，相對(duì)于安慰劑，PHGG組血糖曲線下面積和血糖峰值顯著降低[21]。上述研究表明PHGG對(duì)血糖和血脂水平具有調(diào)節(jié)作用。

4 結(jié)語與展望

部分水解瓜爾膠（PHGG）是一種天然的水溶性膳食纖維，具有粘度低、無色無味無臭特性，不與食品中其他組分相互作用，在較寬的溫度和pH值范圍內(nèi)均能形成穩(wěn)定的水溶液。優(yōu)良的理化性質(zhì)使其可作為膳食纖維廣泛應(yīng)用于各類食品。

陳亭[22]等人闡述了可溶性膳食纖維對(duì)危重病人腹瀉、便秘，炎癥性腸病、IBS、慢性便秘病人的腸動(dòng)力障礙具有改善作用，主要是通過在結(jié)腸中發(fā)酵產(chǎn)生丁酸、乙酸等短鏈脂肪酸來發(fā)揮改善腸動(dòng)力的作用。

PHGG作為可溶性膳食纖維，多項(xiàng)研究表明其能夠預(yù)防、治療腸內(nèi)營養(yǎng)相關(guān)腹瀉、腸易激綜合癥、便秘等疾病，其中PHGG預(yù)防腸內(nèi)營養(yǎng)引發(fā)的腹瀉已獲得ESPEN專家工作組A類推薦，國內(nèi)已上市相應(yīng)的特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品。

目前關(guān)于PHGG對(duì)血糖和血脂的調(diào)節(jié)作用研究對(duì)象多為健康志愿者，相關(guān)結(jié)果有待在糖尿病患者、高血脂患者中得到進(jìn)一步驗(yàn)證。隨著對(duì)PHGG的深入研究，可以預(yù)見其臨床應(yīng)用將更加明確，應(yīng)用領(lǐng)域也更加廣泛。

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作者簡介：范高寧（1989—），女，漢族，江蘇泰州人，碩士，工程師。研究方向：特殊食品注冊(cè)。