功能性低聚糖或糖醇促進大鼠腸道內(nèi)礦物質(zhì)吸收的研究進展

金 曉，蘇日古嘎，張園園

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學動物科學學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

功能性低聚糖或糖醇包括單糖、雙糖、低聚糖和大多數(shù)糖醇，它們具有共同的結(jié)晶性質(zhì)，易溶于水，且不被人和單胃動物小腸中的水解酶分解，進入大腸內(nèi)調(diào)節(jié)腸道菌群，促進乳酸菌、雙歧桿菌等益生菌的增殖。大鼠上，功能性低聚糖或糖醇被盲腸微生物體利用，產(chǎn)生大量的短鏈脂肪酸，降低腸腔內(nèi)的pH 值，使腸腔內(nèi)環(huán)境酸化，抑制有害菌的繁殖，因而改善腸道功能。短鏈脂肪酸作為功能性低聚糖或糖醇在大鼠盲腸內(nèi)的代謝產(chǎn)物不僅會改善腸上皮細胞對腸腔內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收， 還會使腸腔內(nèi)滲透壓升高，引起管腔內(nèi)水分增加，增加腸道蠕動，改善便秘［1-4］。 近30 年的研究結(jié)果顯示，常見的功能性低聚糖或糖醇， 包括雙糖二果糖酸酐、低聚果糖、低聚木糖、低聚甘露糖和低聚半乳糖、麥芽糖醇、甘露糖醇、山梨糖醇、赤蘚糖醇和木糖醇等， 可作為低熱量甜味劑， 具有改善腸道功能、提高腸道健康水平及促進營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的作用［5-7］。 筆者綜述了功能性低聚糖或糖醇促進大鼠腸道內(nèi)礦物質(zhì)吸收的研究進展， 并探討了對其促進礦物質(zhì)吸收的作用機理。

1 功能性低聚糖或糖醇

功能性低聚糖或糖醇是指不被小腸內(nèi)源酶水解的低聚糖或糖醇， 它們在小腸內(nèi)可部分被消化或不被消化，隨后進入大腸被大腸微生物利用。低聚糖是一種碳水化合物，其分子中含有2～10 個單糖基，通過糖苷鍵連接。功能性低聚糖或糖醇作為一類有益于人或動物健康的食品及飼料添加劑，因其熱量低，在腸道內(nèi)被大腸微生物體利用，產(chǎn)生短鏈脂肪酸和氣體，降低腸腔內(nèi)的pH 值，抑制有害菌的增殖，改善腸道環(huán)境等功能，在科學研究中得到了廣泛的應用。

2 功能性低聚糖或糖醇促進礦物質(zhì)吸收的作用

2.1 促進小腸對礦物質(zhì)的吸收作用

提高機體的礦物質(zhì)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，日糧中添加乳糖能夠提高大鼠小腸中鎂的吸收率［8］。 山梨糖醇的攝入可增加大鼠回腸中鈣的吸收［9］。 有研究報道，通過利用45Ca 示蹤技術(shù)，發(fā)現(xiàn)麥芽糖醇能促進大鼠的鈣吸收。 麥芽糖醇在大鼠小腸內(nèi)引起的高滲透壓有助于增加鈣吸收［10］。已有研究表明，二果糖酸酐Ⅲ或二果糖酸酐Ⅳ可增加大鼠腸道黏膜屏障的通透性，影響空腸、回腸、盲腸和結(jié)腸的黏膜上皮細胞的緊密連接， 通過細胞旁途徑增加腸上皮細胞對鈣、鎂、鋅的吸收，從而促進鈣、鎂和鋅在小腸和大腸的吸收［11］。

2.2 促進大腸對礦物質(zhì)的吸收作用

過去近30 年內(nèi)，關(guān)于功能性低聚糖或糖醇作用于礦物質(zhì)吸收的研究結(jié)果大部分來自日本研究者在大鼠上進行的研究， 涉及的體內(nèi)具有重要生理功能的礦物質(zhì)包括鈣、磷、鎂、鋅和鐵等。鈣和磷是關(guān)系骨礦化和骨骼健康的最重要礦物質(zhì)元素。有報道稱，攝入由蔗糖和乳糖合成的乳糖蔗糖，增加了大鼠鈣的表觀吸收率和骨骼中沉積［12］。 在日糧中添加果寡糖，可提高礦物質(zhì)的吸收率，同時可以抵消日糧中的植酸對小鼠的不良影響［13］。 在富含谷類和豆類的食物中， 磷主要以植酸磷的形式存在，很難被動物機體利用。而日糧中添加功能性低聚糖或糖醇， 可提高機體對日糧中植酸磷的利用率［14］。 在早些年人們認為食物或飼料中的高劑量纖維通過結(jié)合礦物質(zhì)陽離子和維生素， 減少礦物質(zhì)的吸收，降低其生物利用率［15］。 然而，近些年的研究結(jié)果證明， 食物或飼料中的功能性低聚糖和糖醇可以改善機體對礦物質(zhì)的吸收和滯留。Xiao 等［16］發(fā)現(xiàn)，日糧中添加低聚果糖可增加大鼠對鈣和鎂的吸收。 Chonan 等［17］發(fā)現(xiàn)，生長期大鼠喂食5%或10%低聚半乳糖日糧，可提高鈣的表觀吸收率和鈣平衡。 日糧中添加乳果糖則被報道可使大鼠的鈣吸收率從26%增加到37%。 其他在小腸內(nèi)消化受限的單糖、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礦物質(zhì)吸收的作用［18］。 日糧中添加甘露糖醇可增加生長期大鼠鈣吸收及股骨和脛骨中的鈣沉積［19］。日糧中添加低聚半乳糖可提高大鼠鈣和鎂的吸收率和滯留率，以及股骨和脛骨的破骨強度，增加股骨遠端、 骨小梁體積骨密度和脛骨近端體積骨密度［20］。 生長期大鼠飼喂低聚半乳糖9 d 后，可提高鈣、鎂和鐵的表觀吸收率［21］。尤其是當?shù)途郯肴樘桥c乳酸菌發(fā)酵的乳制品相結(jié)合飼喂時， 這種效果更為強烈［22］。另外，日糧中添加低聚果糖也可提高大鼠對鈣、鎂、鐵、鋅和銅等礦物質(zhì)的吸收率［23-26］。日糧中添加二果糖酸酐Ⅲ通過擴大盲腸黏膜組織增加鐵的吸收率［11］。 日糧中添加糖醇包括麥芽糖醇、 木糖醇或甘露糖醇也被報道能提高大鼠鈣和鎂的吸收率， 增加大鼠骨骼中礦物質(zhì)含量和骨強度［27-33］。 在上述研究中，功能性低聚糖或糖醇提高礦物質(zhì)生物利用率的有益作用與其在大腸中的發(fā)酵特性有直接關(guān)系。 盲腸是大鼠吸收鈣最多的腸道。 大鼠盲腸中鈣通過主動轉(zhuǎn)運被吸收量是十二指腸和結(jié)腸的幾倍［34］。在正常條件下，盲腸黏膜吸收由不溶性礦物復合物解離的游離礦物質(zhì)離子，而這些礦物復合物的溶解主要依賴腸腔內(nèi)的pH值［35-36］。 日糧中的功能性低聚糖或糖醇全部或部分到達盲腸， 被盲腸微生物發(fā)酵， 產(chǎn)生短鏈脂肪酸，引起大鼠盲腸pH 值下降。有研究結(jié)果表明，菊粉和低聚果糖可提高礦物質(zhì)吸收水平， 其效果與盲腸內(nèi)的短鏈脂肪酸形成和降低的pH 值有關(guān)［37］。盲腸pH 值的下降可促進礦物復合物的溶解，增加礦物陽離子的濃度［38-39］。 Raschka 等［40］報道，酸化的大鼠盲腸內(nèi)環(huán)境可增加可溶性礦物質(zhì)和礦物質(zhì)離子的濃度， 從而促進其在盲腸內(nèi)的吸收。 在仔豬、大鼠和雞的試驗中均有相似的結(jié)果證明，日糧中添加功能性低聚糖或糖醇可引起盲腸或結(jié)腸的肥大，為礦物質(zhì)提供了更大的吸收面積，從而提高礦物質(zhì)的吸收率［12，33，41-43］。 另外，短鏈脂肪酸也可通過刺激腸上皮細胞并增加其吸收能力， 以及通過增加腸壁血流量，增加水分和電解質(zhì)吸收率，間接影響腸道礦物質(zhì)的吸收［44］。短鏈脂肪酸，尤其是功能性低聚糖或糖醇在大腸中發(fā)酵產(chǎn)生的丁酸，可直接增加對腸上皮細胞的能量供應， 調(diào)節(jié)礦物質(zhì)離子和氫離子的電解質(zhì)交換， 從而促進大鼠大腸上皮細胞對礦物質(zhì)的吸收［45］。

3 影響功能性低聚糖或糖醇促進礦物質(zhì)吸收的因素

功能性低聚糖或糖醇的攝入可提高腸道礦物質(zhì)吸收率、增加骨礦物質(zhì)沉積，這與功能性低聚糖或糖醇在日糧中添加劑量、種類、日糧中的礦物質(zhì)添加水平以及動物的礦物質(zhì)缺乏程度等因素有關(guān)［46］。當在大鼠日糧中的礦物質(zhì)添加水平較高時，功能性低聚糖或糖醇促進礦物質(zhì)吸收的有益功能更為有效［36］。如，缺鐵的大鼠日糧中添加低聚半乳糖與FeCl3時，可增加大鼠血紅蛋白（Hb）的合成，且日糧中FeCl3添加水平與紅細胞平均血紅蛋白濃度在一定范圍內(nèi)呈正相關(guān)關(guān)系［47］。 胃切除的大鼠日糧中添加血紅素鐵不能預防貧血， 但與低聚果糖結(jié)合添加時，可增加鐵的吸收并預防貧血［48］。近年來， 有關(guān)功能性低聚糖或糖醇的研究主要集中在缺乏礦物質(zhì)的或有礦物質(zhì)吸收障礙的動物或人身上。 Ohta 等［49-50］證實，日糧中添加低聚果糖可分別提高缺鎂大鼠和缺鐵貧血大鼠的鈣、 鎂和鐵的吸收率。 此外，有研究報道，在胃切除的動物模型上，日糧中添加低聚半乳糖、低聚果糖、雙糖二果糖酸酐、 聚葡萄糖等均可提高鈣和鐵的生物利用率并預防貧血［48，51-54］。 卵巢切除會導致骨礦物質(zhì)流失和骨質(zhì)減少。 有研究表明，日糧中的低聚半乳糖、低聚果糖、雙糖二果糖酸酐、麥芽糖醇和聚葡萄糖均增加了卵巢切除大鼠的鈣、鎂和鐵等礦 物 質(zhì) 吸 收，并 阻 止 了 骨 礦 物 質(zhì) 的 流 失［42，46，55-56］。功能性低聚糖或糖醇對礦物質(zhì)吸收和滯留的影響可能也與功能性低聚糖或糖醇攝入期的長短有關(guān)。一些研究結(jié)果表明，大鼠攝入功能性低聚糖11 d 后能夠促進鈣的吸收，但這一作用25 d 后不再持續(xù)［57］。

4 小結(jié)

日糧中添加功能性低聚糖或糖醇可提高礦物質(zhì)的吸收率。 功能性低聚糖或糖醇不受小腸消化酶的分解，進入盲腸后被微生物發(fā)酵，產(chǎn)生短鏈脂肪酸，降低腸腔內(nèi)pH 值，促進腸黏膜上皮細胞的增殖，從而提高礦物質(zhì)在盲腸中的吸收率。未來的研究需要評估功能性低聚糖或糖醇作為低熱量食品或飼料添加劑的長期攝入對礦物生物利用率的影響。