益生元作為一種膳食補充劑，通過選擇性的刺激一種或少數菌落中細菌的生長與活性而對寄主產生有益的影響，從而改善寄主健康的不可被消化的食品成分。針對益生元的主要特性，本文介紹了益生元的類型、應用領域及行業政策。
益生元通過選擇性的刺激一種或少數種菌落中的細菌的生長與活性而對寄主產生有益的影響從而改善寄主健康的不可被消化的食品成分。益生元具有激活體內益生菌增殖、抑制有害菌，激發細胞活力、增強免疫力的健康作用。
益生元主要存在于母乳、蜂蜜及大豆、洋蔥、大蒜等 30000多種植物中。包括各種寡糖類物質（Oligosaccharides）或稱低聚糖(由 2～10個分子單糖組成）。文章主要統計的產品包括低聚果糖，低聚半乳糖，菊粉，聚葡萄糖，低聚異麥芽糖，抗性糊精，抗性淀粉，低聚甘露糖，海藻糖，低聚木糖，水蘇糖, 殼聚糖，乳酮糖，帕拉金糖，龍膽低聚精和大豆低聚糖。
1.益生元的雙歧因子功能
迄今已鑒定的益生元大多可以促進雙歧桿菌增殖的，其作用機制是益生元選擇性刺激腸道中眾多菌群中的雙歧桿菌的增殖。這可能是由于雙歧桿菌利用這類基質生長的效率比其他微生物相對更高，并且能耐受短鏈脂肪酸（SCFA）和發酵所引起的酸化微環境的原因。分析長雙歧桿菌基因組揭示了專門對各種不同碳水化合物進行分解代謝的大量蛋白質序列，無疑這些有助于提高在腸道環境中的競爭力。
益生元可誘導腸道中雙歧桿菌菌群增大10-100倍，益生元的雙歧因子效果同雙歧桿菌群原來大小成反比關系，這種影響比益生元劑量的影響還要大。
2.益生元可溶性膳食纖維特性
低聚糖類益生元具有可溶性膳食纖維的基本特性。如可降低糞便pH值；減少有毒代謝物；增加糞便體積和水分、加速腸腔蠕動、減輕便秘；具有潔腸通便、排毒解毒的功能。除此之外，低聚糖類益生元還具有良好的耐消化性，不易被唾液、胰液、腸液中的酶類所分解，可以一直到達大腸，被腸道細菌代謝。
3.益生元的健康效應
雖然益生元的作用機制很大程度上是理論性的，但可以采用的合理假設包括改善微生物菌群的活動和菌群的代謝活動，其好處是增強腸道定植抗力、促進礦物質元素吸收、提高免疫力、營養和短鏈脂肪酸（SCFA）的抗腫瘤作用，通便和減少有害微生物代謝。
4.改善和防止便秘
腸內雙歧桿菌發酵低聚糖產生大量醋酸和乳酸等短鏈脂肪酸，能促進腸道的蠕動、增加糞便濕潤度，并保持一定的滲透壓，故可以改善和防止便秘。研究表明，日服6-12g低聚糖，一周內有明顯的抗便秘效果。
5.促進礦物質元素的吸收
低聚糖類益生元經微生物發酵后可降低腸道pH值，提高礦物質溶解性，從而促進大腸中鈣、鎂等礦物質的吸收。研究發現，通過補充FOS可增加大鼠對鈣、鎂的吸收，股骨中鈣的含量增加，并且防止食糞癖的發生，尤其提高FOS對鎂吸收的刺激性效應。GOS的攝入不僅可有效促進腸道對鈣的吸收，還可以降低腸道對鈉的吸收，同時升高鉀的吸收率。
6.免疫調節、抗腫瘤
益生元可被雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌群利用產生代謝產物，而代謝產物反之又能促進其消化、生長和增殖，從而刺激了腸道免疫器官生長，提高巨噬細胞的活性，提高了機體的抗體水平。
對低聚糖類益生元的免疫調節作用檢驗證明，低聚糖多具有明顯提高抗體形成細胞數及NK細胞活性，增強免疫功能的作用。大量動物實驗表明，雙歧桿菌在腸道的大量增殖有抗癌作用，這種作用歸功于雙歧桿菌的細胞，細胞壁和細胞間的物質使機體的免疫力提高。
7.調節脂肪代謝
益生元還可以影響脂肪代謝。對糖尿病大鼠所做的實驗表明，使用低聚木糖代替飼料中的糖后，病鼠血清膽固醇和甘油三酯下降。同樣對于FOS做了實驗，由實驗結果可以看出血脂降低。
8.益生元還能增強免疫力
雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌群利用益生元的營養會促進自身的生長和增殖，從而刺激巨噬細胞產生活性，被激活的巨噬細胞將分泌抗菌素，又會促進淋巴細胞分裂增殖，使腸道免疫器官生長，從而提高機體免疫力。
近幾年來，無論國際還是國內食品市場，益生元作為食品添加劑的重要組成部分，它的應用日益廣泛。隨著功能食品、功能飲料、功能乳品，營養品的快速發展，益生元的市場容量也在急劇擴張。同時益生元還應用于保健食品、醫藥、飼料等方面。
表1：益生元主要類型產量增長趨勢（2015-2026 年）（噸）
圖1：全球 2019年益生元主要類型產量市場份額
1.低聚果糖
低聚果糖是低聚糖的一種，FOS 是 Fructooligosaccharide 的簡稱，低聚果糖分為蔗-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）的果糖殘基上通過β（2→1）糖苷鍵連接 1～4 個果糖基（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。
低聚果糖是公認的典型益生元，也是一種水溶性膳食纖維，天然存在于自然界多種植物中。由于其顯著的健康功效、良好的加工性能和卓越的口感，廣泛應用于保健食品、嬰幼兒配方食品、乳制品、飲料、烘焙食品中。
2.低聚半乳糖
低聚半乳糖（GOS）是一種具有天然屬性的功能性低聚糖，其分子結構一般是在半乳糖或葡萄糖分子上連接 1~7 個半乳糖基，即 Gal-(Gal)n-Glc/Gal(n 為 0-6)。低聚半乳糖又稱為“半乳寡糖”，是一種益生元，人體不能吸收，但可以促進大腸內益生菌的生長及活躍度。
3.菊粉
菊粉（Inulin）是自然界中天然存在的果聚糖，由不同鏈長的果糖聚合而成。它存在于多種植物體內，目前工業化生產的菊粉主要來源植物為菊芋和菊苣。菊粉具有天然水溶性膳食纖維和益生元的雙重功效，對人體具有調節腸胃功能、促進礦物質、改善脂質代謝，控制體重、促進體內維生素合成等多種生理功效，是一種來自植物的天然健康食品配料。天然菊粉經水解等過程，還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)是一種水溶性的膳食纖維。為白色或類白色固體顆粒，進入人體消化系統后，產生特殊的生理代謝功能，從而防治便秘及脂肪沉積。
5.低聚異麥芽糖
自然界中低聚異麥芽糖極少以游離狀態存在，但作為支鏈淀粉或多糖的組成部分，在某些發酵食品如醬油、黃酒或酶法葡萄糖漿中有少量存在。
工業上以淀粉為原料生產低聚異麥芽糖需要一種酶，此酶為 α-葡萄糖苷酶，又名葡萄糖基轉移酶，簡稱 α-糖苷酶。它能切開麥芽糖和麥芽低聚糖分子結構中 α-1，6 糖苷鍵，并能將游離出來的一個葡萄糖殘基轉移到另一個葡萄糖分子或麥芽糖或麥芽三糖等分子中的 α-1，6 位上，形成異麥芽糖、異麥芽三糖、異麥芽四糖、異麥芽五糖和潘糖等。
6.抗性糊精
抗性糊精是由淀粉加工而成，是將焙烤糊精的難消化成分用工業技術提取處理并精煉而成的一種低熱量葡聚糖，屬低分子水溶性膳食纖維?？剐院屯ǔ５牡矸劢退胤纸馕镉兴煌?，除了淀粉原本擁有的 α-1,4、α-1,6 葡萄糖苷之外，還擁有 α-1,2、α-1,3 鍵合的葡萄糖苷結構及很發達的分支構造 α-1,4、α-1,6 葡萄糖苷。
由于人們健康意識的提高，國內外對保健品需求將促進菊粉產業的發展。美國 FDA 已宣布菊粉作為公認的安全（GRAS）產品，這為其在藥物應用中的推廣鋪平了道路。制藥行業的增長預計將在未來六年對菊粉市場產生積極影響。
不同地區和國家對益生元的政策法規
菊粉是一種重要的植物提取物。植物提取物行業為大健康產業中的重要環節之一，為國家重點鼓勵類行業。
低聚果糖(Fructooligosaccharides，簡稱 FOS)，也稱蔗果低聚糖或果寡糖，廣泛存在于自然界中，如菊苣、菊芋、大蒜、洋蔥、雪蓮果、牛蒡屬植物、朝鮮薊、香蔥、香蕉、燕麥、小麥、黑麥、蜂蜜、蘆筍等。由于地域和生活習慣的差異，根據低聚果糖的原料和生產工藝不同分為兩種：菊苣來源的菊苣低聚果糖和蔗糖來源的蔗糖低聚果糖。
低聚果糖作為優秀的功能健康食品和安全的食品配料，在世界范圍內具有極高的市場認可度，被廣泛應用于乳制品、保健食品、飲料、糖果、烘焙等食品行業中。它是世界科學界公認的三大天然益生元之一。
80年代末，美國食品與藥品監督管理局（FDA）、聯合國糧農組織（FAO）和世界衛生組織（WHO）均批準聚葡萄糖（水溶性膳食纖維）為安全的食品添加劑，列入美國食品化學品法典（FCC）。
隨后日本、韓國、馬來西亞、新加坡、中國等多個國家批準使用聚葡萄糖，其中日本厚生省將聚葡萄糖定為食品。
目前世界上超過 57 個國家批準聚葡萄糖應用于食品中，其中 56 個國家允許其使用 1Kal/g的能量標簽，聚葡萄糖在以下國家被承認為膳食纖維：阿根廷、澳大利亞、奧地利、比利時、巴西、文萊、捷克、芬蘭、法國、印尼、意大利、日本、馬來西亞、墨西哥、新西蘭、挪威、中國（含臺灣地區）、菲律賓、波蘭、俄羅斯、新加坡、南韓、泰國、英國、美國及越南，且在不斷獲得越來越多的國家認可。
由于益生元能被動物的雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌群利用，在腸道占優勢后起整腸作用，同時，有益菌群的代謝還可促進飼料消化，達到促進生長和增重的作用，并刺激腸道免疫器官生長，故益生元可作為功能添加劑應用于飼料工業。
許多體內試驗表明，增加菊粉和低聚果糖會引起狗（威爾德等人，2000年）和貓（思巴克斯，1998年）結腸中雙歧桿菌和乳酸菌數量增加。這些試驗也報告道，產氣莢膜梭菌、大腸桿菌和沙門氏菌的致腸病群落會同時減少。與益生菌的作用相類似，這被認為是競爭性排除的結果。此外，有些研究表明，某些品種的雙歧桿菌對諸如大腸桿菌和沙門氏菌的各種革蘭氏陰性菌具有抗菌作用（吉布森和王，1994年），無論是通過釋放化學毒性藥物或通過為致病性群落的建立創造不利環境。
