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国际益生菌与益生元科学协会（ISAPP）发布共识声明，将益生元定义为能够被宿主体内的菌群选择性利用并转化为有益于宿主健康的物质。现已被广泛应用的包含寡糖（如菊粉、低聚果糖、低聚半乳糖、葡聚糖），三糖和二糖（如棉籽 糖、乳果糖），单糖（如Ｌ－鼠李糖、阿拉伯糖）等。应用范围主要在饮料制品、乳制品、烘焙食品、保健食品、糖果等。随着大众对肠道健康的关注，益生元对人体的保健作用也得到了更深入的研究。

1.改善胃肠道功能

益生元作为微生物选择性利用的营养成分能够提高有益菌的新陈代谢，促进有益菌的增殖，有益菌通过生态位竞争、产生抗菌物质、代谢产物和群体感应效应干扰病原体致病基因的表达，调节肠道菌群组成、丰度和活性，维持肠道微生态平衡。

作为代谢底物，益生元被菌群代谢生成短链脂肪酸（如乙酸、丙酸、丁酸、乳酸）和大量气体（如 CO2､H2､CH4）。短链脂肪酸能够降低肠道pH， 增加矿物质吸收，促进肠蠕动。产生的气体物质能够增大肠体积，缩短食物在胃肠道的停留时间。短链脂肪酸中的丁酸盐还可以发挥促进肠上皮细胞生长，中和结肠内的毒性物质，保护肠道屏障的作用。

2.提高免疫力

研究证明益生元能够调节人体整体的免疫功能，降低外来刺激对人体的影响。益生元对特异性皮炎、慢性炎症、特定病原体的干预治疗显示出积极效果，实验显示补充益生元可以增强免疫接种者或病菌感染者的免疫记忆，提高其二次免疫／感染时的免疫反应。针对婴儿的临床实验显示益生元对儿童湿疹有保护作用，说明益生元在过敏性疾病中也存在应用价值。

3.对认知、情绪等发面的作用

研究人员将肠道菌群和大脑之间相互影响的网络系统称为肠－脑轴，肠－脑轴，主要包含迷走神经、 内分泌和免疫三个途径。肠道微生物产生的短链脂肪酸、神经递质等代谢产物可以通过交感神经传到中枢神经系统，调节中枢神经系统的功能和神经内分泌应答。肠道微生物还可以直接或间接的作用于肠黏膜免疫系统、肠道神经系统、脊神经和迷走神经。反过来，中枢神经系统和神经分泌系统的信号分子也可以改变肠道微生物的组成和丰度。

虽然研究证据很多都有待补充，但是认知能力、情绪、孤独症等大脑方面的问题都可以用肠－脑轴做出解释，也可以通过补充益生元进行改善。低聚果糖和低聚半乳糖的摄入能够降低慢性应激导致的皮质酮、促炎性细胞因子水平，缓解抑郁和焦虑心理，还可以让压力下的菌群恢复正常。摄入低聚果糖和菊粉能够在一定程度上改善焦虑情绪，提高记忆力，缩短反应时间。

4.对心血管疾病的保健作用

肠道菌群在依赖饮食的心血管病中起着重要的作用，肠道微生物产生的大量代谢依赖性和代谢非依赖性的因子在心血管疾病的发展中起调控作用，细菌内毒素引起的慢性低水平的炎症也可以造成胆固醇升高，胰岛素抵抗和血管炎症。因此摄入益生元及富含益生元的食物是预防心血管疾病及肥胖并发症的方案之一。研究表明口服丁酸盐可抑制下丘脑中促进食欲神经元的活性，减少食物摄入，从而防止饮食诱导的肥胖，高胰岛素血症，高血脂和脂肪肝。通过全植物的食物、益生菌和益生元来调制肠道菌群，正在成为减少心血管疾病风险的有效工具。

5.提高骨密度，改善皮肤等其他作用

肠道微生物发酵产生的短链脂肪酸能够提高肠道的通透性，降低肠道 pH，增加钙、镁溶解度，因此补充益生元提高了肠道对对钙、镁等矿物质的吸收能力，从而提高骨再生能力，改善骨质疏松症。益生元的应用潜力还包括可以改善皮肤状况。以裸鼠为模型的实验证明补充低聚半乳糖3个月可以明显改善皮肤的水分保持和紫外照射引起的红斑。