鄒月，黃金鳳，魏琴

(1.西華大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，成都 610039; 2.宜賓學(xué)院 生命科學(xué)與食品工程學(xué)院香料植物資源開發(fā)與利用四川省高校重點實驗室，四川 宜賓 644000)

1983年，日本人首次發(fā)現(xiàn)功能性低聚糖不能被人體消化卻能被腸道內(nèi)細菌選擇性利用的特性后開啟了益生元工業(yè)化生產(chǎn)的道路。2009年11月1日，中國第一個與益生元產(chǎn)品相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)《低聚果糖》正式實施，至此我國益生元產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展。隨著益生元來源及應(yīng)用越來越廣，Gibson等[1]在2016年將益生元重新定義為：能夠被宿主微生物選擇性利用從而帶來健康益處的物質(zhì)。雖然益生元與益生菌功能相似，都能改善腸道菌群比例，但益生菌在實際使用時需要考慮外來益生菌到達腸道時存活率和定植問題，益生元則不需要考慮這些，攝入后選擇性地促進腸道中有益微生物生長和代謝維持人體腸道菌群平衡[2-3]。目前對益生元的研究主要針對功能性低聚糖、多糖、微藻類，常將其添加到食品中開發(fā)具有獨特功能的產(chǎn)品。

低聚糖是由2～10個單糖分子經(jīng)糖苷鍵連接而成的低度聚合糖，按照有無生理功效可分為普通低聚糖和功能性低聚糖[4]。普通低聚糖能直接被人體消化、吸收，功能性低聚糖無法被上消化道分解，通過在腸道中發(fā)揮其獨特的生理功能來維持宿主健康。一般認(rèn)為功能性低聚糖能特異性地誘導(dǎo)腸道中雙歧桿菌生長，促進雙歧桿菌發(fā)酵產(chǎn)生大量短鏈脂肪酸(short chain fatty acids, SCFAs)，并抑制有害菌生長繁殖，降低有害菌和毒素在腸膜的附著力。此外，研究人員還證明了功能性低聚糖在免疫調(diào)節(jié)、抗炎活性、促進營養(yǎng)物質(zhì)吸收、降低膽固醇和調(diào)節(jié)腸道滲透壓等方面功能。

1 功能性低聚糖常見制備方式和研究現(xiàn)狀

目前除直接從天然產(chǎn)物中提取功能性低聚糖外，工業(yè)上主要利用單糖合成或多糖降解的手段制備功能性低聚糖。

由表1可知，常見功能性低聚糖制備方法有6種，下面主要對工業(yè)上常用的3種方式：酶合成法、微生物發(fā)酵法和酶降解法進行介紹。

表1 常見功能性低聚糖來源及制備方法Table 1 The sources and preparation methods of common functional oligosaccharides

1.1 酶合成法

酶合成法是使用糖基轉(zhuǎn)移酶對底物進行轉(zhuǎn)化，合成功能性低聚糖的方法。目前主要運用于GOS、OsLu、FOS這些已經(jīng)廣泛作為食品輔料、臨床醫(yī)藥和保健品領(lǐng)域的益生元合成。一些常用酶制劑往往同時具有降解酶和糖基轉(zhuǎn)移酶活性。例如，將β-半乳糖苷酶加入乳糖液時，若半乳糖基的受體為水，就會發(fā)生乳糖的降解反應(yīng)，釋放半乳糖和葡萄糖；如果半乳糖基的受體是乳糖，就會催化糖基供體底物中的糖殘基轉(zhuǎn)移到受體，形成新的糖苷鍵，通過一次或多次的轉(zhuǎn)移半乳糖基化，最后形成不同結(jié)構(gòu)的GOS混合物[9]；菊粉酶既可將菊粉降解為FOS和菊糖低聚糖，也可以蔗糖作為底物合成FOS(蔗果三糖、蔗果四糖和蔗果五糖)。酶合成法生產(chǎn)功能性低聚糖分為兩步：微生物生產(chǎn)具有糖基轉(zhuǎn)移活性的功能性低聚糖合成酶；將純化酶加入底物中生產(chǎn)功能性低聚糖。不同微生物來源獲得的同種酶合成的功能性低聚糖結(jié)構(gòu)有很大不同。研究人員從米曲霉β-半乳糖苷酶產(chǎn)生以Gal-β(1→6)-Gal-β(1→4)-Glc為主的9種混合GOS化合物[10];從芽孢桿菌突變β-半乳糖苷酶合成的GOS混合物中鑒定出14種新的GOS化合物。工業(yè)上為提高酶合成功能性低聚糖的產(chǎn)率，除優(yōu)化溫度、pH、底物濃度等條件外，還利用基因工程技術(shù)修改野生酶糖苷配基位點或增強酶活性中心疏水性，得到活力高、穩(wěn)定性好的突變酶。

我國工業(yè)上生產(chǎn)低聚果糖、低聚半乳糖時主要采用酶合成法。目前量子高科在固定化果糖基轉(zhuǎn)移酶法生產(chǎn)蔗果低聚糖方法基礎(chǔ)上，自主研發(fā)出最新的“第三代固定化果糖基轉(zhuǎn)移酶技術(shù)”生產(chǎn)FOS，該法所生產(chǎn)的FOS一次轉(zhuǎn)化率可達55%～60%。2013年該公司募投的10000 t低聚果糖擴產(chǎn)項目已順利投產(chǎn)。保齡寶生物股份有限公司建立的年產(chǎn)5000 t低聚半乳糖項目也于2016年順利投產(chǎn)。

1.2 微生物發(fā)酵法

微生物發(fā)酵法又稱為一次發(fā)酵法，是在底物中加入能將其合成為功能性低聚糖的微生物，同時獲得酶和功能性低聚糖的方法，這省去了生產(chǎn)和純化酶步驟，工業(yè)生產(chǎn)功能性低聚糖成本顯著減少。舒丹陽等在草石蠶原料中接種0.01%黑曲霉和0.01%乳桿菌的混菌發(fā)酵組合，發(fā)酵36 h，進行一系列精制純化后可得純度高達78.13%的水蘇糖。 然而微生物發(fā)酵法得到的產(chǎn)物中除了我們所需功能性低聚糖外還含有大量無益生作用的糖(以葡萄糖和底物為主)，這些糖不僅會抑制糖基轉(zhuǎn)移反應(yīng)，降低產(chǎn)量，還會制約功能性低聚糖的益生效果。最近研究發(fā)現(xiàn)，使用功能性低聚糖產(chǎn)生菌和釀酒酵母共培養(yǎng)法生產(chǎn)功能性低聚糖時能顯著提高功能性低聚糖的純度。Nobre等[11]將曲霉菌，釀酒酵母YIL162W和底物加入發(fā)酵罐中在溫度30 ℃，pH 6.0的條件下反應(yīng)53 h，可生產(chǎn)出純度高達(93.8±0.7)% (W/W)FOS混合液。然而，除日本以外，其他國家很少有完全掌握微生物發(fā)酵法產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的企業(yè)，且在食品生產(chǎn)過程中，酶合成法較微生物發(fā)酵法更具有安全性、穩(wěn)定性，因此微生物發(fā)酵法使用率較低。

1.3 酶降解法

天然多糖通常具分子量過大、粘度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點，導(dǎo)致其生物活性無法有效發(fā)揮，使用生物、化學(xué)和物理等手段均可使其獲得更強的生物活性。隨著可持續(xù)發(fā)展意識的增強，研究人員開始將注意力轉(zhuǎn)移到農(nóng)副產(chǎn)品的開發(fā)利用上。農(nóng)副產(chǎn)品中含有大量具有可降解為功能性低聚糖的多糖，如蘋果渣、柑橘皮、甜菜渣中含有果膠；玉米芯、稻殼、秸稈中含有木聚糖。通過將這些廢棄物中大分子多糖降解為所需的功能性低聚糖是如今學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究重點。其中XOS的雙歧因子功能是其他功能性低聚糖的10～20倍，對雙歧桿菌和青春芽孢桿菌有極強的促生效果，被認(rèn)為是最有潛力的益生元。山東龍力生物科技作為國內(nèi)首家實現(xiàn)低聚木糖工業(yè)化生產(chǎn)的企業(yè)，該公司使用酶法降解玉米芯，低聚木糖年產(chǎn)量可達4000 t左右。與化學(xué)降解法和物理降解法相比，酶降解法條件更為溫和，產(chǎn)物可控性強，專一性強，是通過降解多糖制備功能性低聚糖最常用的方法之一，因此研究人員常使用酶降解法降解農(nóng)副產(chǎn)品。Hong等研究芒果木質(zhì)纖維素酶解液益生作用時發(fā)現(xiàn)，使用疏水樹脂純化的水解液顯示出對乳酸菌較強的促生效果。Baldassarre等[12]在酶膜反應(yīng)器中，利用50 g/L洋蔥皮粗果膠提取物，在溫度45 ℃、酶濃度41.4 U/mL、反應(yīng)時間15 min的條件下，可獲得最高POS體積產(chǎn)率22.0 g/(L·h)。酶降解法能快速大量地獲得所需功能性低聚糖，具有廣闊的開發(fā)前景，然而生產(chǎn)中會得到大量副產(chǎn)物，如何降低高昂的后續(xù)分離純化成本是工業(yè)上運用此法最大的難題。

1.4 其他制備方法

除上述方法外，為探索一種快速、高效、環(huán)保的單糖合成低聚糖工藝，Liu等[13]提出快速淬火轉(zhuǎn)化法(sharp-quenching thermo conversion, SQTC)，該法將單糖放進管式反應(yīng)器后升溫到最佳熱轉(zhuǎn)換溫度再經(jīng)過反應(yīng)初期、低聚糖形成期和活性反應(yīng)后期3個階段，并以空氣或氮氣作為淬火介質(zhì)，可短時間獲得40%左右的低聚糖。在研究降解天然多糖方法時，研究人員常結(jié)合多種方法制備低聚糖。例如Jian等[14]采用γ射線輻照與酶解相結(jié)合的方法將魔芋葡甘聚糖降解為魔芋低聚葡甘聚糖；朱新鋒等[15]發(fā)現(xiàn)使用撞擊流法可有效將較低濃度的殼聚糖降解為低聚殼聚糖。

2 功能性低聚糖生理活性研究現(xiàn)狀

2.1 調(diào)節(jié)腸道微生物

大量臨床研究表明，健康受試者服用功能性低聚糖后會促進腸道中雙歧桿菌生長。Endo等[16]通過糞便發(fā)酵實驗評價1-Kestose對健康人腸道微生物群的影響，16S rRNA基因測序和定量PCR檢測結(jié)果均顯示1-Kestose組長雙歧桿菌水平明顯高于對照組，大腸桿菌明顯低于對照組，這表明1-Kestose可能是通過促進益生菌繁殖和抑制致病菌生長來調(diào)節(jié)腸道健康。這可能是雙歧桿菌作為腸道優(yōu)勢菌后通過種間競爭間接抑制其他微生物生長，且益生菌發(fā)酵低聚糖時產(chǎn)生的SCFAs導(dǎo)致腸道中pH下降，這也會進一步抑制某些細菌。研究人員還發(fā)現(xiàn)在機體患病情況下攝入低聚糖，能監(jiān)測到與疾病相關(guān)的細菌繁殖受到抑制。Wang等[17]研究表明，MOS能降低與炎癥和肥胖相關(guān)的幾種細菌，如Oscillospiraspp.，Coprococcusspp.和Ruminococcusspp.的相對豐度。此外，Yang等[18]還證實GOS能修復(fù)小鼠因飲酒而導(dǎo)致腸道微生物群失調(diào)，消除外周血中過量的內(nèi)毒素。

2.2 抗炎活性

炎癥是機體在應(yīng)對外界不良刺激時發(fā)生的一種自動防御反應(yīng)。通常情況下炎癥是對人體有益的，然而過激的炎癥反應(yīng)會使人患上炎癥性疾病。其中炎癥性腸病(inflammatory bowel disease, IBD)就是在免疫、環(huán)境、遺傳和藥物感染等因素刺激下使腸道黏膜免疫系統(tǒng)異常導(dǎo)致的發(fā)炎反應(yīng)[19]。作為一種新型的生物制劑，功能性低聚糖制劑可通過調(diào)節(jié)炎癥標(biāo)志物緩解IBD癥狀。Sun等[20]利用人結(jié)腸上皮細胞和脂多糖(LPS)建立結(jié)腸炎模型研究GOS對結(jié)腸炎相關(guān)的miRNAs調(diào)節(jié)作用，發(fā)現(xiàn)GOS預(yù)處理使miR-19b表達顯著上調(diào)，炎癥因子TNF-α、IFN-α和IL-1α釋放被抑制，LPS誘導(dǎo)的細胞損傷癥狀得到緩解。當(dāng)miR-19b被沉默時，GOS體外和體內(nèi)結(jié)腸保護作用均減弱。這表明GOS在一定程度上可以通過上調(diào)miR-19b預(yù)防結(jié)腸炎。據(jù)報道，大約50%接受化療或放療的癌癥患者會患上粘膜炎[21]，Galdino等[22]探索FOS對5-氟尿嘧啶(5-FU)所致腸黏膜炎的治療作用時發(fā)現(xiàn)，小鼠食用FOS后髓過氧化物酶(myeloperoxidase, MPO)和嗜酸性粒細胞過氧化物酶(eosinophil peroxidase,EPO)活性均降低，表明FOS可通過減少小鼠腸膜上中性粒細胞和嗜酸性粒細胞來減輕炎癥反應(yīng)。最近還發(fā)現(xiàn)FOS可通過降低活性氧(reactive oxygen species,ROS)產(chǎn)生和肝細胞凋亡來改善炎癥反應(yīng)[23]。綜上，隨著人們對IBD病因和發(fā)病機制的研究逐漸深入，功能性低聚糖在治療IBD的作用機制還處于探索階段，其有效性還需通過臨床實驗進一步驗證，但將其作為治療IBD藥物的應(yīng)用前景仍十分廣闊。

2.3 免疫調(diào)節(jié)

腸道不僅是人體最大的消化器官，也是人體最大的免疫系統(tǒng)。功能性低聚糖到達腸道后可通過促進抗體形成和細胞因子釋放來增強機體免疫功能。Genda等[24]研究食用低聚果糖的大鼠盲腸內(nèi)免疫球蛋白(IgA)濃度變化機制結(jié)果顯示，短期攝入FOS(7 d或9 d)可顯著提高盲腸IgA濃度且伴隨著促炎細胞因子和多聚免疫球蛋白受體(pIgR)表達增加而升高?；ㄉ^敏者和服用免疫抑制劑的人群也可通過食用功能性低聚糖來增強免疫效應(yīng)[25]。此外，由于雙歧桿菌本身具有復(fù)雜的增強機體免疫功能的能力，功能性低聚糖還可通過促進雙歧桿菌繁殖間接調(diào)節(jié)腸道內(nèi)免疫活性。

2.4 促進營養(yǎng)物質(zhì)吸收

由于功能性低聚糖的攝入，腸道中SCFAs增加，pH降低，礦物質(zhì)溶解度增加，這極大地幫助了人體對礦物質(zhì)的吸收，因此以GOS和FOS為主的功能性低聚糖在促進機體對鈣、鐵、鎂和無機磷等礦物質(zhì)吸收的生理活性被科研人員廣泛關(guān)注。Marciano等[26]評價低聚果糖對生長期缺鐵性貧血大鼠鐵吸收調(diào)節(jié)因子的影響，發(fā)現(xiàn)FOS可能是通過降低十二指腸鐵蛋白表達和降低盲腸中IL-10、IL-6和TNF-a因子濃度來調(diào)節(jié)貧血大鼠鐵的吸收。Seijo等[27]研究證實，不同鏈長的GOS/FOS混合物能誘導(dǎo)近端結(jié)腸(吸收鈣)和遠端結(jié)腸(吸收鎂)中腸道細菌連續(xù)發(fā)酵，提高礦物質(zhì)的吸收效率，通過增加骨骼礦化、密度和結(jié)構(gòu)來維持骨健康。最近有報道顯示，功能性低聚糖除了能增加機體對礦物質(zhì)的吸收能力外，還能通過提高對黃酮類化合物的吸收能力來增強機體的抗氧化活性[28]。

2.5 改善糖尿病癥狀及其他

Ⅱ型糖尿病作為一種中老年常見慢性病，主要與胰島素水平低或胰島素抵抗相關(guān)。目前，治療糖尿病的藥物主要有胰島素及其類似物、磺酰脲類促泌劑、二甲雙胍類等。常用藥物相關(guān)的副作用限制了它們在臨床治療中的應(yīng)用，急需尋找其他副作用較少的降糖藥物。功能性低聚糖具有多種抗糖尿病作用機制，包括改善胰腺功能、抑制α-葡萄糖苷酶、減輕胰島素抵抗、抗炎作用、調(diào)節(jié)腸道微生物群和激素等，減少其他糖尿病危險因素是一種潛力極大的降糖藥物替代品。Zheng等[29]研究證實殼寡糖可通過抑制腸道α-葡萄糖苷酶和葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白SGLT1和GLUT2表達，逆轉(zhuǎn)胰島素抵抗來發(fā)揮抗糖尿病作用。

功能性低聚糖還具有保護腸道屏障、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、護膚、緩解便秘等生理活性。例如，Wu等[30]研究FOS對腸黏膜屏障的直接影響時發(fā)現(xiàn)，在沒有微生物的情況下，F(xiàn)OS可通過激活腸上皮細胞中蛋白激酶C-δ活性直接發(fā)揮屏障保護功能；Hashmi 等[31]利用乳糖液合成的GOS喂養(yǎng)高膽固醇雌性大鼠，與對照組相比，GOS喂養(yǎng)大鼠的血清甘油三酯、總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇和極低密度脂蛋白膽固醇顯著降低。此外，GOS還被證實具有增強皮膚保濕和抑制黑色素積累的能力[32]，可作為護膚品的天然替代品應(yīng)用。

3 功能性低聚糖應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 在食品領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著消費者對食品安全及功能的要求升級，益生元及其制品的開發(fā)應(yīng)用一直是食品行業(yè)的研究熱點。目前，世界上益生元食品的研發(fā)和應(yīng)用由幾個龍頭企業(yè)領(lǐng)頭，如日本的Meijika Kaisha、比利時的Beneo-Orafti、荷蘭的Friesland Campina和中國的量子高科等。功能性低聚糖作為一種甜度較低、溶解度高的碳水化合物益生元，研究人員將其加入發(fā)酵乳制品、飲料、保健品、烘培等食品中開發(fā)具有一定功能的食品。由于不同功能性低聚糖在結(jié)構(gòu)、組成、性能上有差異，導(dǎo)致不同功能性低聚糖對益生菌的促生能力有所不同。Li等[33]使用乳酸桿菌評估10種常用于人類飲食中商業(yè)益生元的益生活力。結(jié)果顯示，以在葡萄糖上生長的菌株作為對照，僅乳糖醇、GOS和FOS能促進菌株生長，在其余益生元上菌株生長受到抑制。而Delgado-Fernandez等[34]在制作合生發(fā)酵乳時發(fā)現(xiàn)，由于原料乳中本身含有乳糖，功能性低聚糖并不會參與發(fā)酵乳的發(fā)酵和貯藏過程，反而能將其作為食品基質(zhì)到達遠端結(jié)腸，改善腸道微生物組成。在食品中功能性低聚糖除作為雙歧因子存在外，功能性低聚糖還能作為食品添加劑加入食品中改善食品的質(zhì)構(gòu)、熱量和風(fēng)味。例如，F(xiàn)OS既能作為蔗糖替代品賦予食物甜味，還能作為脂肪替代品生產(chǎn)低熱量食品，在干酪中加入FOS能生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)更緊密的奶酪[35]。此外，因功能性低聚糖具有抗菌性和抗氧化活性，研究人員還將其制成可食性涂膜應(yīng)用于水果的儲藏保鮮中。

表2 部分商業(yè)化功能性低聚糖食品Table 2 Some commercial functional oligosaccharide food

3.2 在飼料領(lǐng)域的應(yīng)用

抗生素作為一類在低濃度下就對病原微生物具有抑制或殺滅的重要藥物，曾廣泛應(yīng)用于畜禽飼料生產(chǎn)中。然而長期、大劑量攝入抗生素會導(dǎo)致畜禽免疫力下降，還能讓病原菌產(chǎn)生耐藥性，養(yǎng)成超級細菌，甚至嚴(yán)重的藥物殘留還會威脅到人體健康。近些年來，許多國家都開始限制甚至禁止抗生素在動物飼料中的使用，我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部也要求，2020年豬飼料中將全面禁止添加抗生素。功能性低聚糖作為部分抗生素替代品開始被加入魚類、仔豬、肉雞等動物日糧中進行相關(guān)研究。研究人員通過對比仔豬食用添加250 mg/kg抗生素(100 mg/kg硫酸粘桿菌素、100 mg/kg喹乙醇和50 mg/kg北他霉素)或800 mg/kg奇力素TM(富含甘露聚糖)飼料28 d的效果，發(fā)現(xiàn)與抗生素組相比，添加奇力素TM對腹瀉和死亡率的影響與抗生素相似，且豬腸道形態(tài)更健康[36]。Lu等[37]首次對草魚食用添加甘露寡糖飼料的效果進行研究，結(jié)果表明，飼料中添加適量MOS(200～600 mg/kg)可以改善草魚的生長性能，保護腸道結(jié)構(gòu)的完整性，從而促進腸道健康(腸道生長、腸道菌群和SCFAs)，增強抗氧化能力。為充分發(fā)揮功能性低聚糖的效果，研究人員還將功能性低聚糖與益生菌混合制成合生飼料，也有人將其與揮發(fā)性精油混合來調(diào)節(jié)肉雞和牛犢的生長性能[38]；在市面上售有名為“功能性低聚糖863”的混合型飼料添加劑，以XOS、低聚麥芽糖、甘露寡糖為主要成分，適用于魚類、蝦類、貝類等海淡水養(yǎng)殖動物，具有調(diào)節(jié)腸道細菌平衡，預(yù)防細菌病毒疾病發(fā)生，促進營養(yǎng)轉(zhuǎn)換等功效。盡管功能性低聚糖作為一種飼料添加劑能使動物保持健康，促進生長，但還不清楚功能性低聚糖對腸胃中具體哪些微生物造成了影響，發(fā)生了哪些代謝反應(yīng)，需要使用分子生物學(xué)技術(shù)解釋這些復(fù)雜的關(guān)系才能更加準(zhǔn)確地將功能性低聚糖應(yīng)用于飼料行業(yè)中。

3.3 在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

研究人員常將功能性低聚糖作為外源誘導(dǎo)子，刺激農(nóng)作物在遇到病原體入侵或害蟲啃食時啟動防御反應(yīng)。Ma等[39]利用蛋白組學(xué)技術(shù)評價了COS對尖孢鐮刀菌引起的水稻幼苗枯萎病的影響。結(jié)果表明，COS可通過刺激水稻根部二萜類化合物生物合成途徑中差異蛋白的表達，促使相關(guān)酶活性提高和抗菌物質(zhì)稻殼酮積累，尖孢鐮刀菌對水稻根系生長的抑制作用得到緩解。Li等[40]施用50 μg/mL濃度的COS用于茶樹葉片上，可誘導(dǎo)茶樹對炭疽病的抗病性。與傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥相比，功能性低聚糖具有安全、無毒和環(huán)境友好等特點，在保護農(nóng)作物的同時還能解決農(nóng)藥殘留和害蟲抗藥性等問題，是一種理想的生物農(nóng)藥候選物。近年來國內(nèi)生物農(nóng)藥技術(shù)的研發(fā)獲得重大突破，以殼寡糖為代表的功能性低聚糖農(nóng)業(yè)產(chǎn)品逐年增多，如江西正邦作物、青島博智匯力、山東海龍元等公司均推出以農(nóng)業(yè)級殼寡糖為有效成分具有抑制病原菌，提高抗逆性，改善作物品質(zhì)等功能的生物農(nóng)藥，湖北維納施生態(tài)工程有限公司推出為促進作物光合作用，廣譜抑菌的殼寡糖復(fù)合肥料17-7-27-維納施。作為一個人口和農(nóng)業(yè)大國，生態(tài)環(huán)保型農(nóng)藥、肥料的市場潛力極大，開發(fā)利用功能性低聚糖，以生物方法解決農(nóng)業(yè)中遇到的問題一直是我國學(xué)者和生物公司研究的熱點。

4 展望

隨著功能性低聚糖在腸道微生態(tài)中生理功能研究加深，功能性低聚糖在食品、飼料和農(nóng)藥等領(lǐng)域需求量逐漸增大?，F(xiàn)階段高純度功能性低聚糖生產(chǎn)成本高，產(chǎn)率低，急需從以下幾個方面提升和發(fā)展。第一，篩選、誘變功能性低聚糖生產(chǎn)菌。微生物合成法是工業(yè)上生產(chǎn)功能性低聚糖的常用方法，產(chǎn)率不高和產(chǎn)物高度非均質(zhì)性是目前、的主要困難。使用基因工程技術(shù)針對性地對野生菌進行誘變后通過篩選得到高產(chǎn)菌，可能是解決這些問題的最優(yōu)手段。第二，提高工業(yè)生產(chǎn)自動化程度。穩(wěn)定性和可重復(fù)使用性是目前工業(yè)生產(chǎn)功能性低聚糖的基本要求。結(jié)合宏觀動力學(xué)模型和固定化酶重復(fù)間歇操作可以全局和局部地對生產(chǎn)實現(xiàn)最優(yōu)控制，是未來工業(yè)化生產(chǎn)功能性低聚糖的方向。第三，探究多糖水解方法。解決天然多糖降解物復(fù)雜，純化和結(jié)構(gòu)鑒定困難這些問題也是目前研究的熱點[41]。第四，純化方法研究。純度過低的功能性低聚糖會直接削弱其生理活性發(fā)揮。目前工業(yè)上常用膜分離技術(shù)、微生物處理、模擬移動床、吸附法等純化技術(shù)進行純化，這些純化技術(shù)可使得部分低聚糖純度為95%以上，但隨著純度的增高，對廠家生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備的要求相應(yīng)提高，國際上僅日本和中國擁有幾家能規(guī)模化生產(chǎn)高純度功能性低聚糖的廠家。

為了幫助功能性低聚糖在食品、飼料、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域更好應(yīng)用，一方面需要盡快形成一套完整的功能性低聚糖安全性評價體系。另一方面，對現(xiàn)有功能性低聚糖結(jié)構(gòu)特性進行表征，包括聚合度、糖苷鍵類型、單糖譜等，建立結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，使產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化，這樣才能使商業(yè)化的功能性低聚糖產(chǎn)品產(chǎn)生更多收益。