什麼才算是益生元？
國際益生菌和益生元科學協會（ISAPP）提出了最新的共識觀點，將益生元重新定義為「被宿主微生物選擇性利用的基質，賦予健康益處」。
益生元必須符合3個標準：（a）對胃酸度的抵抗力、哺乳動物酶的水解性和胃腸道吸收性；（b）能被腸道菌群發酵；（c）選擇性刺激與健康和福祉相關之腸道細菌的生長和/或活性。
來源於植物之不可消化碳水化合物的聚合物，是益生元的重要來源，另外有非碳水化合物物質亦發現具益生元潛力，包括多不飽和脂肪酸和多酚。據估計，植物多酚總攝入量的5%至10%會到達結腸，在那裏它們可以被腸道微生物群以不同程度代謝，繼而產生對人體健康有益的短鏈脂肪酸。
宿主人們吃夠了嗎？
有大量證據表明，飲食，尤其在西方國家，缺乏不可消化的碳水化合物，則會減少了腸道環境中的細菌發酵。膳食纖維攝入量呈下降趨勢，目前攝入量是人類歷史紀錄上最低的。膳食纖維的攝入量估計為15至20克/日，低於每日推薦的25至35克/日。然而，在全麥穀物、豆類、水果和蔬菜攝入量較高的國家，碳水化合物攝入量達到50克/日。人類營養試驗表明，膳食纖維發酵分別來自於水果和蔬菜中約佔75%至90%，在全穀物中佔25%至35%。每種膳食碳水化合物都表現出不同的結構特徵，與分子的長度、糖基部分、取代基的存在、連鎖和側鏈支鏈有關，這些特徵會影響膳食碳水化合物的微生物消化率。發酵多糖可及性的變化被認為對塑造腸道微生物生態系統至關重要。
腸道微生態：為碳水化合物分解而設計的生態系統
腸道細菌物群在這種動態營養環境中，顯示了分解碳水化合物的有效策略。科學界提供益生元可利用機制是朝着有效地、有意地調節腸道微生態，以改善人類健康和福祉邁出的一步。
腸道微生物群分解複雜碳水化合物的功能，反映在一系列突出且高度多樣化的碳水化合物活性酶（CAZymes）編碼基因中，這些基因佔大多數細菌基因組中預測編碼序列的1%至5%。因此，腸道微生物顯示出大量專門用於複雜碳水化合物的分解、生物合成和修飾的CAZymes。
相比之下，人類基因組編碼的CAZymes庫很少（約17種酶），並且僅限於降解可消化澱粉、蔗糖和乳糖的能力，這表明腸道微生物已經進化成擴展人類消化生理學的大型酶庫。值得注意的是，某些結腸細菌能夠代謝種類繁多的基底物，然而其他物種的代謝能力則更有限。
特別是，作為革蘭氏陰性擬桿菌門成員之一的擬桿菌屬，表現出廣泛多樣性和大量的CAZymes編碼基因。這組細菌似乎是多糖分解的主要參與者之一，本來無法被宿主吸收和/或運用的多糖，因此能被代謝成一種供宿主利用的形式。
短鏈脂肪酸：支撐着益生元影響的關鍵代謝物
膳食碳水化合物發酵的副產物主要是短鏈脂肪酸，尤其乙酸鹽（又稱醋酸鹽）、丙酸鹽和丁酸鹽這3種脂肪酸。根據飲食中的纖維含量、微生物群的組成和腸道運輸時間，短鏈脂肪酸在人類大腸中的總濃度通常達到50至200毫摩爾/公斤（mmol/kg）。醋酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽在胃腸道中的比例通常為3:1:1。此外，氣態副產物和終產物，如氫氣（H2）、二氧化碳（CO2）和硫酸鹽，推動發酵持續發生。這些氣態基底物的利用，是主要腸道微生態當中微生物組成員之間交叉進食的結果，而不是宿主消化、吸收的後果。在人類中，這些細菌代謝物提供約10%的每日熱量需求。
重要的是，丁酸鹽是供應結腸細胞最優選的能量來源，用於克雷布斯循環（又叫三羧酸循環）和酮體生產途徑。此外，腸道微生物群已被證明有助於使用丁酸鹽促進結腸上皮的代謝特化，活體研究數據表明，丁酸鹽可以調節參與其自身代謝的酶之表達。一旦在腸腔中產生，乙酸鹽和丙酸鹽很容易被結腸壁吸收。它們進入門靜脈血室並優先在肝臟中代謝。
它們可促進肝臟生物合成途徑，如糖異生、膽固醇和長鏈脂肪酸的合成，從而促使整個宿主代謝。短鏈脂肪酸還可以作為微生物訊號分子，被特定的宿主受體識別。
另外，這些受體的廣泛表達，包括在免疫細胞中，表明短鏈脂肪酸還有其他幾種潛在功能，特別是那些涉及免疫反應和炎症的功能。鑑於這些細菌代謝物在人類健康中之作用，需要詳細了解腸道微生物群對短鏈脂肪酸的代謝，以優化有效的飲食調節策略。
撰文 : 林盈吟_美國註冊營養師
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