综述：半乳寡糖的结构、酶法生产、生物活性及食品应用研究进展

本综述系统总结了半乳寡糖（GOS）的结构多样性、酶法合成机制（涉及β-半乳糖苷酶的水解与转糖基活性）、及其作为益生元通过调节肠道微生物群（如双歧杆菌和乳酸杆菌）产生短链脂肪酸（SCFAs），从而在维持肠道健康、免疫平衡和代谢稳态方面发挥的多重生物活性，同时概述了GOS在食品工业中的广泛应用前景。

　　

半乳寡糖的结构与合成

半乳寡糖（Galacto-oligosaccharides, GOS）是一类功能性寡糖，由1到7个半乳糖分子连接至末端的葡萄糖或半乳糖构成。其聚合度（DP）通常在2到8之间，糖苷键类型包括β-(1→2)、β-(1→3)、β-(1→4)和β-(1→6)连接。随着分析技术的进步，目前已鉴定出超过100种结构各异的GOS。天然来源中GOS含量较低且提取困难，化学合成法又存在毒性残留和污染问题，因此工业上主要采用β-半乳糖苷酶催化高浓度乳糖或乳清底物，通过该酶的水解活性和转糖基活性高效、环保地生产GOS。

GOS的生物活性机制

作为重要的益生元，GOS通过两种主要机制发挥生物活性：其一，GOS能够竞争性地结合病原菌，抑制其细胞粘附，直接发挥抗菌作用；其二，GOS可被有益微生物如双歧杆菌（Bifidobacterium）和乳酸杆菌（Lactobacillus）选择性利用，通过多种糖苷水解酶（GHs）代谢产生短链脂肪酸（SCFAs），主要包括甲酸、乙酸、丙酸和丁酸。这些SCFAs能够结合G蛋白偶联受体（GPCRs）如GPR109A，调控下游信号通路，并抑制组蛋白去乙酰化酶（HDAC）活性，从而在细胞表观遗传层面产生影响，这是GOS有益于宿主免疫、肠道健康和代谢稳态的核心机制。

GOS与肠道健康

研究表明，GOS能够改善炎症性肠病（IBD）和便秘等胃肠道疾病症状。在动物模型中，GOS干预可显著缓解葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎，表现为疾病活动指数降低、结肠长度缩短症状减轻，以及肠道屏障功能相关蛋白（如ZO-1和occludin）表达上调，从而增强肠道屏障完整性。

GOS与免疫调节

GOS通过增加肠道中双歧杆菌和乳酸杆菌的丰度来调节免疫系统。乳酸杆菌在调节免疫应答中起关键作用，而双歧杆菌能上调调节性T细胞（Treg），并调节树突状细胞和巨噬细胞的活性。动物实验表明，GOS能促进免疫器官（如胸腺和脾脏）发育，提高抗体水平和细胞因子含量，增强机体免疫力。

GOS与代谢紊乱

凭借其低热量、低甜度的物理特性，GOS在改善代谢紊乱方面表现出色。动物研究报道，GOS可通过调节肠道菌群组成，缓解肥胖相关的慢性炎症，并改善小鼠的脂质代谢。不同剂量的GOS干预能显著降低高脂饮食诱导的肥胖小鼠的体重增长、脂肪堆积和血脂水平，同时改善胰岛素抵抗和肝脏脂肪变性。

GOS的多方面益处

除上述作用外，GOS还能增强矿物质吸收。研究表明，GOS补充剂能剂量依赖性地提高斯普拉格-杜勒大鼠的矿物质吸收率。此外，GOS在辅助治疗结肠癌等特定癌症方面也显示出潜力。

GOS在食品工业中的应用

GOS因其高溶解性、低热值、高热稳定性和高保湿性等独特理化性质，以及显著的健康益处，被广泛应用于食品工业。例如，在婴儿配方奶粉中添加GOS可强化营养；在面包、酸奶等食品中，GOS可用于改善产品外观、质地和风味；其保湿性也有助于食品保鲜，防止过度干燥。

展望

尽管GOS的研究和应用取得了显著进展，但其结构与生物活性之间的构效关系，特别是特定结构如何影响其与微生物的相互作用，仍有待深入探索。未来研究需要结合多组学技术和体外模拟系统，更精确地阐明GOS的作用机制，并优化生产工艺以获取特定结构的GOS，从而拓展其在精准营养和特定健康领域的应用。