藥用及保健植物：菊醣之旅
96/10/16
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楊麗嬋｜
中國醫藥大學醫學院醫學系藥理學科
林文川｜
中國醫藥大學醫學院醫學系藥理學科
你心目中糖的形象是怎麼樣的呢？你立即想到的是什麼樣子的糖呢？
醣類家族
甜甜的蔗糖與果糖都是生活中常見的糖，也都是醣類家族中的一分子。醣類家族的成員非常多，廣布在自然界中。然而，不是每一種醣都是甜的，只有部分的醣才有甜味。你也許會想，要具備怎樣的身分才會被選為醣類家族的一分子呢？就化學的定義來說，醣類是多羥基醛或多羥基酮，以及能水解而產生分子量較低的多羥基醛或多羥基酮的有機化合物。
這裡要介紹給大家認識的菊醣就是醣類家族中的一分子。究竟醣類家族是怎麼分類的，又有哪些代表的成員？下面為大家做個介紹。
單醣 單醣是醣類中構造最簡單的醣，依照官能基的不同，可以分成酮醣與醛醣兩類。每一個單醣分子含有3到7個碳原子，其中含有5或6個碳原子的單醣在自然界中分布最廣，像是熟知的葡萄糖和果糖就是六碳醣，組成DNA的核啟酸中的去氧核醣就是五碳醣。
低聚醣 低聚醣又稱作寡醣，它是由2到9個單醣聚合而成的醣類。提起雙醣，你一定覺得很熟悉，例如蔗糖、麥芽糖與乳糖，這些日常生活中常接觸到的醣類都是雙醣。
多醣 多醣是由10個以上的單醣脫水聚合而成的聚合物。多醣經由水解以後，可以生成單醣或低聚醣。依照單醣組成成分的不同，多醣又可以分成同元多醣及異質多醣。顧名思義，同元多醣就是全由相同種類單醣所組成的，異質多醣則不只由同一種單醣所構成，像是黏多醣，水解後會產生不同種類的單醣。
想想看，你認識那些同元多醣呢？給一個提示，那就是我們每天都會吃下肚子的東西！想到了嗎？就是澱粉與纖維素。這兩位難兄難弟都是由葡萄糖聚合而成的，但是由於葡萄糖單體連結的差異，造成人類只能利用澱粉轉變成葡萄糖來產生能量，並沒有辦法像牛、馬、兔子等草食性動物一樣利用纖維素。
澱粉與纖維素都是由葡萄糖聚合而成的，為什麼人體對它們卻有利用上的差異呢？這主要是澱粉與纖維素中葡萄糖單體的連結方式不同所致。澱粉是以α形式連結的，纖維素則是用β形式連結的。不同連結方式的多醣，就需要不同的酵素才能把它切割成像是葡萄糖般的小分子。人體只具有消化α形式連結的葡萄糖分解酵素，但是有一些細菌和牛、馬、兔子等動物，都擁有β形式的葡萄糖分解酵素，因此能夠消化纖維素。
菊醣也是同元多醣當中的一分子，不過是由許許多多的果糖以β形式連結起來的。和纖維素一樣，人體並不具備消化菊醣的酵素。儘管如此，無法被人體消化的菊醣卻能發揮許多效用。現在讓我們來談談它吧！
菊醣
其實菊醣在保健食品界一直小有名氣，它可以增進礦物質，例如鈣、鎂的吸收，也能增進腸內益菌的生長，和幫助血中膽固醇的控制等。目前，在國內各式各樣的健康食品中，也開始有以菊醣為有效保健成分的產品出現了。
菊醣在自然界中的分布很廣，它之所以被稱作菊醣，主要是因為一開始在許多菊科植物中，都可以發現菊醣的蹤影。不過，現在人類已經在很多種植物內發現菊醣，像是牛蒡根、山藥、蒲公英根、土木香根、菊苣根、洋蔥、大蒜、菊芋的根部等。由於菊醣主要存在於植物的根和根莖部，可以想見它就像澱粉一般，對植物來說，也是能量儲藏的物質。
儘管這麼多的植物含有菊醣，但是一般市面上販售的菊醣，仍然主要抽取自菊苣或菊芋根部再提煉得到的。菊醣大致上都是用沸水對植物抽提而得到的，因為菊醣在熱水中的溶解度不錯，提取後經過淨化濃縮、乾燥，就是一般市面上所見的菊醣成品了。
接下來讓我們隨著菊醣進行一趟腸胃道的神奇旅行吧！
在腸胃道中扮演的角色
菊醣可以溶解在熱水中，屬於水溶性的膳食纖維，嘗起來有淡淡的甜味，但是人體內並沒有可以消化菊醣的酵素。人體內消化碳水化合物的主要酵素有α—配糖酵素、麥芽糖酵素、乳糖酵素與蔗糖酵素，但是這些酵素只能對以α形式連結的碳水化合物進行分解，面對β形式連結的菊醣卻是束手無策。
不過，菊醣卻可以被人體中的腸道細菌發酵、利用。因為這些住在腸內的細菌擁有我們沒有的酵素，可以把菊醣發酵成短鏈脂肪酸及乳酸，然後再間接地被人體吸收。隨著每個人的腸內對菊醣的發酵與吸收程度不同，這些人體原本無法直接吸收卻能發酵的菊醣，最後產生的熱量大約是一般人體可以直接消化吸收的醣類所產生熱量的40～50％。因此，菊醣也可以算是一種低熱量食品。
在1995年，丹麥的努森和黑碩夫兩位科學家實驗證實，人體攝入的菊醣在腸胃道的前半段，也就是小腸中，大概只有12～14％會被腸道的厭氧菌分解成乳酸和短鏈脂肪酸。其餘的菊醣都會再前往腸胃道的下半段進行旅程。
所謂的腸胃道下半段，主要是大腸的地盤！這裡是人體腸道菌的集散地，腸道發酵工業的重鎮，大約每1克的腸內容物中，居住著多達1兆個細菌。這些細菌大部分屬於厭氧菌，也就是說這些細菌不喜歡住在有氧氣的環境中。不要小看這些細菌喔！這些腸道菌可是大大地影響著腸道與全身的健康。
以腸道細菌對人體的影響性，可以把它分做3類：益菌、害菌與介於兩類中間的共生菌。
益菌是對人體健康有益的細菌，像是雙歧桿菌（比菲德氏菌）、乳酸菌等。益菌的功用在於可以產生宿主所需要的維生素，可以合成蛋白質，並協助消化吸收，防止其他外來菌的增生，刺激免疫機能等功用，能維持宿主的健康。
害菌是會對人體產生危害的細菌，例如沙門菌、志賀桿菌。害菌在腸道內會消化食物，產生氨、胺、亞硝胺、苯酚、甲苯酚等臭氣物質，並產生一些致癌物質和毒素，對腸道造成影響，誘發下痢、便祕，最後使整個人體老化。
最典型的共生菌是大腸桿菌。它在一般的情況下對人體無害，但是當宿主的身體不健康時，像是壓力大、老化、使用抗生素或免疫抑制劑時，它就可能變成有害菌屬，造成細菌性的感染症，例如敗血症等。
同樣地，菊醣在下腸道中也會被細菌的酵素分解成乳酸與短鏈脂肪酸。許多研究證實，這些發酵後的產物可以增進體內益菌—雙歧桿菌的生長，調整腸內菌叢的生態。
腸道的菌叢經常維持動態的平衡，也就是說當益菌數量多的時候，害菌自然就少。人體內益菌與害菌數量的消長，代表著身體的健康狀況。體內菌叢生態的好壞，常常受到攝入的食物、壓力、藥物、放射線等因子的影響。
一般認為菊醣之所以有助於益菌的生長，主要是因為腸道益菌擁有可以分解菊醣的酵素，面對菊醣可以大快朵頤，從中獲得異果寡糖當做能量。例如雙歧桿菌就有分解、消化菊醣的能力，而且分解後的產物－乳酸與短鏈脂肪酸，會降低腸道的酸鹼度，使腸道的環境變酸，不利害菌的生長。另一方面，像是產氣夾膜梭菌，就沒有利用菊醣的能力。在一增一減的情勢下，雙歧桿菌就漸漸地變成腸道的優勢菌種了。
在1995年，英國的吉普生教授進行了菊醣對體內菌叢影響的實驗，結果顯示在每天攝取菊醣的自願者中，體內雙歧桿菌的生長受到菊醣的刺激而增高。在持續攝取菊醣兩周以後，雙歧桿菌已經變成腸道中數量最多的菌種了。同時，他也發現梭菌及細梭菌兩種屬害菌的數量在攝入菊醣後也顯著地減少。這種腸道菌叢生態的調整，在停止攝入菊醣兩周以後仍然能維持益菌的優勢。
腸道是人體中很重要的免疫器官，益生菌會與腸系的淋巴組織接觸，抑制腸道發炎，是維持人體內均衡健康的重要機制。如果在口腔裡是麵包超人與細菌人的決鬥，在腸道中就是菊醣超人與害菌人的戰爭，以維持益菌的優勢，保持腸道的健康。
菊醣的神奇角色
消化排便 菊醣因為無法被人體直接消化，所以算是水溶性膳食纖維的一分子，可以促進腸道蠕動，縮短糞便通過腸道的時間。
食物消化吸收後的殘渣在到達結腸以後，在腸道害菌的加工下，會產生許多有毒的代謝產物，例如氨、胺、亞硝胺、苯酚、甲苯酚等。這些物質是腸道腐敗程度的指標，長時間與腸道接觸會使腸道老化，增加病變的機會。菊醣能顯著地增加雙歧桿菌的生長，抑制害菌的生長，減少有毒產物的生成。
由於菊醣的膳食纖維特性，還可以吸附殘渣廢物，使體內產生的廢物能迅速排出體外，進而減少這些廢物及致癌物質對腸壁的刺激，因此可以降低便祕、腸癌和大腸病變的機會。
降低罹患腸癌的機會 在平時，腸癌多半沒有明顯症狀，也因為如此，在發現腸癌的時候，常常已經伴隨有癌細胞轉移的現象，使得5年的存活率極低。近年來，國人因為飲食習慣的西化，腸癌的罹患率直線上升，好發年齡也一直下降。其實，腸癌是可以主動積極地經由改善生活習慣來預防的，像是多攝取菊醣便可以降低腸癌的罹患率。
菊醣除了可以促進排便之外，也會經由益菌的消化產生一些短鏈脂肪酸，其中有一種短鏈脂肪酸是丁酸。從1982年起，許多研究都發現丁酸可以抑制腸癌細胞的增殖，刺激癌細胞分化及誘導腸癌細胞凋亡。
增加礦物質的吸收 菊醣可以增加人體對鈣的吸收及促進鈣平衡。在大白鼠的試驗中，發現菊醣可以增進鈣、鎂、鐵、鋅的吸收。雖然大部分的膳食纖維會因為纖維與礦物質的結合和遮蔽效應，使得礦物質在腸道的吸收降低。但是，菊醣卻恰恰相反，這又主要是菊醣的發酵產物—短鏈脂肪酸的效用！
這件事是怎麼發現的呢？儘管小腸黏膜也具有吸收礦物質的能力，但是在1997年，瑞典的艾勒格發現菊醣並不會增進礦物質在小腸內的吸收，這種情形跟一般的膳食纖維非常類似。反而是在菊醣進入大腸與結腸以後，才會明顯增加鈣質的吸收。
從其他的實驗結果，科學家們推論菊醣在進入下腸道後發酵成短鏈脂肪酸。這些短鏈脂肪酸可以降低腸道的酸鹼度，增加可溶鈣的濃度，刺激腸道黏膜細胞的增長，使得鈣的吸收速率增加。同時，短鏈脂肪酸也可以使食物中的不溶鈣轉變成為稍微可溶性的鹽類，因而增加鈣的溶解度。當鈣的溶解度變好、濃度增加時，腸壁對鈣的通透吸收能力也會相對提升。
換句話說，菊醣的發酵產物可以使腸道的環境變成有利於鈣質吸收的環境。從動物實驗中也證實，菊醣除了增進礦物質在腸道中的吸收外，也確實能增加骨骼中礦物質的密度。
降血脂 在人體與動物的試驗中，發現菊醣能降低血中的三酸甘油酯與膽固醇濃度。一般認為菊醣調節血脂的機制，除了可以和膽酸及膽鹽結合外，也可以經由細菌發酵後的變身—短鏈脂肪酸來發揮效用。研究指出在這些短鏈脂肪酸中，丙酸最具抑制肝臟膽固醇及三酸甘油酯生成的效果。另外，菊醣降血脂的生理機制與膳食纖維類似，也是能和膽酸及膽鹽結合，把它們排出體外，防止它們的再吸收。因此，人體內就會促進膽固醇在肝臟進行氧化作用，產生更多的膽酸，因而降低血膽固醇的濃度。
也就是說，菊醣一方面促進膽固醇的排出，另一方面也會增加膽固醇的消耗。在這樣的雙重作用下，血中的膽固醇與三酸甘油酯的濃度也就自然地下降了。
在2003年，美國食品藥物管理局（FDA）確認菊醣粉是「公認安全的物質」（generally regarded as safe），建議的日有效攝入量是5公克，每日的最大攝入量不要超過15～20公克。對植物來說，菊醣是一種能量儲存的物質，但是對攝入它的人體來說，菊醣是一種可以發揮健康效用的食品。被攝入的菊醣，除了部分被細菌利用分解外，其餘的都以菊醣的片斷或是原形隨著糞便排出體外。
走完這一趟菊醣之旅，跟隨著菊醣從植物提取到腸胃道的旅行，與菊醣一起並肩作戰對抗害菌，還在旅行過程中幫助礦物質的吸收、協助腐敗物質的清除、甚至發酵產物也能維護腸道機能與身體的健康。和菊醣一路走來，你是不是對它更加了解了呢？
