有助于微生物生长的营养化学物质
注意不要与益生菌混淆，益生菌是通常存在于发酵食品中的微生物。
益生元是食物中能促进有益微生物(如细菌和真菌)生长或活性的化合物。益生元影响人类健康的最常见环境是胃肠道，它们可以改变肠道微生物组中生物的组成。
膳食益生元通常是难以消化的纤维化合物，能通过上消化道而不被消化，并作为底物促进结肠中有益细菌的生长或活性。益生元于1995年首次被Marcel Roberfroid识别并命名。根据不同司法管辖区的规定，由于营销目的而做出的健康声明，益生元可能受到食品添加剂的监管审查。食品制造业中常用的益生元包括燕麦中的β-葡聚糖、谷物和豆类中的抗性淀粉以及菊苣根中的菊粉。
定义
自1995年首次定义以来，益生元的定义以及可以归入此类别的食品成分已经有所演变。在最早的定义中，益生元一词用来指那些通过选择性刺激结肠内特定细菌而对宿主有益的不可消化食品成分。后续研究表明，选择性刺激尚未得到科学证实。鉴于研究显示益生元可能影响结肠外的微生物，2016年益生菌和益生元国际科学协会(ISAPP)提出了以下益生元定义：一种被宿主微生物选择性利用以产生健康益处的底物。2021年，全球益生元协会(GPA)将益生元定义为一种在微生物群中被利用并产生健康或性能益处的产品或成分。
可归类为益生元的化合物还必须满足以下标准：
- 不可消化且能抵抗胃酸和人体胃肠道中酶的分解
- 被体表或体内的微生物发酵
- 刺激有益细菌的生长和活性
因此，摄入益生元可能有助于宿主的健康。基于先前的分类，植物来源的称为低聚糖的碳水化合物化合物以及抗性淀粉是已确定的主要益生元来源。具体来说，果聚糖和半乳聚糖是两种已被发现能刺激肠道有益细菌群落活性和生长的低聚糖来源。果聚糖是一类由果寡糖(FOS)和菊粉组成的碳水化合物，而半乳聚糖则由半乳寡糖组成。研究表明，抗性淀粉可以改变肠道细菌，并改善多种健康状况的生物标志物。其他膳食纤维也符合益生元的定义，如果胶、β-葡聚糖和木寡糖。
欧洲食品安全局(EFSA)这一产品标签监管机构区分了"益生元"和"膳食纤维"，指出"尚未建立健康声明所针对的食品成分摄入与增加胃肠道微生物群数量相关的有益生理效应之间的因果关系"。因此，根据EFSA的规定，个别成分不能标注为益生元，而只能标注为膳食纤维，且不能暗示健康益处。
功能
当益生元概念于1995年首次提出时，主要关注点是益生元对双歧杆菌和乳酸杆菌的影响。近年来随着机制技术的改进，目前的益生元目标已扩展到更广泛的微生物，包括罗斯伯里亚菌、优杆菌、阿克曼菌、克里斯滕森菌、丙酸杆菌和粪杆菌。这些细菌被视为关键的益生菌和有益肠道细菌，因为它们可能对宿主产生多种有益影响，包括改善消化(包括但不限于增强矿物质吸收)以及提高免疫系统的有效性和内在强度。研究表明，双歧杆菌和乳酸杆菌具有不同的益生元特异性，并根据细菌群落的特征酶选择性发酵益生元纤维。因此，乳酸菌更喜欢菊粉和果寡糖，而双歧杆菌则对菊粉、果寡糖、木寡糖和半乳寡糖表现出特异性。研究还表明，益生元除了帮助有益肠道细菌生长外，还可以抑制肠道中有害和潜在致病的微生物，例如梭菌。
作用机制
发酵是益生元被结肠中有益细菌利用的主要作用机制。双歧杆菌和乳酸杆菌都是利用糖酵解代谢来分解底物的细菌群落。双歧杆菌基因组包含许多编码碳水化合物修饰酶的基因，以及编码碳水化合物摄取蛋白的基因。这些基因的存在表明，双歧杆菌含有专门用于植物来源低聚糖(或益生元)发酵和代谢的特定代谢途径。双歧杆菌中的这些途径最终产生短链脂肪酸，这些短链脂肪酸在身体功能中具有多种生理作用。
来源
益生元来源必须被证明对宿主有益，才能被归类为益生元。来自果聚糖和木聚糖的可发酵碳水化合物是益生元的一个有充分记载的例子。来自淀粉类食物的抗性淀粉也是有充分记载的益生元，历史上一直是饮食中益生元的最高来源，因为在混合饮食中4-10%的淀粉已被证明可以到达大肠。一项研究报告称，食用非洲传统饮食的个体每天摄入38克抗性淀粉。
内源性
人类体内益生元的一个内源性来源是母乳，其中含有结构类似于半乳寡糖的低聚糖，称为人乳低聚糖。研究发现，人乳低聚糖能增加母乳喂养婴儿中双歧杆菌的细菌数量，并增强婴儿的免疫系统。此外，人乳低聚糖有助于在新生儿中建立健康的肠道微生物群组成。
外源性
被归类为益生元的不可消化碳水化合物化合物是一种可发酵纤维，因此可以归类为膳食纤维。然而，并非所有膳食纤维都可以归类为益生元来源。除了下表中强调的食物来源外，生燕麦、未精制大麦、雅贡薯、和全谷物早餐谷物也被归类为益生元纤维来源。益生元纤维的主要类型可能因食物而异。例如，燕麦和大麦含有大量的β-葡聚糖，水果和浆果含有果胶，种子含有胶质，洋葱和菊芋富含菊粉和低聚果糖，而香蕉和豆类则含有抗性淀粉。
富含益生元的食物:
- 阿拉伯胶(金合欢): 85%
- 生干菊苣根: 64.6%
- 生干菊芋: 31.5%
- 生干蒲公英叶: 24.3%
- 生干大蒜: 17.5%
- 生干韭葱: 11.7%
- 生干洋葱: 8.6%
- 生芦笋: 5%
- 生麦麸: 5%
- 熟全麦粉: 4.8%
- 生香蕉: 1%
虽然对于理想的每日益生元摄入量没有广泛共识，但建议通常在4至8克(0.14-0.28盎司)之间，以支持一般消化健康；而对于患有活动性消化系统疾病的人，建议摄入量为15克(0.53盎司)或更多。考虑到平均摄入量为6克(0.21盎司)，以下是达到每日益生元纤维摄入量所需的食物量：
达到6克果聚糖所需的食物量:
- 生菊苣根: 9.3克(0.33盎司)
- 生菊芋: 19克(0.67盎司)
- 生蒲公英叶: 24.7克(0.87盎司)
- 生大蒜: 34.3克(1.21盎司)
- 生韭葱: 51.3克(1.81盎司)
- 生洋葱: 69.8克(2.46盎司)
- 熟洋葱: 120克(4.2盎司)
- 生芦笋: 120克(4.2盎司)
- 生麦麸: 120克(4.2盎司)
- 熟全麦粉: 125克(4.4盎司)
- 生香蕉: 600克(1.3磅)
研究
初步研究表明，益生元可能对钙和其他矿物质吸收、免疫系统效能、肠道酸度、降低结直肠癌风险、炎症性肠病(克罗恩病或溃疡性结肠炎)、高血压和排便频率产生潜在影响。益生元可能有效减少0-24个月儿童需要抗生素的感染发作次数和总感染次数。
没有充分证据表明益生元在预防或治疗过敏方面有效。
虽然研究表明益生元会导致短链脂肪酸(SCFA)产量增加，但需要更多研究来建立直接的因果关系。益生元可能通过产生SCFA作为结肠壁的营养，从而对炎症性肠病或克罗恩病有益，并缓解溃疡性结肠炎症状。
突然在饮食中添加大量益生元可能导致发酵增加，从而导致气体产生增多、腹胀或排便增加。在长期低纤维摄入饮食期间，SCFA的产生和发酵质量会降低。在细菌群落逐渐建立以修复或恢复肠道细菌之前，快速增加益生元摄入量可能会暂时损害营养吸收并增加结肠转运时间。
基因改造
研究实验室已创建出菊粉产量上调的转基因植物。
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