本发明涉及用于营养食品和药剂的碳水化合物混合物、含有这种碳水化合 物混合物的营养食品和药剂以及这种碳水化合物混合物在促进人体大肠菌丛 方面的应用。
众所周知，碳水化合物是主要的基本营养成分之一。因此，对于不同的食 品和药剂添加不同的碳水化合物。碳水化合物的目的主要起营养作用或用作粗 糙食物。
碳水化合物由单糖组成或由它们组合而成。碳水化合物按照其聚合度称为 低聚糖或多糖。碳水化合物既可以游离低聚糖的形式存在，也可以结合的形式 存在，如糖蛋白、蛋白多糖和糖脂类。
由于构成碳水化合物的单体的多样性、糖苷键的位置和碳水化合物及其共 轭物的端基异构性，碳水化合物及其共轭物代表了非常不均匀而广泛的物质种 类。
碳水化合物目前具有不同的生物功能。例如它们影响细菌在大肠中的定 居。这种定居是大肠正常功能的前提。大肠微菌丛以非常复杂的方式影响肠的 功能。首先通过小肠内没有被重吸收的食物组分的发酵施加这种影响。发酵包 括许多作用，如食物组分的进一步分解、内生代谢产物的解毒、利用其部分很 专一的作用合成新的代谢产物、胆酸的重吸收和其它不同的过程。正常的微菌 丛也通过抑制其它致病微生物的生长有益于健康。
把产生乳酸为其最重要的代谢产物的细菌(所谓的乳酸菌)作为正常大肠 微菌丛的重要代表起着非常重要的作用。这种微菌丛的实例是乳酸杆菌属和双 叉杆菌属细菌。因此，很久以来一直努力试图通过饮食措施来控制乳酸菌为主 的肠菌丛的生长。当由于与发育有关的病程(如新生儿时)或由于疾病状态(如 肠内抗生素或其它药物治疗后，或肠内感染期间及之后没有或没有足够的正常 大肠菌丛时，这种控制显得特别重要。
从生物有效性来看，碳水化合物目前越来越多地用于食品、“功能食品” 和药剂中。例如己知一些碳水化合物对不同种类的乳酸杆菌属和双叉杆菌属细 菌具有促进生长作用。例如，半乳低聚糖对干酪乳酸杆菌具有促进生长作用。 然而，至今只有一些能提供特定性能的很特殊种类的碳水化合物质用于促进特 定的生物效果。
例如，WO98/26787描述了β-葡聚糖及由其衍生的化合物用于促进人体和 动物胃肠内产生乳酸的微生物种群。也可使用含有其它前生物物质的混合物。 然而，对上述的前生物物质没有加以详细说明。
另外，WO96/13271揭示了一种除了免疫球蛋白以外还含有不同的低聚糖 和多糖的混合物。这些混合物用作口服时对不同胃肠道疾病有效的营养补充 物。所用的糖在文献中称为可溶性营养纤维，如菊粉、果低聚糖、果胶、瓜耳 胶以及它们的混合物。
EP0756828A1中也描述了含有纤维的营养组合物。该组合物除了低聚糖 和/或淀粉以外还含有可溶性的非淀粉类多糖和不溶性的非淀粉类多糖。
本发明的任务是制各一种改进的碳水化合物混合物。这种混合物可加入营 养食品和药剂中，且除了营养作用以外还能刺激自然存在于大肠中的有益健康 的微生物。
本发明的任务可通过权利要求书中所述的碳水化合物混合物。
本发明的碳水化合物混合物含有至少两种基本上溶解的不同碳水化合物A 和B，它们在胃肠道中不会消化，在到达大肠之前不会吸收。本发明的碳水化 合物混合物也可仅由这两种碳水化合物组分A和B组成。
碳水化合物组分A由至少一种单糖或至少一种低聚糖组成。上述的低聚糖 含有2-7个单糖单元。上述的低聚糖包括二、三、四、五和六聚糖。上述的碳 水化合物组分A也可由两种或多种所述糖的混合物组成。因此，它可仅由一种 单糖组成，也可以是两种或多种单糖的混合物或一种或多种单糖与一种或多种 低聚糖的混合物组成。它也可以由任意量的这些不同的单糖和/或低聚糖组 成。
碳水化合物组分B由至少一种含有7或更多个单糖单元的多糖组成。上述 的多糖在本发明中可理解为庚聚糖以上的多糖(如庚聚糖、辛聚糖、壬聚糖、 癸聚糖等)。上述的碳水化合物组分B也可仅由一种这类多糖组成或由任意量 的这类多糖组成。
因此，当在下文中和权利要求书中谈到碳水化合物组分A或B，可以涉及 所有这些不同的方案。
碳水化合物组分A至多占碳水化合物组分A和碳水化合物组分B的总量 (=100％重量)的95％重量，碳水化合物组分B占碳水化合物组分A和碳水化 合物组分B的总量的5-95％重量。
碳水化合物组分A和B中至少80％重量的碳水化合物/糖起前生物作用。 较好碳水化合物组分A中至少80％重量的碳水化合物和碳水化合物组分B中至 少80％重量的碳水化合物起前生物作用(praebiotisch)。换句话说，碳水化合 物组分A和B中较好至少各80％重量碳水化合物或糖必须在大肠中不消化(因 此，在小肠中不被重吸收)。换言之，碳水化合物组分A和B中的碳水化合物 或糖在胃肠道中，即不在胃里也不在小肠中消化和重吸收，那样地进入大肠。
因此，对于碳水化合物组分A和B，没有起前生物作用的碳水化合物或糖 的含量最多达20％重量。这些碳水化合物或糖包括那些虽然溶解但不能消化的 部分。这些碳水化合物可以起到物理效应，例如通过增加粪便体积或促进与水 的结合。
本发明中的可溶性碳水化合物可理解为在室温下在水中能形成浓度至少 为1克/升的均相溶液的碳水化合物(例如根据Roempps化学词典)。
如上所述，本发明的碳水化合物混合物可以仅由碳水化合物组分A和B组 成，或含有碳水化合物组分A和B。为了确定碳水化合物组分A和B例如在营 养食品或药品中所占的含量，可按如下步骤进行：
第一步，用水从上述产物中抽提出所有可溶解的碳水化合物。从提取液中 除去脂肪和蛋白质。
第二步，用人的酶(如人的淀粉酶、人的胰液或小肠纤毛缘制剂)消化可溶 性的碳水化合物，即提取物。这样产生的未消化碳水化合物(除在该活体外试 验中产生的活体内可吸收的单糖以外)构成碳水化合物组分A和B，且80％的 上述碳水化合物必须起前生物作用。
在本发明中起前生物作用的碳水化合物被理解为未消化地进入大肠(因此 不能在小肠中被重吸收)且选择性促进大肠中一种或一定数目种类细菌的生长 和/或活性从而有益于健康的碳水化合物。这类碳水化合物的前生物作用及其 更精确的作用方式详细地描述在“G.R.Gibson & M.B.Roberfroid,J.Nutr. 1995；125；1401-1402”中。上述文献参考引用于本发明，并构成本申请的公 开内容。
因此，本发明的碳水化合物混合物中的碳水化合物在上述意义下可溶解和 未消化，且满足本发明的标准，并构成碳水化合物组分A和B。
除碳水化合物组分A和B以外，还可存在其它碳水化合物。其中包括1)可 溶解、但按上述第二步可消化的碳水化合物，和2)不溶解、可被重吸收/可消 化或不能被重吸收/消化的碳水化合物。
除碳水化合物组分A和B以外，属于1)和2)的碳水化合物可以根据所需 的最终产物以任意量存在。不溶性的碳水化合物较好占碳水化合物混合物的 0-10％重量。
碳水化合物组分A例如由下列一种或多种碳水化合物组成：β-半乳低聚 糖、α-半乳低聚糖、果低聚糖、岩藻低聚糖、甘露低聚糖、木低聚糖、涎酰(Sialyl) 低聚糖、N-糖蛋白-低聚糖、O-糖蛋白-低聚糖、糖脂-低聚糖、纤维素-低聚糖、 聚氨基葡糖-低聚糖、甲壳质-低聚糖、半乳糖醛酸-低聚糖、葡糖醛酸-低聚糖、 β-葡聚低聚糖、阿糖基木低聚糖、阿拉伯半乳低聚糖、木葡低聚糖、半乳甘露 低聚糖、鼠李低聚糖。
碳水化合物组分B例如可由如下一种或多种碳水化合物或糖构成：
可溶的碳水化合物或多糖：果聚糖、半乳聚糖、岩藻依聚糖、阿拉伯糖、 木聚糖、黄原胶、β-葡聚糖、半乳糖醛酸聚糖(Galacturonane)、N-葡聚糖、 O-葡聚糖、透明质酸、软骨素、木葡聚糖、阿位伯半乳聚糖、藻酸盐、鹿角菜 胶、半乳甘露聚糖、阿拉伯木聚糖、糖脂-葡聚糖、糖蛋白-葡聚糖、蛋白多糖。
通过有目的地组合低聚物和多糖，从而同时存在碳水化合物组分A和碳水 化合物组分B，可以比仅用一种这类碳水化合物组分更有效地促进大肠中有益 于健康的微生物。这样，通过吞服本发明的混合物可以非常迅速地重建、获得 正常的大肠菌丛，或避免在负荷状态下缺乏肠菌丛，从而比用目前使用的碳水 化合物更有效地影响细菌在大肠中的定居。
按照优选的实施方式，至少80％重量的碳水化合物组分A和碳水化合物 组分B由促进双歧杆菌(bifidogenous)和/或促进乳酸菌的碳水化合物组成。 令人惊奇的是，通过具有这些性质的低聚糖和多糖的这种混合可以比单种低聚 糖或多糖更有力地促进乳酸菌的生长。这样不仅促进了天然存在于大肠中的乳 酸菌，而且还选择性地促进外加入细菌的生长。
除了对细菌本身及其代谢产物，如短链脂肪酸(丁酸盐、丙酸盐等)、pH 效应和刺激结肠细胞(colonozyten)的间接作用以外，本发明的碳水化合物混 合物也有利地影响直接物理作用，如蠕动、含水量、粪便体积，和对肠粘膜的 机械作用。
因此，本发明的碳水化合物混合物不仅具有营养作用，而且还有广泛的作 用范围。除了上述的生物作用以外，用本发明的混合物还可获得如下的作用： 稳定天然微菌丛、抑制病源性物质/微生物(如毒素、病毒、细菌、真菌、变异 细胞和寄生物)的粘附、分解毒素、病毒、细菌、真菌和其它病原体与内生细 胞的复合体以及将其排出体外和促进伤口的愈合。
因此，本发明的混合物适于预防和/或治疗与受干扰的肠菌丛有关的病症/ 疾病，如上述的物质和微生物与上皮或其它体细胞联合/粘附引起的病症/疾 病。
碳水化合物组分A和B中碳水化合物或糖的主要区别在于大小。当然现已 表明，碳水化合物组分A和碳水化合物组分B中碳水化合物或糖具有不同结构 的混合物是特别有效的。例如当使用果聚糖和半乳聚糖时，这种不同的结构涉 及例如单糖的组成。这种不同的结构也可涉及糖甙键(例如α-半乳低聚糖对应 于β-半乳低聚糖或α-葡聚糖(淀粉)对β-葡聚糖(纤维素))。不仅单体组分而且 糖甙键能对化学性质(如溶解度)和生物性能(如可消化性)产生影响。
由此可见，本发明混合物的核心特别是使用不同大小的，较好属于至少两 种不同“种类”的碳水化合物。在服用这种混合物时可以获得各个物质组A和 B前生物作用的协同效应。
组分A的碳水化合物可以由一种物质或由多种物质组成(如A：半乳低聚 糖+岩藻低聚糖)，而组分B的碳水化合物同样可以由一种物质或多种物质组 成(如菊粉+木聚糖)。
按照更优选的实施方式，碳水化合物组分A占碳水化合物总量的95-60％ 重量，较好占90％重量左右，碳水化合物组分B占碳水化合物总量的5-40％ 重量，较好占10％重量左右。
在特别有效的混合物中，碳水化合物组分A中的至少60％重量，较好 80-100％重量碳水化合物是半乳低聚糖，碳水化合物组分B中的至少60％重 量，较好80-100％重量碳水化合物是果聚糖。半乳低聚糖由不同糖甙键(特别 是β1-4和β1-6糖甙键)的半乳糖基构成。在β1-4糖甙键的还原端可以有一个 葡萄糖。属于果多糖的果聚糖、菊粉和左聚糖(levane)由β2-1和β-6糖甙键的 果糖基构成。在β2-1糖甙键的还原端可以有一个葡萄糖。
如果本申请文件中涉及范围，则该范围至少包括和公开了所有的整数中间 值，也包括和公开了其中包括的所有较小范围。对于含量都为5-95％重量的碳 水化合物组分A和碳水化合物组分B来说，这意味着两种组分也包括如下位于 中间的值，如6、7、8、9…13、14…25、26、27…30、31、32、33…38、39、 40、41…47、48、49、50、51…59、60、61、62、63…72、73、74…79、80、 81、82…87、88、89、90、91、92、93和94％重量。这同样也适用于如下描 述：碳水化合物组分A中至少80％重量的碳水化合物和碳水化合物组分B中至 少80％重量的碳水化合物起前生物作用或促进乳酸菌和/或促进双歧杆菌的。 “至少80％重量”概念至少表示80％重量和100％重量之间的所有单值，例如 81、82、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、97、98、99 和100％重量。碳水化合物组分A和B也可仅由这种碳水化合物组成。
碳水化合物组分A和碳水化合物组分B的混合比例为5-95％重量或95-5 ％重量，特别是95-60％重量或5-40％重量。同时也公开了所有至少整数的较 小范围。因此，碳水化合物组分A和碳水化合物组分B的重量比例如可以为 50∶50、51∶49、52∶48、53∶47、54∶46、55∶45、56∶44、57∶47、58∶42、59∶41、 60∶40、61∶39、62∶38、63∶37、64∶36、65∶35、66∶34、67∶33、68∶32、69∶31、 70∶30、71∶29、72∶28、73∶27、74∶26、75∶25、76∶24、77∶23、78∶22、79∶21、 80∶20、81∶19、82∶18、83∶17、84∶16、85∶15、86∶14、87∶13、88∶12、89∶11、 90∶10、91∶9、92∶8、93∶7、94∶6和95∶5。
多糖的分子量可高达几个MDa，而且这可扩大到各个碳水化合物。然而， 较好使用最多含100个单糖单元的多糖分子。
为了制备本发明的碳水化合物混合物，可以使用目前已知的，特别适用于 制备食物或食品的碳水化合物和碳水化合物混合物。也可使用已技术改性的原 料。本发明的混合物可以通过相应选择的碳水化合物、低聚糖和多糖或碳水化 合物的简单混合进行制备。原料组分的相互混合必须进行到本发明的最终混合 物符合本发明的参数为止。
原料可以使用储备碳水化合物(如果聚糖、来源于豆科植物的乳低聚糖、 岩藻聚糖(Fucoidan)、α葡聚糖、昆布糖、鹿角糖(karragenan)、甘露聚糖、 半乳甘露聚糖、琼脂)、植物胶、糖蛋白中N-糖甙键合的碳水化合物、糖蛋白 中O-糖甙键合的碳水化合物、糖脂中的葡聚糖、酶制的碳水化合物(半乳低聚 糖、葡低聚糖、木低聚糖)、菌碳水化合物(如黄原胶)、低聚糖(如半乳低聚糖、 葡低聚糖(由α1-2和α1-3葡糖基构成)、木低聚糖和骨架碳水化合物 (Geruestkohlenhydrate)，如纤维素、半纤维素(阿拉伯聚糖和半乳聚糖)、果 胶和甲壳质。这些物质较好是食品级的(参见食品中复合碳水化合物，British Nutrition Foundation.Chapmann & Hall,London 1990)。也可用水解酶(如 葡糖甙酶、转葡糖甙酶、脂肪酶)、转移酶、异构酶(醛缩酶和酮缩酶)、氧化 还原酶(如氧化酶)、还原酶(如葡糖脱氢酶)、裂解酶(如多糖裂解酶)和连接酶 对原料和产物进行酶改性。另外，还可通过加压(如挤压)加热(如焦糖化)、有 机合成、有机改性(如羧甲基化和过乙酰化)、酸性和/或碱性水解和官能化(如 根据大小和/或物理化学参数，如电荷和疏水性)对原料和产物进行技术改性。
本发明的碳水化合物混合物主要由下述的单糖和由其构成的低聚糖和多 糖组成：D-葡萄糖、D-果糖、D-半乳糖、D-甘露糖、L-岩藻糖、D-N-乙酰基氨 基葡糖、D-N-乙酰基半乳糖胺、D-木糖、L-鼠李糖、D-阿拉伯糖、D-阿洛糖、 D-塔罗糖、L-艾杜糖、D-核糖以及带羧基的单糖，如D-半乳糖醛酸、D-葡糖醛 酸、D-甘露糖醛酸和/或它们的甲基化形式，如N-乙酰基神经氨酸、N-乙醇酰 基神经氨酸和/或它们的O-乙酰化形式。
此外，这些单体和由其构成的高级单元可以用-OSO3H和/或-OPO3H基团进 行改性。
含有本发明碳水化合物混合物的营养食品和药剂以及上述碳水化合物混 合物在促进人体大肠菌丛方面的应用也是本发明的主题。“促进”概念是上 述生物作用的总概念，特别是促进乳酸菌生长。
本发明的混合物可存在于如下产品中：
早产婴儿食品、顺产婴儿食品、儿童食品、人乳强化剂(Fortifier)、临 床食品(本发明的混合物一般可代替这些食品中的部分或全部其它组分，如乳 糖、麦芽糊精或淀粉，也可将本发明的混合物加入到这种食品中)、药品、营 养补剂(如饮料中的香味剂(Sachet))。
下述是表示不同优选实施方式的碳水化合物混合物。如果没有其它说明， 则所有百分数是％重量。在实施例中说明了所用的碳水化合物属于碳水化合物 组分A还是B。碳水化合物组分A仅用A表示，碳水化合物组分B仅用B表示。
实施例1
组成
90％A=半乳低聚糖
转半乳低聚糖，如Elixor(Borculo公司，用β-半乳糖甙酶对乳糖酶解制 得)
10％B=菊粉
菊粉，如RaftilineHP(Orafti公司，从菊苣中通过物理方法分离低分 子量低聚糖提取得到)
为了制备转半乳低聚糖(Elixor)，用β-半乳糖甙酶处理乳糖，从而将乳 糖催化转化为半乳低聚糖，形成许多具有不同链长的半乳低聚糖。主要得到含 有3或2个半乳糖单元的二聚糖和三聚糖。
实施例2
组成
60％A=半乳低聚糖
转半乳低聚糖(用β-半乳糖甙酶对乳糖酶解制取)
40％B=菊粉
菊粉，如RaftilineHP(Orafti公司，从菊苣中通过物理方法分离低分 子量低聚糖提取得到)
实施例3
组成
90％A=由果糖通过酶解制得的半乳糖醛酸-低聚物
10％B=由木聚糖(植物半纤维素)通过酶解得到的木多糖
实施例4
组成
90％A=用内菊粉酶由菊粉酶解制得的果低聚糖
10％B=用纤维素酶由纤维素酶解制得的纤维素多糖
实施例5
90％A=半乳低聚糖
10％B=由植物半纤维素通过酶解制得的阿拉伯聚糖(arabinans)
实施例6
组成
55％A=半乳低聚糖
45％B=果多糖
实施例7
组成
85％A=半乳醛酸低聚糖
15％B=果多糖
实施例8
组成
90％A=用葡萄糖基转移酶酶解制得的葡低聚糖
10％B=果多糖
实施例9
组成
90％A=由海藻岩藻聚糖通过酶解制得的岩藻低聚糖
10％B=果多糖
实施例10
组成
90％A=半乳低聚糖
10％B=由海藻岩藻聚糖(Algen-fucoidan)通过酶解制得的岩藻多糖
实施例11
55％A=半乳低聚糖
由大豆中提取的α-半乳低聚糖
45％B=果多糖(菊粉)
实施例12
组成
80％A=转半乳低聚糖
10％A=半乳醛酸低聚糖
10％B=菊粉