En tant que prébiotique sélectif, le 2'-FL favorise significativement la prolifération de bactéries bénéfiques telles que les Bifidobactéries, tout en inhibant la croissance de bactéries nuisibles comme Clostridioides difficile, contribuant ainsi à établir un environnement microécologique intestinal sain. Des études cliniques ont montré que la supplémentation en 2'-FL dans les préparations pour nourrissons peut augmenter l'abondance relative des Bifidobactéries dans l'intestin des nourrissons jusqu'à environ 60 %, se rapprochant des niveaux observés chez les nourrissons allaités. La fermentation du 2'-FL par le microbiote intestinal améliore la production d'acides gras à chaîne courte (acétate et butyrate), soutenant les réponses anti-inflammatoires et fournissant de l'énergie aux colonocytes.

Le 2'-FL favorise la maturation du système immunitaire, augmente les taux d'IgG et d'IgA plasmatiques et renforce la barrière muqueuse intestinale. Un essai clinique contrôlé randomisé portant sur plus de 300 nourrissons a démontré que ceux nourris avec une préparation lactée enrichie en 2'-FL présentaient des concentrations de cytokines inflammatoires (IL-1β, IL-6, TNF-α) inférieures de 29 % à 83 %. Une autre étude clinique a montré qu'une préparation lactée enrichie en 2'-FL et LNnT réduisait le risque d'infections des voies respiratoires supérieures de 42 % et celui des otites moyennes de 71 %, tout en diminuant significativement l'utilisation de médicaments associés.

Le 2'-FL agit comme un « récepteur leurre » qui se lie aux agents pathogènes nocifs, empêchant leur fixation aux cellules épithéliales intestinales et contribuant à les éliminer de l'organisme. Des études ont montré que le 2'-FL peut réduire la colonisation intestinale d'Escherichia coli O157 de plus de 90 % et l'invasion de Campylobacter jejuni de 80 %, tout en augmentant significativement l'expression de la mucine MUC2 (de plus de 20 %), renforçant ainsi la fonction de barrière intestinale. Le 2'-FL a également augmenté de manière significative l'abondance d'Akkermansia, une bactérie bénéfique importante étroitement associée à la santé métabolique.

Des recherches indiquent que le 2'-FL a des effets positifs sur l'apprentissage et la mémoire. Des études animales ont montré que des porcs nourris avec du 2'-FL présentaient des volumes de bulbe olfactif plus importants, avec des niveaux d'expression modifiés des gènes liés à la synthèse de la dopamine, du GABA et de la choline. L'administration orale à long terme de 2'-FL a démontré une amélioration de la plasticité synaptique chez les rongeurs et une augmentation de l'expression des molécules impliquées dans le stockage des souvenirs nouvellement acquis, améliorant ainsi les capacités d'apprentissage et de mémoire. Une exposition précoce au 2'-FL pourrait favoriser le développement cognitif des nourrissons.

Des recherches cliniques ont montré que les nourrissons nourris avec une formule enrichie en 2'-FL présentaient des taux d'incidence de coliques comparables à ceux du groupe allaité (10,5 % contre 8,8 %), et l'incidence de la dermatite atopique était également inférieure à celle du groupe recevant une formule standard. Ces résultats suggèrent que la supplémentation en 2'-FL pourrait aider à réduire le risque de coliques infantiles et de dermatite atopique.

Des études animales ont démontré que le 2'-FL peut non seulement augmenter les niveaux d'insuline, mais aussi améliorer la digestibilité et l'utilisation du calcium, du phosphore, des matières grasses brutes et de l'énergie totale, contribuant ainsi à la santé osseuse et à l'absorption globale des nutriments.