益生菌及其制剂的研究和应用

刘晓芳，钦 佩，黄晓东

（1.山东商业职业技术学院，山东 济南 250101；2.山东福瑞达医药集团有限公司，山东 济南 250101）

益生菌（probiotic）是一类可改善宿主肠道微生态平衡、对宿主产生有益影响的活性微生物，在调节机体肠道微生态平衡、心血管健康、提升免疫等方面具有生理功能。联合国粮农组织和世界卫生组织对益生菌定义为：给予一定数量、能对宿主健康产生有益作用的活微生物[1]。近年，人们消费结构升级，生物技术和微生物行业发展，益生菌及其制剂的开发和应用成为研究热点。

1 益生菌种类

用于保健食品的益生菌多为乳酸菌，我国常用于食品生产加工的乳酸菌分为双歧杆菌属和乳杆菌属两类[2]。其中，双歧杆菌属有5种常见于肠道微生态制剂，分别是两歧双歧杆菌、长双歧杆菌、短双歧杆菌、婴儿双歧杆菌和青春双歧杆菌；乳杆菌属常见有10种用于肠道微生物制剂，嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌和干酪乳杆菌等。还有一类为兼性厌氧球菌，包括肠球菌属的粪肠球菌、乳球菌属的乳酸乳球菌等[3]。

2 益生菌研究及应用进展

2.1 益生菌的保健作用

《益生菌类保健食品申报与审评规定》中规定了活性益生菌的含量标准：活菌类益生菌保健食品，在其保质期内活菌数目不得少于106cfu/ml（g）。

2.1.1 益生菌的抗菌作用 伪膜性结肠炎，亦称“抗生素相关性肠炎”，是抗生素使用造成肠道菌群失调，进而梭状芽孢杆菌大量繁殖造成的，是抗生素滥用的典型例子。研究发现，灌肠治疗可有效抑制梭状芽孢杆菌大量繁殖，进而减少感染，是健康女性粪便中的益生菌在发挥作用。随即，大量研究者开始积极致力于益生菌研究，尝试开发可辅助抗生素抑菌并减弱其副作用的有效药剂，以降低对人体的副作用[4]。

益生菌的抗菌机制复杂。一方面，益生菌以“抢地盘”方式占领优势区域，如人体肠道或阴道上皮细胞原本是多数病原微生物的“地盘”，当益生菌黏附于此，和病原菌展开争夺战，当病原菌得不到足够的营养物质，其生长受到抑制[5]。另一方面，益生菌能产生有抗菌效力的物质，如糖分解代谢物（乳酸和乙酸等有机酸）、蛋白质化合物和脂肪及氨基酸代谢产物（脂肪酸、苯基乳酸等）等，从而直接抑制病原菌生长。其中，抗菌肽或蛋白质化合物，主要抑制革兰阳性菌；有机酸类主要抑制革兰阴性菌。汪梦娟等[6]研究发现，肠道内的乳酸菌和双歧杆菌，可代谢营养物质产生乳酸和醋酸等酸性物质，降低肠腔pH，病原菌因对酸性环境的不耐受而被抑制生长甚至死亡，益生菌则相对耐酸，进而优化肠道菌群结构。

2.1.2 益生菌与肠道健康 在正常生理状态下，人体肠道是一个极为复杂和庞大的微生态系统，肠道细菌与人体共生，总数达人体细胞10倍以上。便秘，是种症状，而非一种疾病，表现为自然便次减少、排出困难或二者兼有，伴有腹胀、恶心等不适感。功能型便秘（functional constipation, FC）是一种常见的消化系统功能性胃肠病，表现为持续排便困难、排便次数减少或排便不尽感[7-8]。Zoppi等[9]发现，功能型便秘患者与健康人的肠道相比，在菌群种类和数量方面均存在明显差异。张桂兰等[10]在对老年便秘人群肠道菌群研究中发现，相比于健康老年组，老年便秘组肠道菌群结构平衡受到破坏，表现为双歧杆菌、乳酸杆菌和类杆菌等有益菌数量显著降低，腐败梭菌等条件致病菌比例显著增加。

益生菌不仅通过抗菌作用维持肠道菌群平衡，研究发现，以双歧杆菌为主的有益菌菌群，代谢产生多种有机酸，提高肠内渗透压，提升粪便含水量，使粪便变得湿软，同时促进肠道蠕动，排出残渣，改善便秘[11]。

肠易激综合征（IBS）是另一类常见的功能性肠道疾病，发病率约14 %～28 %，临床表现为持续或间歇发作，以排便习惯改变、伴有腹部不适为主要特征，其发病机制也与肠道菌群有关[12]，有腹泻型、便秘型、混合型等4种亚型，严重影响生活质量[13]。而益生菌通过调节肠道微生态平衡、修复受损肠道屏障和降低炎症因子水平等多重机制，改善IBS症状，缓解患者负担[14-18]。此外，研究发现，益生菌产生的乳糖酶，可将乳糖分解成葡萄糖、半乳糖，缓解乳糖不耐受症，促进机体对乳糖的吸收，所以，乳糖不耐受者可饮用酸乳制品[19-21]。

2.1.3 益生菌与心脑血管健康 益生菌不仅影响胃肠道消化功能间接作用于心血管健康，其在心功能保护方面的重要性也被认识[22-23]。经大量体内外研究证实，益生菌及其发酵食品对高血压有确切控制效果，经过对702例受试者服用益生菌发酵乳前后的数据对比发现，益生菌可降低高血压前期和轻度高血压患者收缩压和舒张压[24]；经过连续12周，对39例轻度高血压患者进行跟踪研究发现，患者在服用酸牛奶后，其舒张压和收缩压有不同程度降低[25]。杨焱炯等[26]筛选出L.helveticusZL51、L.plantarumLP529、L.plantarumLS12和L.plantarumLS31 4种菌株，或可用于未来益生菌类降血压产品开发。

在酸性条件下，嗜酸乳杆菌和双歧杆菌产生胆盐水解酶（BSH），将结合态胆盐解离为游离胆汁酸，实现胆盐和与胆固醇共沉淀，降低血液中胆固醇水平[27]。

2.1.4 益生菌与糖尿病 临床对比发现，2型糖尿病患者肠道内以双歧杆菌为主的有益菌数量下降，以肠球菌为主的病原菌数量上升，由益生菌对金属离子的螯合效应介导抗氧化活性，修复胰岛β细胞氧化损伤，缓解胰岛素抵抗[28-30]。

2.1.5 益生菌与免疫调节 益生菌对人体免疫功能的调节，除抗菌机制外，还包括维持胃肠道上皮细胞屏障功能、减轻炎症反应和促进免疫细胞增殖等方面。胃肠道上皮细胞屏障有吸收和屏障双层功能，可阻止肠腔内大分子物质、细菌和毒素渗入肠壁，是动物体抵抗肠道内源性和外源性抗原感染的第一道防线，胃肠道上皮细胞屏障的完整性是维持宿主和外界环境稳态的重要保证。研究发现，益生菌可促进胃肠道上皮细胞增殖，修复破损屏障，减轻局部炎症反应[31]。肠炎小鼠白细胞介素-10基因敲除后，益生菌在炎症反应有免疫调节的作用[32]；经酸奶和干酪乳杆菌喂养的动物，其体内免疫球蛋白含量提高，刺激机体产生抗体，激活并提高巨噬细胞活性[33-37]。各个部位的黏膜免疫存在相互密切的联系，肠道中被激活的免疫细胞，能到达多个黏膜相关淋巴组织，如呼吸道、生殖道等，参与针对同一抗原的免疫反应。

2.1.6 益生菌与呼吸系统健康 呼吸道相关感染性疾病死亡率仅次于癌症和心脑血管疾病[38]，其中儿童呼吸道感染居儿科门诊就诊和住院病因的首位[39]。抗生素的不适当使用和滥用，已对人体微生态平衡造成干扰，造成病原菌耐药性，影响治疗效果。临床观察发现，呼吸道疾病患者的呼吸道内有益菌数量明显减少，对病原性细菌的拮抗作用降低，可能是由于益生菌产生抗微生物产物、阻断毒素介导应答、干扰致病菌获取营养和限制其粘附等机制相关[39-42]，增加口咽等呼吸道器官有益菌数量，已成为防治呼吸道感染的措施之一[41-42]。Garaiov等[43]临床实验，3～6岁幼儿在连续6个月口服益生菌（嗜酸乳杆菌、双歧杆菌和乳杆菌）和维生素C后，上呼吸道感染发病率和感染症状持续时间缩短。另有Waki等[44]对1783名小学生服用短乳杆菌KB290后对冬季流感的预防情况观察发现，连续口服益生菌饮品8周后，其流感发病率比对照组低。

免疫力低下，也是导致呼吸道感染的主要原因之一，益生菌可通过提升免疫细胞数量及活性、调节肠道菌群平衡等多种途径参与机体局部和全身的免疫调节。

2.2 益生菌在动物生产中的应用

益生菌可作为饲料添加剂用于动物养殖和生产，其作用主要表现在提升动物机体免疫能力、提高饲料转化率和促进动物生长等方面。尹艳军等[45]用添加了1 %，2 %乳酸菌的饲料喂养肉鸡，结果表明，肉鸡免疫器官生长发育、细胞和体液免疫水平均得到提高。刘辉等[46]以猪为研究对象，亦发现益生菌可改善生长猪肠道微环境，提高饲料消化率，对动物机体生长性能和免疫功能起到促进作用。刘振兴等[47]在对日本鳗鲡研究中发现，长孢娄德酵母、乳明串珠菌和枯草芽孢杆菌在幼鳗生长早期可提升抗氧化水平和机体溶菌酶活性。以枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌和酿酒酵母发酵液制备的复合益生菌制剂，可提高奶牛生产性能，并对奶牛隐性乳房炎有防治作用，经济效益显著[48]。添加枯草芽孢杆菌和光合细菌的饲料，降低了鸭肠道和血液内毒素浓度，降低炎症反应，减少肠道细胞凋亡，提高产蛋量等[49]。芽孢杆菌制剂还可用于抑制鱼类致病菌感染及水产养殖废水的处理[50]。

2.3 益生菌微胶囊技术在食品中的应用

微生态制剂，是依据微生态学，利用正常微生物菌群或其他促进性物质制成，具有调整微生态平衡、提升宿主健康水平微生物制剂总称[51]。剂型包括胶囊、粉剂、口服液和片剂等。因益生菌对温度、氧气和酸碱等极为敏感，其在肠道的定植情况被认为是发挥功能的前提。为确保益生菌在食品加工、运输和贮藏等过程中保持良好活性，为提升其经动物体胆汁、胃酸等环境后的存活率，微胶囊包埋技术被普遍应用于食品行业。微胶囊包埋技术是指用天然或合成的高分子材料，将分散的固体颗粒、液滴甚至气体进行包裹，得到粒径微小、有半透性或密封性囊膜粒子的技术[52]。经微胶囊包裹的益生菌能否在肠道中完全释放，是判断微胶囊品质的一个重要标准[53]。如何得到粒径足够小的益生菌微胶囊，是目前食品级益生菌制剂研究的主要课题之一。缩小粒径，一方面减少其与空气等外界不良环境的接触[54]，另一方面，是为更大程度保持食品本身的感官性质免受不良影响[55]。传统微胶囊粒子直径大小一般为5～200 μm，新型微胶囊（纳米微胶囊）粒径可达1～1000 nm。

3 结语

微生态制剂包括益生菌、益生元和合生元3种。益生元，是通过选择性刺激一种或几种益生菌在体内生长或代谢，抑制有害菌生长，促进益生菌竞争性成为优势菌，保障机体健康的一类物质。合生元是益生菌和益生元组合而成的制剂。此3类制剂形式已成为益生菌产品应用的主要趋势，以期保障宿主胃肠道、呼吸道、心脑血管和免疫系统等多方面的健康。

在全球，随着需求增加和生物技术发展，益生菌及其制剂市场规模以每年15 %～20 %的速度增长，我国的增速已高达25 %，我国在新菌株开发和安全性研究方面，与起步较早的欧盟和日本相比存在一定差距，但市场潜力巨大。相信随着人们健康理念的转变和对益生菌保健功能的深入挖掘，相关益生菌及其制剂的研究将更加完善，前景更加广阔。