益生菌发酵乳功能活性及机制研究进展

徐 煜

（润盈生物工程（上海）有限公司，上海 200436）

益生菌是对宿主健康有积极作用的活的微生物[1]。益生菌的益生功能研究已经拓展到肠道以外其他器官疾病预防、代谢类疾病改善、免疫调节和精神情绪调节等健康相关的各个方面，是当前基础研究的热点。与此同时，大量研究表明，益生菌发酵乳也有众多类似的益生功能，而目前对益生菌发酵乳益生功能的研究缺乏总结和梳理。本文对近5年来两类主要益生菌（乳杆菌和双歧杆菌）发酵乳的益生功能进行总结，重点关注2 种常见发酵菌种（嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌）之外的其他11 种乳杆菌和6 种双歧杆菌发酵乳的益生功能研究，为新型益生菌发酵乳产品开发、新型功能性食品及保健品开发及发酵乳益生功能的基础研究提供新的思路。

1 益生菌发酵乳益生功能研究概况

由表1可知，近5年期间益生菌（乳杆菌和双歧杆菌）发酵乳相关研究文献总数为135 篇，其中65 篇是关于益生菌发酵乳活性功能的研究。文献数量最多的前5 种益生菌分别为干酪乳杆菌（27 篇）、植物乳杆菌（27 篇）、鼠李糖乳杆菌（14 篇）、副干酪乳杆菌（13 篇）和瑞士乳杆菌（12 篇），益生功能研究文献数量最多的前5 种益生菌分别为干酪乳杆菌（15 篇）、副干酪乳杆菌（10 篇）、植物乳杆菌（8 篇）、瑞士乳杆菌（8 篇）和鼠李糖乳杆菌（7 篇）。据研究文献结果，相比于其他乳杆菌，干酪乳杆菌、植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌和副干酪乳杆菌4 种菌发酵生长密度更高，耐酸、耐胆盐性能更加优良，这也是上述4 种菌在发酵乳中得以广泛应用的基础，它们是益生菌新型发酵产品开发的重要候选菌种。由于瑞士乳杆菌含有丰富的细胞壁蛋白，可以降解酪蛋白产生具有降血压功能的降压肽，因而也被广泛关注[2]。

表1 2015年1月—2019年2月益生菌（乳杆菌和双歧杆菌）发酵乳相关文献数量统计（来自Web of Science）Table1 Statistics of the number of published studies(from Web of Science)on probiotics(Lactobacillusand Bi fi dobacterum)fermented milk rom January 2015 to February 2019

双歧杆菌发酵乳相关研究的文献数量远远低于乳杆菌发酵乳，其中婴儿双歧杆菌和青春双歧杆菌还没有发酵乳相关的报道。这是由于双歧杆菌生长条件要求更加严苛、不易培养，然而这也是益生菌发酵乳产品差异化开发的重要方向。

2 益生菌发酵乳有益活性及机制研究

2.1 益生菌发酵乳对肠道的有益活性及机制

益生菌对肠道功能的调节作用已经被广泛接受，益生菌发酵乳抑制病原菌，特别是减轻沙门氏菌侵袭、提高肠道屏障及改善炎症性肠炎方面的活性，已有诸多报道。

体外抑菌实验表明，嗜酸乳杆菌发酵牛乳可以抑制葡萄球菌、单增李斯特菌和肠杆菌生长[3]；植物乳杆菌B411发酵羊乳可以抑制肠毒性大肠杆菌生长[4]；而用罗伊氏乳杆菌发酵添加甘油的牛乳，可以产生罗伊氏菌素，对革兰氏阳性菌有良好的抑制效果[5]。同种菌发酵不同乳基的抑菌效果也存在差异，与发酵牛乳相比，长双歧杆菌Bb-46发酵羊乳抑制沙门氏菌的效果更好[6]。

动物实验也同时表明，益生菌发酵乳可以提高沙门氏菌感染动物的存活率，减小沙门氏菌对动物组织器官的损害。以感染沙门氏菌的BALB/c小鼠为模型进行研究，结果表明，补充植物乳杆菌B7发酵乳[7]或在发酵乳中添加长双歧杆菌51A[8]均可以降低小鼠感染鼠伤寒沙门氏菌后的细菌易位、组织学损害及体质量减轻，同时提高存活率。另外，长双歧杆菌51A发酵乳可以提高小鼠感染鼠伤寒沙门氏菌后的存活率，且活菌功效最强，死菌也有一定功效[8]。采用Caco-2细胞实验对鼠李糖乳杆菌S1K3抗沙门氏菌感染的相关机制进行研究，结果表明，益生菌在体外通过刺激紧密连接和抗菌肽基因，在沙门氏菌存在条件下与肠上皮细胞紧密结合，并保持其完整性[9]。益生菌可以诱导小鼠Peyer’s体的Toll样受体转录，提高肠液分泌型免疫球蛋白A（immunoglobulin A，IgA）、小肠固有层IgA分泌细胞和血清IgA水平。鼠李糖乳杆菌S1K3能在感染后期维持白细胞介素-12（interleukin 12，IL-12）水平，提高IL-4水平，降低肠液/血清中转化生长因子-β水平[9]。

干酪乳杆菌和副干酪乳杆菌发酵乳可以提高肠道的屏障能力，研究表明，这种能力不仅可以来源于含活益生菌的发酵酸乳，也可以来源于不含益生菌的发酵酸乳上清[10-14]。儿童人群及动物实验表明，副干酪乳杆菌单独发酵牛乳及副干酪乳杆菌结合嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌发酵牛乳均可以提高能够调节肠道菌群的β-防御素表达，进而提升肠道屏障功能[10-11]。人体肠上皮细胞Caco-2实验还发现，副干酪乳杆菌能够直接作用于上皮细胞，促进肠上皮细胞生长和分化，提高紧密连接蛋白和黏蛋白-2的表达，进而增加黏液层厚度[12]。另外，副干酪乳杆菌还能降低细胞渗透性，防止化学和炎症刺激所致的损伤诱导Caco-2细胞死亡[13]。实验表明，副干酪乳杆菌发酵乳经过巴氏杀菌及喷雾干燥后，仍然具有提高肠道免疫力的功能[13]。采用极化制备的Caco-2单细胞层考察干酪乳杆菌BL23发酵牛乳或复原乳对细胞的刺激作用，结果表明，干酪乳杆菌BL23活菌自身并不能保护Caco-2单层细胞屏障免受促炎因子的破坏，而不含干酪乳杆菌BL23的发酵乳离心上清产物却能够降低促炎因子导致的Caco-2单层细胞屏障渗透性增加，并增强细胞屏障能力；进一步的机制研究表明，发酵乳可能通过降低肿瘤坏死因子受体-2（tumor necrosis factor receptor-2，TNFR-2）、肌球蛋白轻链激酶和编码封闭蛋白相关基因的表达，从而提升肠细胞屏障能力[14]。

益生菌发酵乳对健康人群轻微的胃肠道消化不适有良好的改善效果。人群随机对照实验表明，乳双歧杆菌CNCMI-2494发酵牛乳可以在2 周内快速改善腹胀、腹痛、肠胃胀气等轻微消化不良症状，且症状改善与膳食纤维补充及运动无关[15]。进一步的双盲-随机人群实验荟萃分析（Meta分析）也证实了这一点[16]。

益生菌发酵乳可以改善炎症性肠炎的炎症响应，动物实验表明，灌胃6 周发酵乳杆菌J20和发酵乳杆菌J28发酵生乳或脱脂牛乳，可以降低模型小鼠的肠炎炎症性响应，发酵乳下调了IL-17和干扰素-γ（interferon-γ，INF-γ）水平，可能调节了Th1/Th17响应[17]。而人群实验表明，益生菌发酵乳对人体炎症性肠炎的改善作用不显著，随机、双盲、安慰剂平行对照实验表明，与安慰剂对照组相比，服用短双歧杆菌和嗜酸乳杆菌发酵乳对炎症性肠炎的复发无明显影响[18]。可能原因是发酵乳中益生菌活菌数不够，也可能是由于益生菌发酵特定的乳基质才能对炎症性肠炎发挥较好的作用。研究表明，含有嗜酸乳杆菌和两歧双歧杆菌的胶囊搭配母乳对极低出生体质量婴儿的坏死性结肠炎有改善作用，而搭配配方乳时无改善作用[19]。益生菌和特定乳基质的搭配对某些特定人群特定疾病的改善作用机制需要进一步研究。

2.2 益生菌发酵乳对肠道以外其他器官调节的影响及机制

益生菌发酵乳除了对肠道健康有益生功效，对于胃、口腔及皮肤健康也有相关的有益活性。

随机、双盲、安慰剂对照人群实验表明，两歧双歧杆菌YIT10347发酵牛乳对胃食管返流患者的正餐后肠胃不适、腹痛有更高的缓解率，与对照组相比可以明显改善胃消化不良及腹泻等症状；相关机制研究表明，两歧双歧杆菌YIT10347发酵牛乳可以与胃黏膜上皮细胞黏附，促进胃黏膜蛋白的产生，并可能调节影响胃功能的神经肽激素等，进而抑制胃上皮细胞炎症响应[20]。益生菌发酵过程中会产生抑制幽门螺杆菌的抑菌素，诸多研究表明，在抗生素治疗中，配合使用益生菌可以提高幽门螺杆菌的根除率，改善抗生素治疗带来的恶心、腹泻等副反应；而益生菌发酵乳也具有同样的潜力，幽门螺杆菌阳性患者的16 周双盲实验结果表明，约氏乳杆菌Lj1发酵牛乳可以缓解窦性胃炎，降低胃窦幽门螺杆菌密度，增加胃黏膜厚度[21]。发酵乳可能能够增强胃部先天免疫，降低幽门螺杆菌黏附，同时发酵过程中也可能产生抑菌素类物质，从而抑制幽门螺杆菌。

益生菌发酵乳能调节口腔菌群，改善口腔健康。副干酪乳杆菌NTU101发酵牛乳灌胃7 周，能够改善脂多糖诱导的SD大鼠牙周炎导致的体质量减轻，降低口腔微生物、牙槽骨丢失和促炎细胞因子水平，同时降低氧化应激[22]。人群随机实验表明，鼠李糖乳杆菌SD11发酵牛乳可以降低唾液中变形链球菌数量和总细菌数[23]。

益生菌发酵乳具有自由基清除活性，可以改善皮肤健康。瑞士乳杆菌NS8发酵乳上清液能够减轻无毛老鼠的皮肤光损伤，包括降低表皮厚度、减轻水分流失及降低脂质过氧化水平，抑制黑色素瘤细胞中黑色素的产生，对酪氨酸酶活性和黑色素合成所需蛋白的表达均有抑制作用[24]。B16F10黑色素瘤细胞模型分析结果表明，植物乳杆菌CGMCC8198发酵乳上清液可以抑制酪氨酸酶、酪氨酸酶相关蛋白1（tyrosinase related protein 1，TRP-1）、TRP-2和微邻苯二甲酸相关转录因子的转录及表达，显著降低黑色素的产生，同时不影响细胞存活；此外，发酵乳上清液还降低了细胞内酪氨酸酶的活性，但对酪氨酸酶本身没有影响[25]。

2.3 益生菌发酵乳对代谢疾病的影响及机制

随着人口老龄化的发展，以代谢类疾病为主的慢性疾病将取代急性感染性疾病，成为国人主要的健康问题。代谢类慢性疾病包括高血压、高血糖、高血脂、痛风和骨质疏松，同时代谢类疾病还往往伴随着肥胖的发生。这些慢性疾病治疗成本高昂，治疗投入和成效产出比低，极大影响患者的生活质量。益生菌发酵乳在改善肥胖、高血压、高血脂及骨质疏松方面的活性已有许多研究报道。

益生菌发酵乳改善高血压活性的研究最早。早在1996年，Maeno等[26]发现，瑞士乳杆菌CP790发酵牛乳可以产生具有降血压作用的降压肽，并解析出降压肽的结构VPP和IPP。随着研究的进行，发现降压肽的种类远远不止这2 种，此外除了瑞士乳杆菌能水解牛乳酪蛋白产生降压肽，其他种类乳杆菌也有类似功能，如干酪乳杆菌IMAU20411发酵牛乳产生的降压肽对血管紧张素转化酶（angiotensin converting enzyme，ACE）的体外抑制活性可达60%[27]。采用鼠李糖乳杆菌MTCC5945发酵骆驼乳，分子质量为3 kDa降压肽的ACE体外抑制活性可达52%[28]。植物乳杆菌69发酵羊乳产生的降压肽组分，其ACE体外抑制活性可高达88.9%[29]。人群实验表明，患有高血压的中老年人每周饮用至少3 次干酪乳杆菌Shirota发酵牛乳，5年后实验人群的血压水平几乎恢复到正常水平[30]。同时动物实验表明，益生菌发酵豆乳也有降血压效果，而且降血压效果对自发高血压大鼠有作用，而对正常大鼠血压无影响[31]。

益生菌发酵乳可以改善血液胆固醇水平。动物实验表明，饲喂发酵乳杆菌MTCC 5898发酵牛乳[32]、干酪乳杆菌F0822发酵牛乳[33]和罗伊氏乳杆菌LR1发酵牛乳[34]30～90 d，均可以显著改善大鼠高脂饮食诱导下的血清总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇和甘油三酯水平。益生菌发酵乳通过调节肠道菌群，提高双歧杆菌丰度，水解结合型胆汁酸，促进胆盐排出，提高体内抗氧化水平，达到缓解血脂异常的功效[35]。益生菌发酵乳改善血脂异常在人体中也有效果。双盲、安慰剂对照及交叉人体实验表明，每天3 次、每次135 g、持续4 周饮用嗜酸乳杆菌145和长双歧杆菌BB536发酵牛乳，可以促进体内总胆固醇含量高于1 900 mg/L成年女性的胆固醇吸收，显著降低低密度脂蛋白胆固醇水平，而高密度脂蛋白胆固醇水平略有下降[35]。另一项人群实验表明，饮用长双歧杆菌BL1和常规发酵菌嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌共发酵牛乳，持续1 周，也能显著下调血清总胆固醇水平，其中对于中等血脂胆固醇过高人群的总体效果更显著，而对血脂水平影响不大[36]。

肥胖是青少年人群日益突出的健康问题，益生菌发酵牛乳或豆乳可以改善高脂饮食诱导的体质量增加以及内脏组织的脂肪累积。动物实验表明，发酵乳杆菌DDHI27[37]和鼠李糖乳杆菌NCDC17发酵牛乳或添加物[38]可以减轻小鼠体质量、减少附睾脂肪和肠系膜脂肪，改善血脂状况，这是由于一方面发酵乳可以改善肠道菌群紊乱，正向改变脂肪生成转录因子及脂肪合成关键基因；另一方面也可以下调高脂饮食诱导的促炎因子基因表达，阻止脂多糖与细胞因子受体结合。

副干酪乳杆菌NTU101[39]和植物乳杆菌P1201发酵豆乳[40]可以显著减少高脂饮食小鼠的体质量、肝脏和肠系膜白色脂肪组织质量增加，益生菌发酵豆乳可以抑制脂肪组织中肝素释放脂蛋白脂酶活性，从而抑制脂肪吸收，减少脂肪生成，另一方面，下调过氧化物酶体增殖物激活受体γ、脂蛋白脂肪酶、脂肪酸合成酶、乙酰辅酶羧化酶、脂肪细胞脂肪酸结合蛋白、TNF-α和IL-1β水平，改善内脏组织脂肪浸润。

骨质疏松往往是因年龄增长、激素分泌下降导致的骨质代谢失衡引起的疾病。益生菌发酵乳可以调节骨质代谢，进而延缓或改善骨质疏松症状。动物实验表明，干酪乳杆菌LC-01、不饱和脂肪酸与豆乳混合可以调节骨质代谢，如降低破骨细胞水平、提高成骨细胞数量、钙水平、过氧化氢酶活性和总抗氧化能力[41]。

益生菌发酵乳也可以调节血糖代谢，然而其控制血糖作用有限。人体随机双盲临床实验表明，干酪乳杆菌YIT9029发酵牛乳能够改善肥胖患者餐后血糖负荷及糖蛋白水平，降低总脂蛋白、低密度脂蛋白和非高密度脂蛋白胆固醇水平，但对血糖的控制作用有限[42]。目前，益生菌发酵乳调节血糖代谢的研究相对较少，相关功效及机制研究也较少。

2.4 益生菌发酵乳对免疫调节的影响及机制

免疫调节紊乱会导致诸多疾病，如免疫过度会导致过敏性反应，包括过敏性鼻炎、过敏性哮喘、食物过敏、类风湿性关节炎及系统性红斑狼疮等，免疫力低下则容易感染病菌或病毒，而免疫系统的长期损伤可能导致癌症。

益生菌发酵乳可以降低相关乳蛋白的过敏性，同时还能改善宿主的免疫平衡及免疫系统的发育。水牛乳酪蛋白比例很高，容易带来过敏风险，而经干酪乳杆菌发酵后，水牛乳蛋白过敏性大大降低。体外模拟消化模型表明，乳蛋白的水解可以降低水牛乳的过敏性[43]。体外细胞实验表明，副干酪乳杆菌FT700发酵牛乳可以刺激单核细胞向巨噬细胞分化，进而降低过敏导致的炎症因子TNF-α水平升高，从而缓解过敏反应[44]。另外，动物实验表明，鼠李糖乳杆菌MTCC5897发酵牛乳可以刺激幼鼠免疫系统的发育，在鼠李糖乳杆菌MTCC5897发酵牛乳喂养的后代中，幼鼠身体过敏症状减少，小肠杯状和IgA细胞极显著增多（P＜0.01）；鼠李糖乳杆菌MTCC5897发酵牛乳还可以调节幼鼠体内Th1/Th2稳态，降低TNF-α、单核细胞趋化蛋白-1、变态反应抗体（总IgE和牛乳特异性IgE）（P＜0.01）和IL-4水平，提高INF-γ水平[45]。

许多人群随机实验表明，益生菌发酵制品能显著降低呼吸道及消化道感染的比例。一项为期3 个月的多中心、随机、双盲、安慰剂对照人群实验表明，儿童人群补充副干酪乳杆菌CBAL74发酵牛乳或副干酪乳杆菌CBAL74发酵大米制成的干粉，普通的感染性疾病，如急性胃炎、上呼吸道感染发生率显著低于对照组[10,46]。而中年白领人群补充干酪乳杆菌Shirota发酵乳后，上呼吸道感染发生率显著低于对照组，且发酵乳补充组人群外周血单核细胞中NK细胞活性下降，唾液皮质醇水平升高[47]。

益生菌发酵乳往往具有良好的抗氧化能力。体外自由基清除实验表明，干酪乳杆菌发酵羊乳、植物乳杆菌发酵豆乳及瑞士乳杆菌发酵牛乳均具有自由基清除活性，并可能产生抗氧化肽[48-50]。益生菌发酵乳抗氧化活性的提升与抑制肿瘤细胞、提升肠道免疫力相关。HT-29细胞体外实验表明，瑞士乳杆菌1315发酵乳具有良好的自由基清除活性，同时具有抑制结肠癌HT-29细胞生长的活性[50]。Caco-2细胞实验表明，干酪乳杆菌4B15发酵后，发酵乳抗氧化活性的提升与改善肠道上皮细胞的炎症水平和紧密连接的程度相关[51]。猪肾近端肾小管LLC-PK1细胞体外实验表明，发酵乳杆菌Zhao发酵豆乳可以增强LLC-PK1细胞活力，降低过氧化氢诱导的细胞损伤；发酵乳具有抗氧化活性，可以增加细胞内抗氧化酶水平、降低活性氧含量、抑制脂质过氧化、降低细胞损伤[52]。

2.5 益生菌发酵乳对精神情绪调节的影响及机制

人群实验表明，益生菌发酵乳可以改善人群焦虑和记忆认知状况。一项针对考试人群的双盲安慰剂对照实验表明，补充干酪乳杆菌Shirota发酵牛乳8 周可以改善考前焦虑，在考前5～6 周，益生菌发酵牛乳组受试者出现常见腹部和感冒症状的比例低于对照组，考试前1 d，仅安慰剂组受试者唾液皮质醇和血浆L-色氨酸水平显著升高，即焦虑显著升高[53]。另一项针对50～70 岁人群的随机、双盲、安慰剂对照实验表明，瑞士乳杆菌CM4发酵牛乳可以改善受试者的总分、注意力评分和延迟记忆评分，且与对照组有显著差异（P＜0.05）；进一步研究表明，瑞士乳杆菌CM4可能水解牛乳蛋白，产生了有助于记忆的多肽（十六肽NIPPLTQTPVVVPPFLQPE）[54]。益生菌发酵乳对于精神、情绪的研究还比较少，值得进一步研究。

3 结 语

随着人们对健康、营养需求的提升以及酸乳市场日趋激烈的竞争，基于益生菌发酵的功能性酸乳将成为开发趋势。目前的研究表明，益生菌发酵乳的功能活性包括：利于维护胃肠道、口腔、皮肤健康；调节代谢异常，改善高血压、高血脂、高血糖、肥胖和骨质疏松等症状；调节免疫、改善食物过敏、缓解呼吸道过敏、提升机体抗氧化能力；调节精神情绪等。然而，相关功能活性研究多集中于体外实验和动物实验验证，人群验证及临床验证报道较少。相关益生菌发酵乳明确的益生功能需要大量验证，不同菌种在不同乳基质中发酵得到的发酵乳功能性差异、对不同人群的适应性差异，仍需要进一步研究，益生菌发酵乳和营养成分的添加有何种协同作用需要进一步探索。因此，基于益生菌的功能性开发发酵乳、打造差异化发酵乳，服务于多样化的健康诉求，具有广阔的发展前景。