益生菌、益生元与老年群体肠道健康

◎ 谢兰心

（渭南职业技术学院，陕西 渭南 714026）

联合国粮农组织（Food and Agriculture Organization，FAO）和世界卫生组织（World Health Organization，WHO）联合专家委员会于2001年提出了益生菌的科学定义。益生菌（Probiotic）系指活的微生物，当摄取足够数量时，对宿主健康有益[1]。肠道中的益生菌在改善肠道健康方面发挥着重要作用，能够调节肠道菌群平衡，通过产生有益的代谢产物来调节代谢来改善肠道状况，并抑制病原体的生长[2]。益生元（Prebiotic）则是一种能刺激益生菌生长的食品成分。许多益生元的益处已被证明，并已用于改善人群的肠道健康。

随着社会老龄化的加剧，老年群体的健康是全社会关注的热点问题。联合国数据显示，从1990年到2020年，老年群体（＞65岁）每年的平均增长率为2.5%。到2050年，老年人的比例将达到总人口的21%，整个社会都应该为适应老龄化趋势作出努力。为了改善老年人的生活状况，需要开展更多的研究，为老年群体开发更多的功能性食品。本文重点讨论益生菌、益生元和老年群体肠道健康之间的关系，以期为后续老年群体肠道健康研究提供帮助。

1 肠道中的微生物与年龄

人体肠道中大约生存着10万亿个细菌，大多数是良性的，而有些则是病原体。不同个体和不同年龄段的人群中，肠道微生物种类差别很大[3]。对于母乳喂养的婴儿，双歧杆菌是主要的肠道菌群，因为母乳含有天然的益生元——低聚半乳糖。如果使用添加混合低聚糖的配方奶粉喂养婴儿，婴儿肠道内的双歧杆菌也会增加[4]。这是因为低聚糖可以促进肠道内双歧杆菌的生长。

SILVI等[3]的研究结果显示，与年轻人相比，肠道中双歧杆菌数量的减少是老年人群体的一个标志。CANDY等[4]提到，一旦超过60岁，人体肠道中双歧杆菌相较年轻时减少1 000倍。他们还指出，在粪便样本中，身体极度虚弱的老年群体的乳酸杆菌数量比身体相对健康的老年人减少了26倍。针对老年群体肠道中益生菌数目减少的问题，GIBSON等[5]发现，肠道菌群组成和活性可以通过饮食调节。MACFIE[6]还指出，许多研究已经证明，肠内治疗比肠外营养更安全。他还提到，肠外营养可能通过引起粘膜萎缩和增加肠通透性而破坏肠屏障。基于以上研究成果，市面上已有许多保健品，包括益生菌、益生元和合生元（二者的组合），它们已被用于改善老年群体的肠道菌群状况，增加和调节人体肠道中的益生菌种类及其比例。

2 益生菌

研究发现，肠道内的益生菌与一些年龄有关的疾病之间存在相关性。因此，科学家认为改善肠道益生菌的状态有助于缓解一些年龄相关疾病。一些益生菌制剂已应用于市场，如乳酸杆菌（Lactobacillus）、双歧杆菌（Bifidobactera）、链球菌（Streptococcus）、肠球菌（Enterococcus）和芽孢杆菌（Bacillus）等[7]。此外，乳酸杆菌和双歧杆菌已被证实是人体肠道中的主要益生菌[8]。

乳酸杆菌和双歧杆菌在人类肠道中起着最重要的作用，它们有数十种或数百种不同的种属，个体之间的种属差异很大[3]。研究不同人群肠道中优势菌种的信息可以帮助人们绘制肠道生态系统的总体轮廓，也将有助于为设计益生菌和益生元产品提供思路。

要将益生菌做成保健产品，难点在于如何让益生菌无损伤地通过消化道。也就是说，当益生菌到达大肠时，应保持其大部分活性。胃酸（pH=2）和胆汁盐（pH=8）是对益生菌活性影响最大的物质[9]。如今科学家们使用以益生元为壁材的微胶囊包被技术，可较好地保留益生菌的活性[10]。

2.1 双歧杆菌

双歧杆菌于1900年首次发现，迄今已报道了30余种。双歧杆菌是革兰氏阳性、严格厌氧、不产气、无运动性的无芽孢杆菌[9]。但是，部分种属可以耐受极低浓度的氧气。双歧杆菌通过己糖代谢途径，将乳糖发酵成乳酸和醋酸。果糖-6-磷酸激酶已被证实是该途径中的主要酶，可以作为鉴定双歧杆菌种属的典型特征酶。此外，双歧杆菌在促进肠道消化方面具有优势[9]。人体肠道中的双歧杆菌数量约为13～14 lg CFU·g-1[9]。然而，在老年群体中，总量仅为10～11 lg CFU·g-1[3]。除了年龄因素，还有许多因素如饮食和运动等，都会影响肠道中双歧杆菌的数量[9]。

双歧杆菌的耐酸能力较差。在体外模仿胃酸条件下（pH=2），除了长双歧杆菌婴儿亚种（B. infantisDSM20088）（pH=4）和动物双歧杆菌乳亚种（B. animalissubsp. Lactis BB12）（pH=2，20 min），大多数双歧杆菌不能生存。在胆汁盐（pH=8.0）条件下，以上两种双歧杆菌都可以存活。所以，若设计口服益生菌补充剂，这两个菌种是很好的选择[9]。其中，动物双歧杆菌乳亚种已被应用于食品生产。美国的Yo-plus公司和英国的Muller's Vitality公司已分别于2007年和2008年推出含有该菌株的酸奶产品，这两种酸奶产品还均加入了菊粉[9]。

双歧杆菌已被广泛使用超过20年。事实证明，双歧杆菌不仅能维持肠道微生态平衡，对缓解腹泻和乳糖不耐受也有一定作用[11]。此外，双歧杆菌对癌症和心血管疾病有保护作用，对免疫系统也有益处[9,12]。

2.2 乳酸杆菌

与双歧杆菌一样，乳酸杆菌是革兰氏阳性菌，不形成孢子，不运动，过氧化氢酶阴性。然而，与双歧杆菌不同的是，乳酸杆菌会产生气体（CO2）。乳酸杆菌可将葡萄糖转化为乳酸。根据最新的研究，目前发现了120多种乳酸杆菌[9]。乳酸杆菌存在于人体内的口腔、胃、小肠、结肠以及回肠末端的黏膜组织中[9]。乳酸杆菌在不同个体肠道内的数量不同，这主要是由不同的饮食习惯所致，即不同食物含有不同种类的乳酸杆菌。人体肠道乳酸杆菌的检测和鉴定主要通过检测粪便样品。在人类的粪便样本中可以发现一些特征性的菌种，如嗜酸乳杆菌（L. acidophilus）、唾液乳杆菌（L. salivarius）、发酵乳杆菌（L. fermentum）、布氏乳杆菌（L. buchneri）和阴道乳杆菌（L. vaginalis）等[9]。SILVI等[3]研究证明发酵乳杆菌是健康老人（＞65岁）肠道中的主要乳酸杆菌种类。

2.3 肠道益生菌的分离与鉴定

培养是分离和鉴定益生菌的基础。在培养过程中，依据不同的培养菌种，选用不同的培养基和不同的培养条件（厌氧或好氧）来分离和鉴定菌株。目前，通常将传统培养基技术和分子生物学方法相结合来鉴定不同的菌株。在欧盟Crownalife项目中[3]，对12位来自意大利的健康老年人（男∶女=1∶1）的粪便样品进行稀释、培养、分离和鉴定，并对样品中的菌落总数、乳酸杆菌和双歧杆菌的数量进行了统计。培养方法和结果见表1。

表1 Crownalife 项目中的培养基和培养条件表

如表1所示，与LAMVAB和RB琼脂相比，MRS琼脂和Beerens’琼脂分别更适合培养乳酸杆菌和双歧杆菌（P＜0.001）[3]。虽然表1中传统的培养基培养方法快速而简单，但它仅能测定样品中乳酸杆菌和双歧杆菌的数量，不能分离出乳酸杆菌和双歧杆菌。若想分离鉴定菌株，还需要同镜检法、酶法和分子学方法（如16S rRNA序列分析）等相结合使用。

2.3.1 直接镜检法

光学显微镜已被用于鉴定粪便样本中的细菌总量。根据直接镜检法，粪便样品中的微生物数目通常为1011～1012CFU·g-1。然而，镜检结果并不可靠，仅依据镜检结果可能会低估粪便中微生物的真实数量[13]。

2.3.2 酶法

酶法可以通过测定粪便样本中的某些酶和代谢物来鉴定菌株[13]。例如，一些特征的短链脂肪酸是某些菌株的特征产物。DANIEL等[13]指出一些特定的酶也可以作为相关的微生物群的鉴定指标。

2.3.3 16S rRNA序列分析

16S rRNA探针技术的广泛使用得益于现有的巨大基因数据库[14]。16S rRNA探针技术可以与其他方法结合使用，如荧光原位杂交（Fluorescence In Situ Hybridization，FISH）和变性梯度凝胶电泳（Denatured Gradient Gel Electrophoresis，DGGE）等[15]。

3 益生元

益生元是一种不被人体消化的食物成分，它通过选择性地刺激肠道内益生菌的生长而对宿主产生有益的影响，从而改善宿主的健康状况[16]。常见的益生元多是一些低聚糖类，如天然存在的低聚果糖、低聚半乳糖等。

3.1 菊粉和低聚果糖

菊粉是一种天然的低聚果糖，广泛存在于植物中，特别是菊苣根中（70%）。菊粉是由若干果糖分子（n＞10）以β（2-1）键连接而成的线性直链多糖[17]。由于人体缺乏特定的酶，菊粉不能被人体消化[18]，这使菊粉在通过口腔、胃和小肠时，其结构几乎能被完整保存。而当菊粉到达大肠时，大肠的微生物菌群能够利用菊粉并将其完全发酵。能够发酵菊粉的微生物主要是益生菌，特别是乳酸杆菌和双歧杆菌[9]。因此，菊粉能够刺激乳酸杆菌和双歧杆菌在大肠中的生长。由于菊粉味道柔和，无异味和后味[9]，且已与双歧杆菌一起被应用于食品中，非常适用于制作益生元。

3.2 低聚半乳糖

低 聚 半 乳糖（Galacto-oligosaccharides，GOS）天然存在于母乳中，也可以通过酶法合成。乳糖在β-半乳糖苷酶的催化作用下可以转化为GOS。在GOS中，β（1-4）和β（1-6）糖苷键是最常见的连接方式。GOS具有良好的稳定性，且稳定性优于菊粉和低聚果糖。GOS可以在极热的条件下（灭菌温度）和pH值在2以下的酸性条件中保持其结构。GOS不可被唾液分解；能够耐受胃酸；在小肠中具有良好的抗消化吸收能力。当GOS到达大肠，会被大肠中的双歧杆菌和乳酸杆菌发酵[9]。益生元经肠道菌群发酵产生的氢气由人体呼出，分析肠道菌群产氢量可以测定呼出气体氢气含量，可用于辅助诊断疾病。与低聚果糖相比，GOS经过体内发酵，可以少呼出34%的氢气[9]。由于低聚半乳糖具有良好的稳定性，它可以广泛用于果汁、软饮料以及烘焙食品中[9]。

3.3 低聚木糖

低聚木糖（Xylo-oligosaccharides，XOS）是2～7个木糖分子以β-1,4糖苷键连接而成的功能性低聚糖。低聚木糖可以由木聚糖通过酶解法制得，木聚糖可以从榉木、燕麦和玉米芯中提取[17]。日本进行的一项体内实验表明[17]，每日服用1～2 g的XOS可以增加粪便样本中的双歧杆菌数目，而拟杆菌属的数量则有明显减少。但若想明确XOS的机制和适宜剂量，还需要进行更多的研究。

3.4 低聚葡萄糖

低聚葡萄糖（Glucooligosaccharides）是一种新型的益生元。在合成过程中，蔗糖中的葡萄糖分子在葡萄糖基转移酶的作用下，转移到麦芽糖[17]。模拟肠道的体外研究证实，低聚葡萄糖可以促进双歧杆菌的生长并抑制一些病原菌[17]。然而，目前仍然缺乏体内实验数据来证实它在体内的益生菌增殖效果。

4 结语

综上所述，益生菌、益生元广泛用于改善肠道健康。乳酸杆菌和双歧杆菌是人类肠道中最重要的益生菌[11]。不同年龄阶段的人群肠道中的益生菌状态不同。例如，60岁以上老年群体肠道中的乳酸杆菌和双歧杆菌都较年轻时有所减少。肠道中的微生物菌群的状态可以通过检测粪便样品来了解。粪便样品中益生菌的检测应将传统培养基技术和分子生物学方法相结合[13]。益生元的不同结构决定了其不同的特性和不同的加工方法，今后研究重点应是如何保护益生元使其完好地通过消化道到达肠道。天然的益生元如菊粉等已被应用于食品中，新型合成益生元如低聚木糖、低聚葡萄糖等在体内的功效还需进一步验证。