益生菌的作用机理、存在的问题及其对策

《广州食品工业科技》“益生菌、益生元与健康”研讨会论文集Vol.19.增刊(总77)文章篇号:1007-2764(2003)增刊-0020-067益生菌的作用机理、存在的问题及其对策舒娜1芮汉明2（1.复旦大学药学院上海200032）(2.华南理工大学食品与生物工程学院广州510640）摘要：本文讨论了益生菌的作用机理，对人体健康的促进作用以及发展中存在的一些问题，并提出了一些提高益生菌功效的方法。关键词：益生菌;机理;问题益生菌又称微生态调节剂、生态制品、活菌制剂，是一种取代或平衡系统中一种或多种菌系作用的微生物添加物，即通过补充动物消化道内的有益微生物，改善消化道菌群平衡而对生物产生有益作用，迅速提高机体的抗病能力、代谢能力和对饲料的消化吸收能力，达到防治消化道疾病和促进生长双重作用的微生物添加剂。1益生菌的作用机理益生菌对生物可以产生如下有利的作用：(1)促进动物生长，提高饲料转化率；(2)改善动物的健康水平，尤其是刺激有益菌增殖，产生竞争性排斥作用，控制幼龄动物的消化道疾病；(3)消化分解抗营养因子，如植酸、胰蛋白酶抑制因子、植物凝集素和非淀粉多糖等。1.1竞争性排斥作用益生菌可以占据宿主动物消化道的定植位点，从而降低其他微生物（病原）的侵染机会。大肠杆菌是猪消化道内正常细菌，但是如果过度繁殖就会使猪发病。定植于胃非分泌上皮的乳酸菌是控制大肠杆菌生长的重要因子。另外，定植于禽嗉囊上皮的乳酸杆菌可以和大肠杆菌、沙门氏杆菌以及其他病原菌发生竞争性排斥作用。当饲料中有乳酸杆菌或其他非病原性微生物时，宿主动物的整个消化道都可以发生竞争性排斥作用。嗜酸乳杆菌对猪肠道上皮的亲附能力非常强，从而减少大肠杆菌与肠道上皮结合的机会。1.2改善体内外生态环境，减少疾病的发生和氨、胺等有害物质的产生给母猪喂养有益生物后，能显著地降低肠道中大肠杆菌、沙门氏菌的数量，使机体肠道内的有益微生物增加、致病微生物减少，因而排泄、分泌物中的有益微生物数量增多，致病性微生物减少，从而净化了体内外的环境，减少疾病的发生。氨、胺、吲哚、硫化氢等物质在动物肠道粘膜对细胞有明显的毒害作用，乳酸菌在肠道生长繁殖能产生有机酸，过氧化氢、细菌素等一些物质，可抑制肠内腐败细菌的生长，降低脲酶的活性，进而减少胺、氨等有害物质的产生，有利于动物的健康和生长。1.3促进营养物质的产生、代谢和利用1.3.1直接产生营养物质益生菌在动物消化道内生长、繁殖和活动，能直接产生多种营养物质如维生素、氨基酸、短链脂肪酸、促生长因子等，参与动物体的新陈代谢，有的微生物在动物体内生长繁殖时能合成核黄素、泛酸、叶酸、Vb12等B族维生素，参与机体某些重要的代谢反应。1.3.2促进饲料中营养物质的代谢益生菌在体内可产生多种消化酶如淀粉酶、葡萄糖苷酶等，它们促进了营养物质特别是下消化道营养物质的消化。这一作用被认为是益生菌促进动物生长最有力的证据。Lepkovs等研究了普通鸡和无菌鸡肠道内容物中消化酶的活性，发现普通鸡盲肠内容物的蛋白酶高于无菌鸡。Siddors的研究显示普通动物肠组织中的糖酶高于无菌动物。胡学智（1993）报道有益芽苞杆菌可产生β-1，2葡萄糖水解酶、果胶裂解酶和其他一些非消化酶。乳酸菌不仅可以产生多种酶类，而且能通过产酸，提高钙、磷、铁的利用率，还能促进Vd的吸收和利用。1.4生物夺氧学说在肠道微生态系统中，厌氧菌是优势群种。利用非致病的耗氧微生物暂时在肠道内定植，使局部环境的氧分子浓度降低，氧化还原电势下降，促进厌氧微生物的生长，达到提高定植能力，恢复生态平衡的目的，这是好氧和兼性厌氧芽苞杆菌的作用机理之一。但在动物体内是否存在“生物夺氧”作用，还有待进67《广州食品工业科技》“益生菌、益生元与健康”研讨会论文集Vol.19.增刊(总77)一步的研究。2益生菌对人体健康的促进作用益生菌的健康功效包括促进乳糖消化、抗肠道致病菌等等。研究表明，益生菌对乳糖不耐症的减缓和抗腹泻效果非常明显，抗癌和免疫调节效果比较乐观，但具体的情况还有待更多的临床实验证明。2.1改善肠道功能肠道紊乱轻者会有腹泻、肚疼等苦恼，严重的会危及生命。根据Merger和Croitoru的研究，与肠道固有微生物耐性降低有关的免疫系统功能的失调会导致慢性肠炎疾病，而这可以通过益生菌得到改善。Nanji等的研究表明，潜在的病变（如慢性肾脏疾病）和胃酸缺乏将导致小肠细菌过度繁殖，从而造成有害微生物大量滋生。摄入不可消化的食物（如具有乳糖不耐症者摄入乳糖）会给肠内微生物生长提供发酵底物，有时会带来有害影响。实验表明，益生菌摄入量达109～1011个/天的水平，可起到降低某些肠道疾病的发病率、持续时间和病情严重性的效果。2.2抗癌功能研究表明癌症发病率的高低和膳食组分密切相关，而含益生菌的膳食已被证明具有明显降低癌症发病率的功效。根据Aso和Akazan的研究，每日三次使用1010CFU的L.casei干粉制品并持续一年，可以达到抑制表面膀胱癌的再发生。另外，还有研究表明益生菌具有阻碍结肠和其他器官中发生的非基因型和基因型突变的功能，其机理是益生菌或其代谢副产物通过影响结肠上皮细胞的变化历程，来达到降低癌细胞增殖的目的。2.3免疫功能人体受外界抗原作用将产生一系列复杂的级联应答，包括发出对病原体的抵抗反应、对食物抗原的抑制和定植微生物。免疫系统的功能失调将带来健康问题，如过敏和炎症反应即是例证。人体免疫功能会随着年龄的增长而降低，从而带来某些疾病。对于具有正常免疫功能的健康人来说，食用功能性食品是否起到一定作用，目前并不清楚。但是这一研究领域却是个研究热点。对益生菌的免疫效果研究表明，益生菌能通过激活巨噬细胞、增强Killer细胞活性和增加免疫球蛋白（特别是分泌IgA）的水平等来增强非特异性免疫和特异性免疫应答。益生菌的活菌细胞、死细胞或是发酵产物都具有调节免疫的功能，特别值得一提的是益生菌的免疫调节不会带来有害的炎症反应。2.4抗过敏功能某些过敏反应的发生是由于肠粘膜屏障功能的崩溃，致使大量抗原侵袭所造成的。已有研究报道，益生菌具有调节某些过敏反应的功效，它是通过改善肠粘膜屏障功能的作用来实现的。有关特异治疗和食品过敏反应的研究表明：通过恢复肠粘膜的透过性，调节区域免疫反应及应用能改变食品抗原的微生物，免疫反应能被引导恢复至正常。2.5抗高血压近来有关采用膳食疗法来治疗高血压的研究很多。根据Takano初步研究表明：益生菌食品确实能起到一定程度上控制血压的效果。其抗高血压效果在先天性高血压老鼠实验中得到证实。Kanagawa从啤酒酵母和瑞士乳杆菌发酵乳中分离的三肽物质（Val－Pro－Pro和Ile－Pro－Pro）具有抑制血管紧张素转移酶Ⅰ活性的作用。在这里起作用的是益生菌的发酵产物，而不是活益生菌。2.6其他功能益生菌对人体的健康促进作用还包括：促进泌尿系统健康、调节体内胆固醇水平、减弱放射性同位素的作用、降低与酒精中毒性肝疾病相关的内毒素的作用等等。3益生菌及其产品中存在的问题大量益生菌功能食品的问世，在给人类提供健康之源的同时，也提出了一些不容忽视的问题：3.1活菌制剂在饲料加工、运输、贮存过程中容易失去活性，降低生物活性作用，产品的质量不稳定。3.2活菌制剂进入动物消化道后多难以经受低pH值的盐酸、胆汁酸等作用，难以有足够的活菌数量到达肠道或定植肠道而发挥作用。3.3活菌制剂进入肠道后生产速度缓慢，难以在微生物竞争中处于优势地位，形成优势菌群。3.4毒性问题。研究表明，大多数双歧杆菌和乳酸杆菌在代谢过程中产生多种细菌素，有时同一菌株产生几种不同的细菌素。这些细菌素除能杀死或抑制肠道内病原菌和腐生菌外，还作用于肠道内其它能维持机体正常生理功能的微生物。3.5益生菌产品的标志不明确。益生菌产品的相关信息应该告诉消费者有关产品的信息，并以合适的方式向消费者宣传产品功效。目前，消费者对益生菌产品的认识不够，需要加大这方面的宣传力度。3.6目前对益生菌的众多生理功能有了一定程度上的了解，益生菌的抗高血压及减少心血管疾病的发病68《广州食品工业科技》“益生菌、益生元与健康”研讨会论文集Vol.19.增刊(总77)率等方面的作用正不断获得临床证实。但是，现阶段，缺乏足够的人体实验数据，其它的功能尚不能得到明确的证实，作用机理也在进一步的探讨当中。4提高益生菌有效性的方法如何提高益生菌活菌数量已经成为目前最为重要的研究课题。4.1益生菌剂和益生协同剂的联合使用4.1.1益生菌剂和寡糖的协同作用寡糖具有低热、稳定、安全无毒等良好的特性，大部分不能被动物本身的消化酶所消化，但到达肠道后可作为有益微生物的底物，而不被病原微生物利用，从而促进有益微生物的繁殖和抑制有害微生物的生长。大量研究表明：益生制剂和寡糖联合使用可产生一定的协同作用，一方面，寡糖作为某些益生菌的增殖因子，增强益生菌的竞争优势；另一方面，益生菌分泌的消化酶使寡糖进一步消化为单糖，直接被益生菌或机体利用。4.1.2益生菌剂和酶制剂的协同作用从微生态观点来看，益生菌剂和酶制剂的协同作用一方面可以提高益生菌酶制剂的活性、促进动物的消化吸收，另一方面，被消化的营养物质又为益生菌提供了能量来源。4.1.3益生菌剂和酸化剂的协同作用酸化剂主要指无机酸、有机酸及有机酸盐类。酸化剂目的主要是使胃内pH值下降，形成合适酶作用的环境，促进消化吸收并改善胃肠内微生物正常内环境。酸化剂通过降低肠道pH值，抑制或杀灭致病菌，增殖益生菌，改善肠道内微生物菌群，促进动物生长。4.1.4益生菌剂和特异性疫苗的协同作用动物口腹益生菌后，通过生物拮抗作用，排斥病原菌，调整肠道菌群平衡，提高动物的生物屏障功能。另一方面，益生菌制剂刺激动物受体，提高动物机体的免疫准备状态，当机体接受特异性的疫苗免疫、抗原刺激时，可促进动物产生高水平的特异性抗体，从而提高动物的抗病力。4.2选择合适的包装容器对很多厌氧菌来说，氧的毒性是一个必须考虑的问题。对塑料容器和玻璃瓶中制得的酸奶中的有益菌存活性的研究发现，在塑料容器中制作的酸奶中氧的融解量比玻璃瓶中高，在玻璃瓶中贮存的样品中活菌数量比在塑料容器中的要高。因此，对于不同产品的益生菌来讲，选择合适的包装容器相当重要。4.3采用二步发酵法研究表明，酸奶菌产生的酸和过氧化氢等抑制物是造成嗜酸乳杆菌和双歧杆菌存活率低的主要原因。为了避免酸奶产酸过早对益生菌的生长产生不利的影响，可以采用二步发酵法生产，即先用益生菌发酵2h，然后再用酸奶菌发酵从而使得益生菌处在其生长的最后阶段迟滞期或早期阶段对数期，这样益生菌就会成为优势菌群，从而获得较高的数量。4.4应用微胶囊技术利用微胶囊技术可以在很大程度上提供益生菌剂产品的耐贮藏、耐加工性能，减少使用量，充分发挥益生菌的作用。使用微胶囊技术的有点有：⑴改变益生菌剂产品的形态。将益生菌通过微胶囊化转变为一种稳定的细粉状颗粒，这种微胶囊化产品具有良好的流动性和分散性，很容易与其它产品混合，便于运输、储藏。⑵提高益生菌产品的稳定性。由于胶囊的保护，能够有效防止益生菌失活。⑶可将配伍禁忌的各种成分在同一产品中分隔开。⑷使各种不同极性的物质均匀、稳定地分散在一起。4.5生物工程技术为筛选出合适各种特殊用途的具有直接促生长作用的益生菌株，可采用生物技术培育出能分泌氨基酸和高水平消化酶的食品级微生物。也可以采用业遗传工程的方法改造现有的菌株，生产出更有效的益生菌。5展望随着有关益生菌促进人体健康的研究进一步的开展，人们对益生菌功效作用和重要性有了进一步的理解，益生菌产品市场的发展具有相当大的潜力。推出新型产品如能力阻碍剂、果汁、谷类等，解决目前存在的一些产品质量问题，同时注重益生菌机理的研究将成为未来益生菌研究的方向和重点。参考文献1陈有容等.益生菌的健康功效及其应用.上海水产大学学报.2001,9:269~2752王旭明等.益生菌作用机理的研究进展.吉林农业科学.2002,27:50~533张春杨.益生菌作用机理的研究进展.预防兽医学进展.2000,2:31~344胡学智.益生菌、益生原及其保健功能和安全性.上海医药.2001,8