双歧杆菌的生理作用及开发前景
海南大学食品学院
海南省食品科学研究所
白新鹏 博士
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存在于人体消化道的菌数可达100万亿个,菌体总重量约1 0～1 5ｋｇ,占人体总重量的1/50～1/60,与人体肝脏的重量相当,而产生酶的量却远远超过肝脏所产生的量。这些菌大多数与人和平共处有益而无害,称为正常菌群。其中95%以上是活菌,因此人体的营养、消化、生物拮抗、免疫、抗肿瘤、药物效能和抗衰老等离不开自身携带的微生物群。
双歧杆菌自婴儿出生2～3天开始增殖,5～7天达高峰,并占绝对优势。不同年龄人群,双歧杆菌的种类不同,<5岁以下的儿童以婴儿双歧杆菌为主,青壮年的以青春双歧杆菌为主,老人以长双歧杆菌为主,短双歧杆菌和两歧双歧杆菌在各年龄组均可检出。由于口服抗菌药物、手术、饮食变化,疾病和衰老等均能使肠道双歧杆菌数量发生变化,随着年龄的增长,双歧杆菌数量逐渐减少,体弱多病的老人肠道内该菌几乎消失,而健康人双歧杆菌保持着恒定的数量约108～9ＣＦＵ/ｍｌ。这反映出人体肠道内双歧杆菌的数量乃是检验人是否健康的指标之一。双歧杆菌对人有利而无害,终生于人相伴,并与健康息息相关[1 3]。随着微生态学理论的不断深入和新技术的应用,双歧杆菌的开发和利用将会有光辉的前景。
1 双歧杆菌的生物学特性
双歧杆菌是革兰阴性(有时也呈阴性)的多形性杆菌,常呈Ｙ、Ｖ字形、弯曲、球拍、棍棒、鹿角状或分叉,故取名为ｂｉ ｆｉｄｕｓ。无芽胞,鞭毛和荚膜。亚甲三染色时,菌体着色不均,有异染颗粒。如在培基中加α 甲基 Ｎ 乙酰氨葡萄糖胺( ｍｏｌｈｙ Ｎ ａｃｅｔｈｇｌｕｃｏｓａｍｉｎｅｋ)可使杆菌变为分叉状[4]。如长期传代或培基条件下不适合会出现球形。条件越适谊杆状越长,形态越典型。专性厌氧,缺乏对氧化氢酶和过氧化物酶,硝酸盐还原试验、吲哚试验、明胶液化均为阴性,发酵糖的能力因菌种而异。双歧杆菌在营养丰富的培养基上生长良好,最适生长温度为37～41℃,最低生长温度为25～28℃,最高生长温度为43～45℃;最适ｐＨ值6 7～7 0,当ｐＨ值4 5～5 0以下或ｐＨ值在8 0～8 5以上的环境,均不生生。除需满足丰富的氨、碳源外,在含有酵母粉,Ｌ 半胱氨酸,抗坏血酸,葡萄糖和双歧因子(低聚寡糖)的培基上生长旺盛。初分离时厌氧72ｈ,继代48ｈ,菌落0 7～1 0ｍｍ,白瓷瓦色,不透明,不溶血,有时可显浅褐色。糖代谢途径是果糖 6磷酸酮酶水解途径,生成乙酸和乳酸,二者摩尔比为3∶2,还可生成甲酸,但不产生ＣＯ2、丁酸、丙酸;ＤＮＡ碱基组成摩尔百分比为57%～68%。目前实验证实双歧杆菌对卡那霉素,庆大霉素,多粘菌素,萘啶酸,灭滴灵等的耐药性比较强,可作为治疗和选择培基时的依据。
2 双歧杆菌对宿主的生理功能
2 1 生物拮抗性
当肠道内有高浓度水平的双歧杆菌时,肠道就是一个安定的环境,外侵的病原大肠埃希菌,痢疾志贺菌,伤寒沙门菌,变形杆菌,金黄色葡萄球菌,白假丝酵母菌或内源的腐生菌、条件致病菌就会受到抑制[6]。可以调整因滥用抗菌药物、放疗、化疗等因素造成的菌群失调症,治疗肠道迁延性、复发性感染。机制之一是双歧杆菌在肠上皮细胞的粘附与其他细菌形成的特异性微生态位(ｍｉｃｒｏｅｃｏｌｏｇｉ ｃａｌｎｉｃｈｅｓ),从而产生特异生态效应。形成细菌生物膜增强肠道的定植抗力(ｃｏｌｏｎｉｚａｔｉｏｎ),抑制肠道致病菌和条件致病菌的定植和易位[7]。之二是双歧杆菌发酵葡萄糖产生多种有机酸,使肠道ｐＨ值下降,还产生抗菌物质ｂｉｆｉｄｉｎ,抑制腐生菌,使人体内的吲哚、酚氨、尸胺、亚硝胺素显著减少,双歧杆菌的酸性菌体外多糖(Ｅｘｏｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｏ,ＥＰＳ)耐受胃酸和胆汁,增强对黏膜的粘附作用,拮抗致病菌占位,正常菌群的防线可作为抗感染的第四道屏障。
2 2 营养作用 双歧杆菌可作为宿主氮的来源之一。1997年德国Ｒｏｓｔｏｃｋ大学的Ｈｅｉｎｅ教授用15/Ｖ同位素证明,75%以上的双歧杆菌菌体的氮进入婴儿血流的蛋白池中[4]。澳大利亚科学家Ｈｉｐｓｌｅｙ提出一个有趣的问题,当地的土著人,他们仅靠食白薯为主,绝少食用动物蛋白,尽管这样,他们仍然健康、充满活力。从营养学的观点,每天摄入不足2ｇ氮(相当于15ｇ蛋白质),而排出的超过摄入的2倍以上,这是令不可思议的。科学家证实了克雷伯菌和双歧杆菌,就是一种有固氮作用的细菌,利用尿素或氨为氮源合成蛋白。当人类蛋白质摄入在质和量不足时,肠道菌群的固氮机制才能显示。科学家们预言,如能利用双歧杆的营养奉献[8],人们就可以解决世界范围内的粮食短缺问题。巴布亚新几内亚高原人和我国广西巴马地区民族,他们以素食为主,肠道双歧杆菌多,健康和长寿老人多,也可证实这一点。双歧杆菌培养观察,该菌利用培基氮源,并向培基释放大量氨基酸(>400ｍｇ/Ｌ),其中赖氨酸、苏氨酸、丝氨酸和谷氨酸含最高。
2 3 合成维生素 双歧杆菌体内含有多种维生素,如ＶＢ1、ＶＢ2、ＶＢ6、ＶＢ12、菸酸、泛酸、叶酸和生物素。两歧双歧杆菌、长双歧杆菌含ＢＶ2最多,细胞干重为7 2/ｇ,青春双歧杆菌细胞干重77/ｇ;菸酸含量婴儿双歧杆菌和青春双歧杆菌均为细胞干重23/ｇ[9]。当菌体袭解后可释放到环境中,双歧杆菌菌体内外的维生素高于大肠希埃菌,ＶＢ1高2倍,ＶＢ2高5倍。菸酸菌体外高于大肠希埃菌10倍之多。这些维生素供人体生命活动所需,同时抑制某些维生素的供应,例如,它可抑制分解ＶＢ1的解硫胺素的芽胞杆菌。
2 4 润肠通便作用 当双歧杆菌在人肠道定居繁殖,达到一定数量而稳定时,产生的乳酸、醋酸和甲酸,使肠道内渗透压增高,分泌亢进,粪便水分增加,促进肠蠕动,使粪便连续不断地推向肛门,最后顺利地排出体外,缓解便秘。当肠道缺乏双歧杆菌时,肠道许多难以消化的寡糖在肠道大量堆积,人就会出现腹胀、腹痛和便秘症状。长期便秘会引起头痛肩痛、恶心、食欲不振、痤疮,皮肤干燥甚至会引起高血压、昏迷、结肠癌。
2 5 增强机体的免疫功能 目前许多研究证实,双歧杆菌的活菌、死菌、裂解成分,可溶性提取物ＬＴＡ和ＷＰＧ等均有免疫赋活作用。双歧杆菌作为免疫原可诱导各种免疫功能,使淋巴细胞增殖,ＮＫ细胞活性增强,单核 Μψ系统的吞噬作用增强,抗体产生细胞活化,各种细胞因子增多,提高机体局部和全身的免疫功能。经口摄入双歧杆菌,可介导肠道免疫赋产生ｓｌｇＡ[10];青春双歧杆菌有很强的有丝分裂原的作用,增强淋巴细胞抗原蛋白抗体产生,ＬＴＡ具有较强的免疫活性,可产生高效价的ｌｇ,ＷＰＧ、ＳＣ增强小鼠腹腔Μψ、脾ＩＬ 1、ＩＬ 2、ＩＬ 6、ＴＮＦ、ＩＦＮ α产生,并增强ＮＫ细胞和ＬＡＫ细胞活性,发挥自稳调控作用,增强机体抗感染能力和抗肿瘤能力[11,12]。
2 6 降血胆固醇和甘油三酯的作用 胆固醇和胆汁酸的代谢障碍会发生动脉硬化。过多的摄入动物脂肪,导致肠内胆汁的分泌增加,胂汁酸的分泌增加促使食物中胆固醇吸收入血。双歧杆菌可使胆醇转化为人体不吸引的粪甾醇,从粪便排出体外,故有降血酯作用,食用双歧酸奶和食用高纤维素食品可预防或治疗高胆固醇血症[13]。
2 7 抑癌作用[14] 据卫生组织调查发现至少60%女性和50%男性癌症患者的发生与饮食和营养有关。食用富含高动物性蛋白和脂肪,可能是诱变癌的原因,特别是胃癌、大肠癌、乳腺癌、前列腺癌、胰腺癌,与肠菌群致癌有密切关系。在正常情况下,肠菌群非但不致癌反而能抑癌。双歧杆菌能使亚硝胺降解,起抑制癌发生作用。主要机制有3个原因:①增强免疫功能;②减少体内癌诱变剂的含量;③使产生癌诱变剂的酶失活。如7 α脱氢酶、β 葡萄糖醛酸酶、偶氮还原酶、硝基还原酶等,目前实验证实青春双歧杆菌ＷＰＧ对癌的抑制作用较强。
2 8 抗衰老作用 当衰老时体内自由基(ｆｒｅｅｒａｄｉｃａｌ,ＦＲ)增加,而又不能清除,抗氧化活性下降,消除自由基的功能减退。许多实验证实,双歧杆菌能明显增加血中超氧化物歧化酶(ＳＯＤ)的活性与含量,从而减少自由基的氧化反应,使有毒(Ｏ2)为无毒的氧,减少自由基对人体细胞的损伤,人类寿命从而大大延长,生命质量提高,保证人类健康可延年益寿。
3 双歧杆菌制品的开发利用
双歧杆菌制品是利用宿主自身的生理性菌—双歧杆菌通过工业化扩大发酵制成活菌制剂,再回归宿主原来的生境,达到调节和维护机体生态平衡。
3 1 双歧杆菌药品 常选用婴儿双歧杆菌、青春双歧杆菌、两歧双歧杆菌、长双歧杆菌或短双歧杆菌而制成的单株或双株(与其他益生菌搭配)的活菌制剂,如丽珠肠乐、培菲康、金双歧等。
3 2 双歧杆菌与在药成分搭配的保健药品 许多中药成分对双歧杆菌具有促进作用,如人参、党参、枸杞、大黄等提取物是良好的促双歧因子。日本富山医科药科大学的小桥先生研究了大黄对双歧杆菌的关系。目前人参提取液与其他寡糖配合的产品已问世。
3 3 双歧杆菌与双歧因子搭配的保健食品 双歧杆菌与寡糖、葡萄糖酸、精氨酸配合,对青春双歧杆菌有选择的增殖作用,发挥特有的免疫赋活功能,如昂立一号。
3 4 双歧杆菌发酵酸奶及其发酵饮料的特定保健食品 双歧杆菌与保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌为生产发酵剂,以牛乳、豆乳为载体或用牛乳、大豆搭配作载体混合发酵制成营养丰富的仿生食品和饮料,对特定人群有非常重要的生理功能。
3 5 扩大双歧杆菌的利用面,促进双歧杆菌向多元化方向发展
双歧杆菌富含Ｂ族维生素,该菌的代谢产物富含(Ｌ+)乳酸和一些酶类,可用来生产微生态护肤品或其他化妆品,三株公司的“生态美”创造了一个全新的概念。除了用于特定保健食品和医药外,在畜业、水产业也广泛应用,大有开发价值。
展望
对于双歧杆菌的生理活性及其生物学效应机制仍需深入研究。随着科学技术的进步,可利用基因工程手段构建新菌株,筛选出耐氧、耐酸等抗性强的菌株乃是今后研究的重要课题,片剂、胶囊产品是开发的方向。双歧杆菌的研究与开发也必将促进微生态学、生理学、营养学、病理学、食品开发学、保健科学出现新的显著性的突破。21世纪是生命科学的世纪,社会的进步,促使人们的精神压力和工作压力增大,寻求健康长寿提高生活质量是生命科学研究的主题,对双歧杆菌的开发利用有其巨大的潜力和广阔的市场。
