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双歧杆菌&微囊化双歧杆菌

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双歧杆菌&微囊化双歧杆菌 《中国食品添加剂》 China Food Additives 2004 No.6 双歧杆菌 &微囊化双歧杆菌 姚朔影 夏枫耿 (广州市微生物研究所,广州 510250) 摘 要:双歧杆菌作为人体有益的生理菌群,从人出生一周内即终生定殖于肠道内,对人体健康发挥重要 作用。本文讲述双歧杆菌的主要生理功能,也指出目前双歧杆菌微生态制剂产品不耐氧气、不耐胃酸的局限性。 同时,介绍了一种应用微囊化技术生产双歧杆菌微生态制剂以提高双歧杆菌耐氧、耐酸性能的方法。 关健词:双歧杆菌,微囊化,微生态 Bifidoba...
双歧杆菌&微囊化双歧杆菌
《中国食品添加剂》 China Food Additives 2004 No.6 双歧杆菌 &微囊化双歧杆菌 姚朔影 夏枫耿 (广州市微生物研究所,广州 510250) 摘 要:双歧杆菌作为人体有益的生理菌群,从人出生一周内即终生定殖于肠道内,对人体健康发挥重要 作用。本文讲述双歧杆菌的主要生理功能,也指出目前双歧杆菌微生态制剂产品不耐氧气、不耐胃酸的局限性。 同时,介绍了一种应用微囊化技术生产双歧杆菌微生态制剂以提高双歧杆菌耐氧、耐酸性能的方法。 关健词:双歧杆菌,微囊化,微生态 Bifidobacteria and Microcapsulated Bifidobacteria Yao Shuoying,Xia Fenggeng (Guangzhou Microbiology Institute,Guangzhou 5 10250) Abstract:Bifidobacterium constitute an important part of the indigenous microbiota and play the most important role on the gastrointestinal tract of wal'nl——blooded animals.These microorganisms commence at birth and bifidobacteria become predominant in infants within one week.Th e following describes the beneficial attributes of dominance bifidobacterium , and many commercial products that contain living microorganisms of human intestinal orisin used to improve“intestinal balance”are now available.However,bifidobacterium are weak of surviving in an oxygen and gastric acid environment, a microcapsulated method though promotes high levels of bifidobacterium in the intestinal tract are introduced in this pa- per· Key words:Bifidobacteria,Microcapsulated,Microecology 双歧杆菌是 1899年法国著名的巴斯德研究所 Tissier博士发现的,他发现婴儿肠道内有一种多形 态的微生物,即双歧杆菌,而且在母乳喂养儿的肠 道中,它的数量远多于人工喂养儿。当婴幼儿患腹 泻时,双歧杆菌就会减少或消失。1900年奥地利 医生莫罗进一步验证,婴幼儿的健康与双歧杆菌在 体内的存在及数量密切相关。 双歧杆菌属于放线菌科双歧杆菌属(B 一 dobacterium Orla—Jensen 1924),是革兰氏阳性无 芽胞厌氧菌,广泛存在于人和多种动物肠道内,呈 Y字形、V字形、弯曲状、刮勺状等形态,其典型的 特征是有分叉的杆菌,因而取名为bitldus,拉丁语 的意思是裂开、分开之意。双歧杆菌不形成芽孢, 亚甲兰染色菌体着色不规则,无运动性,专性厌氧, 过氧化酶阴性,不还原硝酸盐,吲哚反应阴性,明胶 液化阴性,联苯胺反应阴性;最适生长温度37~ 41 c【=,最适发酵温度 35~40 c【=,最低生长温度25 ~ 28~C,最高生长温度43~45~C;起始生长 pH值 为6.7~7.0,在pH值为4.5~5.0以下或pH值为 8.0~8.5以上的环境中都不生长。 已发现人体内的双歧杆菌有九种,其中最主要 的有: bifidobaeterium longum(长双歧)、 bifidobaeterium breve(短双歧)、 bifidobaeterium infantis(婴儿双歧)、 bifidobaeterium adolescentis(青 春 双 歧 )、 bifidobaeterium bifidum(两歧双歧又称双叉乳杆 菌)。 双歧杆菌对糖类碳水化合物的分解代谢途径 不同于乳酸菌的同型或异型发酵,而是经由特殊的 维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国食品添加剂》 China Food Additives 2O04 No.6 双歧支路,其中果糖 一6一磷酸酮酶是其关键性的 酶。对葡萄糖代谢是按果糖 一6一磷酸酮酶途径水 解,最后生成乙酸和乳酸,二者摩尔比为 1.5:1,不 生成 CO 、丁酸、丙酸;DNA碱基组成摩尔百分比 为57~68。 目前认为,双歧杆菌是人体肠道正常菌群的优 势菌,对维持人体微生态平衡起重要作用,特别是 能够为婴幼儿的肠道健康提供独特的屏障作用,有 效地减少婴幼儿肠道感染的发病率。双歧杆菌在 婴儿出生后两天内即进入肠道定植,终生存在于人 体内,对儿童时期的生长发育、食物的消化吸收、生 物拮抗作用、免疫功能等均有十分重要的作用。 随着双歧杆菌有益于人体健康的不断发现,其 重要作用已越来越受到人们的重视。日本健康食 品协会将含有双歧杆菌的功能食品列为健康食品, 并指明双歧杆菌可用于产妇食品及幼儿特殊营养 食品中;在欧洲,双歧杆菌制品也已成为发酵乳制 品中发展最快的部分;世界卫生组织(WHO)将双 歧杆菌在肠道中数量的多少作为衡量人体是否健 康的一个重要标志。 1 双歧杆菌的主要生理功能 1.1 微生态屏障作用 双歧杆菌对人体内的腐败菌及病原菌、病原性 埃希大肠杆菌,金黄色葡萄球菌、痢疾志贺氏菌、伤 寒沙门氏菌、变形菌等具有抑制作用。体外实验证 实,它对痢疾杆菌、伤寒杆菌、乙型付伤寒杆菌、变 型杆菌、致病性大肠杆菌、产气荚膜杆菌、绿脓杆 菌、葡萄球菌以及某些真菌如白色念珠菌具有拮抗 作用。 双歧杆菌可迅速在肠粘膜定植,形成有益菌屏 障,密布于肠粘膜上形成菌膜,使致病菌无法定植; 可产生胞外糖苷酶,降解肠粘膜上有利于致病菌粘 附的受体;产生大量醋酸和乳酸,降低肠道pH和 Eh,使肠道酸化,阻止致病菌增殖,收敛胃肠炎症; 增加肠道蠕动,加快致病菌排出,刺激肠道免疫细 胞,提高免疫球蛋白A(IgA)浆细胞产生能力,进而 维持肠道微生态平衡,提高肠胃及免疫系统对疾病 的抵抗力。 双歧杆菌还可应用于因大量使用抗生素而导 致的伪膜性肠炎。有人采用双歧杆菌制剂治疗伪 膜性肠炎380例,临床总治愈率无明显差异,但临 70 床副作用和复发率均明显降低。 1.2 双向调理胃肠功能 双歧杆菌分泌的大量短链脂肪酸,可酸化肠 道,其结果能控制由有害菌引起的异常发酵,使肠 道内渗透压增高,刺激胃肠蠕动,促进排便;同时如 果肠内细菌丛失去平衡,有时就会引起细菌性的腹 泻。 通过口服微囊化双歧杆菌对慢性腹泻患者临 床观察研究表明,在服药两周以后,患者大便次数、 形状正常,临床症状消失,其总有效率为90.3%, 复发率低。许多国内医院已将双歧杆菌制剂作为 治疗慢性腹泻的首选药物。因此,双歧杆菌能双向 调节便秘、腹泻。 1.3 清除人体内毒素。防治各种疾病 蛋白质在肠内被有害菌分解时,会形成胺、氨、 吲哚(indole)、硫化氢等腐败物质。这些毒素进入 血液中,对于肝脏会产生很严重的负担及损伤;被 人体吸收后,即成为便秘、腹泻、癌症、高血压、肿瘤 等各种疾病的原因。实验证明把双歧杆菌引入肝 病患者,发现血液中氨、游离血清酚及游离的氨基 酸明显减少,尿中的游离酚和游离的氨基酸也明显 减少。 双歧杆菌还可清除肠内致癌原如亚硝酸胺等, 能明显降低实验动物的肿瘤发病率,延长肿瘤动物 生存期。 双歧杆菌等有益菌还可以影响胆固醇的代谢, 将其转化为人体不吸收的类固醇,降低血液中胆固 醇的浓度,因而对高血压和动脉硬化有一定的防治 作用。 周宇芳等将双歧杆菌用于治疗早期新生儿高 胆红素血症,发现双歧杆菌联合蓝光治疗比单向蓝 光治疗有显著性差异(P<0.01);大连物化研究所 将其应用在糖尿病和透析患者的防治上也取得良 好的效果。 1.4 抗衰老作用 自由基和过氧化脂质被认为是机体在代谢过 程中产生的对宿主细胞有害的物质,它们能加速细 胞的衰老与死亡。双歧杆菌体内含有过氧化物酶、 过氧化物歧化酶 SOD等,有清除自由基及过氧化 脂质的能力,可减少自由基等致衰老物质的产生, 因而能净化人体内环境,延缓细胞的衰老,促进人 体健康。 维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国食品添加剂》 China Food Additives 2OO4 No.6 欧美和日本的微生态学家调查表明,长寿老人 粪便中的双歧杆菌数量与中、青年相当。我国科学 家对广西巴玛地区长寿老人的调查也得出相同的 结论。 双歧杆菌抗衰老的原因,是因为双歧杆菌能抑 制腐败菌生长,减少其代谢产物中的氨、硫化氢、蚓 跺及粪臭素等有害物质的生成。 1.5 促进各种营养的吸收 双歧杆菌可分泌多种酶类,促进食品的降解与 吸收;维持肠道酸性环境,有利于Ca¨ 、Fe“和维 生素D的吸收,有助于防止缺铁性贫血和软骨病; 双歧杆菌发酵乳糖产生半乳糖,是构成脑神经系统 中脑苷脂的成分,与婴儿出生后脑的迅速生长有密 切关系;双歧杆菌可以产生维生素 B。、B 、B 、B。 及丙氨酸、缬氨酸、天冬氨酸和苏氨酸等人体必需 的营养物质,使人体通过合理的膳食即可摄取足量 的多种营养素,对于人体具有不容忽视的重要营养 作用,尤其对加强孕产妇、哺乳妇女、儿童、老年人 的营养有重要的意义。 随着人年龄的增长,双歧杆菌在肠道内逐渐减 少,体弱多病的人群肠道内该菌几乎消失。而治疗 疾病时常用的抗生素则对双歧杆菌有杀灭作用,根 据双歧杆菌对人体所起到的重要生理功效,有必要 设计和采用外源性补充双歧杆菌,双向调节人体微 生态环境,通俗来讲,就是通过口服双歧杆菌活性 菌制品来防治疾病,增进人体特别是亚健康人群的 健康。 2 双歧杆菌制剂的应用局限性 由于双歧杆菌广泛的生物学作用,使它成为国 际国内健康产业看好的一种有益菌,我国卫生部已 将其列入可采用的益生菌。日本是世界上生 产双歧杆菌制剂最早、品种最多的国家,产值超过 100亿日元的制剂厂不下 l0家。 我国目前已经开发出多种双歧杆菌制剂系列 的药品、保健品、食品等等。双歧杆菌制剂是利用 宿主自身的优势生理菌作为发酵剂,通过工业化发 酵扩大培养制成活菌制剂,再回归宿主原来的环 境,达到调节或维持机体正常生理状态的制品。 但是,双歧杆菌生理学性质决定双歧杆菌人工 培育存在一定难度: (1)对营养成分要求极为严格和复杂; (2)厌氧条件较为严格; (3)在pH值低的环境下存活时间短。 氧气、光线、水份、湿度及培养基质等因素也有 不同程度的影响。 成功的人工培养必须达到高活性和高密度的 要求。由于双歧杆菌在发酵过程中不断地产酸,而 其自身对酸的耐受性极差,这个矛盾是高密度培养 过程必须解决的关键技术问。所以在培养基的 设计以及发酵过程的控制方面也就显得格外严格。 另外,双歧杆菌必须是活菌制剂才能发挥其生 理作用,而水分的存在会加速其发酵老化而失活, 故双歧杆菌制剂多以冻干粉的形式存在,冷冻干燥 也保证该制剂高活性的必然手段,干燥过程的控制 也是本项目的另一难点。 同时,双歧杆菌对保存环境的要求也比较高, 主要表现为对氧气极为敏感,不耐胃酸,容易失活。 常温下保存几天,就会下降一个数量级,冻干粉在 一 般贮存温度下也只能保存几个月。 双歧杆菌要对人体产生有益作用,必需安全通 过胃环境,以大量活菌形式到达肠道并定殖于肠粘 膜上,但由于胃酸的杀菌作用,人体服用的绝大多 数双歧杆菌在此过程中因失活而失去作用,最终存 活于肠道的微乎其微。这是双歧杆菌制剂最大的 技术难题,也是我国微生态制品未能取得突破性进 展的根本原因。 3 微囊化双歧杆菌的开发应用 由于现有双歧杆菌制品的局限性,因此剂型的 改进有着十分重要的意义。从目前来看,如何保持 双歧杆菌活菌的数量和质量,如何使活菌安全通过 胃酸,如何提供足量的活菌以便充分发挥生理功能 等问题都成为研究的课题。目前主要的研究方向 有: 3.1 对双歧杆菌菌种的选育驯化。 目前国内外双歧杆菌制剂的研究开发主要集 中在耐氧、耐酸优良菌株的选育以提高活菌存活的 数量和质量,特别是使大量活性菌安全通过胃酸第 一 关:如华南理工大学生物学院经过多年的驯化, 已筛选出兼性微需氧菌种。而耐酸菌株的选育则 是努力的方向。有报导称 日本微生物学家也正朝 这方面努力:例如尝试将双歧杆菌分泌酸的DNA 序列切下,转人大肠杆菌并克隆表达。2003年有 71 维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国食品添加剂》 China Food Additives 2oo4 No.6 报导称日本开发出利用转基因的双歧杆菌切断癌 细胞的营养供应、进而抑制肿瘤组织生长的新技 术,它将来可用于治疗癌症。 3.2 双歧杆菌株微囊化技术的研究开发。 目前从国内外开发的双歧杆菌生产剂型来看, 主要有口服液、粉剂、片剂、胶囊等。但因为双 歧杆菌对氧气及胃酸的敏感性,工程技术人员更多 地把注意力放在微胶囊技术上,并取得可喜的成 果。 日本森下仁丹公司采用疏水微胶囊技术一次 性把l0亿个活菌安全送到肠道;广州市微生物研 究所采用混合双歧杆菌株进行优化培养后,以天然 无毒的耐胃酸肠溶为囊衣,用流化喷雾微型包 囊法,制成双歧杆菌联菌活菌微囊,双歧杆菌活菌 数可达100亿爪/克以上,产品具有良好的功能性 质和贮存稳定性。 采用微囊技术可以突破传统工艺所难以解决 的问题,极大地促进了双歧杆菌微生态制剂的应 用,这种技术的优点在于: I.双歧杆菌活性高,每克含活菌 l0 个以 上。 Ⅱ.双歧杆菌在微囊的保护作用下,能免受胃 酸的杀灭作用而进入肠道,囊衣在肠液的作用下 20分钟内全部崩解,提供足量的活性菌以充分发 挥生理功能。 Ⅲ.微囊化双歧杆菌能对抗不利的环境并在 贮存期内保持高活性。 以下是微囊化双歧杆菌与双歧杆菌冻干粉的耐酸及稳定性对比: (实验数据由华南理工大学食品与生物工程学院提供) 表 1 人工胃液处理试验 4 展望 一 百多年来,科学家对双歧杆菌的研究从未停 止过,对于双歧杆菌的生理活性如抗肿瘤作用、免 疫赋活作用、抗变异原性等,已逐步被人们所了解 及接受。鉴于双歧杆菌的严格厌氧,生物学家已将 抗肿瘤药物与其基因接合达到靶向准确、疗效确 切、降低毒副作用的目的。 随着双歧杆菌研究的不断深入及新型制剂的不 断开发,将有助于生理学、保健科学、病理学的新突 破,双歧杆菌产品具有巨大的潜力和广阔的市场。 参考文献 1.1.Korschunov,V.M.,V.V.Smeyanov,B.A.Efimov,N. P.Tarabfina,A.A.Ivanov,andA.E.Baranov.1996.Ther- apeutic use of an antibiotic—-resistant Bifidobaeterium prepara-· tioninmen elpo~dto high—dose g—irradiation.J.Med.Mi— erobio1.44:70—74. 2.Tsai,S.一J.,and J.B.Luehansky.2000e.EvMu~ion of synbiotie cocktail containing bifidobaetefia and laetobaeiUi as the probiotie component and non—digestible oligosaeeharides as the prebiotie component in neonatal piglets(submitted) 维普资讯 http://www.cqvip.com
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