益生菌健康功能及产品开发进展

时间:2021-02-22 15:05:04     浏览:757 

益生菌健康功能及产品开发进展

  • 关键词:益生菌;肠道健康;免疫;滢养元

摘要:益生菌是对人体健康有益的细菌的总称,能够分布在皮肤,口腔,肠道等多个器官,并且与皮肤健康,预防龋齿,提高消化和免疫功能等密切相关。益生菌的功效已被越来越多的消费者所认识,并且被食品企业开发成不同种类的产品,并通过结合益生元、营养物质或后生元来促进益生菌功效的发挥。在功能性食品市场中,能够改善肠道功能的益生菌类产品占据主要的地位。 

 

在人体内,人体细胞多达30万亿,但是细菌的细胞数可达39万亿,它们在整个胃肠系统 中无处不在,且与人体共生,并发挥着重要的保护作用。益生菌,简而言之,即为有益于人的细菌,初是指在人体肠道中发现的有益于健康的细菌。因为大量益生菌的存在,肠道被认为是人体重要的“器官”:人体中95%的营 养由肠道吸收,80%的毒素靠肠道排出,80% 的病原菌通过肠道进入人体,70%的免疫力由肠道决定,多种人体必需的营养素只能通过肠道有益菌合成,可见肠道中的益生菌对于疾病预防和改善身体机能具有至关重要的作用。近年来,随着益生菌研究的发展,除肠道外其它人体器官中的有益微生物也逐渐被认识,并被统称为益生菌,如皮肤益生菌,口腔益生菌,呼吸道益生菌等,因此,世界卫生组织将益生菌定义为:“活的微生物,当使用量足够时能给宿主带来健康益处”[1]。

 

对益生菌的研究早可以追溯到1899年, 法国巴斯研究所的科学家Henry Tissler检测到母 乳喂养的婴儿肠道中存在一种“Y”型细菌,称之为双岐杆菌,从此开启了益生菌研究的大门。近年来,随着人们对益生菌功能的认可,对其研究也越来越多(图1),经过研究发现,乳酸菌和双歧杆菌是结肠菌群中主要的益生菌种类,也是人们研究多的益生菌。嗜酸乳杆菌天然存在于人的胃肠道中,在乳制品中已有悠久的应用历史,其安全性已被许多研究充分证明。将双歧杆菌添加到食品中,也可以起到益生菌的目的,从而提供针对胃肠道感染和炎症性肠病的保护作用,拮抗病原体,并赋予免疫系统抗过敏特性。 

 

益生菌的功能

 

1、保持肠道健康

 

肠道黏膜免疫系统包括肠道淋巴组织、淋巴细胞及淋巴分子,是人体大的免疫器官,肠道菌群的平衡和稳定对其生理功能具有重要影响。当肠道菌群失衡,有害菌通过产生毒素,引起肠黏膜损坏,进而导致机体出现感染。 益生菌能够抑制肠道中病原菌的增殖增强肠道屏障功能[2]。

 

益生菌的抗菌活性包括:

1)分泌细菌素/防御素;

2)与病原菌的竞 争性抑制;

3)抑制细菌的附着/易位;

4) 降低肠腔内pH,抑制病原菌定植。

 

研究发现乳酸杆菌可以产生多种细菌素,能够有效抑制某些革兰氏阴性致病菌及霉菌的活性,并且能够减少幽门螺旋杆菌对肠上皮细胞的粘附能力,从而抑制此病原菌感染。许多肠道疾病,例如炎症性肠病(IBD),都与肠上皮屏障功能破坏有关,而益生菌可以通过增强小肠屏障功能来调节黏膜细胞间相互作用,维持黏膜细胞的稳定性。虽然益生菌增强肠道黏膜屏障功能的机制尚不清楚,但是益生菌可能改变肠黏膜的黏液分泌,影响肠上皮细胞中功能蛋白的重新分布,还可能维持黏膜细胞骨架结构,进而稳定小肠屏障功能。 

 

2、增强免疫力

 

胃肠道和呼吸道病原体感染是世界范围内主要健康问题之一。益生菌在人体内具有免疫调节作用和抗炎活性,能影响体液以及细胞介导的全身性免疫反应,有效抵抗胃肠道和呼吸 道感染[3]。虽然益生菌的免疫机制尚不明确, 但其可能的作用方式包括:

 

通过刺激淋巴细胞分泌免疫球蛋白IgG、IgA和IgM来增强体 液免疫应答。研究表明,鼠李糖杆菌可活化抗细胞凋亡蛋白激酶,通过诱导淋巴因子来抑制小鼠结肠上皮细胞凋亡,同时增加小鼠脾细胞分泌细胞因子,上调黏膜表面IgA抗体水平。双歧杆菌能激活体液免疫,阻断大肠埃希菌在肠道黏膜上皮细胞的吸附。

 

增强自然杀伤细胞(NK)在人体内的活性,提高巨噬细胞吞噬能力,加强机体非特异性免疫作用。实验发现,双歧杆菌能明显促进小鼠腹腔巨噬细胞吞 噬能力,提高小鼠NK细胞活性。

 

刺激T细胞分泌白介素、干扰素等淋巴因子,增强机体细胞免疫应答。乳酸杆菌能使肠上皮淋巴细胞解毒活性增强,诱生多种淋巴因子,同时增强单核巨噬细胞的吞噬作用,杀死肠道病毒及其他细菌。 

 

3、保持口腔健康

 

口腔是消化道的入口,具有特殊的微生态环境。近年来,有学者发现多种益生菌能够通过抑制致病菌粘附定制、释放抗菌物质、调节黏膜免疫反应等实现对龋齿、口腔念珠菌病、牙周病、口臭等口腔疾病的防治[4]。

 

益生菌能通过降低口腔pH值,防止牙菌斑和牙结石的形成,同时抑制有害菌的增殖,预防牙周病的发生。鼠李糖杆菌、双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、乳酸链球菌等益生菌对致龋病有抑制作用;也有学者认为益生菌对致龋菌无抑制作用,反而加速牙齿脱矿致龋的进程。虽然目前有关益生菌能抑制龋齿病的证据不足,但临床研究已确定益生菌可以用于牙周病的治疗。此外,使用益生菌制剂还能缓解口臭现象:口臭主要是由口腔内细菌发酵产生挥发性硫化物所引起。有学者为口臭患者服用益生菌唾液乳杆菌,发现患者口臭的各项指标有明显下降, 牙周出血也有所减少。

 

4、皮肤健康

 

皮肤是人体暴露面积多的器官,也是保护机体内各种器官和组织免受病原微生物侵袭的第一道防线。皮肤疾病能够造成患者身体不适而影响患者的生活质量。现代科学研究认为益生菌能够改善人体肠道菌群及其功能,调节全身性免疫应答活动,可能改善与人体皮肤相关的病原菌感染[5]。据报道,为婴儿补充益生 菌能有效缓解过敏性皮炎的症状,降低高风险婴儿过敏性湿疹的发生率。益生菌的另一项功能可能是为皮肤提供保护屏障:口服益生菌可能成为保护皮肤免受紫外线辐射伤害的新方法;近的一项双盲随机临床研究表明,皮肤干燥和敏感的女性志愿者在使用了发酵乳制品进行为期24周的皮肤营养干预后,她们的表皮水分流失明显减少,角质层的屏障功能也有了改进。丝状弧菌也可能用于改善过敏性皮炎和脂溢性皮炎,对皮肤免疫系统具有深远的影响。 

 

益生菌产品的发展

 

1、第一代益生菌

 

早的益生菌补充剂实则为人类吃的发酵食品,在发酵食品中存在大量的乳酸菌。当人类开始食用发酵食品的时候,发酵食品中的乳酸菌进入人体肠道,改善了人类的肠道菌群。1965年,Lilley 和Stillwell 对益生菌进行定 义:促进其他微生物生长的活菌。第一代益生菌补充剂,以此为基础,通过使用包埋剂简单包埋了一个或多个益生菌之后给人体服用来改善肠道微生物。而由于人类服用益生菌补充剂的时候,往往肠道是处于紊乱的状态,病菌的数量较高,在这种条件下,益生菌进入不适宜生存的环境,往往不能快速或无法战胜病菌。

 

2、第二代益生菌产品

 

益生元被定义为不可消化的食品成分,可通过选择性刺激结肠中特定细菌的生长和/或活性,从而改善宿主健康 [6]。益生元被证明可 以有效增殖肠道内的益生菌,是调控肠道微生态健康的简单而且有效的手段。近的研究也发现,通过补充益生元,不仅对改善便秘、促 进肠道蠕动等有效果,而且对“三高”、肥胖等 常见的代谢健康问题,对人体自身情绪的调节和儿童自闭症等情绪、精神健康问题也有一定的效果。 

 

益生菌和益生元可以结合在共生制剂中(共生元),这些混合物以不同方式有益地影响宿主,例如,通过改善消化道中益生菌的存活率和定植;特异性地刺激一种或几种益生菌的生 长和/或激活其代谢,从而改善宿主的健康状况[7]。当前,受人们关注的益生元就是功能性低聚糖。母乳当中含有丰富的低聚糖(HMOs),含量大约在5-8g/L,能够维持婴儿 肠道的微生态平衡,还能提高婴儿免疫力,促进大脑发育等,到目前为止,在母乳中鉴定出 的低聚糖大约有130种。其他动物乳中,山羊乳 中HMOs的含量较高,为0.25-0.30g/L,是牛乳 的4-5倍,是绵羊乳的10倍左右,而且在结构上 也接近母乳[8]。 

 

第二代益生菌补充剂产品则是基于该种机理制作的产品。当益生元和益生菌共同摄入到人体体内中,由于益生元给益生菌提供了营养物质,使得益生菌可以有效地在人体肠道内进行生长。而益生元往往不能被病菌所利用,所以依附在人体肠道黏膜上的益生菌可以战胜病菌。 

 

3、第三代益生菌

 

肠道健康问题,如腹泻等由肠道菌群失调引起,改变肠道壁离子通道通透性,导致机体营养流失严重。因此随着对该类疾病认识的深入,在设计共生元产品时,人们又添加其它的营养物质(如维生素,矿物质,脱脂奶粉,乳清蛋白,酪蛋白磷酸肽等),在改善肠道健康的同时,补充机体失去的营养,从而快速恢复健康。研究表明,通过补充葡萄糖酸钙锌有助于 佐治小儿轻度腹泻[9]。一些益生菌产品中也 会添加酪蛋白磷酸肽,增加钙在体内的滞留时 间,使钙在被肠壁细胞吸收后才被释放出来[10]。

 

益生菌要正常发挥其功效,益生菌产品和宿主中都需要保持活性和代谢稳定,且要达到一定数量(>107 cfu/g)[11]。如何保证益生菌经过人的口腔消化道,不被唾液酶,胃酸,胃蛋白酶等破坏就尤为重要。通过其他营养物质,如蛋白质对益生菌进行包埋是一种研究较多的方法。由于蛋白质具有良好的乳化特性和较低的粘度,若以此为壁材,采用温和的凝胶机制(如用凝乳酶交联乳清蛋白等),可以获得粒径较小且包埋率较高的益生菌微胶囊[12]。除了保护作用外,这些蛋白质营养物质及其水解产 物对益生菌的增殖也有重要的促进作用[13]。如κ-酪蛋白可以促进婴儿双歧杆菌株S12的是生长,且经过胃蛋白消化后,促进作用更好。山羊和绵羊奶中共同提取的乳清蛋白的浓缩物 (whey protein concentrate,WPC),可以促进 牛奶中乳酸双歧杆菌的生长。在牛奶中加入2% WPC培养24h,活菌数可达109 cfu/mL [14]。 

 

4、第四代益生菌

 

随着分子技术和组学技术的发展,人类逐渐理解到益生菌发酵之后会产生许多有利于益生菌自身和人类健康的产物,称作后生元(滢养元, postbiotics),它们可以由特定的植物乳杆菌、唾液乳杆菌、长双歧杆菌、嗜酸乳杆菌进行发酵生产。这类产物包括短链脂肪酸(SCFA)、酶类、 多肽类、磷壁酸、肽聚糖衍生物-胞壁肽、内源性和外源性多糖、细菌外膜蛋白、维生素、胆汁酸、缩醛磷脂以及长链脂肪酸等。后生元经过试验验证,可以抑制弯曲杆菌,大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等病菌的生长;可以促进双歧杆菌、鼠李糖乳杆菌等益生菌的生长;更可以通过分泌酵素促进人体对蛋白质、碳水化合物和脂肪酸的消化分解。通过加入后生元,可以在人体服用该益生菌补充剂的时候,先主动地为益生菌创造合适的生长环境,抑制病菌的竞争,三维立体地发挥益生菌的功效。

 

因此,第四代益生菌产品在添加益生菌,益生元,营养物质的基础上,又通过添加后生元(滢养元),创造有利于益生菌生存的环境,更好的促进益生菌生长,并抑制有害菌,改善肠道菌群,提高免疫力。 

 

结语

 

随着研究的深入,人们逐步认识到对益生菌对人体有诸多益处,如改善肠道微生态,调节肠道菌群失调,改善肠道屏障功能和增强机体健康水平等。益生菌及其制品到现在已发展至第四代,并因其优良的医疗、保健、和经济效果被越来越多的消费者所接受。未来,会有更多关于益生菌对机体免疫功能及相关疾病作用机制的研究,为开发功能更全面的益生菌产品提供强有力的科研支持。 

 

 

 

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