益生菌及其制剂的应用及研究进展

.学 号 2012090095分类号本科生学年论文题目：益生菌及其制剂的应用及研究进展 院 （系） 农学与生命科学学院专 业 班 级 生物科学12级学 生 姓 名 陆 金 苗指导教师（职称） 王健（副教授）提 交 时 间 二一四 年十二月益生菌及其制剂的应用及研究进展陆金苗（安康学院农学与生命科学学院2012090095）摘 要 :目前已经对益生菌的作用机理进行了深入和广泛的研究, 获得了许多使用益生菌的经验。近些年来, 分子生物学特别是基因工程技术的发展将益生菌的理论和应用研究推向了一个新的高度。从益生菌菌株的鉴定、菌株的遗传学修饰、益生菌功能基因组学和安全性等几个方面, 综述了近年来国际上在分子水平上研究益生菌的技术方法、获得的主要研究成果和面临的挑战, 并提出了益生菌研究的发展方向。关键词: 益生菌； 益生菌制剂； 益生菌的研发1.益生菌1.1什么是益生菌益生菌是一类对宿主有益的活性微生物，是定植于人体肠道、生殖系统内，能产生确切健康功效从而改善宿主微生态平衡、发挥有益作用的活性有益微生物的总称，如常益生益生菌。人体、动物体内有益的细菌或真菌主要有：酪酸梭菌、乳酸菌、双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、放线菌、酵母菌等。 目前世界上研究的功能最强大的产品主要是以上各类微生物组成的复合活性益生菌，其广泛应用于生物工程、工农业、食品安全以及生命健康领域。1.2益生菌与乳酸菌的区别1）益生菌是从有益宿主健康出发给出的定义，目前研究较热的益生菌有：双歧杆菌、乳杆菌、芽孢杆菌、丁酸梭菌等，其中双歧杆菌、乳杆菌和芽孢杆菌都属于乳酸菌类，因此益生菌包括了部分乳酸菌，而乳酸菌不全是益生菌。益生菌的四种菌种：目前常用的益生菌种类主要有乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌、光合细菌等几大类。2）乳酸菌一般是指能发酵糖，主要生成乳酸的细菌的总称。乳酸菌是从发酵糖产生乳酸的机理方面考虑给出的概念，对人类生活有益的乳酸菌有：双歧杆菌、乳杆菌、链球菌、明串珠菌等。并不是所有的乳酸菌都有益于人类健康，也有一些乳酸菌对人体是有害的，如有害的利斯特氏菌。在谈论乳酸菌时应该注意二个方面：乳酸菌是一种细菌；能发酵糖类生成乳酸。1.3作为益生菌应该具备的条件（1）对宿主有益（2）无毒性和无致病性作用（3）能在消化道存活（4）能在消化道表面定殖（5）能适应胃酸和胆盐（6）能够产生有用的酶类和代谢物（7）在加工和储存过程中能保持活性（8）具有良好的感官特性1.4益生菌的作用（1）产生重要的营养物质。（2）帮助营养物质的消化吸收。（3) 预防和治疗某些疾病，如肠道综合症、呼吸道感染、过敏、口臭、胃溃疡等。（4）抵抗细菌病毒的感染，提升免疫通过三大步骤，益生菌可清除有害菌对身体的伤害：抑制有害菌的生长;益生菌通过产生杀灭有害菌的化学物质，及与有害菌竞争空间和资源而遏制它们的生长;抑制有害菌产生毒素;清除有害菌产生的毒素,如：凝结芽孢杆菌。 （5）保健功能：改善制品风味，提高蛋白质、脂类和维生素等的代谢; 调节肠道功能;降胆固醇抗高血压功能; 增强免疫力;抗癌、抗肿瘤作用。（6）其他作用：益生菌对人体的生理活性还包括缓解乳糖不耐症；防止有害物质产生、延缓人体衰老；促进生殖泌尿系统健康；抑制有害菌、防止腹泻；抗高血压、减少心血管疾病的发病率；降低与酒精中毒性肝病相关的内毒素的作用等等，这些作用到现在都得到了不同程度证实和临床验证。1.5益生菌的作用机制1.5.1 益生菌对病原菌的拮抗效应（1）通过改变肠道环境抑制有害菌生长 很多有益菌，通过产生有机酸来提高肠道酸度。于乳酸菌较致病菌（如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等）更耐受酸性条件，可以在较低的pH值下生存，而致病菌则受到抑制。同时还有益生菌具有很强的耗氧能力，可使肠道内形成相对的氧化环境，从而抑制了具有好氧特性的病原菌的生长。 （2）通过产生某种抗菌物质抑制有害菌生长有益菌除产生有机酸外，还可产生醇、过氧 化氢、丁二酮等，还可合成溶菌酶以及其它抗菌物质，如乳酸菌素、乳链菌素、嗜酸、菌素等。这些产物对肠道病原菌都具有抑制作用。 （3）在肠道内与有害菌竞争营养素 肠道内虽然富含营养素，很难对微生物菌系产生影响。但如果某种营养素能够成为限制因素时，营养素的竞争机制就会充分发挥作用。 （4）通过占据肠道位置阻止病原菌附着 沙门氏菌粘附于肠膜或滞留在盲肠内，是病原微生物存在于寄主消化道，产生临床症状的前提条件。1.5.2 营养素的提供 （1）益生菌素可为动物机体提供多种对其生长发育有益的物质，如维生素（尤其是B 族维生素）、氨基酸、核酸、多种酶类，以及其它促生长物质。幼畜禽消化道的各种 消化酶类通常是比较缺乏的，益生菌为其所提供的各种消化酶可起到帮助消化、促 进生长的作用；这些酶可将碳水化合物和脂肪分解为糖和氨基酸等可利用的成分，促进能量的供应；益生菌所提供的纤维素酶等还可帮助饲料中纤维素等不易消化的成分分解，以利于消化和吸收；酶还可降低食糜的粘稠度，有利于动物对能量和蛋的吸 收；益生菌素中的细菌聚磷酸盐还参与糖向细胞内的转运，执行己糖激酶的功能。 （2）益生菌素除可直接为机体提供多种营养素以外，还可通过多种途径提高机体对 养分的利用率。例：产酸菌对肠道环境的酸化作用等。因为机体对养分的消化过程 依赖于此过程中的PH值和理想的温度。各种消化酶都有其发挥活性的最适PH值和 温度。淀粉酶的最适PH值为6.5，糖化酶的最适PH值为4.4。因此某些益生菌素对 肠道的酸化作用有助于动物对养分的消化吸收。另外，有机酸还可加强肠的蠕动和分泌，从而促进饲料的消化，提高钙和镁等重要元素的吸收。 1.5.3 剌激机体的免疫功能 对初生的动物来说，都存在着自身免疫力下降，主动免疫逐渐建立的时期， 益生菌素类的产品可刺激动物主动免疫系统的较早建立，增加其防病抗病能力。因为动物体内正常的微生物菌系对机体的免疫系统具有重要的刺激作用，含有活性微 生物的益生菌素的使用可刺激动物肠道管免疫系统细胞，提高局部免疫机能和抗病 能力。另外，作为发酵饲料的含益生菌素，其剂量的持续刺激可使动物机体的一般非特异免疫功能得调动和提高，因而提高了其整体的抗病能力。实践也已证明，通 过饲喂乳酸菌和酵母菌发酵饲料能提高干扰素的活性和巨嗜细胞的活性。而且这种 效果并不是由于肠道内微生物系改变所造成，而是由于嗜菌作用活性被激活和肠道 产生抗体所致。 1.5.4 净化肠道内环境 益生菌素的使用可减少氨及其它腐败物质的生成，阻碍肠道内细菌产生胺，中和大肠杆菌内毒素等毒性物质。如，从保加利亚乳酸杆菌制备的无细胞成分，可中和大肠杆菌毒素。饲喂这种有效成分饲料的仔猪，腹泻发病率极低，生长不受影响。另外，动物肠道的大肠杆菌和其它病原菌对氨基酸具有脱羧作用，产生有毒的胺。而饲喂含益生菌素发酵饲料的动物，可防止这样的毒性物质在体内的合成。益生菌素还参与某些过多消化酶的灭活，及某些其他内、外源物质的解毒。 五. 减轻机体的应激反应饲料条件的改变、恶劣的环境、微生物的入侵以及药物治疗等，都可导致动物的应激反应，使肠道内微生物的次要菌系，特别是大肠杆菌的数量增加。这些微生物的代谢产物会给动物机体带来危害，而且这些菌体数量的增加本身也破坏了肠道内微生物菌系平衡。2.益生菌制剂的开发应用21益生菌的临床应用2.1.1预防与治疗腹泻腹泻患者多存在肠道菌群失调，益生菌制品通过增加腹泻患者肠道内有益菌数量和活性，抑制致病菌生长，达到恢复正常菌群平衡，缓解腹泻症状的作用，对成人或小儿细菌性腹泻、菌痢以及顽固性和难治性腹泻均有良好的预防和治疗作用1。2.1.2肠易激综合征(IBS) IBS发病机制目前还不完全清楚，从已有的研究发现，IBS 患者普遍存在肠道微生态失调，微生态失调从各个方面参与了IBS 症状的发生、发展。益生菌治疗IBS在部分研究中证实已取得一定的疗效，但受方法学限制及对肠道菌群不完全了解，还无法明确肠道微生态失调与IBS 的因果关系。然而对肠道微生态的研究，为理解IBS 病理生理和治疗提供了新思路2。 2.1.3炎症性肠病(IBD)IBD包括克罗恩氏病(CD) 和溃疡性结肠炎(UC)，其病因和发病机制目前尚不清楚。临床研究发现, IBD患者肠道内存在菌群失调、正常细菌的数量减少的症状，若给患者补充正常细菌即益生菌，使肠道内菌群失调得到纠正，可使病情缓解，与5-氨基水杨酸一样起到防止溃疡性结肠炎复发的效果3。 2.1.4幽门螺旋杆菌(HP)的治疗 三联疗法的主要不良反应是胃肠道反应,黄瑞珍等4研究了三联疗法抗HP 治疗对功能性消化不良患者肠道微生物的影响。结果显示，治疗后肠道菌群中肠杆菌、双歧杆菌、乳酸杆菌等明显降低，60%的患者出现纳差、腹泻症状，显然三联疗法中的抗菌药物将肠道正常菌群敏感菌杀灭，造成一系列胃肠道反应。临床研究中在三联疗法中加入益生菌，结果所有补充益生菌的患者腹泻、纳差和味觉障碍均明显减少。2.1.5抗肿瘤益生菌通过抑制前致癌物转化为活性致癌物细菌生长，直接抑制肿瘤细胞的生长；或使结肠癌有关酶(硝基还原酶、- 葡萄糖苷酸酶) 活性降低；或与活性致癌物结合而抑制其吸收等方式抑制肿瘤发生；增强单核吞噬细胞功能和肿瘤局部免疫反应，提高机体细胞免疫功能，促进红细胞免疫功能；减少肠致癌物形成，减少其活性成分，产生乳糖，降低肠内pH值和肿瘤诱生物的活性，从而降低肿瘤发生率；抑制突变剂致突变，抵制细胞畸变5。 2.1.6治疗缓解各种便秘虽然健康人、成年人和病人都有便秘体验，但对于老年人，尤其是习惯性便秘者，便秘是一种主要消化隐疾。便秘者粪便菌群发生改变，双歧杆菌和拟杆菌数减少，尤其是梭菌减少。益生菌被认为可以缓解便秘，可在体内代谢产生多种有机酸，使肠腔内pH降低，进而调节肠道正常蠕动，有效缓解便秘。2.1.7肝性脑病除常规治疗外， 还应注意恢复肠道内微生态的平衡， 自临床上应用乳果糖治疗肝性脑病以来，收到了良好效果。乳果糖除可酸化肠道、减少氨吸收外，临床研究结果还显示肝硬化患者服用乳果糖后，肠道厌氧菌增加，双歧杆菌增多，类杆菌减少，血氨水平下降，从而改善肝脑临床症状6。2.1.8慢性肝炎和肝硬化有研究显示，肝硬化患者存在菌群失调并伴有不同程度内毒素血症，且这种菌群失调与肝功能损害程度成正比7。微生态制剂可以减轻肝硬化时细胞损伤及细胞器变形程度，减慢假小叶形成速度以及改善肠黏膜功能8，改善肝硬化患者症状，促进黄疸消退，降低患者转氨酶并增高白蛋白，消除内毒素血症，同时可升高双歧杆菌与大肠杆菌比值，对肝硬化并发症如自发性腹膜炎也有一定的防治作用。2.1.9急性胰腺炎诱发实验动物发生重症急性胰腺炎后，在疾病开始后612 h内小肠末段和结肠内厌氧菌以及乳酸杆菌数量就开始下降，同时伴随着某些致病菌如大肠杆菌、肠球菌数量增加。此外,禁食和大量使用抗生素会进一步加重肠道菌群紊乱发生，导致生物屏障破坏。使用益生菌可以促进肠黏膜生长，刺激黏液素生成，增强肠道免疫功能，调整肠内菌群失调，减轻重症急性胰腺炎患者肠黏膜损害，调整菌群失调，保护肠屏障功能，对防治重症急性胰腺炎肠内细菌易位和肠源性感染具有重要作用。从而可以为防治急性重症胰腺炎继发感染提供有效的生物途径93.益生菌的研究进展3.1食品中的应用1 ）益生菌在酸奶中的应用：酸奶通过微生物或酶作用使牛奶发生生化改变，易产生对人体有益的成分，易于保存。2 ）益生菌在干酪中的应用：干酪也可作为益生菌的载体，因其既有发酵剂作用又兼具对人体独特的生理功能。3） 益生菌在功能性食品中的应用：功能性食品中常见益生菌主要指两大类乳酸菌群：一类为双歧杆菌，另一类为乳杆菌。4）功能性食品添加剂：可以赋予产品芳香，提高产品风味，减少香精、香料在产品中的添加，从而使产品更趋于天然、绿色，更易于被消费者接受。另外它们还能够增加乳制品的粘稠度。3.2益生菌在畜牧业中的应用 1 ）益生菌在家禽饲养上的应用：通过实验研究了益生菌对鸡的生产性能及种蛋的孵化率的影响，结果表明在饮水中添加益菌多可有效降低鸡的死亡率，产蛋率提高3.23%，种蛋的受精率、种蛋前期活胚率及健母雏率都有相当的改善。 2）益生菌在猪饲养上的应用：用于养猪的菌种主要有两类：一类是乳酸菌，在动物肠道中可以将单糖，特别是乳糖转化为乳酸，从而降低肠道pH值，抑制大肠杆菌等病原菌。这种菌的缺点是耐热能力差，饲料颗粒化过程中瞬间高温效果显著，即可将其杀死，起不到应有的作用；另一类是芽胞杆菌属，这类细胞可以在条件不利的情况下形成芽胞，将自己保护起来，复活率高，但进入肠道后它的主要作用是将淀粉转化为单糖，再由肠道中其它的菌种将这些单糖转化为乳酸，才能降低肠道的pH值，从而起到抑制病原菌的作用。对于猪，益生菌使用的越早效果越明显。3）益生菌在反刍动物饲养上的应用 ：目前，用于反刍动物的益生菌主要分为两类，一种是乳酸菌属，用于作为青贮饲料添加剂；另一类是酵母类，用作精饲料添加剂。奶牛试验结果表明，尽管反刍动物瘤胃内生存着大量的微生物，向饲料中加入益生菌制剂对反刍动物生产和健康均有明显的促进作用。据资料表明，在羔羊日粮中添加益生素也有提高存活率，减少腹泻，提高饲料利用率和促进生长的作用。4）益生菌在水产养殖上的应用：益生菌生态制剂对鱼有促生长作用，免疫器官胸腺、脾脏生长发育迅速、成熟快，电镜观察免疫器官内、淋巴细胞成熟快、数量增多、产生抗体增多，免疫功能增强；前肠粘膜皱褶增多、隐窝加深、微绒毛长而密集，肠吸收面积增大，表明鱼的消化功能得到增强。3.3国内外对动物益生菌制剂的研究热点和发展方向。 益生菌研究虽然不过60年历史,但发展速度很快,在菌种开发、产品研发方面都取得了长足的进步。产品已在饲养及人类保健与医药等领域表现出良好的应用效果。但由于益生菌的使用剂量与菌的种属、动物种类、环境等很多因素有关,确定某种菌饲喂特定种类、年龄动物的准确需菌数是非常困难的,目前的研究水平也远远没有达到准确添加的水平。因此,如果能够在这些方面加以更深入的研究,益生菌将会表现出更广阔的应用前景。4.展 望4.1益生菌作用机理研究仍然是核心问题目前对益生菌的研究都意在揭示益生菌在生物体内的作用, 并研究如何加以利用, 但是即使是几种研究比较深入的益生菌, 还有许多问题要索。在分子水平上研究益生菌能够把益生菌的研究推进到一个更高的层次, 通过研究在消化道内菌体细胞的代谢、宿主对菌体细胞生产的功能性成分的利用、微生物菌群对宿主各器官的影响以及菌群之间的相互作用, 真正弄清楚益生菌在生物体内所扮演的角色。4.2安全性日益重要近年来, 一些重大食品安全事件的爆发使人类认识无论是食品还是饲料, 只要最终消费者是人,那么之前所有环节都至关重要, 在这样一个背景下, 使用益生菌在保障和提高食品安全性必然有它的重大意义。同时随着对安全性认识的逐步深入,也不断对益生菌制剂的自身质量提出了新的要求,所以无论是从技术发展情况和研究成本, 还是从法律法规要求和消费者的心理承受能力的角度讲, 应该深入研究益生菌的作用机理、开发功能明确、安全性较高的益生菌; 或者直接加入功能性成分代替使用活菌制剂, 这样效果更直接也便于效果评估。4.3应用更有针对性益生菌对人或动植物的作用通常都是间接的,更多情况下是与其它措施综合运用, 益生菌的特殊性决定益生菌的使用必须有针对性, 就是指产品功能明确, 使用对象有针对性。在畜牧生产当中, 必须找到生态效益和经济效益的最佳结合点, 认识到益生菌特殊作用的同时, 不能无限夸大它的作用,开发针对不同禽畜和在畜禽的不同发育阶段时应用的专用益生菌产品。对于人用益生菌更多是关注益生菌在改善食品营养品质的巨大贡献以及益生菌产品中的活性成分, 根据需要开发针对不同人群和在人体不同发育阶段甚至在不同生理条件下使用的专用益生菌产品。4.4益生菌的潜在危害性研究益生菌的安全性是非常重要的通过研究益生菌在胃肠道的存活V移位V定居和代谢，可用来评价食用益生菌的正面作用和负面作用益生菌所带来的益处很多，但也存在着一些潜在危害，包括：!可能产生条件性感染（如心内膜炎和败血症等局部或全身性感染）；可能产生炎症（超敏反应）；#可能产生具有潜在危害性代谢产物和对机体-有影响的代谢酶（如 V 型乳酸V氨基脱羧酶和硝基还原酶等）$可能会转移抗生素基因等10。5.结语理想的益生菌制剂应该具备保质期长、活菌含量高、所含菌种优良、不含耐药因子等特点。微生态制剂通过调节人体微生态平衡来发挥多种功能,且对肝、肾功能无不良影响，随着对于肠道微生态研究的深入，益生菌将在临床上显示出广阔的应用前景。参考文献1周雨霞，侯先志.益生菌与肠道疾病J.中国微生态学杂志，2006，18(2)：147-148.12Young P.Probiotic use in irritable bowel syndromeJ. Current Gastroenterology Reports，2006，8(4)：321-326.1 3Elson CO. From cheese to pharma: a designer probiotic for IBDJ.Clinical Gastroenterology And Hepatology，2006，4 (7)：836-837.14Cinthia G，Goldman，Domingo A. Barrado, Norma Balcarce，Effect of a probiotic food as an adjuvant to triple therapy for eradication of Helicobacter pylori infection in childrenJ. Nutrition，2006，22(10)：984-988.15Shery H，Berman，Petra Eichelsdoerfer.Daily ingestion of a nutritional probiotic supplement enhances innate immune function in healthy adultsJ.Nutrition Research ，2006，25(9)：454-459.16Dbouk N， McGuire BM.Hepatic encephalopathy:a review of its pathophysiology and treatmentJ.Current Treatment Options In Gastroenterology，2006，9 (6)：464-474.17原庆，王惠吉.肝硬化患者肠道菌群的特点微生态制剂对肝硬化并发症的治疗作用J.北京医学，2005，27(12)： 115-117.18卜淑蕊，关志明，闫柱.调整肠道菌群对肝硬化大鼠肝组织学的影响J.中国微生态学杂志，2001，13(2)：83-84.19钟燕，蔡东联.微生态制剂用于急性重症胰腺炎病人的营养治疗J.国外医学卫生学分册，2004，(31)6：366-369.1 10.何国庆P孔青P丁立孝G 益生菌的功效与潜在危害$FG 食品科技 舒娜P芮汉明G 益生菌的作用机理V存在的问题及其对策$FG 广州食品工业科技 .