調節腸道菌群的功能性食品

第十六章 調節腸道菌群的功能性食品

本章要點

1.腸道主要有益菌及其作用

2.具有調節腸道菌群功能的物質

第一節 概述

人體和動植物體一樣，按生態學（ecology）規律在一定的生態環境（ecological environment）中生活，機體與機體外環境生態間或與機體內定居的微生物群之間的關系，分別屬于外生物態學或宏觀生態學（macroecology）和內生態學或微觀生態學（microecology）。為著本文的目的，我們只討論微觀生態學的一些方面。

一、腸道微生態

1. 腸道微生態簡介

在長期的進化過程中，宿主與其體內寄生的微生物之間，形成了相互依存互相制約的最佳生理狀態，雙方保持著物質、能量和信息的流轉，因而機體攜帶的微生物與其自身的生理、營養、消化、吸收、免疫及生物拮抗等有密切關系。

有學者曾提出，一個健康人全身寄生的微生物（主要是細菌）有1271g之多，其中眼1g、鼻1g、口腔20g、肺20g、陰道20g、皮膚200g，當然最多的還是腸道，達1000g，總數為100萬億個（10­¹⁴），相當于人體細胞數（10¹³）的10倍。在人體微生態系統中，腸道微生態是主要的，最活躍的，一般情況下也是對人體健康有更加顯著影響的。

2.人體腸道菌群及其構成

人類腸道菌群約有100余種菌屬，400余菌種，菌數約為10¹²~10¹³個/g糞便，占干糞便重1/3以上，其中以厭氧和兼性厭氧菌為主，需氧菌比較少。形態上有擬桿菌、球菌、擬球菌和梭菌。這些細菌產生各種酶，起著對人體有益、無關和有害的作用，有的是腸道定植菌，有的只是一時的過路菌。腸道是一個細菌的寄宿地或者說是一個發酵車間。在人體功能與飲食或藥物影響下產生的腸道環境條件的改變，腸道菌群的構成與數量也隨之而變化。從而也對機體健康，首先是腸道功能產生重要影響。因而人們要研究并力求保持對人體健康最佳的腸道菌群構成，這便是本節及有關章節的闡述的主要問題。

嬰兒在出生之前的腸道是無菌的。在出生同時，各種菌開始在嬰兒的腸道內繁殖。最初是大腸菌和腸球菌、梭菌占主體，出生后5天左右，雙歧桿菌開始占優勢。在嬰兒期雙歧桿菌保持者絕對優勢的狀態，母乳喂養兒之所以抗病力強，其理由之一即為腸道內雙歧桿菌占絕對優勢而起到防御感染的作用。

在嬰幼兒期占絕對優勢的雙歧桿菌從斷奶開始直到成年期漸漸顯示出減少的趨勢，類桿菌真細菌等成年人型菌逐漸占有優勢。到了中老年以后，雙歧桿菌進一步減少，韋永球菌等有害菌在進一步增加。因此，對中老年人，增加腸道內雙歧桿菌和乳桿菌，對人體健康將十分有利。

二、腸道主要有益菌及其作用

雙歧桿菌與乳桿菌是人腸道中有益菌的代表，其所以有益，主要是降低腸道pH，抑制韋永氏球菌、梭菌等腐敗菌的增殖，減少腐敗物質產生，同時也因pH下降而對病原菌的生存與增殖很不利。下面僅對乳桿菌與雙歧桿菌對人體的有益作用略加介紹。

表16－1 腸道菌群中主要細菌的作用

1．乳桿菌（lactotacillus）

乳桿菌是人們認識最早、也是研究較多的腸道有益菌。最常見的應用例是從20世紀20年代就開始生產飲用的用人工培養的嗜酸乳桿菌及其接種培養的發酵乳和酸乳，用以糾正便秘及其他腸道疾病。現在已知的乳桿菌對人體健康的有益作用主要有以下4點。

（1）抑制病原菌和調整正常腸道菌群：嗜酸乳桿菌對腸道某些致病菌具有明顯的抑制作用，如大腸埃希菌中的產毒菌種、克雷伯菌、沙門菌、志賀菌、金黃色葡萄球菌以及其他一些腐敗菌。這種機制作用既歸因于代謝產物中的短鏈脂肪酸（SCFA），也有抗菌樣物質的作用。在大劑量抗生素治療時和治療后，腸道正常菌群被大量殺滅，難辨芽孢梭菌過度增殖可引起偽膜性腸炎，而嗜酸乳桿菌既能控制該菌過度增殖同時又能抑制其產生毒素。從而起到保護腸道菌群的作用。另一方面，嗜酸乳桿菌還能與外籍菌或稱過路菌或致病菌競爭性地占據腸上皮細胞受體而達到抗菌作用。

（2）抗癌與提高免疫能力：迄今已有的研究和報告，可將其這種作用列出如下幾點：①激活胃腸免疫系統，提高自然殺傷（N K）細胞活性；②同化食物與內源性和腸道菌群所產生的致癌物；③減少β-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖醛酸酶、硝基還原酶、偶氮基還原酶的活性，這些被認為與致癌有關；④分解膽汁酸。

（3）調節血脂：該菌能減低高脂人群的血清膽固醇水平，而對正常人群則無降脂作用。其解釋機制為，對內源性代謝的調節與利用和使短鏈脂肪酸加速代謝。

（4）乳桿菌促進乳糖代謝：乳桿菌可分解乳糖，加速其代謝。因而對不習慣食用鮮奶與奶粉的人，可以飲用乳桿菌發酵的酸奶，這對我國克服膳食結構中缺奶（相當多的人是由于對奶不適應）有主要應用價值。當然對為數不多的真正乳糖不耐癥的人也是有益的。

2．雙歧桿菌(bifidobacterium)

對人體健康有益作用十分明顯，以至成為近年保健食品開發的一個熱點。

（1）抑制腸道致病菌:1994年G. R. Gibson曾以雙歧桿菌屬5種菌種對8種病原菌作平板擴散法抗菌敏感性試驗（平行3次），結果所有雙岐桿菌菌種均顯示出較顯著的抑菌作用。

（2）抗腹瀉與防便秘：雙歧桿菌的重要生理作用之一是通過阻止外襲菌或病原菌的定植以維持良好的腸道菌群狀態，從而呈現出既糾正腹瀉又防止便秘的雙向調節功能。Hotta等證明，雙歧桿菌制劑對兒童菌群失調性腹瀉具有顯著的療效，國內外許多保健食品的開發應用，都顯示它對腸道功能的雙向調節作用。便秘是中老年人群的一大頑癥，大量的文獻報告，無論是口服活菌制劑，還是服用雙歧桿菌，都能降低腸道pH，改善腸道菌群構成，而迅速地解除便秘。

（3）免疫調節與抗腫瘤：雙歧桿菌的免疫調節主要表現為增加腸道IgA的水平。另一方面，雙歧桿菌的全細胞或細胞壁成分能作為免疫調節劑，強化或促進對惡性腫瘤細胞的免疫性攻擊作用。雙歧桿菌還有對輪狀病毒的拮抗性，與其他腸道菌的協同性屏障作用以及對單核吞噬細胞系統的激活作用。

（4）調節血脂：雙歧桿菌的調節血脂作用已有不少文獻報告。以雄性Wistar大鼠添加10%~15％雙歧桿菌因子（低聚糖）、歷時3~4個月的試驗表明，在不改變體重前提下，呈現出顯著地降血脂作用。

（5）合成維生素和分解腐敗物：除青春雙歧桿菌外，其他各種桿菌均能合成大部分B族維生素，其中長雙歧桿菌合成B₂和B₆的作用尤為顯著。雙歧桿菌分泌的許多生理性酶是分解腐敗產物和致癌物的基礎，如酪蛋白磷酸酶、溶菌酶、乳酸脫氫酶、果糖-6-磷酸酮酶、半乳糖苷酶、半乳糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、結合膽汁酸水解酶等。

三、腸道菌群失調

如前所述腸道菌群棲息在人體腸道的共同環境中，保持一種微觀生態平衡。如果由于機體內外各種原因，導致這種平衡的破壞，某種或某些菌種過多或過少，外來的致病菌或過路菌的定植或增殖，或者某些腸道菌向腸道外其他部位轉移，即稱為腸道菌群失調（enteric dysbacteriosis）引起腸道菌群失調的原因較多，如嬰幼兒喂養不當、營養不良、中老年年老體弱；腸道與其他系統急慢性疾病、長期使用抗生素、激素、抗腫瘤藥、放療或化療等，均可引起腸道菌群失調。

腸道菌群失調可有如下4種常見的表現。一是腐敗菌顯著增多、雙岐桿菌與乳桿菌減少，常見于中老年人，大多數情況下無臨床癥狀，甚至可以認為不是異常現象，但可有消化吸收功能與食欲不佳、腹漲、產氣、便秘等一般不適反映，這是改善腸道菌群功能食品最為適用的人群，往往收效明顯。二是腸道菌群的比例失調，有人按比例失調程度分為3度。第1度由于某種食物或藥物引起輕微短期的大腸菌與腸球菌減少，原因去除后即可恢復。第2度為正常腸道菌顯著減少，過路菌增多，可引起腸道異常發酵及各種腸炎，如各種致病菌引起的食物中毒及消化道傳染病；白色念珠菌、放線菌、隱球菌、毛霉菌引起的真菌性腸炎。第3度為腸道正常菌被抑制，而由過路菌所代替，如由服用抗生素引起的難辨梭狀芽孢桿菌引起的偽膜性腸炎等。

四、腸道微生態的調整

由上述可見，近年來人們不論是在理論上或應用上都十分重視腸道微生態，并力求使其向有益于人體健康方向調整。調整的措施可歸納為二大方面。

1.一般性調整措施

（1）強調嬰兒的母乳喂養。大量研究已經證明，母乳喂養兒腸道中的雙歧桿菌占腸道菌群的比例遠遠高于人工喂養兒；

（2）膳食結構合理化，尤其是保持乳品在膳食構成上的適宜比例，由于乳品能提供乳糖、降低腸道pH及其他原因，而有利于乳桿菌、雙歧桿菌等有益菌的增殖并有效地抑制腐敗菌與致病菌；

（3）適當控制抗生素一類制菌藥物的應用，尤其是長期應用是造成腸道菌群失調的重要原因之一；

2.利用有益活菌制劑及其增殖促進因子利用有益的活菌制劑及其促進增殖制劑，保證或調整有益的腸道菌群構成，從而收到特定的健康利益，是當前國內外保健食品開發有效的、重要的領域。

第二節 具有調節腸道菌群功能的物質

目前國內外研究開發的具有調節腸道菌群功能的物質主要是兩種：

一、有益活菌制劑

通稱probiotics，主要是以雙歧桿菌和各種乳桿菌為主，也有其他細菌。商品名稱很多，

如以雙歧桿菌為有效菌的貝菲得、回春生、雙岐王、金雙岐、麗株腸樂；以乳桿菌或乳桿菌與雙歧桿菌為有效菌種的有昂立1號、三株、裴菲康等；也有以需氧菌為主的活菌制劑，利用其耗氧特點，在腸道內形成厭氧環境，從而有利于占腸道菌群絕大部分的厭氧菌與兼性厭氧菌的生長，而保持腸道菌群的正常構成。這一類制劑有以蠟樣芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌等為活性菌的促菌生、整腸生等制劑。對這類活菌制劑主要要求是安全、有效及保持一定的生菌存活率。這類制劑用于保健食品應該符合的條件是：有效菌的存活率高（例如活菌達10⁸~10⁶/ml, g）；制劑的商品流轉與貨架保存中活菌含量穩定性好；動物或人體實驗證明，有效菌能在腸道定植和增殖；無病原性及有害產物；對人體（宿主）腸道菌群調整作用明顯，增加腸道有益菌比例，減少、至少不增加有害及不利菌的比例。國外這類活菌制劑的開發，主要也是用雙歧桿菌、乳桿菌，也有腸球菌。美國除保健用品外，還將其作為生物治療劑(biotherapeutic agents)，用以治療腹瀉，以及預防和治療由應用抗生素引起的伴聯性腹瀉與腸道菌群失調。

二、有益菌增殖促進劑

這類物質稱為prebiotics，有人譯為有益菌促生物，針對雙歧桿菌的有人稱為雙歧因子

（bifidus foctor）等。在漢語中似乎尚無公認的統一名稱。這－類物質是近年來國際學術界和產業界研究與開發的熱點，即通過這類物質使機體自身的生理性固有的菌增殖，形成以有益菌占優勢的腸道生態環境。這種物質的研究起源于Gyorgy發現母乳中含有雙歧桿菌增殖因子，后來又觀察到母乳喂養兒與非母乳喂養兒腸內雙歧桿菌的數量有明顯差異，且后者的抵抗力不如前者。

近年來，日本、歐美各國對促進有益菌增殖物質的研究與開發集中于一些低聚糖類。低聚糖（Oligosaccharide）是指2~10個單糖以糖苷鍵連接起來的糖類總稱。傳統的蔗糖、飴糖、乳糖均屬于低聚糖，但它們沒有這種功能。有這種功能的低聚糖能被雙歧桿菌、乳桿菌等有益菌選擇性利用，但在人消化道內因沒有此類糖的水解酶故不能消化吸收，因而又稱之為“不能利用的碳水化合物”（Unavailable saccharides）或“雙歧桿菌增殖因子”（Bifidus factor）。同時證明了人乳酪蛋白對雙歧桿菌、乳桿菌的促進增殖作用歸因于低聚糖組分，且低聚糖能產生對人乳酪蛋白的β-消除反應。有一些報告認為口服低聚糖后，回腸中低聚糖的回收率達89.4士8.3%，能值為9.5土0.6kJ/g(2.27士0.14kcal/g)，說明低聚糖的不消化不吸收和低熱能性質。國內外研究利用的低聚糖有很多種，只就我們作為保健食品活性物質檢測過的就有異構化乳糖、低聚異麥芽糖、大豆低聚糖（水蘇糖與棉籽糖）等。這些產品純度都不高，一般在40%~50%（其余為其他糖類）上下。文獻報告它們對不同人體可使雙歧桿菌增殖10~1000倍，同時腸道中大腸菌、梭菌、腸球菌等則相應減少，腸道總菌數無大改變。選用這類物質至少要符合如下幾項基本要求：在上消化道基本不消化、不吸收；能促進有益菌的增殖；能有效改善腸道菌群構成；有改善宿主腸道功能的作用。

三、有益菌及其增殖因子的綜合制劑

此類制劑國外稱為Synbiotics,漢語暫無統一公認的名稱。鑒于雙歧桿菌與乳桿菌在制劑

形式、保存與人服用后均有許多不穩定因素，所以人們主張將這類有益菌與增殖促進劑并用。這方面雖然還有一些問題有待研究，但我們對其中一些產品的應用檢測證明，它在改善腸道菌群構成和降低腸道pH與緩解便秘上的功效卻是明顯的，可靠的。盡管其中有益的菌不多，甚至極少，仍然在改善這類腸道功能上，效果卓著。所以當前在這類保健食品的開發上，這種有益菌及其增殖因子并用的產品是值得推廣的。

思考題

1.簡述腸道主要有益菌及其作用

2.具有調節腸道菌群功能的物質有哪些？

3.如何設計改善腸道菌群功能的保健食品？