益生菌的研究進展及壹仁公司的技術和產品

益生菌的研究進展及壹仁公司的技術和產品

1 概述

   1857年，法國微生物學家巴斯德在研究牛奶變酸過程時觀察到乳酸菌，進而拉開了益生菌研究的帷幕。

  目前世界各地對益生菌廣泛應用進行了科學研究，研究數據證實了益生菌對人體健康的有益功效。隨著生物技術及醫學等學科的發展，益生菌在食品和醫學領域的應用研究每年都發現許多新的功能。

   益生菌定義是指以適當劑量服用時，對宿主（人或動物）健康有益的活體微生物制劑。這一概念是由聯合國糧食與農業組織（FAO）和世界衛生組織（WHO）共同定義的。

   國際營養學界普遍認可的定義是：益生菌系一種對人體有益的細菌， 它們可直接作為食品添加劑服用，以維持腸道菌群的平衡。

  迄今為止，科學家已發現的益生菌大體上可分成三大類，其中包括：

（1）乳桿菌類（如嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌、詹氏乳桿菌、拉曼乳桿菌等）；還包括芽孢乳桿菌類；

（2）雙歧桿菌類（如長雙歧桿菌、短雙歧桿菌、卵形雙歧桿菌、嗜熱雙歧桿菌等）；

（3）革蘭氏陽性球菌（如糞鏈球菌、乳球菌、嗜熱鏈球菌等）。

  目前世界上益生菌產業已達500億美元，每年的增長速度為15%至20%，造就了許多知名的益生菌品牌和企業。在所有的益生菌產品里，益生菌發酵乳制品約占80%以上。而在中國，近5年來的益生菌產業也有著長足的發展。其中90%以上應用于乳品工業，每年的增長速度為25%左右。

2 益生菌的作用機制

2.1 增強腸道黏膜屏障功能

   益生菌進入腸道后與腸道細菌相互作用，進而對腸道起到增強化學屏障、機械屏障、生物屏障和免疫屏障等作用。益生菌與腸道細菌共生可促使纖維和其他營養物質的消化，從而促進能量和物質(多種酶和維生素、短鏈脂肪酸等)的供應。研究指出，腸道微生物群在防止潛在致病微生物的定植時，從未消化的食物(如碳水化合物和其他營養素)中為腸壁提供能量，調節黏膜免疫系統，并有助于維持一個完整的胃腸道屏障。益生菌能調節上皮組織功能，如杯狀細胞的黏液分泌、Paneth細胞的防御素釋放和正常上皮細胞的緊密連接蛋白合成，調節和預防上皮細胞凋亡。益生菌還通過誘導和維持腸道相關淋巴組織和刺激漿細胞免疫球蛋白A的產生，防止病原體在腸道內繁殖并調節黏膜免疫系統，增強腸道免疫屏障。益生菌與腸道細胞的相互作用表現為恢復腸道正常通透性、刺激黏液產生和促進黏膜再生，維持黏膜屏障完整性和腸道機械屏障功能，而腸道黏膜屏障的功能和完整性似乎與傳染病、炎癥和過敏性疾病密切相關。

2.2 阻止病原菌的黏附和定植

  腸道內細菌的不同生物學特性與生活習性決定其不同的生理作用，如厭氧菌和需氧菌、腔菌群和膜菌群、糖分解細菌和蛋白分解細菌以及細菌之間的生存、競爭、拮抗等。研究指出，有些益生菌為競爭結合位點而與腸道上皮細胞發生反應，進而抑制腸道病原菌的黏附和定植，例如，可以與宿主細胞發生非特異性結合的瑞士乳桿菌。植物乳桿菌能使致病性大腸桿菌分泌的自體誘導物顯著減少，進而降低該致病菌對宿主細胞的黏附能]。另外，益生菌的表層蛋白可增強其與上皮細胞的黏附能力，使得益生菌占位定植，從而阻止病原菌與腸道黏膜受體的結合。益生菌能在復雜的腸道環境中競爭有限的生態位點，阻止病原菌在該位點黏附并繁殖。

2.3 增強系統的免疫反應

   腸道內的益生菌可通過直接或間接的方式影響機體單核細胞、巨噬細胞、T細胞、B細胞、自然殺傷細胞等多種免疫細胞的功能，從而起到調節免疫和控制炎癥的作用。研究表明，益生菌能改變小鼠腸道內消化及免疫相關酶活性，促進B淋巴細胞向漿細胞分化，并刺激或增強IgA的產生[。益生菌還能與樹突狀細胞相互作用，影響某些T細胞的增殖活性和免疫反應，使T細胞分化為Th1、Th2和Treg細胞，激活免疫系統，產生細胞因子，提高抗感染能力。益生菌影響免疫系統的另一方式是調節信號轉導，包含核因子-κB途徑、絲裂原活化蛋白激酶途徑、蛋白激酶C途徑、蛋白激酶 B/磷脂酰肌醇 3 激途徑和信號轉導與轉錄激活因子途徑等多種信號途徑，其中NF-κB途徑分為NF-κB活化和抑制NF-κB激活，通過阻斷或促使I-κB磷酸化和泛素化來影響靶細胞的增殖和生存，進而激活和維持免疫平衡。益生菌能通過MAPK途徑和PKC途徑來增強緊密連接的電阻抗，阻止緊密連接蛋白發生變性。益生菌與宿主免疫系統的交互作用還能促使分泌神經遞質分子，調節痛覺受體的表達，影響腸道運動和痛覺感受，對內臟疼痛具有潛在的治療作用。益生菌能減少活性氧自由基產生和促進免疫調節，進而增強機體免疫。益生菌介導的固有免疫調節分為免疫調節類益生菌和抗炎類益生菌。免疫調節類益生菌可刺激單核細胞產生促炎因子TNF-α來增強機體免疫，進而預防和治療急性腸道感染；而抗炎類益生菌可抑制單核細胞產生促炎因子TNF-α來減少慢性炎癥發生，起到預防和治療炎癥性腸病和腸易激綜合癥，益生菌還能激活位于腸道內的阿片類和大麻類受體，從而改善IBD和IBS所引起的腸道性疾病。

2.4 分泌物質和改變腸道環境

   研究還表明，有些益生菌具有抗毒素作用，而有些益生菌是通過產生有機酸、細菌素、糖蛋白、酶類和H₂O₂等抗菌物質來抑制有害微生物的生長。其中，有機酸能提高腸道酸度，使得致病菌(如金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等)生長受到抑制，而更耐受酸性條件的益生菌可以在較低pH值下生存，維持正常腸道功能。益生菌產生的醇、丁二酮、溶菌酶、H₂O₂以及其他抗菌物質(如乳酸菌素、乳鏈球菌肽等)都可抑制腸道病原菌的生長。益生菌產生的細菌素除可以直接抑制或殺死病原菌外，還可作為定植蛋白，產生定植抗力，與病原菌進行占位競爭并抑制病原菌定植；或作為信號蛋白，向腸道菌群和免疫系統傳遞信息[。有些益生菌可產生多種維生素和酶類(如蛋白酶、糖化酶、脂肪酶、淀粉酶和β-半乳糖酶等)促進腸道消化吸收。益生菌的另一個益生機理就是維護腸道生態平衡。腸道生態環境的改變會造成菌群紊亂(如G-桿菌過度繁殖)而導致內毒素移位，進而激活庫普弗細胞釋放炎癥介質，腸道屏障功能受損，從而導致細菌移位，進一步發生細菌感染及全身炎癥反應。另外，腸道生態環境的紊亂會影響上皮細胞、免疫細胞或神經系統，進而直接改變胃腸道屏障和腸道健康(如感染引起的上皮通透性增加或特定免疫細胞及其介質的功能喪失)。然后，益生菌除直接對抗病原菌外，還與共生菌群合作使腸道生態平衡，并有益于形成完整的腸道屏障以維持腸道健康。此外，益生菌具有較強的耗氧能力，可以使動物腸道內形成相對的氧化環境，進而對好氧病原菌的生長造成影響，使得厭氧菌比例上升，進一步抑制需氧菌和兼性厭氧菌。

  綜上可見，益生菌有望成為替代部分代抗生素，其益生菌的關健需要在常溫、復合菌的平衡穩定、治療效果。

3 益生菌的功能

3.1 益生菌對機體免疫功能的影響

3.1.1 對非特異性免疫的影響

巨噬細胞作為吞噬細胞的一種,可以吞噬和殺滅多種病原微生物,是引起機體非特異性免疫的重要因素,也可以分泌細胞因子,促進免疫細胞的增殖、分化或增強免疫反應。

3.1.2 對特異性免疫的影響

3.1.2.1 益生菌對體液免疫的影響

機體對經口進入的蛋白質抗原,保持著系統性的低反應狀態,稱為經口耐受。經口耐受是機體免疫系統的重要組成部分,對維持機體的自穩狀態有重要意義。當經口耐受被抑制,Th2細胞數目過多時,可以促進IgE的分泌增多,誘發變態反應病。一些動物試驗說明益生菌能通過改善腸黏膜屏障功能,促進特異性和非特異性IgA抗體的產生,增強免疫系統的功能。

3.1.2.2 益生菌對細胞免疫的影響

腸道內益生菌可以激活機體的免疫細胞,并釋放免疫活性物質。如適量的益生菌定居腸道,可以產生穩定的TH細胞應答并且一定程度上避免了不穩定的TH細胞應答所引發的臨床疾患。

3.2 整腸作用

益生菌能夠耐胃酸及腸道消化液，活著進入人體腸道內，通過其生長及各種代謝作用促進腸內細菌群的正常化，抑制腸內腐敗物質產生，保持腸道機能的正常。益生菌及含有益生菌的酸奶可用于各種消化道疾病的治療及預防，對嬰幼兒的病毒和細菌性急性腸炎及痢疾、抗生素飲用引起的腸炎及痢疾、旅行期間的痢疾和中老年人的便秘都有治療及預防作用。

3.3 調節胃腸道的菌群平衡

益生菌能維持并保證腸道菌群最佳優勢組合及其穩定性，糾正腸道的功能紊亂，其抑制致病菌、增強機體防御功能的原因還在不斷研究中，其主要機制如下：①產生代謝產物和生理活性物質，形成化學屏障，殺害病原微生物。益生菌在腸道中發酵產生的大量醋酸、乳酸等酸性物質，可以抑制病原性細菌生長繁殖。②通過黏附機制和競爭排斥作用，形成生物學屏障，阻止病原菌繁殖和對腸道上皮組織吸附。③通過生物奪氧方式阻止病原菌的繁殖。④刺激腸道免疫系統，誘導宿主自身免疫反應，增強宿主機體抗病能力。

3.4 促進營養物質吸收

臨床實驗研究表明，相對液體乳，乳糖不耐癥人群能耐受等量的發酵乳制品主要歸因于發酵乳中的益生菌可以將牛乳中的乳糖部分發酵，生成更利于人體消化吸收的乳酸，減少乳糖不耐癥的發生。同時，益生菌產生的半乳糖酶可在腸道中保持酶活力，補充宿主在消化酶上的不足，有利于宿主對乳糖的吸收利用，減緩乳糖不耐癥。益生菌還可利用本身特有的某些酶類補充人體在消化酶上的不足，幫助分解上消化道未被充分消化吸收的營養物質，有利于人體對營養物質的進一步吸收利用，包括增加人體必需的維生素、氨基酸、微量元素和某些無機鹽類(如鈣、磷、鐵等)的吸收和利用。

3.5 抗誘變和防癌特性

清除基因毒性、抗誘變和抗癌等功能是益生菌的生理活性功能之一。Hirayama等研究認為食用益生菌與降低結腸癌癥發生率相關。相關研究表明，含乳酸菌的實驗樣品可以抑制實驗動物體內腫瘤細胞的生長，雙歧桿菌和嗜酸乳桿菌等菌株可以通過降低致癌原合成酶，如B一葡萄糖醛酸酶、偶氮還原酶和硝基還原酶的活性，減少機體中的致癌性物質.益生菌通過改善腸道環境降低了癌癥的風險。

3.6 改善血脂代謝作用及預防心血管疾病

益生菌能吸附食物中的膽固醇，促使其向體外排泄。益生菌還能吸附腸內的膽汁酸，隨著菌體把膽汁酸排出體外，腸內膽汁酸的減少能強化肝臟中的膽固醇向膽汁酸轉化，最終減輕血清中的膽固醇含量。乳酸菌屬和鏈球菌屬的發酵產物能顯著降低血管收縮壓，降低血液中總膽固醇水平，增加高密度脂蛋白水平。啤酒酵母和瑞士乳酸桿菌發酵乳中分離的三肽物質具有抑制血管緊張素轉移酶活性的作用。

3.7 延緩機體衰老

益生菌能使機體中某些具有抗衰老作用的酶活性升高，使衰老的物質濃度降低。益生菌自身能產生谷胱甘肽及錳超氧化物歧化，起到抗氧化抗衰老的作用。

3.8 降膽固醇，抗血壓功能

許多研究證明益生菌可以降低膽固醇，抗高血壓的功能。雙歧桿菌屬可結合膽汁酸水解酶能將各種結合膽汁酸水解為游離膽汁酸，游離膽汁酸與膽固醇在腸道共沉淀并從大便排出，使血清膽固醇降低。而乳酸菌能較好地吸收膽固醇，通過代謝作用使膽固醇轉化成膽酸及膽汁酸并排出體外。從啤酒酵母和瑞士乳桿菌發酵乳中分離的三肽物質(具有抑制血管緊張素轉移酶活性的作用，起著沙坦類藥物樣作用。

3.9 具有抗血栓形成的功能

目前，血液黏稠、血栓病、心腦血管病已成為危害人類健康重要疾病，血栓形成是由于纖維蛋白原參與的結果，纖維蛋白原既參與血小板的凝聚，又參與纖維蛋白的形成，二者可促使血栓形成。乳酸菌的代謝產物能抑制血小板的凝聚和纖維蛋白原結合到血小板上。因此，經常食用益生菌具有預防高血脂、血稠、抗血栓的作用。

4 益生菌的應用

4.1 在水產動物上的應用

4.1.1 作為餌料添加劑，抑制有害微生物

益生菌能調節水產動物體內的微生態平衡，增強新陳代謝，促進生長發育，從而起到防治疾病和增進健康的作用。應用較多的是乳酸菌、芽孢桿菌、酵母菌等。

4.1.2 強化飼料的營養，提高機體免疫力

益生菌可以作為水產動物的免疫刺激劑和免疫佐劑。

4.2 在養殖水體上的應用

光合細菌具有光合作用能力，能直接消耗利用水中有機物、氨氮，還可利用硫化氫，并可通過反硝化作用除去水中的亞硝酸氮，具有很高的水質凈化能力，從而改善水質，促進水產動物生長。

4.3 在畜禽養殖上的應用

4.3.1 益生菌制劑在仔豬生產中的應用

水腫病病原性大腸桿菌和導致腹瀉的大腸桿菌常見于仔豬，特別是早期斷奶仔豬，使用抗生素有助于抑制這類疾病的發生，但由于抗生素具有殘留性，且在長期使用中會造成病原體的突變、引起抗藥性等問題，因此，益生菌制劑作為一種新型的飼料添加劑受到了人們的廣泛關注。可以作為抗生素的部分替代品使用。

4.3.2 益生菌在家禽養殖上的應用

益生菌的作用受雞年齡的影響較大，小雞階段補充益生菌可以取得良好效果。明顯提高產蛋率和蛋的重量。

4.3.3 在反芻動物養殖上的應用

有資料表明，犢牛日糧中使用益生素可使日增重提高5.3%，飼料利用率提高5.2%，還可使牛腹瀉發病率由82%降至35%，死亡率由10.2%降至2.8%，牛育肥過程中添加活性酵母益生素可顯著增加胴體凈肉率3.35%，脂肪率降低2.28%。

4.4 在食品工業中的應用

4.4.1 在乳制品中的應用

現在,由于廣譜和強力的抗菌素的廣泛應用,使人體腸道內以乳酸菌為主的益生菌遭受到嚴重破壞,抵抗力逐步下降,導致疾病越治越多,健康受到極大的威脅。所以,有意增加人體腸道內乳酸菌的數量就顯得非常重要。

4.4.2 在冷飲中的應用

目前世界上有許多國家能生產含有雙歧桿菌的冷飲，如：美國、加拿大、德國、意大利、日本、法國等。

4.4.3 在泡菜中的應用

泡菜是一種傳統而獨特的發酵蔬菜制品，主要由乳酸菌發酵而成。泡菜中的主要微生物有腸膜明串珠菌、糞鏈球菌、乳酸片球菌、植物乳桿菌、布氏乳桿菌等，它們相互協調，在特殊的環境中發生復雜的生物化學變化，賦予泡菜特殊的風味。乳酸菌的發酵性能對縮短發酵時間、提高泡菜品質、延長泡菜食用期和降低亞硝酸鹽含量等方面都有重要影響。

4.4.4 在醬油釀造中的應用

對于食品釀造業來說，鏈球菌屬為最重要，特別是鏈球菌屬中的乳球菌群，是植物原料發酵食品中的常見菌。腸球菌群的糞鏈球菌常常在醬油制造的前期大量繁殖，由于產乳酸可抑制有害菌枯草桿菌的繁殖。腸球菌屬中的少數種類，是醬油釀造中的有益菌。如醬油腸球菌可把葡萄糖分解成乳酸，并耐鹽(能在20%的食鹽中生長)。它與酵母形成的醇類酯化形成酯類等呈味特定物質，提高醬油的風味。

4.5 益生菌的臨床應用

4.5.1 應用于新生兒黃疸的防治

黃疸是新生兒期最常見的癥狀。由于新生兒血腦屏障功能不健全,有高危因素存在時易引起膽紅素性腦病,從而產生嚴重的中樞神經系統后遺癥。有文獻報道,母乳性黃疸患兒口服益生菌制劑(媽咪愛)5d,可顯著降低血清膽紅素水平,減少十二指腸液和糞便中腸腔內葡萄糖醛酸酶的含量。

4.5.2 應用于小兒腹瀉

腹瀉是兒科常見的消化系統疾病,病因多樣,包括感染和非感染因素。益生菌制劑通過增加腹瀉者腸道內有益菌的數量和活力,抑制致病菌的生長,以恢復正常的菌群平衡,達到緩解腹瀉癥狀效果,對小兒細菌性腹瀉、菌痢、頑固性或難治性腹瀉均有良好的預防和治療作用。國外研究顯示,嗜酸性乳桿菌治療可使兒童輪狀病毒感染性腹瀉迅速恢復,患者的平均病程及平均住院天數均明顯縮短。

4.6 益生菌的應用展望

隨著生物科學的發展，人們對益生菌的認識將越來越深刻，對益生菌的應用也將越來越廣泛，益生菌將在食品，水產養殖，畜禽養殖，臨床醫藥等方面發揮更加重要的作用。

5 本公司生產的益生菌特征

5.1國內外現況

在當下，國內外還沒有液體狀的益生菌生態液，一種復合益生菌與其代謝產物共存，而且時刻在進行著生物化學反應即生物大分子如蛋白質、脂肪、糖、維生素等的分解與合成的、處于動態平衡的狀態液，該液除益生菌本身形成食物鏈處于動態平衡外，其分解與合成的成百上千種代謝產物如蛋白質（酶、激素、免疫球蛋白）、多肽、氨基酸、脂肪酸、維生素、有機酸、細菌素、分泌抗菌素等也處在動態平衡中，使益生菌本身和其代謝產物都保持著強大的活性。目前國內外其它公司的益生菌產品多為凍干粉狀固體，而且為了活菌不被胃酸所殺滅，進行了包埋處理，處理工藝復雜，還有相當部分菌得不到包埋，還要模擬胃做存活率檢測、模擬腸道做釋放率檢測，這類產品不含代謝產物或其代謝產物已不具活性，喪失代謝產物的功效。也不能在常溫下保存；也有些產品如酵素，在出廠時將益生菌殺滅了，僅保留代謝產物而發揮其作用，且代謝產物的穩定性還不一定很高；還有益生菌滴劑，只是將經包埋處理的益生菌粉懸于葵花籽油中而已。

5.2本公司生產的益生菌特征

本公司生產的益生菌可避免上述缺陷，具有以下三大特征。

5.2.1活菌

出廠的產品在市場流通中是活菌，數量在每毫升1億個以上；

5.2.2活菌"裸奔"

PH值3.5，能保持益生菌活性并直接通過胃，不被胃酸殺滅，在胃和腸道同時發揮作用，如幽門螺旋桿菌引起的胃腸炎癥與潰瘍、腸道菌群失調引起的腹瀉、便秘皆有效；而市場上益生菌粉末，則采用了包埋技術，常比喻"穿衣服的菌"，它穿了衣服才能通過胃，在腸道崩解后釋放活菌僅在腸道發揮作用；

5.2.3在常溫下保存2年

活菌在常溫下可保存2年以上，產品儲藏、運輸方便。

6 本公司益生菌相關專利

由于本益生菌的獨特性，首創了用益生菌液對感冒、腳氣、灰指（趾）甲、慢支等疾病的防制方法，并申報了以下專利，還有不少于十項正在組織申報中。

6.1 一種能在胃腸同時發揮作用的益生菌液申請號或專利號 202011469520.9；

6.2一種局部用益生菌液縮短感冒病程的方法申請號或專利號 202011463393.1；

6.3一種益生菌液治療甲真菌病的方法申請號或專利號202010924736.3；

6.4一種可加/換液體的創口貼申請號或專利號202010665862.1。

6.5一種配益生菌液的創口貼申請號或專利號202120001616.6。

6.6一種局部用益生菌液處理慢性支氣管炎的方法申請號或專利號202120191836.X。

7 目前開發的益生菌相關產品

由于本益生菌液除本身具有占位作用和競爭“食物”的作用外，還有數以千計的代謝產物如SOD；多肽蛋白質（抗體）；多肽蛋白質、氨基酸衍生物、脂肪酸衍生物類激素、有機酸、細菌素、分泌抗菌素等。從而發揮抗水腫、抗過敏和抗炎作用，由此可見該益生菌液對皮膚粘膜的過敏和炎癥（無論是細菌、真菌、病毒，還是其他致病病原體引起的）均具較好的效果。現有以下產品上市。

7.1仕佳佳寶1號

噴涂，用于感冒、氣管支氣管炎、鼻炎鼻竇炎、皮膚瘙癢、帶狀皰疹等皮膚黏膜過敏與感染；

7.2仕佳佳寶2號

口服，用于腹瀉、便秘，艾滋病、銀屑病、腫瘤等與免疫低下相關的疾病；

7.3仕佳佳寶3號

局部用，主要用于腳氣、皮癬等皮膚粘膜真菌感染，配專用創口貼，使灰指（趾）甲的治療簡單化。