第十六章 調(diào)節(jié)腸道菌群的功能性食品

本章要點(diǎn)

1.腸道主要有益菌及其作用

2.具有調(diào)節(jié)腸道菌群功能的物質(zhì)

第一節(jié) 概述

人體和動(dòng)植物體一樣，按生態(tài)學(xué)（ecology）規(guī)律在一定的生態(tài)環(huán)境（ecological environment）中生活，機(jī)體與機(jī)體外環(huán)境生態(tài)間或與機(jī)體內(nèi)定居的微生物群之間的關(guān)系，分別屬于外生物態(tài)學(xué)或宏觀生態(tài)學(xué)（macroecology）和內(nèi)生態(tài)學(xué)或微觀生態(tài)學(xué)（microecology）。為著本文的目的，我們只討論微觀生態(tài)學(xué)的一些方面。

一、腸道微生態(tài)

1. 腸道微生態(tài)簡(jiǎn)介

在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中，宿主與其體內(nèi)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(tài)，雙方保持著物質(zhì)、能量和信息的流轉(zhuǎn)，因而機(jī)體攜帶的微生物與其自身的生理、營(yíng)養(yǎng)、消化、吸收、免疫及生物拮抗等有密切關(guān)系。

有學(xué)者曾提出，一個(gè)健康人全身寄生的微生物（主要是細(xì)菌）有1271g之多，其中眼1g、鼻1g、口腔20g、肺20g、陰道20g、皮膚200g，當(dāng)然最多的還是腸道，達(dá)1000g，總數(shù)為100萬(wàn)億個(gè)（10­¹⁴），相當(dāng)于人體細(xì)胞數(shù)（10¹³）的10倍。在人體微生態(tài)系統(tǒng)中，腸道微生態(tài)是主要的，最活躍的，一般情況下也是對(duì)人體健康有更加顯著影響的。

2.人體腸道菌群及其構(gòu)成

人類腸道菌群約有100余種菌屬，400余菌種，菌數(shù)約為10¹²~10¹³個(gè)/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(tài)上有擬桿菌、球菌、擬球菌和梭菌。這些細(xì)菌產(chǎn)生各種酶，起著對(duì)人體有益、無(wú)關(guān)和有害的作用，有的是腸道定植菌，有的只是一時(shí)的過(guò)路菌。腸道是一個(gè)細(xì)菌的寄宿地或者說(shuō)是一個(gè)發(fā)酵車間。在人體功能與飲食或藥物影響下產(chǎn)生的腸道環(huán)境條件的改變，腸道菌群的構(gòu)成與數(shù)量也隨之而變化。從而也對(duì)機(jī)體健康，首先是腸道功能產(chǎn)生重要影響。因而人們要研究并力求保持對(duì)人體健康最佳的腸道菌群構(gòu)成，這便是本節(jié)及有關(guān)章節(jié)的闡述的主要問(wèn)題。

嬰兒在出生之前的腸道是無(wú)菌的。在出生同時(shí)，各種菌開始在嬰兒的腸道內(nèi)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(yōu)勢(shì)。在嬰兒期雙歧桿菌保持者絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的狀態(tài)，母乳喂養(yǎng)兒之所以抗病力強(qiáng)，其理由之一即為腸道內(nèi)雙歧桿菌占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)而起到防御感染的作用。

在嬰幼兒期占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)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(shì)，類桿菌真細(xì)菌等成年人型菌逐漸占有優(yōu)勢(shì)。到了中老年以后，雙歧桿菌進(jìn)一步減少，韋永球菌等有害菌在進(jìn)一步增加。因此，對(duì)中老年人，增加腸道內(nèi)雙歧桿菌和乳桿菌，對(duì)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(zhì)產(chǎn)生，同時(shí)也因pH下降而對(duì)病原菌的生存與增殖很不利。下面僅對(duì)乳桿菌與雙歧桿菌對(duì)人體的有益作用略加介紹。

表16－1 腸道菌群中主要細(xì)菌的作用

1．乳桿菌（lactotacillus）

乳桿菌是人們認(rèn)識(shí)最早、也是研究較多的腸道有益菌。最常見的應(yīng)用例是從20世紀(jì)20年代就開始生產(chǎn)飲用的用人工培養(yǎng)的嗜酸乳桿菌及其接種培養(yǎng)的發(fā)酵乳和酸乳，用以糾正便秘及其他腸道疾病?，F(xiàn)在已知的乳桿菌對(duì)人體健康的有益作用主要有以下4點(diǎn)。

（1）抑制病原菌和調(diào)整正常腸道菌群：嗜酸乳桿菌對(duì)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(chǎn)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(jī)制作用既歸因于代謝產(chǎn)物中的短鏈脂肪酸（SCFA），也有抗菌樣物質(zhì)的作用。在大劑量抗生素治療時(shí)和治療后，腸道正常菌群被大量殺滅，難辨芽孢梭菌過(guò)度增殖可引起偽膜性腸炎，而嗜酸乳桿菌既能控制該菌過(guò)度增殖同時(shí)又能抑制其產(chǎn)生毒素。從而起到保護(hù)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(guò)路菌或致病菌競(jìng)爭(zhēng)性地占據(jù)腸上皮細(xì)胞受體而達(dá)到抗菌作用。

（2）抗癌與提高免疫能力：迄今已有的研究和報(bào)告，可將其這種作用列出如下幾點(diǎn)：①激活胃腸免疫系統(tǒng)，提高自然殺傷（N K）細(xì)胞活性；②同化食物與內(nèi)源性和腸道菌群所產(chǎn)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(rèn)為與致癌有關(guān)；④分解膽汁酸。

（3）調(diào)節(jié)血脂：該菌能減低高脂人群的血清膽固醇水平，而對(duì)正常人群則無(wú)降脂作用。其解釋機(jī)制為，對(duì)內(nèi)源性代謝的調(diào)節(jié)與利用和使短鏈脂肪酸加速代謝。

（4）乳桿菌促進(jìn)乳糖代謝：乳桿菌可分解乳糖，加速其代謝。因而對(duì)不習(xí)慣食用鮮奶與奶粉的人，可以飲用乳桿菌發(fā)酵的酸奶，這對(duì)我國(guó)克服膳食結(jié)構(gòu)中缺奶（相當(dāng)多的人是由于對(duì)奶不適應(yīng)）有主要應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)然對(duì)為數(shù)不多的真正乳糖不耐癥的人也是有益的。

2．雙歧桿菌(bifidobacterium)

對(duì)人體健康有益作用十分明顯，以至成為近年保健食品開發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)。

（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(duì)8種病原菌作平板擴(kuò)散法抗菌敏感性試驗(yàn)（平行3次），結(jié)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(guò)阻止外襲菌或病原菌的定植以維持良好的腸道菌群狀態(tài)，從而呈現(xiàn)出既糾正腹瀉又防止便秘的雙向調(diào)節(jié)功能。Hotta等證明，雙歧桿菌制劑對(duì)兒童菌群失調(diào)性腹瀉具有顯著的療效，國(guó)內(nèi)外許多保健食品的開發(fā)應(yīng)用，都顯示它對(duì)腸道功能的雙向調(diào)節(jié)作用。便秘是中老年人群的一大頑癥，大量的文獻(xiàn)報(bào)告，無(wú)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(gòu)成，而迅速地解除便秘。

（3）免疫調(diào)節(jié)與抗腫瘤：雙歧桿菌的免疫調(diào)節(jié)主要表現(xiàn)為增加腸道IgA的水平。另一方面，雙歧桿菌的全細(xì)胞或細(xì)胞壁成分能作為免疫調(diào)節(jié)劑，強(qiáng)化或促進(jìn)對(duì)惡性腫瘤細(xì)胞的免疫性攻擊作用。雙歧桿菌還有對(duì)輪狀病毒的拮抗性，與其他腸道菌的協(xié)同性屏障作用以及對(duì)單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)的激活作用。

（4）調(diào)節(jié)血脂：雙歧桿菌的調(diào)節(jié)血脂作用已有不少文獻(xiàn)報(bào)告。以雄性Wistar大鼠添加10%~15％雙歧桿菌因子（低聚糖）、歷時(shí)3~4個(gè)月的試驗(yàn)表明，在不改變體重前提下，呈現(xiàn)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(zhǎng)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(chǎn)物和致癌物的基礎(chǔ)，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(jié)合膽汁酸水解酶等。

三、腸道菌群失調(diào)

如前所述腸道菌群棲息在人體腸道的共同環(huán)境中，保持一種微觀生態(tài)平衡。如果由于機(jī)體內(nèi)外各種原因，導(dǎo)致這種平衡的破壞，某種或某些菌種過(guò)多或過(guò)少，外來(lái)的致病菌或過(guò)路菌的定植或增殖，或者某些腸道菌向腸道外其他部位轉(zhuǎn)移，即稱為腸道菌群失調(diào)（enteric dysbacteriosis）引起腸道菌群失調(diào)的原因較多，如嬰幼兒喂養(yǎng)不當(dāng)、營(yíng)養(yǎng)不良、中老年年老體弱；腸道與其他系統(tǒng)急慢性疾病、長(zhǎng)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(diào)。

腸道菌群失調(diào)可有如下4種常見的表現(xiàn)。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(shù)情況下無(wú)臨床癥狀，甚至可以認(rèn)為不是異常現(xiàn)象，但可有消化吸收功能與食欲不佳、腹?jié)q、產(chǎn)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(diào)，有人按比例失調(diào)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(fù)。第2度為正常腸道菌顯著減少，過(guò)路菌增多，可引起腸道異常發(fā)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(guò)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(tài)的調(diào)整

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

1.一般性調(diào)整措施

（1）強(qiáng)調(diào)嬰兒的母乳喂養(yǎng)。大量研究已經(jīng)證明，母乳喂養(yǎng)兒腸道中的雙歧桿菌占腸道菌群的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工喂養(yǎng)兒；

（2）膳食結(jié)構(gòu)合理化，尤其是保持乳品在膳食構(gòu)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(dāng)控制抗生素一類制菌藥物的應(yīng)用，尤其是長(zhǎng)期應(yīng)用是造成腸道菌群失調(diào)的重要原因之一；

2.利用有益活菌制劑及其增殖促進(jìn)因子利用有益的活菌制劑及其促進(jìn)增殖制劑，保證或調(diào)整有益的腸道菌群構(gòu)成，從而收到特定的健康利益，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外保健食品開發(fā)有效的、重要的領(lǐng)域。

第二節(jié) 具有調(diào)節(jié)腸道菌群功能的物質(zhì)

目前國(guó)內(nèi)外研究開發(fā)的具有調(diào)節(jié)腸道菌群功能的物質(zhì)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(xì)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(lè)；以乳桿菌或乳桿菌與雙歧桿菌為有效菌種的有昂立1號(hào)、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(diǎn)，在腸道內(nèi)形成厭氧環(huán)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(zhǎng)，而保持腸道菌群的正常構(gòu)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(duì)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(yīng)該符合的條件是：有效菌的存活率高（例如活菌達(dá)10⁸~10⁶/ml, g）；制劑的商品流轉(zhuǎn)與貨架保存中活菌含量穩(wěn)定性好；動(dòng)物或人體實(shí)驗(yàn)證明，有效菌能在腸道定植和增殖；無(wú)病原性及有害產(chǎn)物；對(duì)人體（宿主）腸道菌群調(diào)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(guó)外這類活菌制劑的開發(fā)，主要也是用雙歧桿菌、乳桿菌，也有腸球菌。美國(guó)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(yù)防和治療由應(yīng)用抗生素引起的伴聯(lián)性腹瀉與腸道菌群失調(diào)。

二、有益菌增殖促進(jìn)劑

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

（bifidus foctor）等。在漢語(yǔ)中似乎尚無(wú)公認(rèn)的統(tǒng)一名稱。這－類物質(zhì)是近年來(lái)國(guó)際學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界研究與開發(fā)的熱點(diǎn)，即通過(guò)這類物質(zhì)使機(jī)體自身的生理性固有的菌增殖，形成以有益菌占優(yōu)勢(shì)的腸道生態(tài)環(huán)境。這種物質(zhì)的研究起源于Gyorgy發(fā)現(xiàn)母乳中含有雙歧桿菌增殖因子，后來(lái)又觀察到母乳喂養(yǎng)兒與非母乳喂養(yǎng)兒腸內(nèi)雙歧桿菌的數(shù)量有明顯差異，且后者的抵抗力不如前者。

近年來(lái)，日本、歐美各國(guó)對(duì)促進(jìn)有益菌增殖物質(zhì)的研究與開發(fā)集中于一些低聚糖類。低聚糖（Oligosaccharide）是指2~10個(gè)單糖以糖苷鍵連接起來(lái)的糖類總稱。傳統(tǒng)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(nèi)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(shí)證明了人乳酪蛋白對(duì)雙歧桿菌、乳桿菌的促進(jìn)增殖作用歸因于低聚糖組分，且低聚糖能產(chǎn)生對(duì)人乳酪蛋白的β-消除反應(yīng)。有一些報(bào)告認(rèn)為口服低聚糖后，回腸中低聚糖的回收率達(dá)89.4士8.3%，能值為9.5土0.6kJ/g(2.27士0.14kcal/g)，說(shuō)明低聚糖的不消化不吸收和低熱能性質(zhì)。國(guó)內(nèi)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(zhì)檢測(cè)過(guò)的就有異構(gòu)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(chǎn)品純度都不高，一般在40%~50%（其余為其他糖類）上下。文獻(xiàn)報(bào)告它們對(duì)不同人體可使雙歧桿菌增殖10~1000倍，同時(shí)腸道中大腸菌、梭菌、腸球菌等則相應(yīng)減少，腸道總菌數(shù)無(wú)大改變。選用這類物質(zhì)至少要符合如下幾項(xiàng)基本要求：在上消化道基本不消化、不吸收；能促進(jìn)有益菌的增殖；能有效改善腸道菌群構(gòu)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(guó)外稱為Synbiotics,漢語(yǔ)暫無(wú)統(tǒng)一公認(rèn)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(wěn)定因素，所以人們主張將這類有益菌與增殖促進(jìn)劑并用。這方面雖然還有一些問(wèn)題有待研究，但我們對(duì)其中一些產(chǎn)品的應(yīng)用檢測(cè)證明，它在改善腸道菌群構(gòu)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(dāng)前在這類保健食品的開發(fā)上，這種有益菌及其增殖因子并用的產(chǎn)品是值得推廣的。

思考題

1.簡(jiǎn)述腸道主要有益菌及其作用

2.具有調(diào)節(jié)腸道菌群功能的物質(zhì)有哪些？

3.如何設(shè)計(jì)改善腸道菌群功能的保健食品？