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益生菌的功能与安全性评价
长期以来,益生菌产品被认为是有益且安全的,已经被广泛应用于食品加工生产、医药治疗、微生物制剂等领域.益生菌的许多有益功能已被科学实验证明,包括改善胃肠道功能、调节机体免疫功能、降低血清胆固醇、促进营养成分吸收和去除重金属等.本文综述了益生菌的主要生理功能,并对其安全性评价方法进行了总结.
益生菌是一种通过摄入足够的数量,能够对宿主起到积极作用的活的微生物.其中大部分是乳酸菌,包括乳杆菌、乳球菌和双歧杆菌等至少23个属.目前,益生菌产品的市场规模不断扩大,尤其是在食品和医药等领域.根据新思届产业研究发布的《2016-2019年中国乳酸菌市场深度分析报告》显示,2015年我国乳酸菌市场的规模已经达到660亿元.
益生菌之所以被广泛使用,是因为它具有很多对人体有益的生理功能.已有科学依据的功能包括改善胃肠道功能、调节机体免疫功能、降低血清胆固醇、促进营养成分吸收和去除重金属等.为了判别某种益生菌菌株的安全性,需要对其进行体内或体外安全性评价.
益生菌的功能改善胃肠道功能
益生菌在肠道保健和健康调控上的功能主要体现在：防止便秘和腹泻,主要是通过产生抗微生物物质,从而抑制大肠杆菌的肠毒素产生；促进乳糖消化,缓解乳糖不耐症；维持肠道菌群平衡,促进菌群恢复；治疗胃炎等.胃酸、胃胀、胃痛等已经成了常见疾病,有数据表明,90%以上的慢性胃炎都是由幽门螺旋杆菌导致的,而乳酸杆菌对胃幽门螺旋杆菌有抑制作用,其机理可能是益生菌释放免疫调控物质于肠道中,经由血液流到胃部,从而抑制了幽门螺旋菌的生长.益生菌制品被人体摄入后,益生菌会粘附到肠道表面,然后定居到人的胃肠道,这是益生菌发生作用的重要条件.高侃等人发现粘附的益生菌可与肠道上皮细胞、下层免疫细胞构成3个保护屏障,分别是机械屏障、化学屏障和免疫屏障,其中肠道上皮屏障是阻止感染和炎症的主要途径.益生菌增强肠道上皮屏障功能主要有促进黏液层的形成、分泌a一螺旋抗菌多肽和防御素等抗菌因子、促进分泌型免疫球蛋白A (slgA)的分泌、与病原微生物竞争粘附肠道上皮细胞、增强细胞间连接等.
增强人体免疫力
乳酸杆菌和双歧杆菌都具有较强的抗菌活性,可影响机体的局部和全身免疫.益生菌可激活体内的吞噬细胞,释放出IFN-Y、TNF、IL-1、IL-6和C等以增强非特异性免疫调节,并使机体分泌lgA,增强黏膜免疫.除此之外,益生菌在机体细胞免疫和体液免疫中均发挥重要作用.
朱韶娟等人用SPF级昆明种雌性小白鼠为实验材料,研究了复合乳酸菌粉在增强儿童免疫力方面的作用,研究发现在绵羊红细胞诱导的小鼠迟发型变态反应实验中和ConA诱导的小鼠脾淋巴细胞转化增殖实验以及受样动物NK细胞活性试样中,结果都呈阳性,说明该复合益生菌对人体有增强免疫力的作用.
降低血清胆固醇
高胆固醇血病是引起心脑血管疾病的首要原因,除了药物治疗,服用益生菌制剂来控制血清胆固醇水平是治疗高胆固醇血症的良好方法.国内外的学者通过体外实验的方法对益生菌降解胆固醇作用机理进行了广泛研究,目前公认的观点主要有以下两种.一种观点认为,在肠道细菌的作用下,结合胆盐变成脱结合胆盐,脱结合胆盐溶解性较低,易被人体代谢排出.人体为了维持正常的肠肝循环,部分胆固醇就会被用来合成新的胆盐,从而达到降低血液胆固醇的作用.另一种观点认为菌体可以通过酶的作用把胆固醇转化成其他物质或抑制胆固醇的合成.Chiang等人发现益生菌可以产生胆固醇脱氢酶／异构酶,从而可以催化胆固醇生成胆甾-4-烯-3-酮,该烯酮是胆固醇生成粪烯醇的中间产物.粪烯醇随着粪便排出,从而降低了体内胆固醇的含量.
黄玉军等人对来自长寿村人群肠道的乳酸菌降胆固醇能力进行试验研究后发现,在0.1%的胆盐质量分数下,发酵乳杆菌降解胆固醇的能力最佳,这说明加入适量的胆盐可以提高胆固醇降解率,但当胆盐浓度过高时,降解率反而下降,这可能与实验菌株的胆盐耐受力有关.
促进营养成分消化吸收
对于患有乳糖不耐症的人而言,其原因是体内先天性缺乏乳糖酶,或者是由于肠道感染、营养不良等原因导致乳糖酶缺少,从而导致腹胀腹泻.而益生菌制品中的乳酸杆菌和双歧杆菌都能分泌一种可消化乳糖的酶,从而帮助消化乳糖,促进人体吸收牛奶中的营养成分.有研究表明枯草芽孢杆菌等益生菌能够合成Bl、B2、B6等多种维生素和有机酸,降低肠道pH值,从而有利于肠道中钙、铁等营养物质的吸收.洪奇华等人发现热应激会对肉鸡的生长以及消化吸收功能产生不利影响,而添加益生菌和纤维寡糖可以提高肉鸡粗蛋白质和粗纤维的表观消化率,且二者组合添加效果更好.去重金属功能
目前,在大气、土壤、农作物中重金属超标问题严重,除了需要有效预防,将体内重金属排出也是一大研究热点.在处理重金属的方法中,目前的生物处理技术相比传统化学沉淀法、离子交换法具有突出的优越性,而生物处理技术中生物吸附法应用最多,包括使用细菌、真菌等微生物吸附.实验研究发现,乳酸菌具有结合重金属的能力,能有效清除液体中的重金属,尤其是对排除铅有较好的功效.需要注意的是,MRS培养基是一种常用于模拟体外胃肠道环境的细菌培养基,在对重金属离子进行体外模拟分析时,一般控制pH在5.5～7.5.
安全性评价
对于益生菌菌株的体外筛选,首先需要对益生菌的机制、生理生化条件进行研究,提出高效的筛选方法.其次需要对筛选出的菌株进行安全性评价,其中体外安全性评价主要通过研究溶血性、检测毒力因子、抗生素抗性、分析有毒代谢物、血小板凝集等方面进行；体内安全性评价主要从菌株的毒理学、易位可能性及对免疫功能不健全宿主的影响等多方面进行评价.评价之后则研究益生菌制备、应用过程中如何提高其活性等问题.
体内评价时,借助不同的动物模型有助于更好研究益生菌的功能,通常使用小鼠和大鼠模型,在兽医科学中,其他家畜或鱼类等动物也被用于益生菌的研究.大部分用于评价益生菌安全性的模型需要对应不同的疾病模型,如结肠炎、免疫缺陷和心内膜炎动物模型是研究益生菌中使用较多的.Van Minnen等人用急性胰腺炎大鼠模型研究混合益生菌的功能时,发现其对治疗大鼠胰腺炎有很好的效果.但是,将该益生菌混合物制成适于人体的制剂用于急性胰腺炎的人体临床治疗时发现并无效果,反而死亡率更高.益生菌是预防非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)的良好途径,Kobyliak等人用肥胖的老鼠模型进行研究,发现当活性益生菌与Ω-3谷氨酸钠混合使用时,其降低老鼠体内脂肪含量的效果显著,从而证实了益生菌在调节肝脂代谢以及炎症方面的有益功能.Scalfa ro等人用大蜡螟幼虫作为体内研究的模型,对比仅用病原体接种的幼虫,事先接种了乳酸菌、沙门氏菌等益生菌的幼虫表现出了较高的存活率,血细胞密度也有所提高,说明这两种益生菌引起了幼虫的免疫反应,进而证实了益生菌的保护胃肠道功能.
无论是体内评价方法中对动物模型的研究,还是体外评价中对菌株的研究,都为益生菌对人体的功能研究提供了宝贵的数据.但是仍然还有许多不容忽视的问题,例如,在体外评价和动物模型中效用良好的菌种并不一定适用于人体；对于健康人体安全的益生菌种不一定意味着对婴幼儿、老年人及免疫力低下等人群也是安全的；一些外国进口的益生菌产品可能不适用于本国人的体质等等.针对以上情况,还需要对其进行更严格的评价.
总结
目前,各种益生菌已经被广泛应用于工业生产和科学研究中,更多对人体有益的功能等待被挖掘.但是,我国有关益生菌制剂的标准和法规还不够完善,并且国际上还缺乏益生菌的统一安全性评价方法和管理体系.相信随着科学研究的不断深入以及全球化的发展,更多安全有益的益生菌产品将会出现在人们生活中.
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