阿熱愛·巴合提，譚春明，李平蘭

（1.新疆維吾爾自治區(qū)產品質量監(jiān)督檢驗研究院，新疆 烏魯木齊830013；2.中國農業(yè)大學 食品科學與營養(yǎng)工程學院，北京100083）

“益生菌”是一類“對生命有益”的活菌，最早來源于希臘語。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。隨著有益微生物的不斷發(fā)現(xiàn)，各國科學家開始對益生菌的生物學特性、功能和安全性進行了深入研究［1－5］。而生物技術的不斷發(fā)展也使得益生菌開始走向產業(yè)化，如乳酸菌飲料“益力多”、達能“碧悠”和伊利“每益添”等。Lilly等［6］提出益生菌對其他微生物有促進生長的作用，繼而有研究人員發(fā)現(xiàn)益生菌對腸道菌群平衡有促進作用，英國福勒博士（Roy Fuller）提出益生菌是對宿主有益并有利于腸內菌群生態(tài)平衡的活性微生物制劑，并強調了活菌才能夠對健康有益［7］。

研究者認為益生菌屬于有益菌，但并非所有的有益菌都稱得上是益生菌，成為益生菌需要具備以下條件：①對宿主有益，無毒性和無致病作用，能夠耐受膽汁和胃液的腐蝕；②以活菌的狀態(tài)到達腸道并能在腸道內增殖；③能夠改善腸道內菌群，產生有用的酶類和其他代謝物；④能保持活性及有效的活菌數；⑤感官特性良好。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展（如色譜分析技術、電鏡技術、厭氧培養(yǎng)技術等）和新研究方法的出現(xiàn)，益生菌的研究和開發(fā)得到了迅速的發(fā)展。另外，益生菌在菌種開發(fā)和產品研發(fā)方面雖然取得一定的成果，但是益生菌如何影響人或動物的微生態(tài)及對菌種本身特性認識的不足，使得益生菌的深度研究及其產品的開發(fā)受到限制?；谝嫔鷮C體的有益特性，國內外許多學者與專家正在積極開展益生菌生理作用的研究。本文對益生菌種類及其在食品、醫(yī)療保健、畜牧業(yè)和水產養(yǎng)殖業(yè)中的應用現(xiàn)狀進行了綜述，以期為益生菌的研究及其在不同領域的應用提供參考。

1 益生菌的分類

益生菌種類繁多，人體內就超過400種，從目前已報道的益生菌來看，大致分為以下五大類：乳桿菌類、雙歧桿菌類、芽孢桿菌類、鏈球菌類和其他類，其常見代表菌株見表1［8－13］。其中，乳桿菌類、雙歧桿菌類和鏈球菌類均能產生乳酸，故又可分類至乳酸菌，而不產乳酸型益生菌有芽孢桿菌、丙酸菌和酵母菌［14］。目前，已報道的并確定分類的乳桿菌數量達56種（其中有10余種常用）［8］，雙歧桿菌32余種（其中14種與人密切相關）［9］，芽孢桿菌已有150余種（常見的十幾種）［10］，鏈球菌由菌種和亞種組成共60余種［11］。

表1 益生菌的分類及常見代表菌株Table 1 Classification of probiotics and common representative strains

馬現(xiàn)永等［15］按菌株的來源、作用方式和生存條件對益生菌進行了分類。其中，雙歧桿菌屬中嚴格厭氧的現(xiàn)有32種，被證實能在人體腸道內定殖并可應用于乳品及保健品的有5種；已報道的乳桿菌中有十幾種常用于制備腸道微生態(tài)制劑。

隨著研究的不斷進行，新的益生菌不斷被研究者發(fā)現(xiàn)和鑒定。例如：Qian等［16］從傳統(tǒng)乳制品老酸奶中分離出的4株乳酸桿菌菌株LactobacillusZX1、ZX2、ZX27和ZX69可以改變陰道加德納菌（Gardnerella vaginalis）毒力基因的表達，其提取的細菌素對陰道毛滴蟲和大腸桿菌具有很強的抗菌活性，能改變陰道毛滴蟲的耐藥基因轉錄；Zhang等［17］從嬰兒的糞便中分離出1株雙歧桿菌Bifidobacteriumspp.，對樹突狀細胞的體外免疫顯示出良好的黏附能力；岳瑩雪等［18］通過大量篩選發(fā)現(xiàn)，Lactobacillus acidophilusKLDS1.0901和KLDS1.1003對HT－29細胞的增殖能力具有較高的抑制作用，并且具有良好的抗氧化等益生功能；Won等［19］從泡菜中分離到一株乳酸菌Lactobacillus sakeiADM14具有抗脂肪生成和潛在益生菌特性，可作為替代治療補充劑；Uttatree等［20］從泰國灣海洋沉積物中獲得一株產生胞外蛋白酶的新型枯草芽孢桿菌Bacillus subtilisBUU1，所產生的胞外酶有望成為生物技術應用的候選生物催化劑。

目前，16S rRNA序列分析、脈沖電場凝膠電泳（PFGE）、熒光原位雜交（FISH）、特異性基因PCR等分子生物技術的發(fā)展，使得益生菌的分類不斷發(fā)生變化。傳統(tǒng)形態(tài)學和生理生化方法在屬水平上的鑒定往往缺乏可靠性，利用現(xiàn)代分子多重技術從各個方面驗證可使其分類結果更加可靠［21］。如今，DNA標記技術（包括rDNA／rRNA序列的分子標記、基于PCR的DNA標記、限制性片段長度多態(tài)性標記、擴增片段長度多態(tài)性標記、電泳核型標記、溫度梯度或變性梯度凝膠電泳、DNA雜交或DNA探針技術及擴增性rDNA限制性酶切片段分析）、FtsZ蛋白序列、電子鼻技術和分子熒光光譜法被用來進行細菌的分類和鑒定。雖然分子標記技術快速、準確和靈敏，但是不同方法檢測到的細菌種類多樣性結果不完全一致，可見各種方法都有一定的選擇性和局限性。只有將傳統(tǒng)方法和分子生物學方法、新興的方法等結合起來使用才會得到比較滿意的結果，使益生菌的分類更為準確、便捷。

2 益生菌的應用

益生菌具有獨特的生理功能，從國內外市場現(xiàn)狀來看，已廣泛應用于食品、藥品、醫(yī)療業(yè)、畜牧業(yè)和種植業(yè)中。日本是全世界益生菌產業(yè)最發(fā)達的國家，其次是歐洲和美國。

2.1 益生菌在食品領域中的應用

在食品領域，益生菌通常用于乳制品、嬰幼兒食品、發(fā)酵肉制品、發(fā)酵果蔬、發(fā)酵酒及功能性食品當中。

在乳制品方面，常見的益生菌菌株有干酪乳桿菌、雙歧桿菌、保加利亞乳桿菌、嗜酸乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌、鼠李糖乳桿菌和嗜熱乳桿菌等，這些菌株因具有一定的調節(jié)腸道菌群、改善食品風味、降低脂肪和改善肝損傷等功能而被廣泛運用。添加益生菌的乳制品，營養(yǎng)價值高，并兼有保健功能，適合各階段人群的膳食結構，還能降低乳制品中黃曲霉毒素的含量，保障酸乳飲品的安全性與健康性，受到廣大消費者的青睞［22－23］。

在嬰幼兒產品方面，益生菌具有調節(jié)嬰幼兒腸道菌群平衡、預防和治療腹瀉、緩解過敏癥狀及改善食物不耐受性等方面的作用［24］。嬰幼兒食品由于屬性特殊，國家對可添加的益生菌菌株進行了嚴格規(guī)定，下面對常用于嬰幼兒食品的益生菌菌種的用途及功效［25－32］進行了歸納，見表2。

表2 用于嬰幼兒食品的益生菌Table 2 Probiotics for infant food

益生菌在發(fā)酵肉制品、果蔬制品和發(fā)酵酒等方面同樣應用廣泛。

在發(fā)酵肉制品中，益生菌多應用于發(fā)酵香腸、生肉制品、熟肉制品、合成蝦及煙熏肉，其中發(fā)酵香腸中應用最廣［33］。常用乳桿菌、乳酸菌、酵母菌、腸球菌及丙酸桿菌等益生菌來增進口感、改善消化、提高營養(yǎng)、保色保鮮及延長保藏期，或抑制致病菌和腐敗菌、抑制有害毒素及降低生物胺含量［34－35］。

在果蔬發(fā)酵制品中，常用乳酸菌、酵母菌等益生菌發(fā)酵，使產品富含氨基酸、益生元、有機酸、維生素、礦物質和生物酶等多種營養(yǎng)成分。此外，益生菌在生長代謝過程中還產生多酚類物質、胞外多糖、細菌素和酶等功效成分，使果蔬發(fā)酵制品具有抗氧化、抑菌、改善腸道功能及解酒護肝的功效，還具有提高免疫力和降血糖的功能［36］。

在發(fā)酵酒方面，雖然報道較少，但國內外學者已經開始研制功能性保健酒。例如，袁林等［37］將益生菌用于葡萄酒發(fā)酵后發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵酒具有抗癌、抗氧化、抗心血管疾病及抗菌消炎的功效，并且添加益生菌后多了一些活性成分如維生素、礦物質等，這將拓寬益生菌在發(fā)酵酒當中的應用。

在功能性食品方面，功能性食品因添加了益生菌、益生元和合生元等，使得其具有生物調節(jié)、增進食欲、促進吸收、增加生物防御、抑制過敏反應、免疫刺激以及預防高血壓、糖尿病、癌癥、高膽固醇、貧血、血小板凝聚和老年疾病等功效［38］。

2.2 益生菌在醫(yī)療領域中的應用

益生菌制劑在醫(yī)療保健領域中占有十分重要的位置，國內外醫(yī)學工作者常將益生菌用于胃腸道疾病、高血脂、高血壓、嬰幼兒疾病及癌癥等疾病的治療，打破了傳統(tǒng)的純藥物治療局面。

2.2.1 益生菌治療胃腸道疾病

作為人類胃腸道重要組成部分的胃腸道微生物群是一個復雜且動態(tài)的微生物生態(tài)系統(tǒng)，細菌種類繁多，大約有400多種，對機體腸道營養(yǎng)、代謝活動及宿主免疫系統(tǒng)等功能均有影響［39］。Yan等［40］指出，乳酸桿菌GG可促進P75及P40等可溶性蛋白的分泌，抑制腸道上皮細胞凋亡，增強腸道上皮細胞的屏障功能。韓悅等［41］通過增加定殖形成優(yōu)勢菌群，預防腸道微生態(tài)失衡，有效促進了機體形成脂磷壁酸和S－層蛋白等保護性屏障，進而防止病原菌黏附。此外，益生菌分泌的代謝產物能夠有效抑制或殺死腸道病原菌，還可調節(jié)腸道上皮細胞上的Toll樣和NOD樣受體的表達并激活相應信號通路，以調節(jié)細胞的促炎－抗炎反應［42］。Delungahawatta等［43］在研究益生菌與腸道上皮細胞相互作用機制時指出，其益生機制是通過促進黏蛋白分泌，形成連接蛋白，使得腸道上皮細胞的通透性降低，從而增強腸上皮細胞的屏障功能。

2.2.2 益生菌治療新生兒疾病

益生菌制劑對新生兒腸道具有免疫調節(jié)作用，在新生兒壞死性小腸、結腸炎、喂養(yǎng)不耐受癥、新生兒腹瀉病、新生兒黃疸及變態(tài)反應性等疾病中起到不可或缺的作用［44］。

2.2.3 益生菌的降血脂作用

食物中的膽固醇能被腸道內益生菌所吸附，促使膽固醇向體外排泄。另外，益生菌還能吸附腸內的膽汁酸，將其排出體外，而腸內膽汁酸的減少能加速肝臟中的膽固醇向膽汁酸轉化，進而直接或間接地減輕血清中膽固醇的含量，起到降血脂作用［45］。

2.2.4 益生菌的降血壓作用

最近的研究表明，益生菌能有效改善某些代謝紊亂，如高血壓，當人體在攝入益生菌發(fā)酵的食品如乳制品（酸奶、豆奶、奶酪）、果蔬發(fā)酵制品和肉制品等之后，血壓出現(xiàn)了下降的現(xiàn)象。有些益生菌能特異分解酪蛋白產生LPP和VPP這2種多肽，進而抑制ACE酶的活性，長期攝入這2種活性多肽能有效防止高血壓［46］。Lye等［47］指出，益生菌可通過改善脂質結構、胰島素抵抗、調節(jié)腎素和生物活性異黃酮的轉化來抗高血壓。這些表明，與藥物或激素治療相比，使用益生菌等飲食替代品可以減少代謝性疾病的發(fā)生，既沒有副作用也較溫和，還可以作為一種補充，以提高那些已經遭受疾病和服用藥物或激素治療藥物的人的福祉。

2.2.5 益生菌的抗癌作用

惡性腫瘤是一種復雜疾病，其發(fā)生、發(fā)展與腸道菌群的失衡及破壞有著密切的關系。益生菌可以抑制能產生致癌物和誘變劑的相關微生物群的生長，并促使機體內致癌物的代謝和防止DNA受氧化損傷，機體免疫系統(tǒng)得到調節(jié)，進而起到抗癌的作用［48］。

2.2.6 益生菌的增強免疫作用

益生菌對機體免疫能力的提高主要是通過調節(jié)宿主的免疫系統(tǒng)，包括體液免疫系統(tǒng)、腸道黏膜免疫系統(tǒng)及細胞免疫系統(tǒng)，進而發(fā)揮潛在的抗衰老和治療自身免疫性疾病的作用。Sharma等［49］在研究益生菌的抗衰老效果時指出，抗氧化作用的實現(xiàn)可能是益生菌有助于維持機體免疫系統(tǒng)的平衡，使機體免疫調控能力提高，從而延長壽命。益生菌在治療Ⅰ型糖尿病、類風濕性關節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡和多發(fā)性硬化癥上表現(xiàn)出良好的療效，可避免傳統(tǒng)的糖皮質激素和免疫制劑帶來的不良影響［50－51］。Ochoa-Repáraz等［52］發(fā)現(xiàn)，脆弱擬桿菌可產生一種雙性離子型多糖（PSA），促進免疫細胞及細胞因子發(fā)揮作用，參與機體免疫調節(jié)，進而改善患者相關癥狀。

2.2.7 益生菌治療中樞神經系統(tǒng)疾病

中樞神經系統(tǒng)（CNS）疾病患者常伴有腸道菌群紊亂的現(xiàn)象，有研究指出益生菌可有效緩解CNS疾?。?3］。Surwase等［54］發(fā) 現(xiàn) 一 種 新 的 芽 孢 桿 菌 屬Bacillussp.JPJ可以在體內以L－酪氨酸為底物合成左旋多巴，進一步在多巴脫羧酶的作用下轉化為多巴胺，從而緩解帕金森病癥狀。

2.3 益生菌在畜牧業(yè)中的應用

在畜牧業(yè)中，益生菌主要用于畜禽飼料的發(fā)酵、飼料添加劑及抗生素的替代。一方面，作為飼料添加劑喂食給畜禽，用于畜禽腸道微環(huán)境的調節(jié)，改善其生長性能及增強免疫力，并提高肉的品質；另一方面，對畜禽飼料進行發(fā)酵處理，不僅可減少原料中的抗營養(yǎng)因子，還可以產生可溶性多肽和有益代謝產物等，提高飼料的營養(yǎng)水平和吸收利用率，促進動物的生長發(fā)育［55－56］。例如，在禽類養(yǎng)殖中廣泛應用的枯草芽胞桿菌，常作為微生態(tài)制劑直接添加到飼料中，以調節(jié)動物腸道菌群、促進營養(yǎng)吸收和提高免疫能力等［57］。鄭有秀等［58］指出，斷奶仔豬在喂食添加了丁酸梭菌的飼料之后，其腸道結構得到改善，腹瀉率降低，并增強了機體的免疫能力。吳建忠等［59］研究乳酸芽孢桿菌制劑對齊卡肉兔的促生長作用，表明其具有促生長作用，提高了飼料的轉化能力，并增強了實驗動物的抗病力。劉長忠等［60］利用復合益生菌發(fā)酵棉仁粕后發(fā)現(xiàn)，棉仁粕的品質得到了提高，同時提高了粗蛋白、粗纖維、賴氨酸、蛋氨酸的含量，還改善了飼料的適口性。王倫學等［61］研究發(fā)現(xiàn)，妊娠母豬日糧中添加益生菌可提高母豬的采食量，改善母豬便秘及健康狀況，并可在一定程度上提高母豬繁殖性能。然而，在抗生素替代上，除了用益生菌代替藥物來改善動物腸道環(huán)境、抑制有害菌的生長，還用于微生物感染炎癥疾病的治療，減少抗生素使用帶來的環(huán)境污染及健康問題。芽孢桿菌可產生大量有機酸而降低腸道pH，抑制有害菌的生長，同時減少養(yǎng)殖業(yè)對環(huán)境的污染，促進畜牧健康發(fā)展［62］；王慶等［63］發(fā)現(xiàn)，益生菌可提高泌乳母牛的產奶量及奶的質量，對預防和治療奶牛乳房炎有一定的作用。

2.4 益生菌在水產養(yǎng)殖業(yè)中的應用

益生菌在水產養(yǎng)殖中能夠起到預防疾病、促進生長、凈化水質及提高免疫的作用，并且無抗性，安全且環(huán)保，常用來替代抗生素，具有重要的研究價值和廣闊的應用前景。在抑制有害微生物方面，益生菌進入新環(huán)境后能夠適應較惡劣的環(huán)境并迅速繁殖，成為優(yōu)勢菌群，進而對環(huán)境中有害菌群的生長起到抑制作用［64］。益生菌進入水產動物腸道后能與病原菌競爭附著位點，大量生長繁殖，從而抑制病原菌的生長，使腸道微生態(tài)保持平衡；另外，益生菌復合制劑在促進水產養(yǎng)殖健康發(fā)展方面具有多方面的優(yōu)勢，可以促進蛋白質、礦物質等營養(yǎng)物質的代謝，提高水產動物的生長能力并增強其免疫能力［65］。劉龍鎮(zhèn)等［66］在研究復合微生態(tài)制劑對凡納濱對蝦生長、非特異性免疫及抗病力的影響時發(fā)現(xiàn)，在飼料中添加枯草芽孢桿菌可改善凡納濱對蝦生長性能以及抗氧化、抗病能力。在凈化水質方面，益生菌能夠通過硝化、反硝化、氧化、硫化、解硫、氨化和固氮等作用，迅速降低水中亞硝氮、H2S、氨氮和CO等有害物質，還能降解殘余餌料、水產動物排泄物和殘骸等大分子有機物，進而改善養(yǎng)殖水體環(huán)境［67－68］。在提高水產動物免疫力方面，進入動物腸道內的益生菌可與機體免疫系統(tǒng)相互作用，激活水產動物的免疫系統(tǒng)，提高吞噬細胞和淋巴細胞的活性，增強水產動物的抗病能力及免疫力，達到預防和抵抗疾病的效果［69－70］。

2.5 益生菌在農業(yè)種植中的應用

在種植業(yè)中可利用益生菌原液來制作堆肥，益生菌在發(fā)酵過程中不僅能迅速繁殖，還能產生多種有益代謝產物，從而促進作物生長發(fā)育，提高其抗寒、抗旱及抗病能力，預防病蟲害的發(fā)生；而在農產品成熟期，用益生菌液噴灑花卉、果實、葉片等部位，可延長花卉開花時間和農產品的保鮮儲藏期［71］。

3 益生菌的應用前景和挑戰(zhàn)

隨著研究的不斷深入和發(fā)展，益生菌的應用領域不斷擴大，但在實際應用當中還存在著菌種穩(wěn)定性差、在消化道難定殖以及發(fā)揮某種功效的作用機制尚不清楚等問題。例如：活菌制劑在飼料加工、運輸和貯存過程中易失活，其存活率得不到保證，導致生物活性降低，影響產品的質量；大多進入動物消化道的益生菌又受到胃酸和膽鹽等的影響，使得最終能到達腸道并定殖發(fā)揮作用的活菌數量不足，益生效果不顯著。另外，益生菌在發(fā)揮作用的同時也存在一定的毒性問題，大多數乳酸桿菌和雙歧桿菌在代謝過程中產生多種細菌素，這些細菌素除能抑制或殺死腸道內腐生菌和病原菌外，還作用于腸道內其他有利于維持機體正常生理功能的微生物。

目前，不少益生菌類產品的標志不明確，消費者越來越關注產品相關信息的同時卻對益生菌的認識度不夠，可見益生菌相關產品信息的公開化并以合適的方式向消費者宣傳產品功效成為未來發(fā)展的趨勢。生物技術和生物標記等技術的發(fā)展也為人們不斷探索益生菌提供了新的工具和科學、合理的方法，有望增強其應用效果和拓寬應用范圍。將來，有望在菌種篩選、加工和貯存等方面有所改進和突破，利用益生菌自身獨特的優(yōu)勢在人類健康、畜牧生產、水產養(yǎng)殖和農業(yè)種植中發(fā)揮巨大的作用。