乳酸菌功能研究进展及限制发展因素分析

任 磊1，杨 玲1，何 方2，霍世和1，贾洪利1，
赵林森1(1.河北一然生物科技股份有限公司，
河北正定 050000;2.四川大学公共卫生学院，四川成都 610041)

摘 要：乳酸菌因具有增强免疫反应、平衡肠道菌群、降低血清胆固醇、抑制幽门螺杆菌等生理功效，成为了功能性食品研发的热点，但乳酸菌在生产、储存及运输过程中，活菌数量和活性难以保持，使其发展严重受限。本文通过查阅文献资料，结合笔者自身工作经验，总结了乳酸菌的生理功能，并分析了限制乳酸菌应用发展的因素，旨在为乳酸菌应用提供参考。

关键词：乳酸菌;功能;限制发展因素

20世纪初期，梅契尼科夫提出了乳酸菌概念[1]，乳酸菌被作为生长促进剂和疾病抵抗剂引入动物饲料领域。研究结果显示，乳酸菌在调节肠道菌群、改善胃肠道环境、降低胆固醇、控制内毒素以及提高食物消化效率等方面发挥着至关重要的作用。对这些功能的应用也大大促进了乳酸菌相关产品的开发。目前，乳酸菌也已应用于植物酵素饮品、酸奶、配方奶粉等食品中。乳酸菌对环境温度、湿度、氧气浓度要求较高，双歧杆菌更是如此，常温条件下活菌数衰减明显，如何保证乳酸菌产品的品质已成为当前食品及饮料行业及科研领域研究的热点及难点。

1 乳酸菌功能研究进展

1.1 免疫反应方向

乳酸菌参与机体免疫机制主要和刺激特异性免疫反应和非特异性免疫反应有关。在非特异性免疫方面，乳酸菌可通过控制炎症反应、调控细胞因子、增强吞噬细胞作用以及黏膜的屏障作用来提高免疫功能。在特异性免疫方面，乳酸菌可增强T细胞增殖能力，激活抗肿瘤免疫机制。多数研究结果显示，乳酸菌在提高免疫力方面具有显著功效。钱丹[2]以老年阴道炎患者为研究对象，对比了单纯甲硝唑、乳酸菌阴道胶囊联合甲硝唑治疗方式对阴道免疫功能的影响，结果显示，乳酸菌阴道胶囊联合甲硝唑不仅可改善患者阴道免疫机制，还能有效降低复发率。LIU等人[3]筛选了具备抗炎活性的益生菌——干酪乳杆菌，并研究了其对免疫细胞反应和组蛋白乙酰化的影响，结果表明干酪乳杆菌可通过减少巨噬细胞及其分泌的炎症因子，改善结肠炎。此外，乳酸菌在机体免疫机制调节方面的功效也可体现在其可显著降低过敏反应。微生物领域专家普遍认为，乳酸菌可通过调节Th1/Th2和Treg/Th17细胞分化，来平衡免疫系统，进而阻断过敏反应。

1.2 平衡肠道菌群

肠道内部栖息大量的细菌、病毒以及真菌等微生物种群，肠道菌群的平衡稳定对于人体健康来说至关重要。

郭佳汶等人[4]研究了鼠李糖乳杆菌在调节肠道菌群方面的功效，以雄鼠为研究对象，分为空白对照组、头孢曲松组及乳酸菌组，分别给予生理盐水喂养、头孢曲松喂养以及鼠李糖乳杆菌和头孢曲松联合喂养，每2 d采集雄鼠重量、粪便菌群结构和短链脂肪酸组成。结果显示，鼠李糖乳杆菌在抑制肠道病原菌生长、调节肠道菌群结构等方面具有显著功效。同时，鼠李糖乳杆菌还可有效缓解因抗生素诱发的机体损伤。MATSUMOTO等[5]通过实验研究发现，服用乳酸菌发酵乳后，受试者肠道内的细菌数量、双歧杆菌以及短链脂肪酸含量明显增加，证明乳酸菌可平衡机体肠道菌群。岳月等人[6]比较了4种不同植物来源的乳杆菌在缓解大肠杆菌所致腹泻方面的效果。结果显示，大肠杆菌可使双歧杆菌、紫单胞杆菌丰度下降，同时也可增加肠杆菌种属丰度。植物乳杆菌可保护双歧杆菌等其他微生物，提高短链脂肪酸水平，修复受损的肠道菌群。

1.3 降低胆固醇方向

胆固醇是人体细胞活动不可或缺的物质，主要参与细胞膜、单程胆汁酸和维生素D的合成。但胆固醇摄入过多也会诱发高胆固醇血症、冠状动脉硬化，同时，胆固醇也是世卫组织公布的3类致癌物之一。国内外研究结果证明，乳酸菌在降低胆固醇方面具有良好功效。路四海等人[7]研究发现，随着培养时间的延长，嗜酸乳杆菌降胆固醇作用效果越明显，分析原因可能为嗜酸乳杆菌可吸附胆固醇，使胆固醇随菌体共沉淀，进而降低胆固醇含量。国立东等人[8]通过体外实验研究发现，双歧杆菌、明串珠菌属、片球菌属、链球菌属、乳杆菌属均具有良好的降胆固醇功效。其中，乳酸乳球菌乳亚种HUCM201可通过共沉淀作用去除约14.30%胆固醇，通过细胞膜吸附可清除18.10%胆固醇。王秀娟等人[9]研究了一株保加利亚乳杆菌和一株嗜热链球菌的体外降胆固醇能力，通过工艺条件优化，发现温度为37 ℃，接种量为2%，培养基pH为6.7，培养时间为48 h的条件下，2株菌降胆固醇效果最佳，降解率分别为4.12%和4.53%。通过以上研究结果可知，乳酸菌在降低胆固醇方面的作用机制可能和以下因素有关：①乳酸菌可分泌使结合态胆盐分解成胆汁酸的胆盐水解酶，胆固醇在酸性状态下可和胆汁酸发生共沉淀反应，进而排出体外;②乳酸菌细胞膜可吸收或吸附胆固醇;③乳酸菌可调控胆固醇合成酶和分解酶，进而调节胆固醇代谢速度，降低胆固醇含量。

1.4 抑制幽门螺杆菌感染

幽门螺杆菌是慢性胃炎、消化性溃疡的主要致病因素，也与胃癌发病密切相关。幽门螺杆菌()是人类目前感染率最高的慢性感染细菌之一，成为人类所面临的重大公共卫生问题。常规的治疗手段以“三联”和“四联”为主，但基于幽门螺杆菌容易对抗生素类化学药物产生耐药性，也可诱发各类胃肠道不良反应。因此，选择安全有效的治疗方法是临床医学面临的一大难题。临床试验研究结果证明，乳酸菌在清除幽门螺杆菌方面具有显著功效，其作用机制为乳酸菌可吸附于胃黏膜上，进而抑制幽门螺杆菌对胃黏膜的黏附，降低幽门螺杆菌的感染密度。韦舒静等人[10]研究了复合乳酸菌胶囊对幽门螺杆菌感染的治疗效果，并对治疗前后患者胃黏膜内中性粒细胞的浸润程度进行了对比。结果显示，服用复合乳酸菌胶囊后，患者胃黏膜炎症反应程度明显下降，疗效与抗生素组基本一致。HORIE等人[11]研究了含有嗜酸乳杆菌、双歧杆菌和1%幽门螺杆菌尿素酶免疫球蛋白的酸奶在改善幽门螺杆菌感染方面的作用，与对照组相比，患者连续服用酸奶4周后，幽门螺杆菌数量明显下降。

2 乳酸菌在我国应用推广限制因素分析

基于乳酸菌在免疫调节、降低胆固醇、平衡肠道菌群以及抑制幽门螺杆菌方面的作用效果，多种乳酸菌类食品、药品备受关注。但由于乳酸菌在生产加工过程中，活菌数量、菌群活性以及菌群稳定性难以保证，成为乳酸菌功能开发领域面临的主要问题。冷藏条件下储存的乳基基质能很好地保持乳酸菌菌株活力，故乳酸菌主要配制成发酵乳产品。但冷藏条件消耗大量能源，且不利于运输。有些乳制品企业为降低成本，放宽储存条件，却难以保证活菌数量及活性。也有学者研究通过喷雾干燥、流化床干燥，低温冷冻干燥等方式来保存乳酸菌，但干燥过程会破坏乳酸菌的膜、蛋白质和核酸，难以从根源上解决问题。

针对这些限制因素，有研究发现乳酸菌细胞的形态结构深受培养基组成的影响，例如培养基中氮源成分的变化可以直接影响乳酸菌细胞的大小及细胞壁的厚度，从而使其对酶处理的易感性发生变化，进而影响其加工过程的存活率。此外，还有研究者提出了微囊化概念，所谓微囊化就是利用一些可以成膜的物质，将乳酸菌包埋在其中空间内的一种技术，微胶囊化能保护乳酸菌不受环境中诸如湿度、氧浓度等严酷因子的干扰，从而增加乳酸菌的保存时间。微囊化技术由于可选择的材料种类较少，同时不能对所有的乳酸菌菌株达到一致的保护效果，所以技术尚不成熟，且在产业化方面仍会面临众多问题。

3 结语

乳酸菌对人类健康具有特殊功效，在功能食品发展中具有十分重要的现实意义。利用乳酸菌的生理功效，将其制备成特殊功能食品，也是乳酸菌产业发展的主要方向。但基于乳酸菌在生产、储存和运输中，活菌数量、活性难以保证，也使得乳酸菌产品发展受限。因此，我国在乳酸菌研究开发方面可以从以下方面入手：①加强乳酸菌资源的收集，建立专业化的菌种资源库;②加强基础研究积累，突破核心技术，如高密度培养、菌体高效收集及干燥技术;③产业化层面上乳酸菌应与新兴技术多尺度结合，以解决行业需突破的高密度培养、高活性制备和高稳定性贮存等关键工艺技术难题，为乳酸菌行业向价值链高端迈进提供重要保障。

参考文献

[1]METCHNIKOFF E.The prolongation of life: Optimistic studies[M].London:William Heinemann,1907.

[2]钱丹.乳酸菌阴道胶囊联合甲硝唑对老年阴道炎患者阴道免疫功能的影响[J].中国老年学杂志,2020,40(21):4587-4590.

[3]LIU M L,DING J H,ZHANG H M,et al.Lactobacillus casei LH23 modulates the immune response and ameliorates DSS-induced colitis via suppressing JNK/p-38 signal pathways and enhancing histone H3K9 acetylation.[J].Food & function,2020,11(6):5473-5485.

[4]郭佳汶,程如越,张瑜杰,等.鼠李糖乳杆菌对头孢曲松引起的幼年期肠道菌群及生长发育异常的改善效果研究[J].中国抗生素杂志,2019,44(9):1107-1113.

[5]MATSUMOTO K,TAKADA T,SHIMIZU K,et al.Effects of a probiotic fermented milk beverage containing Lactobacillus casei strain Shirota on defecation frequency, intestinal microbiota, and the intestinal environment of healthy individuals with soft stools[J].Journal of Bioscience & Bioengineering,2010,110(5):547-552.

[6]岳月,杨波,赵建新,等.植物乳杆菌通过肠道菌群调节缓解产肠毒素大肠杆菌导致的腹泻[C]//第十五届益生菌与健康国际研讨会摘要集.南京:中国食品科学技术学会,2020.

[7]路四海,赵瑞香,牛生洋,等.乳酸菌降低胆固醇作用及其机理的研究进展[J].食品与发酵工业,2012,38(2):163-167.

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[9]王秀娟,张小磊,商雪娇,等.2种乳酸菌降胆固醇能力的比较研究[J].食品科技,2016,41(5):12-15.

[10]韦舒静,杨竹芳,张元庆,等.微生态疗法治疗幽门螺杆菌感染临床效果及组织学变化[J].中国厂矿医学,2008(1):18-19.

[11]HORIE K,HORIE N,ABDOU A M,et al.Suppressive effect of functional drinking yogurt containing specific egg yolk immunoglobulin on Helicobacter pylori in humans[J].Journal of Dairy Science,2004,87(12):4073-4079.

作者简介：任磊(1988—)，男，汉族，河北石家庄人，硕士，工程师。研究方向：乳酸菌工艺。

通信作者：赵林森(1969—)，男，汉族，河北衡水人，EMBA，高级工程师。研究方向：乳酸菌功能及产业化。