益生菌、益生元與老年群體腸道健康

◎ 謝蘭心

（渭南職業(yè)技術學院，陜西 渭南 714026）

聯(lián)合國糧農(nóng)組織（Food and Agriculture Organization，F(xiàn)AO）和世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）聯(lián)合專家委員會于2001年提出了益生菌的科學定義。益生菌（Probiotic）系指活的微生物，當攝取足夠數(shù)量時，對宿主健康有益[1]。腸道中的益生菌在改善腸道健康方面發(fā)揮著重要作用，能夠調節(jié)腸道菌群平衡，通過產(chǎn)生有益的代謝產(chǎn)物來調節(jié)代謝來改善腸道狀況，并抑制病原體的生長[2]。益生元（Prebiotic）則是一種能刺激益生菌生長的食品成分。許多益生元的益處已被證明，并已用于改善人群的腸道健康。

隨著社會老齡化的加劇，老年群體的健康是全社會關注的熱點問題。聯(lián)合國數(shù)據(jù)顯示，從1990年到2020年，老年群體（＞65歲）每年的平均增長率為2.5%。到2050年，老年人的比例將達到總人口的21%，整個社會都應該為適應老齡化趨勢作出努力。為了改善老年人的生活狀況，需要開展更多的研究，為老年群體開發(fā)更多的功能性食品。本文重點討論益生菌、益生元和老年群體腸道健康之間的關系，以期為后續(xù)老年群體腸道健康研究提供幫助。

1 腸道中的微生物與年齡

人體腸道中大約生存著10萬億個細菌，大多數(shù)是良性的，而有些則是病原體。不同個體和不同年齡段的人群中，腸道微生物種類差別很大[3]。對于母乳喂養(yǎng)的嬰兒，雙歧桿菌是主要的腸道菌群，因為母乳含有天然的益生元——低聚半乳糖。如果使用添加混合低聚糖的配方奶粉喂養(yǎng)嬰兒，嬰兒腸道內(nèi)的雙歧桿菌也會增加[4]。這是因為低聚糖可以促進腸道內(nèi)雙歧桿菌的生長。

SILVI等[3]的研究結果顯示，與年輕人相比，腸道中雙歧桿菌數(shù)量的減少是老年人群體的一個標志。CANDY等[4]提到，一旦超過60歲，人體腸道中雙歧桿菌相較年輕時減少1 000倍。他們還指出，在糞便樣本中，身體極度虛弱的老年群體的乳酸桿菌數(shù)量比身體相對健康的老年人減少了26倍。針對老年群體腸道中益生菌數(shù)目減少的問題，GIBSON等[5]發(fā)現(xiàn)，腸道菌群組成和活性可以通過飲食調節(jié)。MACFIE[6]還指出，許多研究已經(jīng)證明，腸內(nèi)治療比腸外營養(yǎng)更安全。他還提到，腸外營養(yǎng)可能通過引起粘膜萎縮和增加腸通透性而破壞腸屏障?；谝陨涎芯砍晒?，市面上已有許多保健品，包括益生菌、益生元和合生元（二者的組合），它們已被用于改善老年群體的腸道菌群狀況，增加和調節(jié)人體腸道中的益生菌種類及其比例。

2 益生菌

研究發(fā)現(xiàn)，腸道內(nèi)的益生菌與一些年齡有關的疾病之間存在相關性。因此，科學家認為改善腸道益生菌的狀態(tài)有助于緩解一些年齡相關疾病。一些益生菌制劑已應用于市場，如乳酸桿菌（Lactobacillus）、雙歧桿菌（Bifidobactera）、鏈球菌（Streptococcus）、腸球菌（Enterococcus）和芽孢桿菌（Bacillus）等[7]。此外，乳酸桿菌和雙歧桿菌已被證實是人體腸道中的主要益生菌[8]。

乳酸桿菌和雙歧桿菌在人類腸道中起著最重要的作用，它們有數(shù)十種或數(shù)百種不同的種屬，個體之間的種屬差異很大[3]。研究不同人群腸道中優(yōu)勢菌種的信息可以幫助人們繪制腸道生態(tài)系統(tǒng)的總體輪廓，也將有助于為設計益生菌和益生元產(chǎn)品提供思路。

要將益生菌做成保健產(chǎn)品，難點在于如何讓益生菌無損傷地通過消化道。也就是說，當益生菌到達大腸時，應保持其大部分活性。胃酸（pH=2）和膽汁鹽（pH=8）是對益生菌活性影響最大的物質[9]。如今科學家們使用以益生元為壁材的微膠囊包被技術，可較好地保留益生菌的活性[10]。

2.1 雙歧桿菌

雙歧桿菌于1900年首次發(fā)現(xiàn)，迄今已報道了30余種。雙歧桿菌是革蘭氏陽性、嚴格厭氧、不產(chǎn)氣、無運動性的無芽孢桿菌[9]。但是，部分種屬可以耐受極低濃度的氧氣。雙歧桿菌通過己糖代謝途徑，將乳糖發(fā)酵成乳酸和醋酸。果糖-6-磷酸激酶已被證實是該途徑中的主要酶，可以作為鑒定雙歧桿菌種屬的典型特征酶。此外，雙歧桿菌在促進腸道消化方面具有優(yōu)勢[9]。人體腸道中的雙歧桿菌數(shù)量約為13～14 lg CFU·g-1[9]。然而，在老年群體中，總量僅為10～11 lg CFU·g-1[3]。除了年齡因素，還有許多因素如飲食和運動等，都會影響腸道中雙歧桿菌的數(shù)量[9]。

雙歧桿菌的耐酸能力較差。在體外模仿胃酸條件下（pH=2），除了長雙歧桿菌嬰兒亞種（B. infantisDSM20088）（pH=4）和動物雙歧桿菌乳亞種（B. animalissubsp. Lactis BB12）（pH=2，20 min），大多數(shù)雙歧桿菌不能生存。在膽汁鹽（pH=8.0）條件下，以上兩種雙歧桿菌都可以存活。所以，若設計口服益生菌補充劑，這兩個菌種是很好的選擇[9]。其中，動物雙歧桿菌乳亞種已被應用于食品生產(chǎn)。美國的Yo-plus公司和英國的Muller's Vitality公司已分別于2007年和2008年推出含有該菌株的酸奶產(chǎn)品，這兩種酸奶產(chǎn)品還均加入了菊粉[9]。

雙歧桿菌已被廣泛使用超過20年。事實證明，雙歧桿菌不僅能維持腸道微生態(tài)平衡，對緩解腹瀉和乳糖不耐受也有一定作用[11]。此外，雙歧桿菌對癌癥和心血管疾病有保護作用，對免疫系統(tǒng)也有益處[9,12]。

2.2 乳酸桿菌

與雙歧桿菌一樣，乳酸桿菌是革蘭氏陽性菌，不形成孢子，不運動，過氧化氫酶陰性。然而，與雙歧桿菌不同的是，乳酸桿菌會產(chǎn)生氣體（CO2）。乳酸桿菌可將葡萄糖轉化為乳酸。根據(jù)最新的研究，目前發(fā)現(xiàn)了120多種乳酸桿菌[9]。乳酸桿菌存在于人體內(nèi)的口腔、胃、小腸、結腸以及回腸末端的黏膜組織中[9]。乳酸桿菌在不同個體腸道內(nèi)的數(shù)量不同，這主要是由不同的飲食習慣所致，即不同食物含有不同種類的乳酸桿菌。人體腸道乳酸桿菌的檢測和鑒定主要通過檢測糞便樣品。在人類的糞便樣本中可以發(fā)現(xiàn)一些特征性的菌種，如嗜酸乳桿菌（L. acidophilus）、唾液乳桿菌（L. salivarius）、發(fā)酵乳桿菌（L. fermentum）、布氏乳桿菌（L. buchneri）和陰道乳桿菌（L. vaginalis）等[9]。SILVI等[3]研究證明發(fā)酵乳桿菌是健康老人（＞65歲）腸道中的主要乳酸桿菌種類。

2.3 腸道益生菌的分離與鑒定

培養(yǎng)是分離和鑒定益生菌的基礎。在培養(yǎng)過程中，依據(jù)不同的培養(yǎng)菌種，選用不同的培養(yǎng)基和不同的培養(yǎng)條件（厭氧或好氧）來分離和鑒定菌株。目前，通常將傳統(tǒng)培養(yǎng)基技術和分子生物學方法相結合來鑒定不同的菌株。在歐盟Crownalife項目中[3]，對12位來自意大利的健康老年人（男∶女=1∶1）的糞便樣品進行稀釋、培養(yǎng)、分離和鑒定，并對樣品中的菌落總數(shù)、乳酸桿菌和雙歧桿菌的數(shù)量進行了統(tǒng)計。培養(yǎng)方法和結果見表1。

表1 Crownalife 項目中的培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件表

如表1所示，與LAMVAB和RB瓊脂相比，MRS瓊脂和Beerens’瓊脂分別更適合培養(yǎng)乳酸桿菌和雙歧桿菌（P＜0.001）[3]。雖然表1中傳統(tǒng)的培養(yǎng)基培養(yǎng)方法快速而簡單，但它僅能測定樣品中乳酸桿菌和雙歧桿菌的數(shù)量，不能分離出乳酸桿菌和雙歧桿菌。若想分離鑒定菌株，還需要同鏡檢法、酶法和分子學方法（如16S rRNA序列分析）等相結合使用。

2.3.1 直接鏡檢法

光學顯微鏡已被用于鑒定糞便樣本中的細菌總量。根據(jù)直接鏡檢法，糞便樣品中的微生物數(shù)目通常為1011～1012CFU·g-1。然而，鏡檢結果并不可靠，僅依據(jù)鏡檢結果可能會低估糞便中微生物的真實數(shù)量[13]。

2.3.2 酶法

酶法可以通過測定糞便樣本中的某些酶和代謝物來鑒定菌株[13]。例如，一些特征的短鏈脂肪酸是某些菌株的特征產(chǎn)物。DANIEL等[13]指出一些特定的酶也可以作為相關的微生物群的鑒定指標。

2.3.3 16S rRNA序列分析

16S rRNA探針技術的廣泛使用得益于現(xiàn)有的巨大基因數(shù)據(jù)庫[14]。16S rRNA探針技術可以與其他方法結合使用，如熒光原位雜交（Fluorescence In Situ Hybridization，F(xiàn)ISH）和變性梯度凝膠電泳（Denatured Gradient Gel Electrophoresis，DGGE）等[15]。

3 益生元

益生元是一種不被人體消化的食物成分，它通過選擇性地刺激腸道內(nèi)益生菌的生長而對宿主產(chǎn)生有益的影響，從而改善宿主的健康狀況[16]。常見的益生元多是一些低聚糖類，如天然存在的低聚果糖、低聚半乳糖等。

3.1 菊粉和低聚果糖

菊粉是一種天然的低聚果糖，廣泛存在于植物中，特別是菊苣根中（70%）。菊粉是由若干果糖分子（n＞10）以β（2-1）鍵連接而成的線性直鏈多糖[17]。由于人體缺乏特定的酶，菊粉不能被人體消化[18]，這使菊粉在通過口腔、胃和小腸時，其結構幾乎能被完整保存。而當菊粉到達大腸時，大腸的微生物菌群能夠利用菊粉并將其完全發(fā)酵。能夠發(fā)酵菊粉的微生物主要是益生菌，特別是乳酸桿菌和雙歧桿菌[9]。因此，菊粉能夠刺激乳酸桿菌和雙歧桿菌在大腸中的生長。由于菊粉味道柔和，無異味和后味[9]，且已與雙歧桿菌一起被應用于食品中，非常適用于制作益生元。

3.2 低聚半乳糖

低 聚 半 乳糖（Galacto-oligosaccharides，GOS）天然存在于母乳中，也可以通過酶法合成。乳糖在β-半乳糖苷酶的催化作用下可以轉化為GOS。在GOS中，β（1-4）和β（1-6）糖苷鍵是最常見的連接方式。GOS具有良好的穩(wěn)定性，且穩(wěn)定性優(yōu)于菊粉和低聚果糖。GOS可以在極熱的條件下（滅菌溫度）和pH值在2以下的酸性條件中保持其結構。GOS不可被唾液分解；能夠耐受胃酸；在小腸中具有良好的抗消化吸收能力。當GOS到達大腸，會被大腸中的雙歧桿菌和乳酸桿菌發(fā)酵[9]。益生元經(jīng)腸道菌群發(fā)酵產(chǎn)生的氫氣由人體呼出，分析腸道菌群產(chǎn)氫量可以測定呼出氣體氫氣含量，可用于輔助診斷疾病。與低聚果糖相比，GOS經(jīng)過體內(nèi)發(fā)酵，可以少呼出34%的氫氣[9]。由于低聚半乳糖具有良好的穩(wěn)定性，它可以廣泛用于果汁、軟飲料以及烘焙食品中[9]。

3.3 低聚木糖

低聚木糖（Xylo-oligosaccharides，XOS）是2～7個木糖分子以β-1,4糖苷鍵連接而成的功能性低聚糖。低聚木糖可以由木聚糖通過酶解法制得，木聚糖可以從櫸木、燕麥和玉米芯中提取[17]。日本進行的一項體內(nèi)實驗表明[17]，每日服用1～2 g的XOS可以增加糞便樣本中的雙歧桿菌數(shù)目，而擬桿菌屬的數(shù)量則有明顯減少。但若想明確XOS的機制和適宜劑量，還需要進行更多的研究。

3.4 低聚葡萄糖

低聚葡萄糖（Glucooligosaccharides）是一種新型的益生元。在合成過程中，蔗糖中的葡萄糖分子在葡萄糖基轉移酶的作用下，轉移到麥芽糖[17]。模擬腸道的體外研究證實，低聚葡萄糖可以促進雙歧桿菌的生長并抑制一些病原菌[17]。然而，目前仍然缺乏體內(nèi)實驗數(shù)據(jù)來證實它在體內(nèi)的益生菌增殖效果。

4 結語

綜上所述，益生菌、益生元廣泛用于改善腸道健康。乳酸桿菌和雙歧桿菌是人類腸道中最重要的益生菌[11]。不同年齡階段的人群腸道中的益生菌狀態(tài)不同。例如，60歲以上老年群體腸道中的乳酸桿菌和雙歧桿菌都較年輕時有所減少。腸道中的微生物菌群的狀態(tài)可以通過檢測糞便樣品來了解。糞便樣品中益生菌的檢測應將傳統(tǒng)培養(yǎng)基技術和分子生物學方法相結合[13]。益生元的不同結構決定了其不同的特性和不同的加工方法，今后研究重點應是如何保護益生元使其完好地通過消化道到達腸道。天然的益生元如菊粉等已被應用于食品中，新型合成益生元如低聚木糖、低聚葡萄糖等在體內(nèi)的功效還需進一步驗證。