凝結(jié)芽孢桿菌的益生作用及應(yīng)用研究進(jìn)展

◎鄭 敏，呂 倩，王小寧

（渭南市檢驗(yàn)檢測(cè)研究院，陜西 渭南 714000）

1 引言

凝結(jié)芽孢桿菌（Bacillus coagulans）于19世紀(jì)初首次在腐敗的牛奶中被發(fā)現(xiàn)[1]，由于其含有乳酸菌和芽孢桿菌的雙重特性，分類一直受到爭(zhēng)議，直到第八版的《伯杰氏鑒定細(xì)菌學(xué)手冊(cè)》將嗜熱、接觸酶陽(yáng)性的乳酸菌歸于芽孢桿菌屬細(xì)菌[2]。1992年，F(xiàn)DA批準(zhǔn)的42種安全菌株中，凝結(jié)芽胞桿菌排在首位[3]。而指導(dǎo)凝結(jié)芽孢桿菌農(nóng)業(yè)應(yīng)用的首個(gè)標(biāo)準(zhǔn)《飼料添加劑凝結(jié)芽孢桿菌》（T/CSWSL 022—2020）團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，也于2020年12月31日正式實(shí)施。本文對(duì)凝結(jié)芽孢桿菌的生物學(xué)特性、益生作用以及其在食品工業(yè)方面的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，分析了凝結(jié)芽孢桿菌未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

2 凝結(jié)芽孢桿菌的生物學(xué)特性

凝結(jié)芽孢桿菌為革蘭氏陽(yáng)性芽孢桿菌，兼性厭氧，最適生長(zhǎng)溫度為45～50 ℃，最適pH為6.0～7.0，過(guò)氧化氫酶陽(yáng)性[4]。

凝結(jié)芽孢桿菌能產(chǎn)生乳酸和生物素，在有氧條件下，生物素的產(chǎn)量大于乳酸，而無(wú)氧條件下卻與此相反。凝結(jié)芽孢桿菌分泌的乳酸能促進(jìn)機(jī)體對(duì)礦物元素的解離，產(chǎn)生的鈣鎂鐵等離子，可提高機(jī)體對(duì)礦物元素的利用率[5-6]。凝結(jié)芽孢桿菌在腸道繁殖中還會(huì)產(chǎn)生淀粉酶和蛋白酶，且能產(chǎn)生B族維生素、氨基酸、短鏈脂肪酸等，改善腸道對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收。此外，其還可以產(chǎn)生少量的乙酰甲基甲醇、乙醇、乙酸等[7]。

凝結(jié)芽孢桿菌還具有抗胃酸[8]、耐熱耐高壓[9]、耐膽鹽[10]、降解亞硝酸鹽[11]、易貯存[12]等特點(diǎn)，但其在低pH條件下，抗逆性會(huì)下降[13]。

3 凝結(jié)芽孢桿菌的益生作用

3.1 抑制致病菌

致病菌是影響動(dòng)物和人類腸道健康進(jìn)而引發(fā)疾病的罪魁禍?zhǔn)字?，凝結(jié)芽孢桿菌到達(dá)腸道后通過(guò)消耗游離氧進(jìn)行繁殖，制造出缺氧環(huán)境，從而抑制好氧致病菌的生存。Annunciata[14]等以凝結(jié)芽孢桿菌CNCMI-1061飼喂乳豬，結(jié)果顯示，凝結(jié)芽孢桿菌可以顯著抑制致病菌厭氧球菌、擬桿菌屬及大腸桿菌的生長(zhǎng)。同時(shí)，凝結(jié)芽孢桿菌對(duì)引起腸道炎癥的主要致病菌，如大腸埃希菌、沙門菌等，均有抑制作用[15]。凝結(jié)芽孢桿菌對(duì)小鼠腸道具有保護(hù)作用，在大腸桿菌攻毒下仍能增加小鼠腸道菌的多樣性，維持腸道的健康環(huán)境，調(diào)節(jié)腸道菌群平衡[16]。此外，凝結(jié)芽孢桿菌可以緩解腸炎沙門氏菌感染引起的雛雞體重下降問(wèn)題，并有效減少盲腸中腸炎沙門氏菌的載菌量[17]。

凝結(jié)芽孢桿菌的代謝產(chǎn)物也有一定的抑菌性。凝結(jié)芽孢桿菌BC99產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物粗品對(duì)大腸埃希菌CVCC 1527、鼠傷寒沙門氏菌CVCC 2228、金黃色葡萄球菌CVCC 4098、豬霍亂沙門氏菌CVCC 503均有一定的抑制效果[18]。

3.2 提高機(jī)體的免疫力和生長(zhǎng)性能

①凝結(jié)芽孢桿菌能顯著提高動(dòng)物的免疫功能和生長(zhǎng)性能。凝結(jié)芽孢桿菌能增強(qiáng)T淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化，促進(jìn)細(xì)胞因子分泌及免疫抗體產(chǎn)生[19]。②在飼糧中添加凝結(jié)芽孢桿菌制劑，能提高仔豬免疫力和生長(zhǎng)性能[20]。③添加凝結(jié)芽孢桿菌可以降低肉雞死亡率，增加日增體重及出欄體重[21]。凝結(jié)芽孢桿菌培養(yǎng)物可通過(guò)增強(qiáng)免疫力，增加小腸絨毛高度，提高消化酶活性，促進(jìn)日糧消化吸收，進(jìn)而提升雞的生長(zhǎng)性能[22]，可以提高感染產(chǎn)氣莢膜梭菌肉雞生長(zhǎng)性能及免疫器官指數(shù)，增強(qiáng)其免疫能力，并緩解由于感染而導(dǎo)致的不利影響[23]。此外，研究發(fā)現(xiàn)，添加凝結(jié)芽孢桿菌的飼料還能提高白蝦生長(zhǎng)性能、血清抗氧化能力和非特異性免疫能力[24]。

3.3 抑制機(jī)體重金屬中毒

研究發(fā)現(xiàn)，凝結(jié)芽孢桿菌可有效抑制重金屬和毒素對(duì)動(dòng)物機(jī)體的干擾。在重金屬鎘污染下，添加凝結(jié)芽孢桿菌SCC-19可有效保護(hù)鯉魚，抑制鎘中毒[25]。同時(shí)，凝結(jié)芽孢桿菌的飼喂可以減緩鉛刺激下動(dòng)物腸道細(xì)胞的凋亡，增加腸道細(xì)胞的增殖能力[26]。此外，凝結(jié)芽胞桿菌可有效降解玉米赤霉烯酮，可用于飼料添加劑，提高動(dòng)物抗病能力[27]。

3.4 維護(hù)機(jī)體健康，預(yù)防和治療疾病

凝結(jié)芽胞桿菌在降低動(dòng)物血脂血糖方面亦有功效。凝結(jié)芽胞桿菌 TQ33可降低糖尿病大鼠的血糖水平，轉(zhuǎn)變耐糖量減低現(xiàn)象[28]。此外，凝結(jié)芽孢桿菌CGMCC 9951可提高小鼠的運(yùn)動(dòng)耐力，顯著降低血清炎癥水平，緩解機(jī)體疲勞[29]。

凝結(jié)芽孢桿菌在臨床方面經(jīng)研究具有預(yù)防和治療疾病作用。試驗(yàn)表明，凝結(jié)芽孢桿菌聯(lián)合谷氨酰胺治療肝硬化，可更好地保護(hù)患者腸粘膜屏障，改善肝功能，提高肝臟儲(chǔ)備能力[30]。

凝結(jié)芽孢桿菌在預(yù)防和治療嬰幼兒也有一定研究。①凝結(jié)芽孢桿菌活菌片對(duì)預(yù)防小兒反復(fù)性呼吸道感染效果非常顯著[31]。②凝結(jié)芽孢桿菌活菌與蒙脫石散聯(lián)用治療小兒腹瀉安全性較高，可快速有效改善患兒癥狀[32]。③調(diào)脾和中顆粒聯(lián)合凝結(jié)芽孢桿菌活菌片治療小兒厭食癥，臨床效果顯著，可顯著降低患兒中醫(yī)癥候積分，穩(wěn)步增強(qiáng)兒童體質(zhì)[33]。同時(shí)，加味增液湯聯(lián)合凝結(jié)芽孢桿菌活菌片，可以更好地調(diào)理腸燥津虧證功能型便秘患兒胃腸功能、調(diào)節(jié)腸道菌群，且安全性較高[34]。此外，凝結(jié)芽孢桿菌能夠預(yù)防新生兒黃疸[35]、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎[36]、齲齒[37]、嬰兒濕疹[38]等疾病。

4 凝結(jié)芽孢桿菌在食品工業(yè)方面應(yīng)用

4.1 產(chǎn)乳酸

乳酸是工業(yè)上用于生產(chǎn)可降解生物塑料的原料，由于凝結(jié)芽孢桿菌自身可以利用廉價(jià)的碳源生產(chǎn)乳酸，因此具有較大的開發(fā)價(jià)值。研究發(fā)現(xiàn)，凝結(jié)芽孢桿菌LA204能夠以木薯淀粉作為碳源，自身產(chǎn)生淀粉酶發(fā)酵生產(chǎn)乳酸[39]。以凝結(jié)芽孢桿菌CGMCC No.7635為菌種，利用2%硫酸預(yù)處理后的玉米秸稈為碳源發(fā)酵生產(chǎn)乳酸[40]，結(jié)果表明，該工藝操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)物濃度高，具有一定工業(yè)應(yīng)用潛力。

4.2 開發(fā)功能食品

食品在加工過(guò)程中，由于加熱等加工工藝，會(huì)損失甚至殺滅原有的活性益生菌，但凝結(jié)芽孢桿菌具有較強(qiáng)的抗逆性，使得其對(duì)熱和酸的耐受性更強(qiáng)。凝結(jié)芽孢桿菌MTTC 5856對(duì)模擬胃液（pH為1.3、1.5和2.0）的抗性，顯著高于乳酸桿菌菌株，在微波烹飪條件(300 s，260 ℃)下能保持73%的活力；在巴氏殺菌溫度(420 min，72 ℃)下，其在牛奶和果汁中能保持98%的活力，由此可見(jiàn)，其在涉及高溫加工的功能食品(牛奶、果汁、薄餅和小麥面條)中，具有應(yīng)用前景[41]。同時(shí)，凝結(jié)芽孢桿菌LB-9可以還原亞硒酸鈉產(chǎn)生納米硒，在饅頭蒸制的25 min內(nèi)保持較高的數(shù)量級(jí)[42]。此外，凝結(jié)芽孢桿菌可發(fā)酵三七葉茶，豐富其香氣，提高感官總評(píng)分[43]；用于竹筍酵素粉的制備，結(jié)果顯示含活性益生菌高，溶解性好，可用于功能食品的開發(fā)[44]。在此基礎(chǔ)上，凝結(jié)芽孢桿菌BC2000可通過(guò)改善腸道菌群結(jié)構(gòu)，提高鞣花酸，起到調(diào)節(jié)糖脂代謝和胰島素抵抗的作用[45]。

4.3 延長(zhǎng)食品保質(zhì)期

凝結(jié)芽孢桿菌產(chǎn)生的代謝物具有一定的抑菌性，在食品保鮮方面也取得了一定研究進(jìn)展。凝結(jié)芽孢桿菌Bacillus coagulans LL1103胞外產(chǎn)物細(xì)菌素對(duì)大黃魚能起到抑制腐敗菌生長(zhǎng)、保鮮的作用[46]。此外，有學(xué)者從山西老陳醋中篩選出一株凝結(jié)芽孢桿菌VP4，該菌株能產(chǎn)生一種具有抑菌活性蛋白質(zhì)性質(zhì)的細(xì)菌素，穩(wěn)定性較好，抑菌效果明顯，能夠延長(zhǎng)冷鮮羊肉的保質(zhì)期。

5 結(jié)語(yǔ)

凝結(jié)芽孢桿菌因具有較強(qiáng)的益生性，且具有優(yōu)良的適應(yīng)能力，目前在食品藥品飼料等多方面，已有大量研究。在食品方面的研究集中在生產(chǎn)乳酸、開發(fā)功能食品及防腐劑方面，由于其能利用自身的淀粉酶和蛋白酶產(chǎn)生各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此被開發(fā)和利用的空間還很大。然而，對(duì)其具體作用機(jī)制的研究還較少。雖然凝結(jié)芽孢桿菌可以提高機(jī)體免疫力，但其如何調(diào)節(jié)免疫力尚待研究。凝結(jié)芽孢桿菌可以產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物，其代謝產(chǎn)物亦有抑菌、保鮮等多種功能，有望在防腐劑開發(fā)方面被提純應(yīng)用，但目前對(duì)其代謝產(chǎn)物分離純化研究還比較少。目前，已有凝結(jié)芽孢桿菌活菌片（爽舒寶）投入市場(chǎng)，相信在不久的將來(lái)，將有越來(lái)越多的凝結(jié)芽孢桿菌品種在食品和藥品行業(yè)，發(fā)揮出更加重要的作用。