益生菌發酵乳功能活性及機制研究進展

徐 煜

（潤盈生物工程（上海）有限公司，上海 200436）

益生菌是對宿主健康有積極作用的活的微生物[1]。益生菌的益生功能研究已經拓展到腸道以外其他器官疾病預防、代謝類疾病改善、免疫調節和精神情緒調節等健康相關的各個方面，是當前基礎研究的熱點。與此同時，大量研究表明，益生菌發酵乳也有眾多類似的益生功能，而目前對益生菌發酵乳益生功能的研究缺乏總結和梳理。本文對近5年來兩類主要益生菌（乳桿菌和雙歧桿菌）發酵乳的益生功能進行總結，重點關注2 種常見發酵菌種（嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌）之外的其他11 種乳桿菌和6 種雙歧桿菌發酵乳的益生功能研究，為新型益生菌發酵乳產品開發、新型功能性食品及保健品開發及發酵乳益生功能的基礎研究提供新的思路。

1 益生菌發酵乳益生功能研究概況

由表1可知，近5年期間益生菌（乳桿菌和雙歧桿菌）發酵乳相關研究文獻總數為135 篇，其中65 篇是關于益生菌發酵乳活性功能的研究。文獻數量最多的前5 種益生菌分別為干酪乳桿菌（27 篇）、植物乳桿菌（27 篇）、鼠李糖乳桿菌（14 篇）、副干酪乳桿菌（13 篇）和瑞士乳桿菌（12 篇），益生功能研究文獻數量最多的前5 種益生菌分別為干酪乳桿菌（15 篇）、副干酪乳桿菌（10 篇）、植物乳桿菌（8 篇）、瑞士乳桿菌（8 篇）和鼠李糖乳桿菌（7 篇）。據研究文獻結果，相比于其他乳桿菌，干酪乳桿菌、植物乳桿菌、鼠李糖乳桿菌和副干酪乳桿菌4 種菌發酵生長密度更高，耐酸、耐膽鹽性能更加優良，這也是上述4 種菌在發酵乳中得以廣泛應用的基礎，它們是益生菌新型發酵產品開發的重要候選菌種。由于瑞士乳桿菌含有豐富的細胞壁蛋白，可以降解酪蛋白產生具有降血壓功能的降壓肽，因而也被廣泛關注[2]。

表1 2015年1月—2019年2月益生菌（乳桿菌和雙歧桿菌）發酵乳相關文獻數量統計（來自Web of Science）Table1 Statistics of the number of published studies(from Web of Science)on probiotics(Lactobacillusand Bi fi dobacterum)fermented milk rom January 2015 to February 2019

雙歧桿菌發酵乳相關研究的文獻數量遠遠低于乳桿菌發酵乳，其中嬰兒雙歧桿菌和青春雙歧桿菌還沒有發酵乳相關的報道。這是由于雙歧桿菌生長條件要求更加嚴苛、不易培養，然而這也是益生菌發酵乳產品差異化開發的重要方向。

2 益生菌發酵乳有益活性及機制研究

2.1 益生菌發酵乳對腸道的有益活性及機制

益生菌對腸道功能的調節作用已經被廣泛接受，益生菌發酵乳抑制病原菌，特別是減輕沙門氏菌侵襲、提高腸道屏障及改善炎癥性腸炎方面的活性，已有諸多報道。

體外抑菌實驗表明，嗜酸乳桿菌發酵牛乳可以抑制葡萄球菌、單增李斯特菌和腸桿菌生長[3]；植物乳桿菌B411發酵羊乳可以抑制腸毒性大腸桿菌生長[4]；而用羅伊氏乳桿菌發酵添加甘油的牛乳，可以產生羅伊氏菌素，對革蘭氏陽性菌有良好的抑制效果[5]。同種菌發酵不同乳基的抑菌效果也存在差異，與發酵牛乳相比，長雙歧桿菌Bb-46發酵羊乳抑制沙門氏菌的效果更好[6]。

動物實驗也同時表明，益生菌發酵乳可以提高沙門氏菌感染動物的存活率，減小沙門氏菌對動物組織器官的損害。以感染沙門氏菌的BALB/c小鼠為模型進行研究，結果表明，補充植物乳桿菌B7發酵乳[7]或在發酵乳中添加長雙歧桿菌51A[8]均可以降低小鼠感染鼠傷寒沙門氏菌后的細菌易位、組織學損害及體質量減輕，同時提高存活率。另外，長雙歧桿菌51A發酵乳可以提高小鼠感染鼠傷寒沙門氏菌后的存活率，且活菌功效最強，死菌也有一定功效[8]。采用Caco-2細胞實驗對鼠李糖乳桿菌S1K3抗沙門氏菌感染的相關機制進行研究，結果表明，益生菌在體外通過刺激緊密連接和抗菌肽基因，在沙門氏菌存在條件下與腸上皮細胞緊密結合，并保持其完整性[9]。益生菌可以誘導小鼠Peyer’s體的Toll樣受體轉錄，提高腸液分泌型免疫球蛋白A（immunoglobulin A，IgA）、小腸固有層IgA分泌細胞和血清IgA水平。鼠李糖乳桿菌S1K3能在感染后期維持白細胞介素-12（interleukin 12，IL-12）水平，提高IL-4水平，降低腸液/血清中轉化生長因子-β水平[9]。

干酪乳桿菌和副干酪乳桿菌發酵乳可以提高腸道的屏障能力，研究表明，這種能力不僅可以來源于含活益生菌的發酵酸乳，也可以來源于不含益生菌的發酵酸乳上清[10-14]。兒童人群及動物實驗表明，副干酪乳桿菌單獨發酵牛乳及副干酪乳桿菌結合嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌發酵牛乳均可以提高能夠調節腸道菌群的β-防御素表達，進而提升腸道屏障功能[10-11]。人體腸上皮細胞Caco-2實驗還發現，副干酪乳桿菌能夠直接作用于上皮細胞，促進腸上皮細胞生長和分化，提高緊密連接蛋白和黏蛋白-2的表達，進而增加黏液層厚度[12]。另外，副干酪乳桿菌還能降低細胞滲透性，防止化學和炎癥刺激所致的損傷誘導Caco-2細胞死亡[13]。實驗表明，副干酪乳桿菌發酵乳經過巴氏殺菌及噴霧干燥后，仍然具有提高腸道免疫力的功能[13]。采用極化制備的Caco-2單細胞層考察干酪乳桿菌BL23發酵牛乳或復原乳對細胞的刺激作用，結果表明，干酪乳桿菌BL23活菌自身并不能保護Caco-2單層細胞屏障免受促炎因子的破壞，而不含干酪乳桿菌BL23的發酵乳離心上清產物卻能夠降低促炎因子導致的Caco-2單層細胞屏障滲透性增加，并增強細胞屏障能力；進一步的機制研究表明，發酵乳可能通過降低腫瘤壞死因子受體-2（tumor necrosis factor receptor-2，TNFR-2）、肌球蛋白輕鏈激酶和編碼封閉蛋白相關基因的表達，從而提升腸細胞屏障能力[14]。

益生菌發酵乳對健康人群輕微的胃腸道消化不適有良好的改善效果。人群隨機對照實驗表明，乳雙歧桿菌CNCMI-2494發酵牛乳可以在2 周內快速改善腹脹、腹痛、腸胃脹氣等輕微消化不良癥狀，且癥狀改善與膳食纖維補充及運動無關[15]。進一步的雙盲-隨機人群實驗薈萃分析（Meta分析）也證實了這一點[16]。

益生菌發酵乳可以改善炎癥性腸炎的炎癥響應，動物實驗表明，灌胃6 周發酵乳桿菌J20和發酵乳桿菌J28發酵生乳或脫脂牛乳，可以降低模型小鼠的腸炎炎癥性響應，發酵乳下調了IL-17和干擾素-γ（interferon-γ，INF-γ）水平，可能調節了Th1/Th17響應[17]。而人群實驗表明，益生菌發酵乳對人體炎癥性腸炎的改善作用不顯著，隨機、雙盲、安慰劑平行對照實驗表明，與安慰劑對照組相比，服用短雙歧桿菌和嗜酸乳桿菌發酵乳對炎癥性腸炎的復發無明顯影響[18]?？赡茉蚴前l酵乳中益生菌活菌數不夠，也可能是由于益生菌發酵特定的乳基質才能對炎癥性腸炎發揮較好的作用。研究表明，含有嗜酸乳桿菌和兩歧雙歧桿菌的膠囊搭配母乳對極低出生體質量嬰兒的壞死性結腸炎有改善作用，而搭配配方乳時無改善作用[19]。益生菌和特定乳基質的搭配對某些特定人群特定疾病的改善作用機制需要進一步研究。

2.2 益生菌發酵乳對腸道以外其他器官調節的影響及機制

益生菌發酵乳除了對腸道健康有益生功效，對于胃、口腔及皮膚健康也有相關的有益活性。

隨機、雙盲、安慰劑對照人群實驗表明，兩歧雙歧桿菌YIT10347發酵牛乳對胃食管返流患者的正餐后腸胃不適、腹痛有更高的緩解率，與對照組相比可以明顯改善胃消化不良及腹瀉等癥狀；相關機制研究表明，兩歧雙歧桿菌YIT10347發酵牛乳可以與胃黏膜上皮細胞黏附，促進胃黏膜蛋白的產生，并可能調節影響胃功能的神經肽激素等，進而抑制胃上皮細胞炎癥響應[20]。益生菌發酵過程中會產生抑制幽門螺桿菌的抑菌素，諸多研究表明，在抗生素治療中，配合使用益生菌可以提高幽門螺桿菌的根除率，改善抗生素治療帶來的惡心、腹瀉等副反應；而益生菌發酵乳也具有同樣的潛力，幽門螺桿菌陽性患者的16 周雙盲實驗結果表明，約氏乳桿菌Lj1發酵牛乳可以緩解竇性胃炎，降低胃竇幽門螺桿菌密度，增加胃黏膜厚度[21]。發酵乳可能能夠增強胃部先天免疫，降低幽門螺桿菌黏附，同時發酵過程中也可能產生抑菌素類物質，從而抑制幽門螺桿菌。

益生菌發酵乳能調節口腔菌群，改善口腔健康。副干酪乳桿菌NTU101發酵牛乳灌胃7 周，能夠改善脂多糖誘導的SD大鼠牙周炎導致的體質量減輕，降低口腔微生物、牙槽骨丟失和促炎細胞因子水平，同時降低氧化應激[22]。人群隨機實驗表明，鼠李糖乳桿菌SD11發酵牛乳可以降低唾液中變形鏈球菌數量和總細菌數[23]。

益生菌發酵乳具有自由基清除活性，可以改善皮膚健康。瑞士乳桿菌NS8發酵乳上清液能夠減輕無毛老鼠的皮膚光損傷，包括降低表皮厚度、減輕水分流失及降低脂質過氧化水平，抑制黑色素瘤細胞中黑色素的產生，對酪氨酸酶活性和黑色素合成所需蛋白的表達均有抑制作用[24]。B16F10黑色素瘤細胞模型分析結果表明，植物乳桿菌CGMCC8198發酵乳上清液可以抑制酪氨酸酶、酪氨酸酶相關蛋白1（tyrosinase related protein 1，TRP-1）、TRP-2和微鄰苯二甲酸相關轉錄因子的轉錄及表達，顯著降低黑色素的產生，同時不影響細胞存活；此外，發酵乳上清液還降低了細胞內酪氨酸酶的活性，但對酪氨酸酶本身沒有影響[25]。

2.3 益生菌發酵乳對代謝疾病的影響及機制

隨著人口老齡化的發展，以代謝類疾病為主的慢性疾病將取代急性感染性疾病，成為國人主要的健康問題。代謝類慢性疾病包括高血壓、高血糖、高血脂、痛風和骨質疏松，同時代謝類疾病還往往伴隨著肥胖的發生。這些慢性疾病治療成本高昂，治療投入和成效產出比低，極大影響患者的生活質量。益生菌發酵乳在改善肥胖、高血壓、高血脂及骨質疏松方面的活性已有許多研究報道。

益生菌發酵乳改善高血壓活性的研究最早。早在1996年，Maeno等[26]發現，瑞士乳桿菌CP790發酵牛乳可以產生具有降血壓作用的降壓肽，并解析出降壓肽的結構VPP和IPP。隨著研究的進行，發現降壓肽的種類遠遠不止這2 種，此外除了瑞士乳桿菌能水解牛乳酪蛋白產生降壓肽，其他種類乳桿菌也有類似功能，如干酪乳桿菌IMAU20411發酵牛乳產生的降壓肽對血管緊張素轉化酶（angiotensin converting enzyme，ACE）的體外抑制活性可達60%[27]。采用鼠李糖乳桿菌MTCC5945發酵駱駝乳，分子質量為3 kDa降壓肽的ACE體外抑制活性可達52%[28]。植物乳桿菌69發酵羊乳產生的降壓肽組分，其ACE體外抑制活性可高達88.9%[29]。人群實驗表明，患有高血壓的中老年人每周飲用至少3 次干酪乳桿菌Shirota發酵牛乳，5年后實驗人群的血壓水平幾乎恢復到正常水平[30]。同時動物實驗表明，益生菌發酵豆乳也有降血壓效果，而且降血壓效果對自發高血壓大鼠有作用，而對正常大鼠血壓無影響[31]。

益生菌發酵乳可以改善血液膽固醇水平。動物實驗表明，飼喂發酵乳桿菌MTCC 5898發酵牛乳[32]、干酪乳桿菌F0822發酵牛乳[33]和羅伊氏乳桿菌LR1發酵牛乳[34]30～90 d，均可以顯著改善大鼠高脂飲食誘導下的血清總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇和甘油三酯水平。益生菌發酵乳通過調節腸道菌群，提高雙歧桿菌豐度，水解結合型膽汁酸，促進膽鹽排出，提高體內抗氧化水平，達到緩解血脂異常的功效[35]。益生菌發酵乳改善血脂異常在人體中也有效果。雙盲、安慰劑對照及交叉人體實驗表明，每天3 次、每次135 g、持續4 周飲用嗜酸乳桿菌145和長雙歧桿菌BB536發酵牛乳，可以促進體內總膽固醇含量高于1 900 mg/L成年女性的膽固醇吸收，顯著降低低密度脂蛋白膽固醇水平，而高密度脂蛋白膽固醇水平略有下降[35]。另一項人群實驗表明，飲用長雙歧桿菌BL1和常規發酵菌嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌共發酵牛乳，持續1 周，也能顯著下調血清總膽固醇水平，其中對于中等血脂膽固醇過高人群的總體效果更顯著，而對血脂水平影響不大[36]。

肥胖是青少年人群日益突出的健康問題，益生菌發酵牛乳或豆乳可以改善高脂飲食誘導的體質量增加以及內臟組織的脂肪累積。動物實驗表明，發酵乳桿菌DDHI27[37]和鼠李糖乳桿菌NCDC17發酵牛乳或添加物[38]可以減輕小鼠體質量、減少附睪脂肪和腸系膜脂肪，改善血脂狀況，這是由于一方面發酵乳可以改善腸道菌群紊亂，正向改變脂肪生成轉錄因子及脂肪合成關鍵基因；另一方面也可以下調高脂飲食誘導的促炎因子基因表達，阻止脂多糖與細胞因子受體結合。

副干酪乳桿菌NTU101[39]和植物乳桿菌P1201發酵豆乳[40]可以顯著減少高脂飲食小鼠的體質量、肝臟和腸系膜白色脂肪組織質量增加，益生菌發酵豆乳可以抑制脂肪組織中肝素釋放脂蛋白脂酶活性，從而抑制脂肪吸收，減少脂肪生成，另一方面，下調過氧化物酶體增殖物激活受體γ、脂蛋白脂肪酶、脂肪酸合成酶、乙酰輔酶羧化酶、脂肪細胞脂肪酸結合蛋白、TNF-α和IL-1β水平，改善內臟組織脂肪浸潤。

骨質疏松往往是因年齡增長、激素分泌下降導致的骨質代謝失衡引起的疾病。益生菌發酵乳可以調節骨質代謝，進而延緩或改善骨質疏松癥狀。動物實驗表明，干酪乳桿菌LC-01、不飽和脂肪酸與豆乳混合可以調節骨質代謝，如降低破骨細胞水平、提高成骨細胞數量、鈣水平、過氧化氫酶活性和總抗氧化能力[41]。

益生菌發酵乳也可以調節血糖代謝，然而其控制血糖作用有限。人體隨機雙盲臨床實驗表明，干酪乳桿菌YIT9029發酵牛乳能夠改善肥胖患者餐后血糖負荷及糖蛋白水平，降低總脂蛋白、低密度脂蛋白和非高密度脂蛋白膽固醇水平，但對血糖的控制作用有限[42]。目前，益生菌發酵乳調節血糖代謝的研究相對較少，相關功效及機制研究也較少。

2.4 益生菌發酵乳對免疫調節的影響及機制

免疫調節紊亂會導致諸多疾病，如免疫過度會導致過敏性反應，包括過敏性鼻炎、過敏性哮喘、食物過敏、類風濕性關節炎及系統性紅斑狼瘡等，免疫力低下則容易感染病菌或病毒，而免疫系統的長期損傷可能導致癌癥。

益生菌發酵乳可以降低相關乳蛋白的過敏性，同時還能改善宿主的免疫平衡及免疫系統的發育。水牛乳酪蛋白比例很高，容易帶來過敏風險，而經干酪乳桿菌發酵后，水牛乳蛋白過敏性大大降低。體外模擬消化模型表明，乳蛋白的水解可以降低水牛乳的過敏性[43]。體外細胞實驗表明，副干酪乳桿菌FT700發酵牛乳可以刺激單核細胞向巨噬細胞分化，進而降低過敏導致的炎癥因子TNF-α水平升高，從而緩解過敏反應[44]。另外，動物實驗表明，鼠李糖乳桿菌MTCC5897發酵牛乳可以刺激幼鼠免疫系統的發育，在鼠李糖乳桿菌MTCC5897發酵牛乳喂養的后代中，幼鼠身體過敏癥狀減少，小腸杯狀和IgA細胞極顯著增多（P＜0.01）；鼠李糖乳桿菌MTCC5897發酵牛乳還可以調節幼鼠體內Th1/Th2穩態，降低TNF-α、單核細胞趨化蛋白-1、變態反應抗體（總IgE和牛乳特異性IgE）（P＜0.01）和IL-4水平，提高INF-γ水平[45]。

許多人群隨機實驗表明，益生菌發酵制品能顯著降低呼吸道及消化道感染的比例。一項為期3 個月的多中心、隨機、雙盲、安慰劑對照人群實驗表明，兒童人群補充副干酪乳桿菌CBAL74發酵牛乳或副干酪乳桿菌CBAL74發酵大米制成的干粉，普通的感染性疾病，如急性胃炎、上呼吸道感染發生率顯著低于對照組[10,46]。而中年白領人群補充干酪乳桿菌Shirota發酵乳后，上呼吸道感染發生率顯著低于對照組，且發酵乳補充組人群外周血單核細胞中NK細胞活性下降，唾液皮質醇水平升高[47]。

益生菌發酵乳往往具有良好的抗氧化能力。體外自由基清除實驗表明，干酪乳桿菌發酵羊乳、植物乳桿菌發酵豆乳及瑞士乳桿菌發酵牛乳均具有自由基清除活性，并可能產生抗氧化肽[48-50]。益生菌發酵乳抗氧化活性的提升與抑制腫瘤細胞、提升腸道免疫力相關。HT-29細胞體外實驗表明，瑞士乳桿菌1315發酵乳具有良好的自由基清除活性，同時具有抑制結腸癌HT-29細胞生長的活性[50]。Caco-2細胞實驗表明，干酪乳桿菌4B15發酵后，發酵乳抗氧化活性的提升與改善腸道上皮細胞的炎癥水平和緊密連接的程度相關[51]。豬腎近端腎小管LLC-PK1細胞體外實驗表明，發酵乳桿菌Zhao發酵豆乳可以增強LLC-PK1細胞活力，降低過氧化氫誘導的細胞損傷；發酵乳具有抗氧化活性，可以增加細胞內抗氧化酶水平、降低活性氧含量、抑制脂質過氧化、降低細胞損傷[52]。

2.5 益生菌發酵乳對精神情緒調節的影響及機制

人群實驗表明，益生菌發酵乳可以改善人群焦慮和記憶認知狀況。一項針對考試人群的雙盲安慰劑對照實驗表明，補充干酪乳桿菌Shirota發酵牛乳8 周可以改善考前焦慮，在考前5～6 周，益生菌發酵牛乳組受試者出現常見腹部和感冒癥狀的比例低于對照組，考試前1 d，僅安慰劑組受試者唾液皮質醇和血漿L-色氨酸水平顯著升高，即焦慮顯著升高[53]。另一項針對50～70 歲人群的隨機、雙盲、安慰劑對照實驗表明，瑞士乳桿菌CM4發酵牛乳可以改善受試者的總分、注意力評分和延遲記憶評分，且與對照組有顯著差異（P＜0.05）；進一步研究表明，瑞士乳桿菌CM4可能水解牛乳蛋白，產生了有助于記憶的多肽（十六肽NIPPLTQTPVVVPPFLQPE）[54]。益生菌發酵乳對于精神、情緒的研究還比較少，值得進一步研究。

3 結 語

隨著人們對健康、營養需求的提升以及酸乳市場日趨激烈的競爭，基于益生菌發酵的功能性酸乳將成為開發趨勢。目前的研究表明，益生菌發酵乳的功能活性包括：利于維護胃腸道、口腔、皮膚健康；調節代謝異常，改善高血壓、高血脂、高血糖、肥胖和骨質疏松等癥狀；調節免疫、改善食物過敏、緩解呼吸道過敏、提升機體抗氧化能力；調節精神情緒等。然而，相關功能活性研究多集中于體外實驗和動物實驗驗證，人群驗證及臨床驗證報道較少。相關益生菌發酵乳明確的益生功能需要大量驗證，不同菌種在不同乳基質中發酵得到的發酵乳功能性差異、對不同人群的適應性差異，仍需要進一步研究，益生菌發酵乳和營養成分的添加有何種協同作用需要進一步探索。因此，基于益生菌的功能性開發發酵乳、打造差異化發酵乳，服務于多樣化的健康訴求，具有廣闊的發展前景。