凝結芽孢桿菌的益生作用及應用研究進展

◎鄭 敏，呂 倩，王小寧

（渭南市檢驗檢測研究院，陜西 渭南 714000）

1 引言

凝結芽孢桿菌（Bacillus coagulans）于19世紀初首次在腐敗的牛奶中被發現[1]，由于其含有乳酸菌和芽孢桿菌的雙重特性，分類一直受到爭議，直到第八版的《伯杰氏鑒定細菌學手冊》將嗜熱、接觸酶陽性的乳酸菌歸于芽孢桿菌屬細菌[2]。1992年，FDA批準的42種安全菌株中，凝結芽胞桿菌排在首位[3]。而指導凝結芽孢桿菌農業應用的首個標準《飼料添加劑凝結芽孢桿菌》（T/CSWSL 022—2020）團體標準，也于2020年12月31日正式實施。本文對凝結芽孢桿菌的生物學特性、益生作用以及其在食品工業方面的應用進行了綜述，分析了凝結芽孢桿菌未來的發展趨勢。

2 凝結芽孢桿菌的生物學特性

凝結芽孢桿菌為革蘭氏陽性芽孢桿菌，兼性厭氧，最適生長溫度為45～50 ℃，最適pH為6.0～7.0，過氧化氫酶陽性[4]。

凝結芽孢桿菌能產生乳酸和生物素，在有氧條件下，生物素的產量大于乳酸，而無氧條件下卻與此相反。凝結芽孢桿菌分泌的乳酸能促進機體對礦物元素的解離，產生的鈣鎂鐵等離子，可提高機體對礦物元素的利用率[5-6]。凝結芽孢桿菌在腸道繁殖中還會產生淀粉酶和蛋白酶，且能產生B族維生素、氨基酸、短鏈脂肪酸等，改善腸道對營養物質的消化吸收。此外，其還可以產生少量的乙酰甲基甲醇、乙醇、乙酸等[7]。

凝結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，但其在低pH條件下，抗逆性會下降[13]。

3 凝結芽孢桿菌的益生作用

3.1 抑制致病菌

致病菌是影響動物和人類腸道健康進而引發疾病的罪魁禍首之一，凝結芽孢桿菌到達腸道后通過消耗游離氧進行繁殖，制造出缺氧環境，從而抑制好氧致病菌的生存。Annunciata[14]等以凝結芽孢桿菌CNCMI-1061飼喂乳豬，結果顯示，凝結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。同時，凝結芽孢桿菌對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]。凝結芽孢桿菌對小鼠腸道具有保護作用，在大腸桿菌攻毒下仍能增加小鼠腸道菌的多樣性，維持腸道的健康環境，調節腸道菌群平衡[16]。此外，凝結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題，并有效減少盲腸中腸炎沙門氏菌的載菌量[17]。

凝結芽孢桿菌的代謝產物也有一定的抑菌性。凝結芽孢桿菌BC99產生的代謝產物粗品對大腸埃希菌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 提高機體的免疫力和生長性能

①凝結芽孢桿菌能顯著提高動物的免疫功能和生長性能。凝結芽孢桿菌能增強T淋巴細胞轉化，促進細胞因子分泌及免疫抗體產生[19]。②在飼糧中添加凝結芽孢桿菌制劑，能提高仔豬免疫力和生長性能[20]。③添加凝結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]。凝結芽孢桿菌培養物可通過增強免疫力，增加小腸絨毛高度，提高消化酶活性，促進日糧消化吸收，進而提升雞的生長性能[22]，可以提高感染產氣莢膜梭菌肉雞生長性能及免疫器官指數，增強其免疫能力，并緩解由于感染而導致的不利影響[23]。此外，研究發現，添加凝結芽孢桿菌的飼料還能提高白蝦生長性能、血清抗氧化能力和非特異性免疫能力[24]。

3.3 抑制機體重金屬中毒

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

3.4 維護機體健康，預防和治療疾病

凝結芽胞桿菌在降低動物血脂血糖方面亦有功效。凝結芽胞桿菌 TQ33可降低糖尿病大鼠的血糖水平，轉變耐糖量減低現象[28]。此外，凝結芽孢桿菌CGMCC 9951可提高小鼠的運動耐力，顯著降低血清炎癥水平，緩解機體疲勞[29]。

凝結芽孢桿菌在臨床方面經研究具有預防和治療疾病作用。試驗表明，凝結芽孢桿菌聯合谷氨酰胺治療肝硬化，可更好地保護患者腸粘膜屏障，改善肝功能，提高肝臟儲備能力[30]。

凝結芽孢桿菌在預防和治療嬰幼兒也有一定研究。①凝結芽孢桿菌活菌片對預防小兒反復性呼吸道感染效果非常顯著[31]。②凝結芽孢桿菌活菌與蒙脫石散聯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調脾和中顆粒聯合凝結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癥候積分，穩步增強兒童體質[33]。同時，加味增液湯聯合凝結芽孢桿菌活菌片，可以更好地調理腸燥津虧證功能型便秘患兒胃腸功能、調節腸道菌群，且安全性較高[34]。此外，凝結芽孢桿菌能夠預防新生兒黃疸[35]、風濕性關節炎[36]、齲齒[37]、嬰兒濕疹[38]等疾病。

4 凝結芽孢桿菌在食品工業方面應用

4.1 產乳酸

乳酸是工業上用于生產可降解生物塑料的原料，由于凝結芽孢桿菌自身可以利用廉價的碳源生產乳酸，因此具有較大的開發價值。研究發現，凝結芽孢桿菌LA204能夠以木薯淀粉作為碳源，自身產生淀粉酶發酵生產乳酸[39]。以凝結芽孢桿菌CGMCC No.7635為菌種，利用2%硫酸預處理后的玉米秸稈為碳源發酵生產乳酸[40]，結果表明，該工藝操作簡單、產物濃度高，具有一定工業應用潛力。

4.2 開發功能食品

食品在加工過程中，由于加熱等加工工藝，會損失甚至殺滅原有的活性益生菌，但凝結芽孢桿菌具有較強的抗逆性，使得其對熱和酸的耐受性更強。凝結芽孢桿菌MTTC 5856對模擬胃液（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，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，具有應用前景[41]。同時，凝結芽孢桿菌LB-9可以還原亞硒酸鈉產生納米硒，在饅頭蒸制的25 min內保持較高的數量級[42]。此外，凝結芽孢桿菌可發酵三七葉茶，豐富其香氣，提高感官總評分[43]；用于竹筍酵素粉的制備，結果顯示含活性益生菌高，溶解性好，可用于功能食品的開發[44]。在此基礎上，凝結芽孢桿菌BC2000可通過改善腸道菌群結構，提高鞣花酸，起到調節糖脂代謝和胰島素抵抗的作用[45]。

4.3 延長食品保質期

凝結芽孢桿菌產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展。凝結芽孢桿菌Bacillus coagulans LL1103胞外產物細菌素對大黃魚能起到抑制腐敗菌生長、保鮮的作用[46]。此外，有學者從山西老陳醋中篩選出一株凝結芽孢桿菌VP4，該菌株能產生一種具有抑菌活性蛋白質性質的細菌素，穩定性較好，抑菌效果明顯，能夠延長冷鮮羊肉的保質期。

5 結語

凝結芽孢桿菌因具有較強的益生性，且具有優良的適應能力，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乳酸、開發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生各種營養物質，因此被開發和利用的空間還很大。然而，對其具體作用機制的研究還較少。雖然凝結芽孢桿菌可以提高機體免疫力，但其如何調節免疫力尚待研究。凝結芽孢桿菌可以產生多種代謝產物，其代謝產物亦有抑菌、保鮮等多種功能，有望在防腐劑開發方面被提純應用，但目前對其代謝產物分離純化研究還比較少。目前，已有凝結芽孢桿菌活菌片（爽舒寶）投入市場，相信在不久的將來，將有越來越多的凝結芽孢桿菌品種在食品和藥品行業，發揮出更加重要的作用。