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藥食同源植物與益生菌的相互促進探析

來源:原創論文網 添加時間:2018-10-08

藥食同源植物與益生菌的相互促進探析摘要

  Synergistic Effects of Probiotics and Medicinal and Edible Plants

  
  Abstract:Probiotics have the healthy functions of regulating intestinal microbial balance and strengthening immunity. The synergistic effects of probiotics and medicinal and edible plants were reviewed in three aspects, including: (1) The proliferation of probiotics was promoted by medicinal and edible plant; (2) Effective constituents of plants were absorbed by probiotics secreting enzymes; (3) New absorbent ingredients were produced, biological activities were enhanced, and side effects were reduced when medicinal and edible plants were fermented by probiotics. Sufficient viable count was necessary for probiotic products. The synbiotics producted combined with appropriate prebiotics, such as ingredients of medicinal and edible plants, could enhance the survival of probiotics and improve the functionality of probiotic products. Expect to exploit a new generation of synbiotics products with extract of medicinal and edible plant as prebiotics.
  
  Keyword:probiotics; medicinal and edible plant; synergistic effects; prebiotics; synobiotics;
  
  益生菌作為一種通過改善腸道微生物平衡而有益于宿主健康的微生物制劑, 其調節腸道微生物平衡、增強免疫力等健康功效已逐漸被消費者認知。我國益生菌產業連續3年增長率在20%以上, 2016年全球益生菌的消費格局延續了前幾年的態勢, 其中亞太地區占比高達47%, 其次是歐洲 (西歐15%, 東歐7%) 、北美 (16.5%) 和中東 (6.5%) .“益生菌產品已成為食品產業健康轉型的先行軍與探索者”, 江南大學副校長、中國食品科學技術學會益生菌分會理事長陳衛于第十二屆益生菌與健康國際研討會中如是介紹。
  
  益生菌在具體產品實現過程中, 最關鍵的是保持穩定性, 其中益生菌達到足夠數量才能發揮其益生作用[1].目前可應用的方法有:利用基因工程對微生物進行改造、改善培養環境、冷凍干燥前加入保護性化合物、優化冷凍干燥條件和包埋益生菌、結合益生元制備合生元。其中合生元是目前的研究熱點, 也是保證益生菌活力更為有效的方法之一[2-3], 且結合適當益生元不僅可以保證菌株的存活和產品的穩定, 還可以提高益生菌產品的功能性[4].
  
  合生元是益生元和益生菌的混合制劑, 而“益生元是可以對宿主提高健康效益的同時可調節改善微生物菌群的一種無生命的食物組成分” (聯合國糧農組織2007年) .目前, 益生元物質研究得較多的是一些非消化性低聚糖 (如菊粉型果聚糖、低聚半乳糖、低聚木糖、大豆低聚糖、異麥芽糖等) 、蛋白質水解物 (α-乳清蛋白, 乳鐵蛋白等) 、多糖 (谷物β-葡聚糖) 等[5].而作為食用植物來源的益生元[6-7]或中草藥來源的益生元[8]已有報道, 添加食用植物、食用真菌提取物的合生元產品也逐漸進入保健品市場, 如天然元®益生菌片、生源牌生源粉。
  
  綜述益生菌與藥食同源植物的相互作用以闡明其協同作用, 為開發以藥食同源植物為益生元的合生元產品提供依據。
  
  1、藥食同源植物對益生菌的增殖作用
  
  植物提取物是常見的益生菌增菌因子之一, 其增殖作用的體外和體內研究較多, 見表1.而另一個藥食同源來源的益生元--菊苣來源的低聚果糖, 是雙歧桿菌的增殖因子, 其強大的功能性和非消化性已使之成為一種良好的天然功能性食品配料[9].
  
  如表1所示, 大多數藥食同源植物的提取液對不同來源的菌株均有一定促進增殖的作用, 但亦有例外者, 如:金銀花對植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌的生長和保存活力表現出明顯的促進作用, 但對嗜熱鏈球菌則表現出明顯的抑制作用[13];枸杞子浸提液對兩性雙歧桿菌和嗜酸鏈球菌有明顯的促進作用[11], 但對嬰兒雙歧桿菌則有一定的抑制作用[17];陳皮對乳酸桿菌有促進增殖作用[8], 但對嬰兒雙歧桿菌則無明顯影響[17].可見, 藥食同源植物的提取液對不同種類益生菌或不同菌株的生長影響作用各異。
  

表1 藥食同源植物浸提液/煎煮液對益生菌菌株增殖的影響

  
  植物提取物能成為益生元, 一方面除了能選擇性刺激腸道內有益菌的生產或增強有益菌的活性, 另一方面還應不被有害菌利用。如:甘草、陳皮能促進乳桿菌的生長, 且對出血性大腸桿菌有抑制作用[18];薏苡仁提取液的體內體外試驗均證明, 薏苡仁提取液能促進雙歧桿菌和乳酸桿菌的生長, 但同時促進了病原體大腸桿菌的增長[16], 因此, 薏苡仁并不能用作制備益生元。
  
  植物提取物化學成分復雜, 其中的蛋白質、糖類和油脂類等, 可作為碳源、氮源, 為益生菌的生長提供一定的營養物質;其中的弱酸性有機酸可起到緩沖效果, 為益生菌的生長提供穩定的p H;而苷類、生物堿和揮發油等物質可抑制致病菌生長, 為益生菌生長提供更多的生長空間和營養物質[19].目前, 研究較多和較深入的為多糖和多酚類成分。據相關的構效研究表明[20], 哺乳動物特定部位分泌的消化酶不能水解β-糖苷鍵, 食用菌中的幾丁質和β鍵連接的多糖不能被人類胃腸道消化或吸收, 從而能被腸道菌群發酵;Feng Chen等[21]還發現, 一些具有β-糖苷鍵的中藥草或真菌中來源的多糖, 如麥冬多糖、靈芝多糖、云芝多糖, 由于該類成分極性較大, 分子量也較大, 生物利用度低, 但它們可以調節腸道微生物群的構成, 降低擬桿菌門/厚壁菌門的比例, 益生菌的代謝產物增多, 從而可舒緩炎癥和氧化應激的影響, 增強腸道屏障作用。因此, 含有β-糖苷鍵的藥食同源植物多糖, 如枸杞多糖[22]、茯苓多糖[23]可開發成藥食同源植物的特色益生元。此外, 多酚類物質同樣可以促進雙歧桿菌和乳酸菌等有益生菌的生長, 選擇性地抑制致病菌生長, 優化腸道菌群結構, 調節腸道微生態平衡。其作用機制主要是:多酚的羥基與被抑制的致病菌細胞膜的脂質雙分子層結合, 破壞細胞膜的正常功能;多酚可以產生H2O2, 破壞微生物細胞膜的通透性;通過改變腸道微生物的結構, 導致微生物代謝酶種類發生改變, 進而影響腸道內發生的酶化反應 (水解酶、氧化還原酶、轉移酶) ;多酚還可以與多種金屬離子螯合成不溶性復合物, 使微生物酶系缺乏輔基無法反應;多酚還可以直接抑制葡聚糖酶、旋轉酶B、硝基還原酶等酶活性[24].
  
  2、藥食同源植物有效成分的吸收依賴益生菌的轉運
  
  機體攝入的天然成分, 一部分可直接刺激腸道菌群, 調節腸道菌群的結構, 為益生菌維持數量和狀態提供營養;另一部分營養物質或其他成分, 則需要依靠腸道微生物酶體系進行轉運吸收, 以發揮其特有生理活性。自20世紀90年代小喬恭一報道, 番瀉葉、大黃中發揮瀉下作用的番瀉葉苷、蘆薈苷是在消化道下部經腸道菌分解酶的作用轉化成相應的苷元, 才產生瀉下作用[25], 相關的后續研究同樣支持該論斷[21]:小檗堿在小腸的硝基還原酶作用下, 將小檗堿水解為二氫小檗堿, 其吸收是小檗堿的五倍, 吸收至小腸壁后會迅速轉換為原型;人參皂苷C-K是人參二醇型人參皂苷的主要代謝物, 人參提取物中的皂苷Rb1通過人小腸真桿菌A-44和Rb1水解酶 (β-D-葡萄糖苷酶) 共同作用產生人參皂苷Rd, 人參皂苷Rd再代謝為人參皂苷C-K.
  
  上述諸多研究表明[21]:多數情況下, 植物中的糖苷類化合物會通過腸道微生物轉變為活性物質 (詳見圖1) ;藥食同源植物陳皮中的橙皮苷會經歷類似的代謝過程:橙皮苷 (蕓香二糖鏈接的多酚) 會在鏈狀雙歧桿菌等雙歧桿菌的作用下轉變為其活性結構橙皮素。糖苷類化合物具有的β- (糖) 苷成分, 難被人體消化酶分解, 只能由腸道細菌水解代謝, 提高其親油性之后, 方被吸收而發揮其生理活性。一般認為, 脂溶性擴散是藥物在消化道內跨膜轉運的主要方式。但大多數苷類化合物親脂性低, 不易轉運到靶部位, 利用益生菌分泌的酶水解為苷元后, 脫去糖基, 極性減小, 脂溶性增加, 使其在消化道內的跨膜吸收得以實現;苷元經小腸吸收入血液循環, 發揮其活性作用。此外, 益生菌將苷類降解為苷元的同時, 獲得了苷類的糖, 來作為自我繁殖的碳源, 另外植物中含有蛋白質、脂類、微量元素和維生素等營養成分, 為益生菌的生長提供多種營養。這正是益生菌和藥食同源植物共生的協同作用[25].
 

圖1 腸道菌群轉化植物成分的實例

  

  圖1 腸道菌群轉化植物成分的實例

  
  3、益生菌發酵藥食同源植物
  
  微生物包括益生菌, 在生長過程中會產生各種各樣的活性物質, 如蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶、酯化酶、酰胺酶等, 這些酶中既有合成酶, 又有分解酶, 是發酵過程發生化學反應的物質基礎。這些酶一方面可增加固有有效成分的提取率:如在纖維素酶作用下可以提高有效成分的溶出[26-27];經馴化的乳桿菌與黃芪提取液發生相互作用, 可使粗多糖得率提高111.9%[28].且在發酵過程中, 即可在常溫、常壓的較溫和條件下進行, 利于保持熱敏性的有效成分。另一方面, 經發酵后可生成新的化學成分, 利于吸收, 活性增強, 且副作用更少:如淡豆豉, 是大豆的成熟種子經發酵而成, 經過發酵過程, 其苷類成分7, 4'-二羥基異黃酮-7-葡萄糖苷 (大豆苷) 和5, 7, 4'-三羥基異黃酮-7-葡萄苷 (染料木苷) 等發生了變化, 轉化為游離的苷元[29];游離的苷元具有更強的生理活性;且經深層發酵的大豆, 可消除豆腥味, 并較完全地去除引起食后脹氣的低聚糖[30].
  
  相關的體外體內試驗表明, 天然植物包括藥食同源植物, 經發酵后常表現出該原料相關活性, 甚至比原物料更優越的生理活性, 且同時促進益生菌的增殖, 表現出協同作用:無論發酵還是未經發酵的金銀花均能明顯促進益生菌的生長, 起到很好的降脂降重效果[31];白術能抵抗降低高脂飲食所致的炎癥反應, 可能是通過減少血清內毒素和削弱致炎因子有關, 而且試驗證明, 這個跟腸道微生物構成有關, 對比對照組, 聯合應用發酵和不發酵或單獨應用發酵了的白術均能明顯提高高脂飲食和脂多糖飲食后小鼠的雙歧桿菌, 但單純的不發酵的白術則無此作用[32];Bose等[33]也發現, 在脂多糖介導建立的體內體外炎癥模型中, 發酵后的白術、神曲和白扁豆均表現出抗炎活性, 但各品種效果各異, 在聯合益生菌應用后, 則可明顯降低大鼠血液內毒素, 增加胃腸道通透性, 促進乳酸桿菌的定植, 表現出明顯的抗炎活性, 而它們未經發酵的提取物與益生菌聯合應用則無此效果。
  
  某些益生菌能改善藥食同源植物作為藥物制劑的“苦口”風味, 增加其養分, 并延長制劑的保質期。如用乳酸菌和釀酒酵母菌混合發酵, 在代謝過程中可產生豐富的B族維生素、氨基酸、核酸、生物素、微量元素、菌體細胞物質等營養性代謝產物, 并產生乳酸、乙酸、檸檬酸、異戊醇、苯乙醇等有機酸和高級醇, 以及具有香味的酯類, 如乙酸乙酯、乙酸異戊酯和乙酸苯乙酯等風味物質, 其中乳酸、細菌素等抑菌物質能夠起到抑菌作用, 所以制劑中無需添加防腐劑即可防止制劑的變質[34].
  
  4、產品開發與展望
  
  綜上所述, 藥食同源植物中多糖和多酚類等成分, 可選擇性促進如雙歧桿菌和乳酸菌等益生菌增殖, 但品種特性各異, 促進益生菌增長的同時, 能抑制病原微生物, 可成為益生元;藥食同源植物中苷類物質需依賴腸道益生菌中生物酶系方可完成其吸收利用, 此過程亦會生成營養物質, 以供益生菌增殖分化所用, 形成良性循環;有別于依賴機體體內的腸道益生菌, 發酵技術可生物模擬“人體胃腸道”, 將藥食同源植物中的苷類等有效成分分解成可利于吸收的小分子物質, 此過程產生的營養物質, 攝入后有利于腸道益生菌的存活和生長, 若此時聯合益生菌應用為合生元, 即兩者共生, 協同起效, 可發揮天然有效成分的固有活性, 也可顯現益生菌帶來的腸道和免疫調節作用。可見, 以藥食同源植物為益生元的產品是具有明顯優越性的新一代合生元產品。
  
  為充分地發揮益生菌與藥食同源植物的協同作用, 開發功能性的益生菌產品, 可考慮以下方面: (1) 選取合適的藥食同源植物原料:結合中醫調理養生概念, 針對性地選擇與益生菌功能相近 (如調理脾胃之藥食原材) , 同時兼顧其主要成分對益生菌生長活性有積極作用的原料; (2) 選取敏感和穩定菌株:選取藥食植物對其有明顯促進作用而抑制病原體微生物, 且與藥食原材聯合應用時, 能耐受胃腸道環境及儲存環境的安全菌株; (3) 研究合適的產品工藝和產品載體:藥食原材化學成分復雜, 與益生菌的混合, 或會影響益生菌的活性[35], 所以可以考慮有效成分的提取純化、選取合適的菌株進行預發酵, 也可考慮利用合適的輔料和包合制劑技術將益生菌和/或植物活性成分進行包合保護[36].
  
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