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药食同源植物与益生菌的相互促进探析

来源:原创365体育在线投注台湾_365体育投注邮件验证_bet 365在线体育投注 官网网 添加时间:2018-10-08

药食同源植物与益生菌的相互促进探析摘要

  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;
  
  益生菌作为一种通过改善肠道微生物平衡而有益于宿主健康的微生物制剂, 其调节肠道微生物平衡、增强免疫力等健康功效已逐渐被消费者认知。我国益生菌产业连续3年增长率在20%以上, 2016年全球益生菌的消费格局延续了前几年的态势, 其中亚太地区占比高达47%, 其次是欧洲 (西欧15%, 东欧7%) 、北美 (16.5%) 和中东 (6.5%) .“益生菌产品已成为食品产业健康转型的先行军与探索者”, 江南大学副校长、中国食品科学技术学会益生菌分会理事长陈卫于第十二届益生菌与健康国际研讨会中如是介绍。
  
  益生菌在具体产品实现过程中, 最关键的是保持稳定性, 其中益生菌达到足够数量才能发挥其益生作用[1].目前可应用的方法有:利用基因工程对微生物进行改造、改善培养环境、冷冻干燥前加入保护性化合物、优化冷冻干燥条件和包埋益生菌、结合益生元制备合生元。其中合生元是目前的研究热点, 也是保证益生菌活力更为有效的方法之一[2-3], 且结合适当益生元不仅可以保证菌株的存活和产品的稳定, 还可以提高益生菌产品的功能性[4].
  
  合生元是益生元和益生菌的混合制剂, 而“益生元是可以对宿主提高健康效益的同时可调节改善微生物菌群的一种无生命的食物组成分” (联合国粮农组织2007年) .目前, 益生元物质研究得较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、异麦芽糖等) 、蛋白质水解物 (α-乳清蛋白, 乳铁蛋白等) 、多糖 (谷物β-葡聚糖) 等[5].而作为食用植物来源的益生元[6-7]或中草药来源的益生元[8]已有报道, 添加食用植物、食用真菌提取物的合生元产品也逐渐进入保健品市场, 如天然元®益生菌片、生源牌生源粉。
  
  综述益生菌与药食同源植物的相互作用以阐明其协同作用, 为开发以药食同源植物为益生元的合生元产品提供依据。
  
  1、药食同源植物对益生菌的增殖作用
  
  植物提取物是常见的益生菌增菌因子之一, 其增殖作用的体外和体内研究较多, 见表1.而另一个药食同源来源的益生元--菊苣来源的低聚果糖, 是双歧杆菌的增殖因子, 其强大的功能性和非消化性已使之成为一种良好的天然功能性食品配料[9].
  
  如表1所示, 大多数药食同源植物的提取液对不同来源的菌株均有一定促进增殖的作用, 但亦有例外者, 如:金银花对植物乳杆菌和嗜酸乳杆菌的生长和保存活力表现出明显的促进作用, 但对嗜热链球菌则表现出明显的抑制作用[13];枸杞子浸提液对两性双歧杆菌和嗜酸链球菌有明显的促进作用[11], 但对婴儿双歧杆菌则有一定的抑制作用[17];陈皮对乳酸杆菌有促进增殖作用[8], 但对婴儿双歧杆菌则无明显影响[17].可见, 药食同源植物的提取液对不同种类益生菌或不同菌株的生长影响作用各异。
  

表1 药食同源植物浸提液/煎煮液对益生菌菌株增殖的影响

  
  植物提取物能成为益生元, 一方面除了能选择性刺激肠道内有益菌的生产或增强有益菌的活性, 另一方面还应不被有害菌利用。如:甘草、陈皮能促进乳杆菌的生长, 且对出血性大肠杆菌有抑制作用[18];薏苡仁提取液的体内体外试验均证明, 薏苡仁提取液能促进双歧杆菌和乳酸杆菌的生长, 但同时促进了病原体大肠杆菌的增长[16], 因此, 薏苡仁并不能用作制备益生元。
  
  植物提取物化学成分复杂, 其中的蛋白质、糖类和油脂类等, 可作为碳源、氮源, 为益生菌的生长提供一定的营养物质;其中的弱酸性有机酸可起到缓冲效果, 为益生菌的生长提供稳定的p H;而苷类、生物碱和挥发油等物质可抑制致病菌生长, 为益生菌生长提供更多的生长空间和营养物质[19].目前, 研究较多和较深入的为多糖和多酚类成分。据相关的构效研究表明[20], 哺乳动物特定部位分泌的消化酶不能水解β-糖苷键, 食用菌中的几丁质和β键连接的多糖不能被人类胃肠道消化或吸收, 从而能被肠道菌群发酵;Feng Chen等[21]还发现, 一些具有β-糖苷键的中药草或真菌中来源的多糖, 如麦冬多糖、灵芝多糖、云芝多糖, 由于该类成分极性较大, 分子量也较大, 生物利用度低, 但它们可以调节肠道微生物群的构成, 降低拟杆菌门/厚壁菌门的比例, 益生菌的代谢产物增多, 从而可舒缓炎症和氧化应激的影响, 增强肠道屏障作用。因此, 含有β-糖苷键的药食同源植物多糖, 如枸杞多糖[22]、茯苓多糖[23]可开发成药食同源植物的特色益生元。此外, 多酚类物质同样可以促进双歧杆菌和乳酸菌等有益生菌的生长, 选择性地抑制致病菌生长, 优化肠道菌群结构, 调节肠道微生态平衡。其作用机制主要是:多酚的羟基与被抑制的致病菌细胞膜的脂质双分子层结合, 破坏细胞膜的正常功能;多酚可以产生H2O2, 破坏微生物细胞膜的通透性;通过改变肠道微生物的结构, 导致微生物代谢酶种类发生改变, 进而影响肠道内发生的酶化反应 (水解酶、氧化还原酶、转移酶) ;多酚还可以与多种金属离子螯合成不溶性复合物, 使微生物酶系缺乏辅基无法反应;多酚还可以直接抑制葡聚糖酶、旋转酶B、硝基还原酶等酶活性[24].
  
  2、药食同源植物有效成分的吸收依赖益生菌的转运
  
  机体摄入的天然成分, 一部分可直接刺激肠道菌群, 调节肠道菌群的结构, 为益生菌维持数量和状态提供营养;另一部分营养物质或其他成分, 则需要依靠肠道微生物酶体系进行转运吸收, 以发挥其特有生理活性。自20世纪90年代小乔恭一报道, 番泻叶、大黄中发挥泻下作用的番泻叶苷、芦荟苷是在消化道下部经肠道菌分解酶的作用转化成相应的苷元, 才产生泻下作用[25], 相关的后续研究同样支持该论断[21]:小檗碱在小肠的硝基还原酶作用下, 将小檗碱水解为二氢小檗碱, 其吸收是小檗碱的五倍, 吸收至小肠壁后会迅速转换为原型;人参皂苷C-K是人参二醇型人参皂苷的主要代谢物, 人参提取物中的皂苷Rb1通过人小肠真杆菌A-44和Rb1水解酶 (β-D-葡萄糖苷酶) 共同作用产生人参皂苷Rd, 人参皂苷Rd再代谢为人参皂苷C-K.
  
  上述诸多研究表明[21]:多数情况下, 植物中的糖苷类化合物会通过肠道微生物转变为活性物质 (详见图1) ;药食同源植物陈皮中的橙皮苷会经历类似的代谢过程:橙皮苷 (芸香二糖链接的多酚) 会在链状双歧杆菌等双歧杆菌的作用下转变为其活性结构橙皮素。糖苷类化合物具有的β- (糖) 苷成分, 难被人体消化酶分解, 只能由肠道细菌水解代谢, 提高其亲油性之后, 方被吸收而发挥其生理活性。一般认为, 脂溶性扩散是药物在消化道内跨膜转运的主要方式。但大多数苷类化合物亲脂性低, 不易转运到靶部位, 利用益生菌分泌的酶水解为苷元后, 脱去糖基, 极性减小, 脂溶性增加, 使其在消化道内的跨膜吸收得以实现;苷元经小肠吸收入血液循环, 发挥其活性作用。此外, 益生菌将苷类降解为苷元的同时, 获得了苷类的糖, 来作为自我繁殖的碳源, 另外植物中含有蛋白质、脂类、微量元素和维生素等营养成分, 为益生菌的生长提供多种营养。这正是益生菌和药食同源植物共生的协同作用[25].
 

图1 肠道菌群转化植物成分的实例

  

  图1 肠道菌群转化植物成分的实例

  
  3、益生菌发酵药食同源植物
  
  微生物包括益生菌, 在生长过程中会产生各种各样的活性物质, 如蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、酯化酶、酰胺酶等, 这些酶中既有合成酶, 又有分解酶, 是发酵过程发生化学反应的物质基础。这些酶一方面可增加固有有效成分的提取率:如在纤维素酶作用下可以提高有效成分的溶出[26-27];经驯化的乳杆菌与黄芪提取液发生相互作用, 可使粗多糖得率提高111.9%[28].且在发酵过程中, 即可在常温、常压的较温和条件下进行, 利于保持热敏性的有效成分。另一方面, 经发酵后可生成新的化学成分, 利于吸收, 活性增强, 且副作用更少:如淡豆豉, 是大豆的成熟种子经发酵而成, 经过发酵过程, 其苷类成分7, 4'-二羟基异黄酮-7-葡萄糖苷 (大豆苷) 和5, 7, 4'-三羟基异黄酮-7-葡萄苷 (染料木苷) 等发生了变化, 转化为游离的苷元[29];游离的苷元具有更强的生理活性;且经深层发酵的大豆, 可消除豆腥味, 并较完全地去除引起食后胀气的低聚糖[30].
  
  相关的体外体内试验表明, 天然植物包括药食同源植物, 经发酵后常表现出该原料相关活性, 甚至比原物料更优越的生理活性, 且同时促进益生菌的增殖, 表现出协同作用:无论发酵还是未经发酵的金银花均能明显促进益生菌的生长, 起到很好的降脂降重效果[31];白术能抵抗降低高脂饮食所致的炎症反应, 可能是通过减少血清内毒素和削弱致炎因子有关, 而且试验证明, 这个跟肠道微生物构成有关, 对比对照组, 联合应用发酵和不发酵或单独应用发酵了的白术均能明显提高高脂饮食和脂多糖饮食后小鼠的双歧杆菌, 但单纯的不发酵的白术则无此作用[32];Bose等[33]也发现, 在脂多糖介导建立的体内体外炎症模型中, 发酵后的白术、神曲和白扁豆均表现出抗炎活性, 但各品种效果各异, 在联合益生菌应用后, 则可明显降低大鼠血液内毒素, 增加胃肠道通透性, 促进乳酸杆菌的定植, 表现出明显的抗炎活性, 而它们未经发酵的提取物与益生菌联合应用则无此效果。
  
  某些益生菌能改善药食同源植物作为药物制剂的“苦口”风味, 增加其养分, 并延长制剂的保质期。如用乳酸菌和酿酒酵母菌混合发酵, 在代谢过程中可产生丰富的B族维生素、氨基酸、核酸、生物素、微量元素、菌体细胞物质等营养性代谢产物, 并产生乳酸、乙酸、柠檬酸、异戊醇、苯乙醇等有机酸和高级醇, 以及具有香味的酯类, 如乙酸乙酯、乙酸异戊酯和乙酸苯乙酯等风味物质, 其中乳酸、细菌素等抑菌物质能够起到抑菌作用, 所以制剂中无需添加防腐剂即可防止制剂的变质[34].
  
  4、产品开发与展望
  
  综上所述, 药食同源植物中多糖和多酚类等成分, 可选择性促进如双歧杆菌和乳酸菌等益生菌增殖, 但品种特性各异, 促进益生菌增长的同时, 能抑制病原微生物, 可成为益生元;药食同源植物中苷类物质需依赖肠道益生菌中生物酶系方可完成其吸收利用, 此过程亦会生成营养物质, 以供益生菌增殖分化所用, 形成良性循环;有别于依赖机体体内的肠道益生菌, 发酵技术可生物模拟“人体胃肠道”, 将药食同源植物中的苷类等有效成分分解成可利于吸收的小分子物质, 此过程产生的营养物质, 摄入后有利于肠道益生菌的存活和生长, 若此时联合益生菌应用为合生元, 即两者共生, 协同起效, 可发挥天然有效成分的固有活性, 也可显现益生菌带来的肠道和免疫调节作用。可见, 以药食同源植物为益生元的产品是具有明显优越性的新一代合生元产品。
  
  为充分地发挥益生菌与药食同源植物的协同作用, 开发功能性的益生菌产品, 可考虑以下方面: (1) 选取合适的药食同源植物原料:结合中医调理养生概念, 针对性地选择与益生菌功能相近 (如调理脾胃之药食原材) , 同时兼顾其主要成分对益生菌生长活性有积极作用的原料; (2) 选取敏感和稳定菌株:选取药食植物对其有明显促进作用而抑制病原体微生物, 且与药食原材联合应用时, 能耐受胃肠道环境及储存环境的安全菌株; (3) 研究合适的产品工艺和产品载体:药食原材化学成分复杂, 与益生菌的混合, 或会影响益生菌的活性[35], 所以可以考虑有效成分的提取纯化、选取合适的菌株进行预发酵, 也可考虑利用合适的辅料和包合制剂技术将益生菌和/或植物活性成分进行包合保护[36].
  
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