国内外益生菌研究和产品开发技术现状与趋势分析

益生菌是指通过摄入适当量从而对宿主产生有益作用的活菌。近年来,随着人类对益生菌研究范围的扩大和功能的深入,这一简洁且不包含具体机制的定义成为了益生菌的最适定义。益生菌不仅可以加工成各种食品通过消化道发挥有益作用,还可以外用于同样存在固有菌群的泌尿系统和皮肤。益生菌的常见功能主要包括保持肠道正常菌群,对抗感染、缓解乳糖不耐症、降低胆固醇、抑制癌症和刺激免疫系统。最近几年的临床研究热点集中于炎症性胃肠病、过敏、外科感染、抗生素相关腹泻、妇科感染、粘膜免疫、癌症以及肥胖等相关症状上。

     由于益生菌与健康、营养、饮食的密切关系,越来越受到消费者的重视。食品生产者热衷于开发这样提升产品价值的食品。全球功能性食品市场预计在接下来几年会迅猛增长。包含有功能性益生菌的食品与饮料消费正成为全球的一项消费趋势。目前,益生菌食品拥有全球最大的功能性食品市场。益生菌的产值已占据了世界功能性食品市场的65% ,而且这一数值仍在不断增长。美国的这一产值已超过750亿美元。在欧洲、日本和澳大利亚,改善胃肠道功能的益生菌、益生元类食品同样占据了功能性食品最大的部分。另据分析,预计在2013年,欧洲益生菌食品与饮料市场是现在的两倍还多。

     一、 益生菌株研究趋势

   （1）益生菌的功能具有菌株特异性：近20年来,益生菌的研究热点在于发掘某个菌株的各种功能性,打造全能单菌株,结果诞生了像Lactobacil- lus rham nosus GG, L. casei Shirota, L. acidophilus NCFM 和Bifidobacterium lactis Bb-12等一些著名的多功能益生菌。在充分研究了单菌株的功能性后,人们转向了复合菌的功能性研究。因为宿主的肠道菌群也具有一定的差异性,单株菌的平均效果就显得很有限,多种复合菌可以有协同增效的作用。CARMEN COLLADO等人研究评价了4株商业益生菌(鼠李糖乳杆菌GG和LC705,短双歧杆菌99,丙酸菌JS)在单独和各种不同组合情况下抑制、易位和与特定致病菌的竞争效果,结果显示,复合益生菌在阻止致病菌的粘附更有效。不同益生菌的联合比单菌株更能降低潜在致病菌在肠道中的定植。著名的复合益生菌制剂VSL#3使用的一组益生菌给炎症性肠病患者带来了良好的效果。它直接将复合益生菌产品上升到了一个“组”的高度。

   （2）耐性益生菌：益生菌虽然有着很好的功能性,但其应用范围却受到很大限制,由于对热、湿度和其他苛刻的条件比较敏感。主要限定于冷藏食品的使用。为了扩大其应用范围,人们想到了筛选新的耐性益生菌。Gane- den生化科技筛选一株凝结芽胞菌可以用于生产含大量活菌的焙烤食品。

   （3）益生菌产品的两条主线：功能性成分的挑战仍然在于食品加工过程和贮藏期内保证其存活和保持生物活性。无数的研究已证明了益生菌的重要性,然而它们最大的缺点是活菌期时间短。益生菌产品最关键的是保持稳定,其中益生菌达到足够量才能发挥全部的益生作用。所以菌株的存活和产品的稳定成为益生菌产品两条主线,也是最大的挑战。合生元和微胶囊包埋技术成为实现益生菌产品两条主线的十分有效的方法。益生菌与益生元组成合生元。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。如今,新的益生元食品材料正在不断被开发出来。另外,中草药中的益生元(如枸杞多糖等)也是未来合生元产品开发的一个特色方向。GUISYMANDALARI博士及其研究所成员使用一种肠模型——模拟人胃肠道的生理生化条件——来评价杏仁的益生元作用。研究者发现杏仁粉能显著提高双歧杆菌和真细菌的数量,具有益生元的作用。通过研究还发现,当杏仁的脂肪被除去时,它不会表现出益生元的作用。这一结果表明了脂质对激活益生元反应的关键作用。与常见低聚果糖的益生元指数(4.08)相比,含脂杏仁的益生元指数达到了4.43。这样,益生菌与杏仁组合的合生元食物(如合生元植物蛋白饮料)也是未来一个很好的商业化方向。

　 二、益生菌作为功能性食品成分的趋势

 （1）益生菌酸奶：益生菌发酵乳制品已经发展成为最成功的一类功能性食品。为了提高益生菌的存活,SAM IRA YEGANEHZAD等研究人员研制了浓缩酸奶。8.5%干物质脱脂乳真空浓缩再经发酵制成含有15%～20%干物质的益生菌浓缩酸奶。结果显示,总干物质提高的浓缩酸奶提高了嗜酸乳杆菌的存活率,酸奶酸度和稠度,同时pH下降和离水作用减少,说明了酸乳中的总干物质对益生菌存活也是很重要的。含有水果的益生菌酸奶在消费者间很受欢迎,人们添加多种水果制成搅拌型水果酸奶。近年来,功能性莓类酸奶是一个很好的方向。蔓越莓、巴西莓都被添加到益生菌酸奶中,在保持了较高活菌数的同时,还丰富了酸奶的口味和提高了功能性。MAGAR ISOS等人评价了两种益生菌干酪乳杆菌Shirota和乳酸动物双歧杆菌在添加蔓越莓汁的酸奶甜点(含2.7%的脂肪)中的存活。贮藏21d后,乳酸双歧杆菌的终浓度为1.99 ×10⁶ CFU /g。干酪乳杆菌Shirota 的终浓度为2.05 ×10⁷CFU /g 。MARTIN GOTTELAND等人研究了约氏乳杆菌和蔓越莓汁对幽门螺杆菌阳性儿童的联合作用效果,虽然与单独使用益生菌或蔓越莓汁差异不具有显著性,但幽门螺杆菌根除率还是有所增加,达到了22.9% (单独使用时分别为14.9% ,16.9% )。

   （2）益生菌乳饮料：最新的研究显示了益生菌在乳饮料领域的也具有很大的开发潜力。SILVA等人研制的富铁益生菌乳饮料就是结合微量元素开发益生菌产品的典型。发酵乳饮料通过铁的氨基酸螯合物强化( 3 mg铁/80 ml) 。人体临床试验结果显示,摄入富铁益生菌乳饮料的儿童表现出较高的血红细胞水平,且铁摄入与血红蛋白的正相关性。如何处理大量的奶酪副产品乳清已成为人们的研究焦点。生产奶酪的原料奶中90%以乳清的形式被排出,乳清的主要成分是水,然而其中含有有价值的蛋白质和乳糖。益生菌乳清饮料也是提升乳清价值的一种方法。CHR HANSEN在2008 年推出了含有益生菌BB-12和LA-5的乳清饮料MyWhey。

    （3）益生菌干酪：在合生元思想指引下,CARDARELLI等人开发了新式合生元新鲜干酪(petit-suisse) 。发现含有低聚果糖和菊粉混合物的合生元新鲜干酪petit-suisse兼顾了感官品质和功能性。乳双歧杆菌和嗜酸乳杆菌各自的活菌数分别达到了10⁷和10⁶CFU/ml以上。NAGENDRA SHAH的研究小组则报道了另一重量级研究成果:宣布研制成功了具有降血压作用的益生菌契达干酪。24周成熟期后的契达干酪中仍能够保持每克10⁶ 单位(CFU)以上活菌数及ACE抑制活性。

     尽管益生菌这一概念不是什么新鲜词,但对益生菌的科学研究仍处在初期。目前已经有多达几十株益生菌完成了全基因组序列的测定,同时又在人类元基因组研究的大好背景下,益生菌功能性产品的研究和开发迎来了组学新纪元。基因组、转录组、蛋白组和代谢组都为益生菌的系统研究提供了很好的思路,可以让我们更加准确地评价和筛选益生菌。特别在外用制品中,益生菌的安全性应该放在第一位。由于益生菌市场的逐渐成熟、消费者对健康需求的增加和个性产品的激烈竞争,益生菌产品商业化速度正不断加快,益生菌产品, , , , , , , , , , 的研发前景将不可估量。

目前，国内外益生菌的分离、研究和相关产品的开发主要集中在益生菌的分离及稳定性研究、益生菌的发酵特性研究、益生菌的保健功能研究、益生菌产品的开发、益生菌在发酵乳制品中的应用研究以及益生菌的安全性和质量控制等方面。

     我国针对益生菌的研究和产品开发方面的专利项目不多，目前内蒙农业大学对益生菌进行了比较详细的研究并开发了一些相关产品。例如利用益生菌开发酸奶、干酪、奶粉等专利10项。关于益生菌产品的知识产权，以日本的专利最多，1994-2006年日本有36项，美国有8项，欧洲有25项。