凝结芽孢杆菌的研究与应用进展
倪树满，袁杰利
( 大连医科大学微生态学教研室，辽宁大连116044)
【摘要】凝结芽孢杆菌是近年来快速走红的一种益生菌，他以其独特的优越性迅速地崛起于益生菌研究领域。在国外对其的研究已经进行了很多年，且生产了许多凝结芽孢杆菌产品，并得到了人们的普遍认可。在中国有关于凝结芽孢杆菌的研究还处于起步阶段。本文主要阐述了凝结芽孢杆菌的发现、发展、作用及其研究与应用。
【关键词】益生菌； 凝结芽孢杆菌; 研究与应用
益生菌( Probiotics) 是指摄入后通过改善宿主肠道菌群生态平衡而发挥有益的作用，达到提高宿主( 人和动物) 健康水平和健康佳态的活菌制剂及其代谢产物。随着人们健康意识的提高，益生菌越来越受到人们的关注。对于益生菌的研究也是越来越多，越来越热。益生菌广泛应用在医药、保健、食品、畜牧和水产等各种行业，与人们的生活息息相关。凝结芽
孢杆菌就是益生菌的一种，且具有其他益生菌不具有的优点：抗逆性强、耐高温高热、易贮藏。凝结芽孢杆菌依靠以上优点成为近年来益生菌研究的热点。本文对国内外关于凝结芽孢杆菌的特性、生理功能、发酵培养和应用进行总结和概括。
1 凝结芽孢杆菌的性状
1．1 凝结芽孢杆菌的发现早在20 世纪30 年代，西方食品工业界在加工市场需求量极大的番茄沙司( 即西红柿酱) 罐头时发现，利用常规灭菌工艺处理的番茄沙司罐头在短时期内会变得口味极酸，因而失去食用价值。经过奥地利和瑞士两国科学家分别在各自的实验室里对变酸番茄沙司样品的分析结果发现，其中可检出大量长有荚膜的芽孢状微生物。后被奥地利著名细菌学家霍洛威茨·瓦尔沙文教授与诺沃泰罗教授等人共同鉴定为一种新的微生物，因它能产生乳酸和凝集素，故将其正式命名为“凝结芽孢杆菌( Bacillus coagulans) ”，并将其归入益生菌大家族。欧洲微生物学家的结论是，番茄沙司罐头之所以会变酸，其主要原因是受到凝结芽孢杆菌污染。由于该微生物能抵御灭菌时的高温，而在产品冷却后随即恢复活力并大量繁衍，将番茄沙司中的糖分转化为乳酸，导致产品变酸而无法食用。但原本属于食品加工业的有害微生物的凝结芽孢杆菌在时隔半个多世纪以后居然摇身一变成为新型保健食品原料，这要归功于20 世纪80~90 年代“益生菌”类保健产品的畅销世界市场。因为20 世纪使用的益生菌种主要是双歧杆菌、乳酸菌和粪链球菌这3种，这些细菌自身非常娇嫩且不耐高温，但凝结芽孢杆菌与上述微生物最大不同之处在于，它能耐高温且能生活在强酸或强碱等恶劣环境中。科学研究表明，凝结芽孢杆菌在人或动物的肠道中生长良好，而且能将食物中的糖类物质充分转化为D-型或DL-型乳酸，而这些乳酸能有效杀死或抑制肠道中的有害微生物。与上市30 年之久的双歧杆菌、乳酸菌等益生菌相比，凝结芽孢杆菌在口服后能顺利通过胃酸和消化酶的双重关口并进入肠道“定居”。它们在肠道中能快速复苏，重新成为活菌，从而开始发挥其保护肠道的作用。凝结芽孢杆菌是乳酸菌的一种，它除具有乳酸菌的所有特点外，还有抗逆性强、耐高温、易储存等芽孢杆菌所有的独特性。早在1989 年，美国FDA 公布的41 种可用于饲料的安全菌株以及1992 年再次批准42 种中包括的5 种芽孢杆菌中，凝结芽孢杆菌排在第一位。
1．2 凝结芽孢杆菌的生物学特征
1．2．1 凝结芽孢杆菌的形态特征凝结芽孢杆菌为革兰阳性菌，孢体呈直杵状，两端钝圆，( 0.8~1) μm×( 3~4) μm，单个、成对、少数呈短链。凝结芽孢杆菌有卵圆形芽孢，多偏向菌体一端，无鞭毛。有的孢子囊膨胀，可运动。
1．2．2 凝结芽孢杆菌的培养特征菌落呈扁平圆形，边缘不整齐，直径1~2 mm。在有氧和无氧条件下均可生长。生长温度为20~55℃，最适生长温度为37~45℃，最适pH 为6.6~7.0。该菌可以产生芽孢，故对环境有很强的抗性。凝结芽孢杆菌经90℃、10 min 和100℃、5 min 处理，不会失活；在室温干燥情况下，固体活菌制剂保存3~5 年，其活菌数无明显减少; 凝结芽孢杆菌在1%~7% NaCl 溶液中均可存活4 周以上，其在8% NaCl 溶液中能存活1个月; pH 为1.0 时仍能存活; 但凝结芽孢杆菌在低pH 条件下，其抗逆性会下降。例如在酸性条件下( pH 4.0) ，凝结芽孢杆菌孢子对热几乎没有耐受性，而且生长受到抑制。
1．2．3 凝结芽孢杆菌的生化特征该菌微好氧，可在直肠、结肠内定植，在大肠内对葡萄糖、木糖、甘露醇、乳糖和蔗糖等进行发酵，而产生短链脂肪酸，如乳酸和脂肪酸等。纯化的凝结芽孢杆菌能产生以下各种酶: 核酸内切酶、淀粉酶、乳酸酶及环-麦芽糖-糊精葡萄糖-转移酶等。细菌DNA 的G + C 含量( mol) %为47.04%。
2 凝结芽孢杆菌的作用
2．1 抑菌作用崔云龙等进行的体外实验表明，凝结芽孢杆菌TBC169 对大肠埃希菌、痢疾志贺菌、伤寒沙门菌、普通变形杆菌、铜绿假单孢菌和金黄色葡萄球菌等均有显著抑制作用。尤其是对伤寒沙门菌和铜绿假单孢菌的抑制作用强。另外，该菌在代谢过程中产生的凝固素，可抑制有害细菌的生长。凝结素经60 ℃处理90 min，pH 4.0~8.0 的条件下仍保持稳定，而且不受α-淀粉酶，酯酶和有机溶剂的影响。对肠球菌、明串珠球菌、李斯特菌和小球菌等有抑制作用。
2．2 治疗作用
王霖等以牛结肠黏膜蛋白多次免疫建立大鼠结肠炎模型，予B． coagulans TBC-169 菌株制剂和美沙拉秦单独或联合治疗。21 d 后处死大鼠，评定结肠湿重指数、溃疡指数和组织学评分，测定肠系膜淋巴细孢转化率和血清白细孢介素( IL) -8、肿瘤坏死因子( TNF) -α、IgG 水平。得出B．coagulansTBC-169 菌株可明显改善模型大鼠的结肠黏膜损伤，其机制与调控炎症因子表达、恢复机体免疫功能等有关。万阜昌等利用氨苄青霉素钠口服诱发小鼠实验性腹泻和肠道菌群失调，然后用凝结芽孢杆菌活菌片，口服，每天2次，共4 d，观察治疗后的小鼠排便和肠道菌群变化。结果在各给药组中，治疗第1天有70%~85%的小鼠排正常便，生理盐水组只有10%排正常便(P＜0.01) ；治疗第2 天给药组中有80%~90%的小鼠排正常便，生理盐水组仅为50% (P＜0.01)。肠道菌群分析结果表明，凝结芽孢杆菌在治疗第2天开始定植，停药第7天后逐渐消失，定植期为10 d 左右。在各给药组中，治疗第2天肠道菌群开始恢复，第4天均升高到正常，而生理盐水组的恢复比各给药组显著的慢。崔云龙等用凝结芽孢杆菌活菌片0.9、0.45 和0.22 g /kg 体重给小鼠灌胃给药共7 d。结果，该品能明显增强实验性便秘小鼠的小肠推进运动、缩短小鼠的首次排便时间、增加小鼠的排便粒数和排便重量。房志仲等所做的用高脂饲料喂SD 大鼠，建立高脂血症模型，然后给大鼠灌服凝结芽孢杆菌悬浮液的实验中，胆固醇和甘油三酯水平均比对照的显著降低，而高密度脂蛋白水平则明显升高。
2．3 抗衰老作用
刘峰等用D-半乳糖复制小鼠亚急性衰老模型，监测小鼠脑、心、肝组织中超氧化物歧化酶( SOD) 、谷胱甘肽过氧化物酶( GSH-Px) 活力和丙二醛( MDA) 的水平并观察高、低剂量的凝结芽孢杆菌对这些指标的影响。结果低剂量凝结芽孢杆菌能显著改善衰老模型小鼠脑组织SOD、GSHPx活性( P＜0.05) ，极显著改善肝组织GSH-Px 活性、心脏组织SOD 活性及降低心脏组织MDA 水平( P＜0.01) ；高剂量凝结芽孢杆菌可显著降低肝组织MDA 水平( P＜0.05) 和极显著改善心脏组织GSHPx 活性( P＜0.01) 。得出结论凝结芽孢杆菌TBC169 株可诱导抗衰老酶合成，减少产生或加速清除自由基，起到延缓衰老作用。
2．4 毒负作用对于凝结芽孢杆菌的毒负作用的研究也随着对其作用研究的深入而开展。李长龄等用凝结芽孢杆菌活菌片0.7、1.4 g /kg 体重十二指肠给药后，对麻醉猫的收缩压、
舒张压、平均压、心电图、心率、呼吸的频率和幅度没有明显的影响。此外，国外的许多学者对其毒理也进行的研究，如WHELDON 等证明其没有长期毒性；TESH 等证明凝结芽孢杆菌无突变作用、无致畸作用、无生殖毒性。
3 凝结芽孢杆菌的应用
作为新型的益生菌，凝结芽孢杆菌已经在很多方面应用于临床的治疗与研究。这些研究表明凝结芽孢杆菌除了在维持肠道微生态平衡中的保健作用外，其对常见肠道疾病如慢性结肠炎、腹泻和便秘等有明显疗效，还具有调节血糖血脂和捉高免疫力的功效。研究表明凝结芽孢杆菌活菌片对氨苄青霉素钠诱发的小鼠腹泻有明显止泻作用，加速肠道菌群的恢复。对引起肠道炎症疾病的致病菌如大肠埃希菌、沙门菌、志贺茵、变形杆菌、伤寒沙门菌和铜绿假单孢菌等有抑制作用，能够改善肠黏膜损伤。尽管凝结芽孢杆菌在降低血脂血糖方面的作用还在动物实验阶段，但其功效还是给人已很大的鼓舞。房志仲等用凝结芽孢杆菌TQ33 喂食糖尿病病理模型大鼠，发现TQ33 可降低糖尿病大鼠的血糖水平，对糖耐量的Cmax有明显的降低作用，使耐糖量减低现象好转，另外，他们还发现TQ33 能显著增强小鼠腹腔巨噬细孢吞噬功能和NK 细孢活性，同时对脏器系数没有显著影响，具有明显的免疫调节作用。此外，CZACZYK 等研究发现凝结芽孢杆菌对镰刀菌属病原真菌有明显抗性，显著抑制麦角固醇类物质的合成，麦角固醇则是真菌细孢膜的重要组分，但起抗性作用的物质是什么还有待进一步研究。近年来国内外对其研究也有很多，出现了很多凝结芽孢杆菌产品。在我国最具代表性的的产品为爽舒宝( 凝结芽孢杆菌活菌片) 。在这方面日本走在世界的前列，自20 世纪90年代以来，日本厂商已开发上市了多只以凝结芽孢杆菌为主的新型益生菌保健产品，其中上市最早、市场知名度最高的产品为ThreeLac，该品由3 种活益生菌: 凝结芽孢杆菌、双歧杆菌和粪链球菌所组成。目前，国外现已开发上市多种含凝结芽孢杆菌的保健产品。其中包括: Nature' s Plus( 由凝结芽孢杆菌+ 多糖类物质组成) 、Tancos( 由凝结芽孢杆菌+ 蜂王浆组成) 、Pit-Stop(巧克力糖剂，内含凝结芽孢杆菌，可抗过敏) 、Fresh Start Bolus( 瑞士雀巢公司生产的一种保健饮料，内含凝结芽孢杆菌) 、GutFlora( VSL-3) ( 一种含有凝结芽孢杆菌的口服胶囊) 等。最近几年国外对凝结芽孢杆菌的研究又取得了新的进展。研究表明，凝结芽孢杆菌MXL-9 可在半纤维素中提取乳酸，并建立模型，以及通过实验来确定了提取的条件，原料，以及对凝结芽孢杆菌的要求。在用凝结芽孢杆菌对广西黄鸡进行饲养时发现，其具有提高成活率，降低生病率，改善广西黄鸡的肉质等作用。另外凝结芽孢杆菌在生物技术方面的应用也逐渐被发掘，有研究表明凝结芽孢杆菌以其耐热的特点，可能成为新一代的遗传学工具。
4 展望
在益生菌中，凝结芽孢杆菌在抗逆性强、耐高温高热、易贮藏等方面的优点明显优于乳酸菌和双歧杆菌。在益生菌畅销的今天，凝结芽孢杆菌必定会以其众多的优点快速的被人们所接纳。在国外利用凝结芽孢杆菌生产的药物，保健品和微生态制剂已畅销多年，而在中国对凝结芽孢杆菌的研究还处于起步阶段。这就给我们接下来的研究留下了很大的空间。随着人们对凝结芽孢杆菌进一步的研究，以及其本身的192 Chinese Journal of Microecology，Feb．2012，Vol 24 No．2特点，已经出现了很多人体保健和与医疗有关的凝结芽孢杆菌产品。例如由天津科技大学开发的凝结芽孢杆菌TQ33 口服液和胶囊以及青岛东海药业开发的微生态药品爽舒宝——口服凝结芽孢杆菌活菌片剂。相信在不久的将来，还会有更多、更新、更好的凝结芽孢杆菌产品问世。
参考文献略
