凝结芽孢杆菌的益生作用及应用研究进展

◎郑 敏，吕 倩，王小宁

（渭南市检验检测研究院，陕西 渭南 714000）

1 引言

凝结芽孢杆菌（Bacillus coagulans）于19世纪初首次在腐败的牛奶中被发现[1]，由于其含有乳酸菌和芽孢杆菌的双重特性，分类一直受到争议，直到第八版的《伯杰氏鉴定细菌学手册》将嗜热、接触酶阳性的乳酸菌归于芽孢杆菌属细菌[2]。1992年，FDA批准的42种安全菌株中，凝结芽胞杆菌排在首位[3]。而指导凝结芽孢杆菌农业应用的首个标准《饲料添加剂凝结芽孢杆菌》（T/CSWSL 022—2020）团体标准，也于2020年12月31日正式实施。本文对凝结芽孢杆菌的生物学特性、益生作用以及其在食品工业方面的应用进行了综述，分析了凝结芽孢杆菌未来的发展趋势。

2 凝结芽孢杆菌的生物学特性

凝结芽孢杆菌为革兰氏阳性芽孢杆菌，兼性厌氧，最适生长温度为45～50 ℃，最适pH为6.0～7.0，过氧化氢酶阳性[4]。

凝结芽孢杆菌能产生乳酸和生物素，在有氧条件下，生物素的产量大于乳酸，而无氧条件下却与此相反。凝结芽孢杆菌分泌的乳酸能促进机体对矿物元素的解离，产生的钙镁铁等离子，可提高机体对矿物元素的利用率[5-6]。凝结芽孢杆菌在肠道繁殖中还会产生淀粉酶和蛋白酶，且能产生B族维生素、氨基酸、短链脂肪酸等，改善肠道对营养物质的消化吸收。此外，其还可以产生少量的乙酰甲基甲醇、乙醇、乙酸等[7]。

凝结芽孢杆菌还具有抗胃酸[8]、耐热耐高压[9]、耐胆盐[10]、降解亚硝酸盐[11]、易贮存[12]等特点，但其在低pH条件下，抗逆性会下降[13]。

3 凝结芽孢杆菌的益生作用

3.1 抑制致病菌

致病菌是影响动物和人类肠道健康进而引发疾病的罪魁祸首之一，凝结芽孢杆菌到达肠道后通过消耗游离氧进行繁殖，制造出缺氧环境，从而抑制好氧致病菌的生存。Annunciata[14]等以凝结芽孢杆菌CNCMI-1061饲喂乳猪，结果显示，凝结芽孢杆菌可以显著抑制致病菌厌氧球菌、拟杆菌属及大肠杆菌的生长。同时，凝结芽孢杆菌对引起肠道炎症的主要致病菌，如大肠埃希菌、沙门菌等，均有抑制作用[15]。凝结芽孢杆菌对小鼠肠道具有保护作用，在大肠杆菌攻毒下仍能增加小鼠肠道菌的多样性，维持肠道的健康环境，调节肠道菌群平衡[16]。此外，凝结芽孢杆菌可以缓解肠炎沙门氏菌感染引起的雏鸡体重下降问题，并有效减少盲肠中肠炎沙门氏菌的载菌量[17]。

凝结芽孢杆菌的代谢产物也有一定的抑菌性。凝结芽孢杆菌BC99产生的代谢产物粗品对大肠埃希菌CVCC 1527、鼠伤寒沙门氏菌CVCC 2228、金黄色葡萄球菌CVCC 4098、猪霍乱沙门氏菌CVCC 503均有一定的抑制效果[18]。

3.2 提高机体的免疫力和生长性能

①凝结芽孢杆菌能显著提高动物的免疫功能和生长性能。凝结芽孢杆菌能增强T淋巴细胞转化，促进细胞因子分泌及免疫抗体产生[19]。②在饲粮中添加凝结芽孢杆菌制剂，能提高仔猪免疫力和生长性能[20]。③添加凝结芽孢杆菌可以降低肉鸡死亡率，增加日增体重及出栏体重[21]。凝结芽孢杆菌培养物可通过增强免疫力，增加小肠绒毛高度，提高消化酶活性，促进日粮消化吸收，进而提升鸡的生长性能[22]，可以提高感染产气荚膜梭菌肉鸡生长性能及免疫器官指数，增强其免疫能力，并缓解由于感染而导致的不利影响[23]。此外，研究发现，添加凝结芽孢杆菌的饲料还能提高白虾生长性能、血清抗氧化能力和非特异性免疫能力[24]。

3.3 抑制机体重金属中毒

研究发现，凝结芽孢杆菌可有效抑制重金属和毒素对动物机体的干扰。在重金属镉污染下，添加凝结芽孢杆菌SCC-19可有效保护鲤鱼，抑制镉中毒[25]。同时，凝结芽孢杆菌的饲喂可以减缓铅刺激下动物肠道细胞的凋亡，增加肠道细胞的增殖能力[26]。此外，凝结芽胞杆菌可有效降解玉米赤霉烯酮，可用于饲料添加剂，提高动物抗病能力[27]。

3.4 维护机体健康，预防和治疗疾病

凝结芽胞杆菌在降低动物血脂血糖方面亦有功效。凝结芽胞杆菌 TQ33可降低糖尿病大鼠的血糖水平，转变耐糖量减低现象[28]。此外，凝结芽孢杆菌CGMCC 9951可提高小鼠的运动耐力，显著降低血清炎症水平，缓解机体疲劳[29]。

凝结芽孢杆菌在临床方面经研究具有预防和治疗疾病作用。试验表明，凝结芽孢杆菌联合谷氨酰胺治疗肝硬化，可更好地保护患者肠粘膜屏障，改善肝功能，提高肝脏储备能力[30]。

凝结芽孢杆菌在预防和治疗婴幼儿也有一定研究。①凝结芽孢杆菌活菌片对预防小儿反复性呼吸道感染效果非常显著[31]。②凝结芽孢杆菌活菌与蒙脱石散联用治疗小儿腹泻安全性较高，可快速有效改善患儿症状[32]。③调脾和中颗粒联合凝结芽孢杆菌活菌片治疗小儿厌食症，临床效果显著，可显著降低患儿中医症候积分，稳步增强儿童体质[33]。同时，加味增液汤联合凝结芽孢杆菌活菌片，可以更好地调理肠燥津亏证功能型便秘患儿胃肠功能、调节肠道菌群，且安全性较高[34]。此外，凝结芽孢杆菌能够预防新生儿黄疸[35]、风湿性关节炎[36]、龋齿[37]、婴儿湿疹[38]等疾病。

4 凝结芽孢杆菌在食品工业方面应用

4.1 产乳酸

乳酸是工业上用于生产可降解生物塑料的原料，由于凝结芽孢杆菌自身可以利用廉价的碳源生产乳酸，因此具有较大的开发价值。研究发现，凝结芽孢杆菌LA204能够以木薯淀粉作为碳源，自身产生淀粉酶发酵生产乳酸[39]。以凝结芽孢杆菌CGMCC No.7635为菌种，利用2%硫酸预处理后的玉米秸秆为碳源发酵生产乳酸[40]，结果表明，该工艺操作简单、产物浓度高，具有一定工业应用潜力。

4.2 开发功能食品

食品在加工过程中，由于加热等加工工艺，会损失甚至杀灭原有的活性益生菌，但凝结芽孢杆菌具有较强的抗逆性，使得其对热和酸的耐受性更强。凝结芽孢杆菌MTTC 5856对模拟胃液（pH为1.3、1.5和2.0）的抗性，显著高于乳酸杆菌菌株，在微波烹饪条件(300 s，260 ℃)下能保持73%的活力；在巴氏杀菌温度(420 min，72 ℃)下，其在牛奶和果汁中能保持98%的活力，由此可见，其在涉及高温加工的功能食品(牛奶、果汁、薄饼和小麦面条)中，具有应用前景[41]。同时，凝结芽孢杆菌LB-9可以还原亚硒酸钠产生纳米硒，在馒头蒸制的25 min内保持较高的数量级[42]。此外，凝结芽孢杆菌可发酵三七叶茶，丰富其香气，提高感官总评分[43]；用于竹笋酵素粉的制备，结果显示含活性益生菌高，溶解性好，可用于功能食品的开发[44]。在此基础上，凝结芽孢杆菌BC2000可通过改善肠道菌群结构，提高鞣花酸，起到调节糖脂代谢和胰岛素抵抗的作用[45]。

4.3 延长食品保质期

凝结芽孢杆菌产生的代谢物具有一定的抑菌性，在食品保鲜方面也取得了一定研究进展。凝结芽孢杆菌Bacillus coagulans LL1103胞外产物细菌素对大黄鱼能起到抑制腐败菌生长、保鲜的作用[46]。此外，有学者从山西老陈醋中筛选出一株凝结芽孢杆菌VP4，该菌株能产生一种具有抑菌活性蛋白质性质的细菌素，稳定性较好，抑菌效果明显，能够延长冷鲜羊肉的保质期。

5 结语

凝结芽孢杆菌因具有较强的益生性，且具有优良的适应能力，目前在食品药品饲料等多方面，已有大量研究。在食品方面的研究集中在生产乳酸、开发功能食品及防腐剂方面，由于其能利用自身的淀粉酶和蛋白酶产生各种营养物质，因此被开发和利用的空间还很大。然而，对其具体作用机制的研究还较少。虽然凝结芽孢杆菌可以提高机体免疫力，但其如何调节免疫力尚待研究。凝结芽孢杆菌可以产生多种代谢产物，其代谢产物亦有抑菌、保鲜等多种功能，有望在防腐剂开发方面被提纯应用，但目前对其代谢产物分离纯化研究还比较少。目前，已有凝结芽孢杆菌活菌片（爽舒宝）投入市场，相信在不久的将来，将有越来越多的凝结芽孢杆菌品种在食品和药品行业，发挥出更加重要的作用。