益生菌的应用及发展

1、生物科技产业与竞争策略专题报告益生菌的应用及发展指导老师：班级：学号： 姓名：摘要目前管是在西方或已开发的东方社会中，正面对免疫调节或肠道健康的问题，如过敏症状、自我免疫性疾病以及发炎等疾病，这种疾病发生正快速增加中，但其原因并能以遗传因素解释，相反的，可能和现代人的生活形态等环境因子有关，如卫生和营养等。生菌可促进或减缓肠道的防御系统功能，如免疫调节作用、免疫减缓作用和免疫排斥反应等，此外，还可加强对非特性病原菌的障碍，有助疾病的根除。因此，目前生菌在正式的床应用上，以治急性腹泻最为普遍。近已有报导指出，生菌可减缓肠道的发炎、使肠黏膜机能障碍正常化，以及调控过敏反应等，如乳耐症、急性肠胃炎(

2、acute gastro-enteritis)、发炎性肠道疾病 (inflammatory bowel disease, IBD)、结肠直肠癌(colorectalcancer)、秘 (constipation)等肠道疾病(Isolauri, 2001)。日本学者曾进180 人的调查分析，结果也指出，习惯性摄取乳酸菌产品者能明显低患膀胱癌的风险(Ohashi et al., 2002)。这些结果均显示，生菌借着促进宿主内部防御机制的功能和改善肠道菌相，可作为肠道常和发炎反应等疾病上的治，其市场发展潜无穷，值得我国生技产业积极的投入。目第一章：绪1.1 研究动机及目的1.2 生菌的已知功能第二章

3、：生菌原和产品现况回顾2.1 乳酸菌之现况回顾2.2 乳酸菌在市面上食品应用之现况2.3 酵母菌之现况回顾2.4 酵母菌在市面上食品应用之现况第三章：生菌原开发程、所需评估之方法及其同应用3.2酵母菌的鉴定3.2生菌(乳酸菌、酵母菌)在食品及医上的应用第四章：生菌原进入市场之应用市场分析(含潜在新应用)4.1 生菌使用的市场分析4.2 乳酸菌未产品的发展趋势第五章：结第章：考文献第一章：绪1.1 研究动机及目的国人生活与饮食习惯日西化后，饮食型态由高醣、低脂肪、高纤维转变为高蛋白、高脂肪、低纤维，也因此种下肥胖、秘与疾病的健康因素尤其是使肠内菌丛的生态平衡受到严重扭曲。再加上国人用抗生素的习惯

4、，是雪上加霜，使得国人的肠内的有细菌再占优势，于是秘或成为家常。因为秘，一些讲究速效的人使用最具速效的通（灌）肠剂解决问题，于是又演变为腹泻，如此秘与腹泻反复进，久而久之，造成大直肠肌肉弹性疲乏以及大直肠黏膜受损，使大直肠的疾病与癌症也日增多，对国人的健康造成严重威胁。生菌（Probiotics），有人译为原生物素、生菌素、生菌剂、生菌或原生保健性菌种。其源衍生自希语，意思是 “forlife，最早LillyStillwell于1965提出，用以表示某一原生动物产生的物质，可促使另一原生动物生长。1991Huis int Veld及 Havenaar广义地定义凡应用至人或其它动物，藉由改善肠内

5、生微生物相平衡、有于宿主的活菌，是单一或混合菌株，均可视为生菌（Probiotics）。1.2 生菌的已知功能分多种酸性物质，使胃黏膜细胞之胃液分低，会产生过多胃液侵蚀胃黏膜细胞并让细胞处于非疲乏之态。平衡胃内之 pH 值，进而破坏胃幽门旋杆菌所产生的“氨云保护层，无法抵抗胃液的灭作用。与胃幽门旋杆菌竞争胃黏膜上皮表面之生存附着空间，使胃幽门旋杆菌失去生存优势。菌体之发酵产物影响肝脏中合成胆固醇之酵素，抑制酵素的作用，造成胆固醇的生成低。直接促进体内胆固醇随着粪排出体外。菌体与胆固醇结合，抑制胆固醇在体内的吸收。影响胆固醇之代谢产物胆盐的回收并促进胆盐排泄，使胆盐再吸收下，身体必须代谢多胆固醇

6、制造胆盐而使胆固醇低。藉菌体本身之同化作用，将体内胆固醇同化入菌体的细胞壁或细胞膜内，增加菌体抵抗外界环境的能同时达到低胆固醇的效果。第二章：生菌原和产品现况回顾2.1 乳酸菌之现况回顾乳酸菌是指能够代谢、产生50%以上乳酸之细菌，具有这些功能的细菌包括：乳酸杆菌(Lactobacillus)、键球菌 (Streptococcus)、球菌(Leuconostoc)等。但乳酸菌为习惯用语，并是分学上正式用语。我们经常讲的双歧杆菌或比菲德菌会产生乳酸及醋酸，但乳酸到50%，所以严格应称为乳酸菌。但由保健营养观点而言，双歧杆菌同样具有安全、健康等乳酸菌所标榜之形象，将之纳入乳酸菌家族亦是所当然。乳酸

7、菌对营养需求特别严苛，除作为能源之外，乳酸菌需要各种各样的氨基酸、维生素、矿物质等，以维持其生长。乳酸菌是一种兼性嫌气菌，比较喜欢在无氧态下生长，但也会因为和氧气接触而死亡。整体而言，在自然界中，只要有动植物活动的地方，就会有足够的营养供乳酸菌生存。举凡动植物的分物（如乳汁、树液等），或其残骸堆积处，是适合乳酸菌生育的场所。也许在这些堆积物表面有其它好气性微生物优势生长，但其内部缺氧部分就是乳酸菌的天地。具体的，适合乳酸菌生长的场所和动物相关者有乳汁、消化道、阴道、粪等，和植物相关的则有花蜜、树液、植物残骸、果实损伤部位等。人所产制的各种酦酵食品（如泡菜、酱油等）中，也有许多乳酸菌发挥积极的功

8、能。这些乳酸菌对制品之风味质量影响甚大。人体消化道中存在许多乳酸菌，其目和种会随龄而改变，如幼儿肠道中，双歧杆菌较多，而人则以乳酸杆菌较多。2.2 乳酸菌在市面上食品应用之现况乳酸菌在食品域最大之应用为酦酵乳品之制造，另外在各种火腿等肉制品之制造，也常添加乳酸菌，以加强保存性及风味，各种腌制品、酱油、面包的制造过程中，乳酸菌也扮演重要角色。将多种蔬果榖豆混合以乳酸菌、酵母菌等微生物长时间发酵熟成，所制成的产品近非常。我国的市场上，也有多种此产品通，许多产品皆冠以酵素名称，如大高酵素、寿酵素、等。此制品被当作保健食品，强调整肠、保肝、防癌、强身、增进免疫等机能。2.3 酵母菌之现况回顾酵母菌（S

9、accharomyces cerevisiae）是一种很有用的真核生物，他拥有生物的特性，可用原核生物的方式培养，其基因组较小，复制时间短，可作为基因分析，在分子生物学研究上的突破，很多是以它为材。在工业上酵母菌也很重要，如：啤酒、面包、酒和蛋白质之合成皆与酵母菌有关。酵母菌属于真菌，但与一般真菌具有细长的菌丝同，它只有单细胞。大小约仅有十m 左右，形有椭圆、柱形、长形，一般以椭圆形较常。在酿酒的地区，椭圆酵母菌是最重要的种。它可将葡萄转变成酒，虽然此种酵母菌无法以人工大培养，过它生存在土壤中，会自然附在果实上并随之进入酿酒的大桶中。在某些生长条件下，酵母菌也可以形成一长细胞成的假菌丝。通常酵

10、母菌是生长在含分的物质上，譬如植物的果实、树、树干、花蜜腺上是最常的。曾有学者发现，在一颗葡萄的表面就生长一百万个酵母菌。而在昆虫或高等动物的肠道、分物中，也能发现到酵母菌的踪迹。甚至是在空气、土壤中也有酵母菌存在。酵母菌在土壤中是靠么生活呢？即使是由植物根部渗出或者是动物体分解后产生的少分也足够赖以为生。酵母菌除能在土壤、空气中、植物体、动物体中生存外，还能生存在我们的食物上。如，牛奶、乳、肉等，使食物因而腐败。但也能因它在分解食物的过程中产生芳香酯，而具有特殊的香味。如，豆腐乳、豆鼓、味增是用酵母菌发酵所制成的产品。另外还有一些酵母菌会寄生在动物体内造成病害由于酵母菌可以无氧呼吸将发酵成酒

11、与二氧化碳，所以自古就被拿酿酒与制造面包。除酒之外，酵母菌的其它代谢产物，像脂肪、维生素B2、解脂脢等。2.4 酵母菌在市面上食品应用之现况人应用酵母菌的史，可追溯至四千多前古埃及人用酵母菌做面包，其原就是让面团中的酵母菌进无氧发酵，产生二氧化碳与酒。其中二氧化碳会使面团发胀、膨松，酒则在烘烤时挥发出，待却后变成香气四溢的面包，而这时菌体早已因烘烤高温而死亡。既然酵母菌可把转换成酒，在葡萄酒、米酒、啤酒等各种酒的制作过程中，应有酵母菌的贡献。在古时的农时代，中国人的祖先就懂得种植黍、稷、稻、麦、菽等五谷，并用酒曲造酒。酿酒与烘培的酵母菌学名是 Saccharomyces cerevisiae，

12、意思是吃的菌，cerevisiae 在丁文中的意思是发酵，顾名思义，酵母菌最喜欢的食物就是各式各样的，包括蔗、果、葡萄、麦芽等。因此在含分较高的水果表面、花粉、花蜜、蔬菜上常常可以寻获，在葡萄的果皮表面也有很多的酵母菌，这就是葡萄可以自然发酵变成葡萄美酒的原因。啤酒酵母：啤酒酵母是在酿造啤酒过程中，加入酵母菌进发酵，菌体吸收麦汁的养分后沉淀至啤酒桶槽底部，再经由过、洗净、干燥等密品管程序而产出的高纯酵母菌。这时菌体已死亡，且在加工过程中酒已散失，因此吃会醉。由于啤酒酿造时需添加啤酒花以产生啤酒的风味，因此以传统方法制造的啤酒酵母但含有大矿物质，且会保啤酒花原有味道，而具有独特轻淡苦味，但每生产

13、 1 公吨啤酒才得到约 1公斤的啤酒酵母，产较少。第三章：生菌原开发程、所需评估之方法及其同应用3.1乳酸菌开发程与评估方法许清医师表示过去以生化方法分析鉴定菌种及功能的研究如同大海钓鱼一般，难以分辨菌种。他表示如今运用分子生物医学，使用微阵技术可以同时于短时间分千种基因和蛋白质，将乳酸菌种与人免疫细胞一起培养，用肠胃内视镜从健康人体肠胃道中分出四百余种乳酸菌，建详细的菌种资库，经由培养后再抽取免疫细胞RNA 分子，与透过设定基因的微阵基因芯片的菌种作杂交反应，使用免疫反应的基因作为标的，筛选出结果，并进一步分析有效功能特性。他表示目前已经可做到一万个基因。目前菌株分的做法如下：1.藉内科肠胃

14、内视镜由人体进菌株分2.婴儿排遗中进菌株分3.单菌分培养新菌株的鉴定(用生物芯片筛检和鉴定技术)：革氏染色及形相镜检-（鉴定革氏阴阳性） API 培养基鉴定-（鉴定乳酸菌菌属）16S rDNA 特性基因分析-（鉴定乳酸菌菌种）图为生物芯片DNA 排筛检新发现机能性菌株必备要件：(1) 源自于人体之有菌(2) 对胃酸及胆盐耐受性强(3) 公认安全 (Generally recognize as Safe; GRAS)之微生物(4) 制备及贮藏期问须能保持活性及其稳定性(5) 可于肠道中保持代谢活性，并可成为优势菌种(6) 可使肠道菌相保持均衡而促进肠道健康(7) 可定殖于人肠道上皮细胞产品(8)

15、 必须能大生产并具商业价值(9) 对抗生素具有耐受性，对其它微生物具有拮抗性举：用8种病原菌分别为Escherichia coli O157,E.coli ATCC 11775,E.coli TG-1,Salmonella enteritidis ATCC 13076,S.typhimuriumATCC 14028,S.typhimurium E10,S.typhimurium E12,S.bellurupE23与长道细胞Caco-2细胞探讨乳酸菌Lactobacillus rhamnosus GG及 Lactobacillus casei Shirota与人肠道细菌之竞争性:结果发现，当乳酸

16、菌与病原菌共同培养时可以有抑制肠道中病原菌之贴附情形，但其抑制能则受到病原菌的种同而有所差;由以上结果有助于具有特殊功能之生菌的建与筛选。3.2 酵母菌的鉴定天然酵母菌曾被人观察记载的种据统计约有七百多种，未曾被观察发现的种则估计超过十万种，传统鉴定酵母菌的方法必须综合形态特征、芽孢分生方式、生化鉴定或是由同的筛选培养基区分，且需要丰富的经验。在分子生物学兴起之后，由分子层次进酵母菌分子标志分析辅以传统分学方法进鉴定已经成为主。(一)核体基因序鉴定法在分子层次的鉴定方法中，用聚合?锁反应（ polymerasechain reaction, PCR） 扩大复制核体基因（ ribosomal D

17、NA）的内转间隔区（ Internal transcribed spacer, ITS） 是最常被使用的方法。核体基因为一呈纵线排头尾相的重复性基因，每个重复单元包含小次单元(16-18 S)、大次单元(23-28 S)及5.8 S 基因， 这些解碼区(coding region)被内转间隔区ITS 隔开。大、小次单元由外间隔区(External spacer)或称基因间隔区区隔(Inter-genic spacer, IGS)， 5.8S基因则位于内转间隔区中。由于身兼细胞中所有蛋白质生合成的任务， 核体基因在同物种间的演化相当保守(conservation)且在基因组中丰富， 因此常被用鉴

18、别同种的微生物。科学家很早就发现，同的酵母菌种其ITS 片段大小有所差， 从约400 到800 碱基对（ base pair） 有， 因此由PCR 扩大复制ITS序后，由长可初步区分酵母菌可能的种。接着可以用限制?对ITS 序作进一步辨，如果基因序呈现变化，所出的片段大小也有所同。上述的鉴别工具相当简，在一天内就可以完成，然而片段大小的信息终究有限，面对众多的未知菌种，需要丰富的信息作进一步确认。在图5 中显示种葡萄表面酵母菌的ITS 部分序， 其中Major 是葡萄发酵七天后仅存的酵母菌， 也就是Saccharomycescerevisiae， 在发酵过程中因为产生高的酒，使其它酵母菌因为耐

19、酒而纷纷死亡，最后主宰发酵过程。(二)其它分子鉴定法但即使将ITS 序完全解出， 面对众多的商业酵母菌， ITS序仍有足之处，线体基因是另一个可用之工具。线体是生物细胞中负责代谢养分产生能的胞器， 有自己独的基因组，可以将细胞破碎后心分出线体，再抽取全部基因用限制内碎电泳比较。酵母菌的线体基因组大小约85Kb，用限制内分析酵母菌S. cerevisiae 之线体片段长多型性， 可以看出同商业酵母菌菌系之间的差。图6 为自食品工业研究所购买供测之8 种S. cerevisiae商业酵母菌菌系(Lane1-8)，分别是(1) Cote des blancs, Red Star、(2)Pasteur

20、 champagne,Red Star、(3) Flor sherry, Red Star、(4) Montrachet,RedStar、(5)Sauvigonon, DSM、(6) L-2226, Lalvin、(7) KL-1116,Lalvin、(8)RC212, Lalvin。其它可以用的分子鉴定工具包括常的微卫星体序大小（ SSR） 、扩大复制片段长多型性（ AFLP） 、逢机复制片段长多型性（ RAPD）等技术，因限于篇幅无法一一介绍，可以确定的是由于分子生物学的进展，大幅展传统生物学的研发应用域。3.2生菌(乳酸菌、酵母菌)在食品及医上的应用藉由早期食用生菌去改变肠道内的菌丛可以

21、预防许多过敏疾病的发生。生菌（Bifidobacteriumbifidum, B.infantis, L. salivarius）能够激新生儿的树突细胞成熟，并且在LPS激下产生较少的IL-4但是较多的IFN-。B. bifidum激下能产生特别多IL-10。结果可以明生菌可以藉由激新生儿树突细胞成熟和T细胞的发育预防过敏性疾病的发生。Lact. fermentumCECT5716会诱导前发炎细胞激素的产生Lact.salivariusCECT571会诱导IL-10细胞激素的产生虽然种菌株会低LPS所诱发的发炎反应，但Lact. salivariusCECT571的效果明显较好，推测可能是跟诱

22、导产生IL-10较高的原因在活体实验中也有似结果，服用Lact. fermentumCECT5716的鼠其脾脏中的Th1细胞激素表现上升、粪中的IgA浓增加活体实验中服用Lact. salivariusCECT571的鼠其脾脏细胞分IL-10的增加。食用Lactobacillus（生菌）组其 SCORAD 指示标准比安慰组有显著的低。在食用16 周 Lactobacillus（生菌）组（n=28）中有92% 的病患其SCORAD 指示标准较安慰组（n=28）佳。试验结束后，食用Lactobacillus（生菌）组有54% 的病患其症改善至中位性皮肤炎，较安慰组（30%）改善程佳。食用Lacto

23、bacillus（生菌）可有效改善中至严重程的位性皮肤炎幼童症程和病程。3.2生菌(乳酸菌、酵母菌)在农业上的应用生菌应用于只养用于养的菌种主要有一是乳酸菌，一是芽胞杆菌属。生菌在反刍动物中的使用用于反刍动物的生菌主要分为:一种是乳酸菌属，用于作为青贮添加剂，一作为酵母，用作添加剂。生菌在家禽中的应用主要为芽孢杆菌、双歧杆菌和乳酸菌等的制剂。使用生菌制剂可以解决抗生素对疾病的防疫和治所带的生产问题。生菌应用于宠物养菌种主要有一是乳酸菌一是芽胞杆菌属一是酵母菌(Yeast)。畜产用生菌具备的功能：(1)减少家畜禽的肠道疾病(2)低病原菌的感染与致病性(3)增进家畜禽的效(4)促进动物的生长速(5

24、)激家畜禽的免疫功能(6)增加的嗜口性(7)产生多的营养分(8)减少家畜禽粪臭味的产生(9)低蛋中胆固醇的含。生菌在水产养殖上的应用疾病防治疾病防治用与病原菌相拮抗或相克的原, 如虱目鱼红斑病可用病毒防治养殖水质控制养殖水质控制用各种生物制剂改水质用各种生物制剂改水质。第四章：生菌原进入市场之应用市场分析(含潜在新应用)4.1 生菌使用的市场分析根据食品研究所调查资显示，2004 我国保健食品市场规模达235亿元，预估未三保健食品整体市场成长为9.38%。而其中乳酸菌/肠道菌名未三产品趋势(产品及原)之第五，可其未之潜在商机。卫生署受台湾健康食品功能认证审查之保健功能诉求共有8，而调节血脂共2

25、7 项产品 与调整肠胃功能共25 项产品最多，可市面上可宣称效的健康食品以此竞争最激。营养食品随着时代的需要而断扩大市场格局，国外学者预估到2010 全球保健食品市场市值将高达1 兆美元；而台湾的市场却仍在萌芽阶段，但每仍以10%至20%的速成长，又加上SARS 直接冲击台湾人的健康意，因此营养食品仅在SARS 疫情延烧期间业绩翻3倍，后续的商机可期。全球正逐步迈入高龄化，预估到2020 全球将有10 亿的人口；而台湾也外，早在民国83 台湾已进入高龄化社会，预估到 2011 人口将突破总人口的10%。又加上现在全球新病毒断出现，短期内又无解药，因此体内环保相对变得重要，直接影响营养食品的身价翻新，市场需求逐渐扩大。在营业额上，台湾生技产业的营业额未5 每将平均成长25%，甚至全球中药草市场每也将以10%的速成长，2002 的市值高达230 亿美元。反观台湾，目前被炒作得最热门的就是生菌，包括营养品与优乳等产品计算，整体生菌市值也高达40 亿台币，今可望成长 10%。根据食品工业研究所的调查显示，目前台湾营养品的通分析看，最大宗的销售管道是透过直销，高达70%，因为透过口耳