一、背景
在一个健康人肠道中栖息着大量的细菌。小肠上端细菌较少，下端急剧增多。大肠则是各种细菌理想的存在环境，大肠下端约有 100 多种细菌菌群，其细菌浓度可达 10 11个/ g 大便，即大便重量的 1/3 是细菌，这些细菌对人体来说，有些是有益菌，有些是有害菌，它们按一定的菌群比例定植于肠壁上。在正常情况下，由于有益菌(主要是双歧杆菌)在数量上占明显优势，使细菌种群之间、细菌与人之间，保持着一种共生的生态学关系和动态平衡。
如果菌群比例失调、双歧杆菌数量减少就会导致人体的病变，同样当人体健康状况变化，如创伤、大量使用抗生素、机体衰老等均会导致肠道菌群种类和数量的 变化，反过来又对机体健康不利而形成恶性循环。
双歧杆菌属中有 24 个种，其中常见和常用的种有：婴儿双歧杆菌、两歧双歧杆菌、长双歧杆菌、青春双歧杆菌和短双歧杆菌。双歧杆菌的代谢产物对致病菌具有很强的拮抗作用。它们的抑菌机理主要是 产生有机酸使肠道 pH 值降低，抑制了致病菌的生长繁殖；有些双歧杆菌的种还可以产生抗菌类物质。
二、对致病菌生长抑制作用
有研究通过婴儿双歧杆菌发酵液对几种致病菌生长抑制作用的研究，得出了婴儿双歧杆菌对金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、甲型付伤寒杆菌、乙型付伤寒杆菌、埃希氏大肠杆菌、白色念珠菌、变形杆菌、福氏痢疾杆菌的生长繁殖有明显的抑制作用，婴儿双歧杆菌发酵液对致病菌生长繁殖的抑制机理是有机酸和抗菌类物质，婴儿双歧杆菌对白色念珠菌生长抑制的最低浓度为 10 5 cfu/ml。
三、生理功能
1、营养作用
双歧杆菌能够合成多种消化酶，包括葡萄糖苷酶、木糖苷酶、结合胆酸水解酶等，可以促进营养物质的吸收，代谢宿主机体自身酶系不能消化的营养物质，促进和改善氨基酸和脂类代谢及蛋白营养物质的消化吸收。有些人在食用纯牛奶或者其他含乳糖的产品后，容易出现乳糖不耐受症，比如出现胃胀、气胀、腹痛和腹泻等问题。双歧杆菌利用自身合成的乳糖酶，可将乳糖发酵降解为半乳糖和葡萄糖等易于吸收的糖类，参与机体后续代谢，改善症状。
另外，双歧杆菌在酵解过程中产生有机酸能使生物机体内的pH和Eh下降，利于钙、镁、铁、锌等矿物质的吸收，提高微量元素的利用率。此外，双歧杆菌代谢可以产生机体所必需的维生素，包括维生素B1、维生素B2、维生素B6、维生素B12、泛 酸、叶酸和生物素等。
2、抑菌功能
双歧杆菌能很好地抑制常见腐败和低温细菌，其抑菌作用主要通过竞争营养与黏附位点、产生抑菌物质、加强机体免疫力等途径，对肠道致病菌的黏附和繁殖起到拮抗作用以及阻断致病途径。双歧杆菌产生的抑菌物质主要为有机酸、细菌素、类细菌素及其他抑菌物质。
双歧杆菌代谢产物乳酸、乙酸等挥发性短链脂肪酸，使环境中的氢离子浓度增加，其浓度高于致病菌细胞内液氢离子浓度，氢离子渗透进入致病菌细胞内，使其细胞质酸化而影响其生长，甚至可使致病菌失活，达到抑菌效果。
有研究表明，双歧杆菌发酵液有明显的体外抑菌效果，并且低pH是其抑菌作用发挥的重要条件。另外，有些双歧杆菌会代谢产生一种由核糖体合成、具有抑菌作用的蛋白质，称为细菌毒素，可抑制其他致病菌的生长。
3、通便功能
研究表明，小肠主要以蠕动力来推动肠内容物运动。双歧杆菌代谢过程产生的有机酸可以刺激人体肠道壁，促进肠道蠕动，利于排便。同时有机酸含量的升高可增加肠道内渗透压，利于水分由低渗透压处进入到肠道内高渗透压处，产生通便效果。
4、抗衰老功能
大量研究发现，双歧杆菌具有良好的抗氧化活性，可以减少自由基参与氧化导致机体衰老。机体消除自由基的功能随着人体的衰老逐渐减退，体内自由 基不能被有效清除，抗氧化活性下降。也有研究表明，双歧杆菌能显著增加血液中超氧化物歧化酶（SOD）的活性及含量，协调体内自由基的氧化反应使其降低，自由基的降低减小了对人体细胞的损伤，从而使身体健康。
5、防止心血管疾病
动脉硬化和高血压等心血管疾病的发生主要是因为人体血液中的胆固醇含量高。双歧杆菌可以降低血液中的胆固醇浓度，对心血管疾病有一定的防治作用。
目前关于双歧杆菌降低血液中胆固醇含量的作用机理假说主要包括：①双歧杆菌细胞表面具有吸附作用，可吸附胆固醇，甚至可将胆固醇吸收到细胞内；②双歧杆菌酵解产生酸性环境，可使胆固醇与游离胆盐发生沉淀反应；③双歧杆菌含有胆酸盐水解酶，使胆酸盐脱结合，肠道对胆盐的吸收率降低；④双歧杆菌的代谢产物丙酸等有机酸可抑制肝脏合成胆固醇。
6、提高免疫力和抗癌
双歧杆菌对机体的免疫调节作用主要包含体液 免疫和细胞免疫两个方面。其中，细胞免疫调节主 要通过激活NK细胞、吞噬细胞的活性，提高红细 胞免疫黏附作用实现的。研究表明，婴儿双歧杆菌对单核吞噬细胞有激活作用，促使单核吞噬细胞系统发挥免疫学作用。
体液免疫调节主要 是通过刺激B淋巴细胞的活化增殖和分泌抗体来实现，使机体免疫力提高。双歧杆菌产生的短链脂肪酸，有防止肿瘤发生和免疫激活作用，可促使机体树突状细胞产生IL-10，增强免疫细胞的活性， 诱导产生一氧化氮，杀死多种肿瘤细胞，因而具有抗癌作用。
四、应用
目前，双歧杆菌在保健品、普通食品、动物饲料中等得到广泛应用。我国常见双歧杆菌保健品大部分和益生元等一起使用起到协同作用，包括胶囊类、冲剂类、发酵乳类、片剂类等，主要起到增强免疫力、调节肠道菌群等作用。胶囊类主要包括乐 赛牌、合生元牌、活益康牌、百合牌等；冲剂类主要包括多微生牌、联合邦利牌、衡欣牌、葆婴牌等；发酵乳类包括乐畅牌、健能牌；片剂类主要有天然元牌等。
双歧杆菌在普通食品中主要应用于酸奶、乳制品、乳饮料、甜品、面包及饼干类等。目前，双歧杆菌制剂在猪、鸡、鸭、牛、羊、兔以及水产养殖等多个方面被广泛应用。婴儿双歧杆菌是常见的肠道有益菌之一，仅需少量抗生素即可被杀死，是一类安全性较高的非致病性 专性厌氧菌。鉴于实体瘤内区别于正常组织存在低氧代谢区，故可利用厌氧菌趋低氧代谢的特点将其作为肿瘤靶向治疗的载体。
一些对双歧杆菌冻干菌粉的研究结果表明，双歧杆菌发酵制备的高密度菌体经历冻干后，菌体密度 基本呈指数级下降。因此需要改进冻干保护剂配方以 提高菌体的冻干存活率及婴儿双歧杆菌制剂的产品质量。 在适当保护剂的作用下，采用冷冻干燥技术能有效地保 藏发酵制剂。但是大量的研究显示保护剂的效果存在菌株特异性。冻干保护剂的选择在新开发益生菌制剂的应用中尤为重要。
五、发酵培养
有研究经过对婴儿双歧杆菌的培养温度、发酵pH值、 搅拌转速以及培养时间的研究，优化筛选出了其最佳的发酵控制参数。
1）发酵温度：发酵温度对双歧杆菌发酵液中活菌数的影响较为明显，且在不同的温度条件下，发酵液的菌落数存在差异。温度升高超过37 ℃后，婴儿双歧杆菌的生长速度并未有明显的提高。该菌株 在37 ℃的条件发酵液中lg活菌数达到最高值9.38，折算成活菌数2.4×109 cfu/mL，表明温度37 ℃为婴儿双歧杆菌的最适发酵培养温度。
2）pH值：发酵培养的pH值对婴儿双歧杆菌发酵液中活菌数的影响明显，在pH6.5的条件下，发酵液菌体浓度最高，lg活菌数为9.77，折算发酵液活菌数约为5.84×109 cfu/mL，表明pH值为6.5为婴儿双歧杆菌的最适发酵培养pH值。
3）搅拌速度：发酵罐的搅拌转速对婴儿双歧 杆菌发酵液中活菌数的影响明显。搅拌转速提升，发酵液活菌数反而随之下降，这可能是因为婴儿双歧杆菌是厌氧菌，在发酵过程中需要厌氧环境。搅拌转速的增加，一定程度上增加了发酵体系中的溶解氧，使该菌株的生长环境发生变化所致。在转速为200 r/min条件下发酵液的lg活菌数最高达到9.93，折算活菌数为8.33×109 cfu/mL，表明婴儿双歧杆菌的最适搅拌转速为200 r/min。
4）发酵时间：发酵液的lg活菌数值在 发酵前期随时间的延长而增长，在培养10～12 h后达到最高值，随后lg活菌数值增长缓慢。考虑到发酵液的lg活菌数在10 h之后变化不大，因此，选择发酵培养的时间为10 h较好。发酵10 h的结果显示，发酵液中活菌数可达约4.5× 1010 cfu/mL。
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