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肠道菌群调节类功能性食品开发

肠道,是人体最大的消化、排泄和免疫器官,又被称为人体的第二大脑,也叫做肠脑。人体肠道内包含一个巨大的神经网络和大量的神经递质物质,不断与大脑交换信息;同时,肠道中还寄生着10万亿个细菌,影响着机体的体重和消化能力、抵抗感染和自体免疫疾病的患病风险等,因此,肠道菌群按照一定比例组合,彼此制约和依存,在数量上与宿主构成一种共生共赢的生态平衡。

肠道微生态系统最为重要和复杂

肠道微生态系统最为重要和复杂

人体微生态系统,包括口腔、皮肤、泌尿、胃肠道4个生态系统,以肠道微生态系统最为重要和复杂,主要由肠道正常菌群及其所生活的环境共同组成,微生物量占人体总微生物量的 78%;不仅是消化系统的重要组成部分,也是免疫功能的关键因素之一,因此,人体70%的免疫系统位于肠道。

人类肠道微生物组包括1014个与人类肠道相关的常驻微生物,多数为放线菌门、拟杆菌门、厚壁菌门及变形菌门;主要位于消化道的远端,其生物量超过每克含量1011个细胞。肠道菌群可以分为三类,以双歧杆菌、乳酸杆菌等为代表的益生菌、以阴沟肠杆菌为代表的有害菌,以及人畜无害的中性菌。

肠道菌群与健康

肠道菌群在免疫系统的形成、发育和成熟中起着至关重要的作用。无菌动物的免疫发育受损,表现为未成熟的肠道相关淋巴组织、肠道淋巴细胞数量减少、抗菌肽和免疫球蛋白IgA水平下降等,且这些改变在共生菌定植后发生了逆转。

同时,肠道菌群能够通过产生具有免疫调节和抗炎功能的分子,如短链脂肪酸、吲哚及其衍生物、次级胆汁酸等来调节免疫系统和免疫细胞反应,包括T细胞、B细胞、树突状细胞和巨噬细胞等。可见,肠道菌群对免疫系统的形成和维持至关重要。

健康状态下,人体与微生物之间保持着一种互惠互利的平衡状态。然而,一旦宿主遭到自身及外界环境变化的影响,如宿主本身基因型、饮食、年龄、疾病状态及外来菌侵袭等时,宿主与菌群之间的平衡状态就会被打破,致使肠道微生态系统发生失衡,机体的各功能出现紊乱,致病菌异菌突起、益生菌急剧减少,进而导致疾病的发生。

近年来,越来越多的研究发现,肠道菌群失衡与很多疾病的发生有着很密切的关系,并且发病部位不仅只限于肠道,甚至波及全身部位,如神经系统、内分泌系统、心血管系统、肿瘤等,甚至可能影响心理健康。

膳食纤维

膳食纤维

调节肠道菌群的功能性食品成分

1.益生菌

益生菌,是指改善宿主微生态平衡而发挥有益作用,达到提高宿主健康水平和健康状态的活菌制剂及其代谢产物;主要包括两大类乳酸菌群,一类为双歧杆菌,如婴儿双歧杆菌、长双歧杆菌、短双歧杆菌、青春双歧杆菌等;另一类为乳杆菌,如嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、植物乳杆菌和罗伊氏乳杆菌等;应用于人体的益生菌有双歧杆菌、乳杆菌、肠球菌、大肠杆菌、枯草杆菌、蜡样芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、丁酸梭菌和酵母菌等。

从安全性角度考虑,目前工业用益生菌主要来源于健康人体、动物,以及发酵乳制品、泡菜、纳豆等传统发酵食品。

益生菌

益生菌

 

2001年,世界粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)对益生菌做了如下定义:益生菌是活的微生物,当摄入充足的数量时,对宿主产生健康益处;2014年,国际益生元与益生菌科学协会在发表的共识中认可了FAO和WHO的定义,并强调了益生菌菌株鉴定和安全性评价的重要性。

中国食品科学技术学会益生菌分会等也联合发布《益生菌科学共识(2020年版)》,其中也明确指出益生菌需具有足够数量、活菌状态、有益健康功能的3大核心特征。

基于益生菌对调控肠道菌群的功效。肠道菌群之间关系复杂而紧密,有的互生,有的拮抗,它们以宿主摄取的食物以及分泌于消化道内的各种成分作为营养物质进行生长,并且不断地增殖和被排出;不仅和肠黏膜共同构成一道保护屏障,阻止有害细菌、病毒和食物抗原等的入侵,还可以刺激肠道的免疫器官发挥更强的免疫功能。

益生菌作为优势菌群,能与肠黏膜紧密结合构成肠道的生物屏障,并且通过占位效应、营养竞争及其分泌的各种代谢产物和细菌素等,来抑制条件致病菌的过度生长和外来致病菌的入侵,对于维持肠道的微生态平衡起着重要作用。

2.膳食纤维

膳食纤维,是植物中天然存在、从植物中提取或直接合成的聚合度≥3、可食用、不能被人体小肠消化吸收、对人体有健康意义的碳水化合物聚合物;可分为水溶性膳食纤维和非水可溶性膳食纤维。不可溶膳食纤维可以增加大便量、增强吸收、提高机体免疫力等;可溶膳食纤维则可以防止便秘、改善口腔和牙齿功能、有利于减肥等。

1991年,世界卫生组织营养专家将膳食纤维从碳水化合物大家族中分出来,并将之列为继碳水化合物、蛋白质、脂肪、水、矿物质和维生素之后的“第七大营养元素”。

基于膳食纤维对调控肠道菌群的功效。膳食纤维能够影响机体的肠道菌群,通过增加益生菌的方式来保护肠道屏障、抑制诱导肠道内产内毒素的革兰氏阴性菌增殖,降低肠道通透性,减少致病机率。

多酚类物质

多酚类物质

3.功能性低聚糖

低聚糖,俗称寡糖,主要是由2-10个同种或不同种单糖分子通过糖苷键之间的相互作用结合而成的直链或支链的低度聚合糖;主要分为具有功能性的特殊低聚糖和不具有功能性的普通低聚糖。

其中,功能性低聚糖,为非消化性低聚糖,由2至10个单糖分子脱水,通过α、β型糖苷键连接形成有直链和支链的低度聚合糖,具有甜度、粘度等糖的特性,不能被人体吸收,但进入大肠后能够增殖有益细菌、抑制有害细菌,并有着热量低、降低胆固醇、提高机体免疫力、预防肿瘤等功效;主要包括低聚果糖(Fructo oligosaccharide)、低聚半乳糖(Galactooligosaccharides,)、低聚异麦芽糖(Isomal maltose oligomeric)、低聚木糖(Xylooligosaccharides)、低聚龙胆糖(Gentiooligsaccharide)等。因此,功能性低聚糖已经成为开发功能性食品的重要原料或食品添加剂。

 

基于功能性低聚糖对调控肠道菌群的功效。由于在人体的唾液和胃肠道内不存在能够分解功能性低聚糖的酶类物质,因此功能性低聚糖能够直接进入大肠而不被消化吸收。在大肠内优先被双歧杆菌(Bifidobacterium)所利用,对于调整肠道内菌群、维持肠道内环境平衡、调节肠道生理功能、提高人体健康具有显著的作用。

4.多酚类物质

膳食多酚,是食物中最广泛的植物化学物质,主要存在于各种水果、蔬菜、茶叶、谷类、草药中,具有抗氧化、抗肿瘤、保护肝脏及抗肥胖等多种生物活性,如茶多酚、生物类黄酮、酚酸类和芪类等。

基于膳食多酚对调控肠道菌群的功效。肠道菌群能够通过多酶反应影响膳食多酚的稳定性,包括去糖基化、硫酸化、葡萄糖醛酸化、苯并-γ-吡喃酮体系C环裂解、脱羟基、脱羧和氢化等,使多酚类化合物被转化为低分子量的生物活性代谢物,从而被人体吸收。

同时,多酚类物质可以抑制肠道内有害菌群的生长繁殖,促进有益菌如乳杆菌、双歧杆菌等的生长,降低厚壁菌门与拟杆菌门的比值,进而减轻由高脂饮食引起的肥胖和其他代谢综合症等。

 

随着人们对健康的关注度不断增加,越来越多的消费者开始关注肠道健康。肠道健康功能性食品不仅可以帮助改善消化系统功能、维持肠道微生态平衡等,还能够增强机体免疫力,因此受到广大消费者的青睐。因此,开发和创新肠道菌群调节类功能食品不仅是当代人健康需求的刚需,同时也是功能性食品的发展方向和趋势,具有广阔的发展前景。

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