丁酸梭菌的特性和功效精品名師資料

1、丁酸梭菌的特性和功效趙長昆 1 ，齊樹亭2( 河北工業(yè)大學化工學院，天津，300130 )(河北工業(yè)大學海水利用中心，天津，300130 )摘 要：本文敘述了丁酸酸菌的特性、功能。首先，介紹了丁酸梭菌的發(fā)現(xiàn)及形態(tài)，并且對其生理特性進行了描述。然后， 講述丁酸梭菌的功效，重點陳述了它在腸道中的作用。最后是丁酸梭菌應用的理論意義和實踐需求，以及它誘人的產業(yè)化前景和市場競爭力。關鍵詞：丁酸梭菌；芽孢；益生菌；微生態(tài)學The characteristics and effectiveness of clostridium butyricumZHAO changkun， QI shuting( Inst

2、itute Of Chemical HeBei University Of Technology ， TianJin， 300130)( Seawater Utilization Center Of HeBei University Of Technology ， TianJin， 300130) Abstract： In this paper ， the characteristics and effectiveness are reviewed First， the discovery and morphology of clostridium butyricum is introduct

3、ed ， and also its physiological characteristics is describedThen， the effectiveness of clostridium butyricum is telled ， and the function whenit is in intestinal is importantly stated The last part includes the theoretical significance and the practice requirements of clostridium butyricum applicati

4、on ， and the tempting industrial prospect and market competitiveness of it Keywords： Clostridium butyricum ； bacillus； probiotics ； Micro-ecology1 丁酸梭菌的發(fā)現(xiàn)和特性1 1 發(fā)現(xiàn)丁酸梭菌(Clostridium butyricum )又名丁酸梭菌，是梭狀芽孢菌屬中的一個種。1933年， 日本千葉醫(yī)科大學宮入近治博士首先發(fā)現(xiàn)并報告的，因此又叫宮入菌，它是存在于人和畜禽腸道中一種厭氧益生菌。1935 年， Kingi miyairi 博士從人的糞便和土

5、壤中分離出丁酸梭菌。1 2 形態(tài)和生理特性丁酸梭菌是一種革蘭氏陽性芽孢桿菌，細胞為直或彎曲，其直徑為0 5-1 7*2 4-7 6um，為圓形或者橢圓，中間部分膨脹略顯橢圓，單個或成對、短鏈， 偶見長絲狀菌體，周生鞭毛，能運動。孢子圓形或橢圓形，為內生芽孢，偏心或次端生。革蘭氏染色初培養(yǎng)的菌為陽性，培養(yǎng)時間稍長可變?yōu)殛幮?。丁酸梭菌細胞壁含DL-二氨基庚二酸，葡萄糖是唯一的細胞壁糖。在瓊脂平板上可生長為白色或淺灰色的圓至不規(guī)則的菌落，直徑1-3mm,表面有光澤到無光澤。不水解明膠，不消化血清蛋白。能夠發(fā)酵葡萄糖、蔗糖、果糖、乳糖等碳水化合物 產酸，能使牛奶變酸、凝固、產期，但不消化。一個顯著的特

6、征是產生淀粉酶，水解淀粉但不水解纖維素。水解淀粉和糖類的最終代謝產物為丁酸、醋酸和乳酸，還發(fā)現(xiàn)有少量的丙酸、作者簡介：趙長昆（1986-）,男（漢），在讀碩士，研究方向微生物培養(yǎng)。E-mail zhaochangkun126. com通訊作者： E-mail Qishutingyahoo . com . cn甲酸，硝酸鹽還原實驗均為陰性。丁酸梭菌DNA勺G+C含量的摩爾分數(shù)為 27%-28%丁酸梭菌對外界環(huán)境有較強的抵抗力，據報道，經 80C、30 min和90C、10 min熱處 理后全部存活；加熱 90C、20 min后，95%?活；加熱100C、5 min后30將活。耐熱、 耐酸，pH值

7、為1. 05. 0時仍能存活；pH值為4. 09. 8能適合其生長。1. 3應用現(xiàn)狀1940年，丁酸梭菌在日本實現(xiàn)了商業(yè)化生產并被應用于臨床。動物微生態(tài)制劑被認為是 取代抗生素最具潛力的發(fā)展方向，由于耐藥性問題，抗生素在飼料中應用受到嚴格的限制。 丁酸梭菌可以作為微生態(tài)制劑，最初它被用作整腸劑，能大幅度降低偽膜性腸炎的發(fā)病率， 廣泛用于腸道菌群失調，急慢性腹瀉，腸易激綜合癥，抗生素相關性腸炎、便秘等疾病的治療，取得了顯著療效且， 無任何毒副作用?，F(xiàn)也將其用于畜禽飼料添加劑替代抗生素，發(fā)揮防病促長的作用。作為飼料添加劑和獸藥，與非芽抱類活菌制劑相比，更具優(yōu)勢。丁酸梭菌產生內生芽抱，具有耐高溫、耐

8、酸、耐膽鹽、耐部分抗生素等特性，在生產加工和儲藏過程 中優(yōu)勢明顯，在飼料工業(yè)中的應用前景非常誘人e （孔青.浙江大學博士學位論文.2006）。丁酸梭菌能夠抵抗飼料制粒過程中的高溫、高熱，并能有效在胃酸及膽汁中存活，為飼用益生菌的理想菌株，與目前廣泛應用的非芽抱類活菌制劑相比，更具廣闊的市場前景。國內很多企業(yè)及科研院校近年來對其進行了研究開發(fā)。2丁酸梭菌的功效2. 1強大的整腸作用丁酸梭菌調整腸道菌落平衡，促進腸道有益菌群增殖。國內的很多報道已證實，丁酸梭菌能促進有益的雙歧桿菌、乳酸菌、擬桿菌的生長并且有效抑制有害菌葡萄球菌、念珠菌、克雷伯菌、彎曲桿菌、綠膿桿菌、大腸桿菌、痢疾桿菌和傷寒沙菌以及

9、腐敗菌的繁殖，從而減 少了胺類和硫化氫等有害物質的產生，防止了腸道菌群失衡，進而避免了其所導致各種疾病的發(fā)生。陸儉以把丁酸梭菌LCL166與嬰兒雙歧桿菌及霍亂弧菌混合培養(yǎng)24h時，發(fā)現(xiàn)霍亂弧菌菌數(shù)與單獨培養(yǎng)相比減少 6個數(shù)量級，丁酸梭菌對霍亂弧菌是有拮抗作用的。張達榮等證實， 患有腸易激綜合癥的人， 腸道中菌群失調，本應占主要比例的雙歧桿菌、乳酸桿菌的量減少，而本應較少的具有潛在致病性梭菌卻顯著增多，經丁酸梭菌治療后，占腸道比例多的雙歧桿菌、乳酸桿菌顯著上升，而具有潛在致病性的梭菌明顯下降，并且臨床癥狀相應明顯改善。 趙熙等通過動物實驗和人體受試實驗，發(fā)現(xiàn)受試對象口服丁酸梭菌活菌制劑后，腸道內

10、 雙歧桿菌、乳酸菌數(shù)量都有顯著增加。張雪平”等把丁酸梭菌LCL166與大腸桿菌、痢疾桿 菌、傷寒桿菌體外共同培養(yǎng)24h后，發(fā)現(xiàn)致病菌菌數(shù)被降低1-2個數(shù)量級。呂存女 等實驗證明，丁酸梭菌和雙歧桿菌都能抑制梭菌的生長，并且兩菌共同培養(yǎng)時顯示出更強的生物拮抗作用。朱曉慧 等分別在雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌和糞鏈球菌的培養(yǎng)基中加入1/3比例的丁酸梭菌發(fā)酵提取物，液體培養(yǎng)24小時，結果發(fā)現(xiàn)雙歧桿菌、乳酸菌、糞桿菌活菌含量分別比對照組增加 24. 00% 42. 57% 6. 76%張樹波 等分別把丁酸梭菌對腸出血性大 腸桿菌、痢疾志賀菌、霍亂沙門菌、霍亂弧菌進行混合培養(yǎng)，與單獨培養(yǎng)相比，致病菌菌數(shù) 減少4個

11、數(shù)量級以上，這說明丁酸梭菌對上述有害菌有顯著的抑制作用。唐寶英 等研究 發(fā)現(xiàn)丁酸梭菌 RHZ與豬大腸桿菌 C83902、雞大腸桿菌C83851和雞白痢沙門氏菌 599以菌數(shù) 比1: 1共培養(yǎng)48h時，致病菌菌數(shù)與對照相比減少6個數(shù)量級，且從共培養(yǎng)的第6h開始菌數(shù)差異就逐漸擴大。 VEN KATRAMAN 9：等人試驗后發(fā)現(xiàn)在葡聚糖硫酸鈉（DSS）誘導結腸炎的早期，黏膜通透性就開始增加，并伴隨著細胞存活率的下降，同時也可以檢測到組織學的變化。 而丁酸能夠逆轉通透性的增加，可能就是它在治療結腸炎中發(fā)揮的作用。MOREA U10 等發(fā)現(xiàn)， DSS 處理后的急性結腸炎小鼠，其結腸內的丁酸吸收減少。因此

12、，結腸細胞所需要的能量來源減少。這又使得結腸細胞受到多種影響，例如，細胞成熟受阻、黏液合成減少、脂肪形成減緩、細胞膜組裝變慢等等。由于這些影響，結腸內丁酸吸收減少的總體效果就是黏膜的完整性受到了破壞。這一系列實驗研究說明，丁酸梭菌制劑對調整腸道微生態(tài)具有重要意義。丁酸梭菌具備上述功能，可能有以下原因：其一，是定植粘附作用。丁酸梭菌可以通過與致病菌競爭腸上皮微絨毛上的脂質和蛋白質上的相同復合糖(glycoconjugate) 受體來達到阻止致病菌的定植。研究結果表明，益生菌可以粘附于微絨毛的刷狀緣和粘膜層而不被腸蠕動沖走，并且參與其與致病菌之間生存與繁殖的時空競爭、定居部位競爭以及營養(yǎng)競爭，限制

13、致病菌群的生存繁殖；其二， 產生抑制病原菌的代謝產物。丁酸梭菌生長速度快，在代謝過程中產生大量丁酸、醋酸和乳酸等有機酸，加速降低了培養(yǎng)基的pH 值，不利于致病菌生長，抑菌率高達80% 以上 11 。2 2 免疫增強與抗腫瘤活力丁酸梭菌還有激活免疫系統(tǒng)，促進免疫功能的效果?？诜∷崴缶茉黾尤撕蛣游矬w內血清中免疫球蛋白和的含量，有人發(fā)現(xiàn)，當機體攝食熱滅活的丁酸梭菌菌體后，測定血清中免疫球蛋白IgA 含量， 試驗組明顯高于未攝食丁酸梭菌菌體的對照組。傅思武 12 用丁酸梭菌- 嬰兒雙歧桿菌二聯(lián)活菌制劑對小鼠進行實驗，結果30d 后測定發(fā)現(xiàn)小鼠抗體生成細胞數(shù)增加，說明該制劑具有一定的免疫調節(jié)功能。還

14、有人發(fā)現(xiàn)丁酸梭菌細胞具抗腫瘤活力，早在 1975 年，F(xiàn)ISCHER 13 等人就證實了丁酸梭菌M55對于實體瘤的溶癌作用。李佳荃：14：等(2003)對被移植肝癌小鼠進行丁酸梭菌灌胃做抑瘤實驗，結果表明丁酸梭菌對小鼠肝癌的抑制作用很強，并且丁酸梭菌與環(huán)磷酞胺聯(lián)合治療時， 抑癌作用更強。還有人發(fā)現(xiàn)，丁酸梭菌細胞壁對肉瘤的抑制率也很高，而抑制活力主要來自肽糖而不是多聚糖層。新鮮細胞的酸、堿萃取物呈現(xiàn)強烈抑制腫瘤活性現(xiàn)象。2 3 腸道產生有益物質丁酸梭菌在發(fā)酵過程中能產生葡萄糖、麥芽糖等6種糖及維生素E。這些物質直接為動物提供營養(yǎng)元素，維生素E 能強化血管，增強抗病性，激活細胞，對機體非常重要 1

15、5 (冉雪松等， 2007) 。其中對維生素缺乏具有高度敏感性的家禽進行實驗證明酪酸菌能在腸道內產生必需的維生素。丁酸梭菌在腸道中還能產生淀粉酶、蛋白酶、糖苷酶、纖維素酶。特別要指出的是，日本學者Nakajima 16 發(fā)現(xiàn)腸道中丁酸梭菌組中的菌產生內切和外切果膠的裂解酶和果膠甲基化酶，能把腸道內的果膠降解為中間產物，最終產生乙酸和少量丁酸及甲酸。這些酶系顯然有重要的生理功能。我們知道，人和動物每天要攝入體內大量的纖維和果膠物質，由于這些酶系的作用，其中間產物可被雙歧桿菌等乳酸菌利用，從而促進了這些菌的生長繁殖，其最終產物又可被機體吸收利用 17 (何國慶，孔青等)。丁酸是一種短鏈飽和脂肪酸，

16、在反芻動物的乳汁中約占重量的25 %人乳中僅約0.4%普通食物中一般不含丁酸。HOVERSTA D18 研究組發(fā)現(xiàn)，人們對結腸中生成的短鏈脂肪酸的吸收和代謝能力很強。其中尤以丁酸為快。SAKATA等人的連續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，丁酸、乙酸等短鏈脂肪酸既促進小鼠空腸的上皮細胞繁殖，也刺激其回腸的上皮細胞繁殖；2002 年，他們用短鏈脂肪酸滴注法，發(fā)現(xiàn)丁酸確實促進大腸和小腸上皮細胞繁殖，因此進一步表明丁酸具有修復腸道黏膜的功能。在體外研究或人體研究中，丁酸都能抑制多種癌癥細胞的增殖；丁酸影響基因表達；因為影響細胞周期蛋白的基因表達而影響細胞周期；丁酸還誘導細胞凋亡；雖然丁酸是正常的結腸上皮細胞的重要能源之一，

17、但是它也是結腸黏膜的生長誘導劑、免疫反應和炎癥調節(jié)劑；由于它抑制生長和促進分化及細胞凋亡，它又是一種抗癌劑。用丁酸治療實體瘤的臨床研究幾年前就已開始進行，它在防治結腸癌方面則取得了較大進展。目前，丁酸治療癌癥的研究日益引起醫(yī)學和制藥業(yè)的重視 19 ( 李雄彪，馬慶英等) 。2 4 促生長功能丁酸梭菌具備此功能取決于兩點：一是， 它體內存在的蛋白酶1 和蛋白酶2 及脂肪酶，能促進動物對脂肪和蛋白質的消化吸收。二是， 丁酸梭菌具有氨基酸載體的作用，它能轉運所有的氨基酸，但不分解氨基酸。所以它有利于促進動物生長。有人指出，用蛋白酶、脂肪酶 及糖化菌、乳酸菌、丁酸梭菌為有效成分，制成特效的魚用飼料添加

18、劑，促進魚對蛋白質、脂肪的消化吸收，養(yǎng)殖率上升。添加的三種菌能在腸道內共生，使各種臟器機能更好地發(fā)揮，腸內微環(huán)境得到改善。當將0 5 %和2 %添加劑加入到飼料中作為實驗組，飼喂8 周后，飼料效率比無添加劑的對照組高8 0 % 和 7 0 % ， 增重率高12 0 % 和 11 5 % ，并且攝食早，體表粘液分泌多，體色新鮮，肉質有適量脂肪，味感改善，疾病率和死亡率下降，糞臭減少且呈粒狀固體易清除。對肉用仔雞的試驗也證明了丁酸梭菌的這種功能。李恕 20等將丁酸梭菌制劑用于水產類，結果魚及特種水產類日增重率提高大約30%一 40%，雜食性魚類可提高22%以上( 李恕和叢寧，1998) 。2 5

19、促進 VE 的吸收VE 能強化血管，增強抗病性，激活細胞，對機體非常重要。以丁酸梭菌為主要成分制成VE 吸收促進劑。對仔牛進行試驗，采集血清測VE 含量變化。發(fā)現(xiàn)試驗組VE 含量呈上升趨勢，與對照組差異顯著。用幼雞試驗也得出相似結果。成年男子攝入丁酸梭菌+ VE 比單獨攝食 VE ，血清 VE 含量上升18 %-28 %。抗氧化活力有人對丁酸梭菌及需氧菌進行抗壞血酸鹽和去甲腎上腺素氧化抑制試驗，發(fā)現(xiàn)丁酸梭菌在活菌及熱處理狀態(tài)下都有一定的抗氧化活力，分別為40 %和 20 % ，比需氧菌弱很多，且隨著稀釋度的增加而顯著下降。對膽酸的轉化以膽酸為基質培養(yǎng)丁酸梭菌， 某些菌株可將膽酸轉化為72 酮基

20、膽酸和脫氧膽酸，鵝脫氧膽酸轉化為熊脫氧膽酸，后者轉化率大于70 %。2 6 穩(wěn)定性好丁酸梭菌是厭氧芽孢桿菌，產生內生芽孢，穩(wěn)定性好。能耐熱、耐酸、耐膽汁，通過消化道不失活，在體外室溫下可以保存三年以上 1 (孔青， 2006) 。同時對部分抗生素有較強的抗性，可以與之合用，提高療效。大量實驗表明它沒有任何毒副作用，被廣泛應用于醫(yī)藥、功能性保健品和動物飼料添加劑等。腸道疾病、癌癥的防治以及免疫增強人的健康密切相關，丁酸梭菌具有強大的整腸作用、抗癌功能，能促進有益物質吸收并且有極強的穩(wěn)定性，這不僅具有十分重要的理論意義，而且對于提高民眾健康水平有很大的實際意義，同時還具有十分誘人的產業(yè)化前景。除此

21、之外，丁酸梭菌營養(yǎng)要求簡單，其發(fā)酵工藝和設備也相對簡單，所以，它的產品成本低廉，在市場上很有競爭力。參考文獻1 孔青丁酸梭菌培養(yǎng)與發(fā)酵動力學以及調節(jié)腹瀉小鼠腸道菌群平衡的研究浙江大學博士學位論文，2006， 21( 10) ： 9-122 陸儉， 張雪平， 孟筱琦等酪酸菌和嬰兒型雙歧桿菌對霍亂弧菌的拮抗試驗J 微生物學通報，2000，27(5) ： 338-3413 趙熙， 冉陸， 楊寶蘭等丁酸菌活菌制劑對腸道菌群影響的研究J 中國微生態(tài)學雜志，1999， 11(6) ：332-3384 張雪平，陸儉，傅思武等酪酸梭菌與雙歧桿菌對腸道致病菌的體外拮抗作用中國微生態(tài)學雜志 2001 ， 12(

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