微生态学在功能性食品开发中的应用 王 力 量子高科市场总监

一、微生态学及其对人们关于生命本质、疾病本质认识的影响 1 、微生态学 2 、生命本质，疾病的本质 3 、微生态调节剂 二、微生态学理论指导功能性食品研发 1 、消化健康类食品 2 、免疫调节食品 3 、体重控制食品 4 、糖尿病调养食品 5 、慢性肾衰竭患者专用食品 6 、慢性疲劳 7 、矿物质补充剂 内容

一、微生态学定义 微生态学 (Microecology) ： 1977 年，由西德的沃克鲁什（ Volker Rush ）首 先提出。 1985 年 Volker Rush 定义：微生态学是细胞水平或分子水平的生态 学。更明确地说：微生态学是研究正常微生物群的结构、功能以及与其宿 主相互关系的生命科学分支。 正常微生物群 (normal microbiota 或 normal flora) 是微生物与其宿主在共同的 历史进化过程中形成的微生态系，即寄居在特定个体体内的非但无害而且 有益的微生物群落（ microcomminty ）。 人类医学经历了治疗医学和预防医学，正在向保健医学迈进，微生态学则 是保健医学的理论和实际应用的基础学科。 微生态学不研究疾病本身，而是研究保持人体健康的条件，然后创造这样 的条件。

二、关于生命的本质与疾病的本质 1 、生命的本质：人是由机体细胞和共生微生物细胞共同构成的超级生物体。 机体细胞大约 10 万亿 共生微生物细胞大约 100 万亿 共生微生物携带的基因组称为人类的第二基因组，其基因数量超 过人体基因数量 100 倍。 2 、疾病的本质： 2.1 、中医：阴阳失调 2.2 、西医：感染？ 基因？ 2.3 、微生态学：微生态失调

二、关于生命的本质与疾病的本质 3 、亚健康、慢性疾病与微生态失调的关系 2006 年中华预防医学会微生态学分会在量子高科全资资助下进行了大规模的 关于亚健康、慢性疾病与微生态失调关系的调查。 汇集全国 345 位专家的结论： 亚健康、慢性疾病与微生态失调互为因果。 该结论为干预不明原因的亚健康、慢性疾病提供了一个切入口。

二、关于生命的本质与疾病的本质 3 、亚健康、慢性疾病与微生态失调的关系 该调查为中国政府进行亚健康、慢性疾病干预提供了一个解决方案，促 成国家发改委发起 “ 公众营养改善微生态健康促进项目 ” ，通过微生态调 节来提高国民健康水平。

三、微生态制剂 微生态调节剂一般分为三类： 益生菌（ Probiotics ）是一类对人体有益的活性微生物，是定植于人体肠道或生 殖系统内，能产生确切健康功效从而改善人体微生态平衡、发挥有益作用的活性 有益微生物的总称。主要有：酪酸梭菌、乳酸菌、双歧杆菌、嗜酸乳杆菌等。 益生元（ Prebiotics) 是一种不被人体消化的食物成分，它能选择性地刺激一种或 几种结肠内常住菌的活性或生长繁殖，起到增进宿主健康的作用。 益生元作为生长促进物质可明显刺激双歧杆菌的生长和活性。典型的益生元是低 聚果糖 FOS 和低聚半乳糖 GOS 。 合生素 (Synbiotics) 是益生菌与益生元的复合。即可发挥益生菌的生理性细菌的 活性。又可选择性地增加这种菌的数量使益生作用更显著持久。

1 、便秘 便秘与肠道菌群失调互为结果 1.1 益生菌缓解便秘的机理：恢复肠道菌群的平衡 1.2 益生元缓解便秘的机理：高渗透压 促进肠蠕动 恢复菌群平衡 1.3 膳食纤维缓解便秘的机理：促进肠蠕动 1.4 大黄、番泻叶的机理：强烈刺激肠壁促进蠕动 肠粘膜脱水 组合应用： 益生元（ FOS ） + 长链膳食纤维（ PDX/Inulin ）对结肠、直肠全程 发挥作用 益生菌与益生元能显著恢复大黄等泻药造成的肠道菌群混乱和修复 肠粘膜损伤。 四、微生态学与消化健康类产品开发

2 、腹泻 2.1 菌群失调性腹泻：益生菌、益生元、青香蕉抗性淀粉 2.2 运动性腹泻：由于运动时血液集中四肢，肠道缺血，造成菌群失调、 腹泻，选用益生元进行预防效果良好。 相关运动饮料是空白。 2.3 紧张性腹泻：考试、面试、演讲时因紧张而腹痛、腹泻，有痉挛的 原因，也有肠道缺血而菌群失调的原因。使用益生元能有效预防。

五、微生态学与免疫调节类产品开发 肠道是人体最大的免疫器官，掌管人体 70% 以上的免疫功能。肠道菌群 作为抗原刺激，可促进免疫系统发育与成熟，菌群产生的毒性产物具有广谱 抗原性，刺激免疫系统，使机体获得对致病菌及其毒性产物的抵抗力。 因此，免疫调节类产品的开发与设计从肠道微生态调节入手最为有效。 低聚果糖调节免疫的机制：

低聚果糖促进双歧 杆菌、乳杆菌等增 殖，组成了肠道菌 群的膜细菌，膜菌 群通过占位保护， 产生细菌素、有机 酸、过氧化氢等物 质来阻挡或抑制致 病菌侵袭肠黏膜， 或进一步侵袭至淋 巴结、血液。 —— 《微生态学 现代理论与应用》 康白、李华军 五、微生态学与免疫调节类产品开发

六、微生态学与体重控制类产品开发 最新研究发现：肠道菌群失调与肥胖密切相关 1 ） 肥胖与厚壁菌门（ Fimicutes) 和拟杆菌门（ Bacteroidetes ）的比例失调有关 Fimicutes Bacteroidetes 动物及人体实验表明：肥胖者体内厚壁菌门细菌多，而拟杆菌门细菌 明显减少。

六、微生态学与体重控制类产品开发 2 ）阴沟肠杆菌是引起肥胖的元凶； “ 燃脂细菌 ”Akkermansia muciniphila 则 使人苗条 研究表明，肥胖者肠道内阴沟肠杆菌过度生长，严重肥胖者该菌更达到总菌 量的 1/3 之多。 阴沟肠杆菌可以产生内毒素，让本来吃高脂饲料吃 不胖的无菌小鼠发展出严重的肥胖症，同时能够引 起小鼠炎症和胰岛素抵抗，也可以关闭消耗脂肪需 要的基因、激活合成脂肪的基因。 而 Akkermansia muciniphila 是一种消化道内粘液层上 的 有益菌 ，通过饮食，可以促进此类菌的产生，研 究发现，该菌有助于脂肪燃烧并改进血糖水平 Enterobactercloacae Akkermansia muciniphila

六、微生态学与体重控制类产品开发 3 ）低聚果糖大幅增殖 Akkermansia muciniphila ，抑制阴沟肠杆菌 实验发现，肥胖和 II 型糖尿病小白鼠服用益生元低聚果糖，能恢 复 Akkermansia muciniphila 的活性和数量，有助于促进新陈 代谢，可加快小鼠体重的减轻。 另有资料显示，益生元 FOS 使 A.muciniphila 增殖 100 倍。 Everard,A.,et al.PNAS,2013

六、微生态学与体重控制类产品开发 4 ）低聚果糖 有效抑制脂肪增加 人体试验表明 肥胖者每天摄入 0.14g/kgFOS ，连续 120 天， 体重降低 16kg ， 腰围减少 6.7cm, BMI 从 32kg/ ㎡下降到 28kg/ ㎡， 排便次数从 0.3 次 / 天增加到 0.99 次 / 天 增加饱腹感 Genta et al. 2009,Clinical Nutrition

六、微生学与体重控制类产品开发  更多的人体试验证明低聚果糖可以减少能量摄入，降低体重 ReferenceDesign N/ Gender/ Object Duration Dosage outcomes 1. Cani et al 2006 SB,PC, Cross-over 10/5M,5F/ BMI kg/m 2 2-week 16g/d increases satiety, reduces hunger and food consumption 2. Parnell et al 2009 R, DB, PC 48 /9M,39FM/healthy adults/BMI>25kg/m 2 12-week 21g/d Reduce 1.03±0.43kg 3. Genta et al 2009 DB, PC55/ F/ Obese 120days 0.14g/kg/d Reduce 15±2.3kg Reduce BMI 、 Waist circumference ， increase Frequencies of defecation 4. Magda Antal et al 2010 SB,PC, Cross-over 16 obese students 17 obese women 12-week 14g/d diminished sensation of hunger,BMI and body fat percentage decreased 5. Verhoef et al 2011 DB, cross- over 31/10M,21F/ BMI>24.8kg/m 2 13days 16g/d reduces the energy consumption by 10% Abbreviations: R=randomized, DB=Double-blind, SB=Single-blind, PC=Placebo-control, M=Male, F=Female, BMI = Body mass index( 体重指数）

5 、综合文献对低聚果糖在体重控制方面的作用总结如下： 5.1 降低 “ 饥饿激素 ”(ghrelin) 水平 ：降低食欲 5.2 升高 “ 饱腹激素 ” （ PYY ， GLP-1 ）水平：减少能量摄入 5.3 降低瘦素（ leptin ）抵抗 ：增加脂肪消耗 5.4 升高内源性大麻素水平：减少对高脂食物的心理依赖 减肥 快乐 无压力 六、微生态学与体重控制类产品开发

七、微生态学与糖尿病调养类产品开发 肠道微生态失调，内毒素升高是糖尿病触发因子。 微生态观点： 2007 年，英国雷丁大学 Gibson 等研究发现糖尿病小鼠肠道微生态失 调、内毒素含量升高，导致空腹胰岛素升高，餐后胰岛素分泌减少，表 现出胰岛素抵抗。当内毒素缺少受体时，内毒素诱导的胰岛素抵抗消失。 2011 年，俄罗斯自然科学院临床诊断部研究 发现，内毒素是 1 型糖尿病易感基因的重要触 发因子。 在临床试验中， 1 型糖尿病患者体内 的内毒素水平明显高于正常人群，而且病程 不超过 2 年的患者体内内毒素水平要高于病程 超过 2 年的患者

七、微生态学与糖尿病调养类产品开发 反之， 糖尿病加重肠道微生态失调。 糖尿病患者血糖水平越高，菌群失调越显著。 肠道微生态失调、内毒素升高、糖尿病及其并发症产生的恶性循环 诱发糖尿病及 并发症 微生态失调内毒素升高 促进有益菌生长，调理肠道微生态，减少内毒素的产生，才能 从本源上达到预防和调理糖尿病的效果。

七、微生态学与糖尿病调养类产品开发 动物实验发现， 喂食低聚果糖的糖尿病小鼠体内双歧杆菌数量 升高，内毒素水平降低。并且，其空腹胰岛素 降低，餐后胰岛素分泌增加，胰岛素抵抗得以 缓解。 Cani,Biabetologia,2007

七、微生态学与糖尿病调养类产品开发 图 1 益生元对空腹血糖的影响 图 2 益生元对糖尿症状的改善 Duraiswamy Gobinath 等研 究发现，低聚果糖、低聚木糖 都能有效降低小鼠空腹血糖含 量，减轻糖尿症状，低聚果糖 的效果更加显著。 Duraiswamy Gobinath, British Journal of Nutrition,2010

人体实验发现，服用雪莲果糖浆（含 FOS41.39%) 120d 后，受试人群血糖含量、血胰岛素、 胰岛素抵抗因数分别下降为 10.7% 、 42.1% 、 67.1% 。 Camila Moroti 等研究考察了 20 名女性 2- 型糖尿病患者服用由低 聚果糖、嗜酸乳杆菌和两歧双歧杆菌等组成的合生元，对血糖和胆 固醇的影响。试验发现， 持续 30 天服用合生元，实验组空腹血糖 下降 38.89% Camila Moroti,Lipids in Health and Disease,2012 Genta et al. 2009,Clinical Nutrition 七、微生态学与糖尿病调养类产品开发

八、微生态学与慢性肾衰竭患者专用产品开发 慢性肾衰竭患者食品可归于特殊医学用途配方食品。其关键是： 1 、控制血压 2 、足够的热量 3 、低蛋白 医院营养科非常需要这类产品，患者居家饮食很难控制好蛋白摄入量，也急需 该类产品。 低聚果糖降低 BUN 的机理：蛋白质代谢的废物的排出通道改变 低聚果糖降低肌酐的机理：

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