酵素发酵菌种入门：双歧杆菌知多少？
双歧杆菌属(Bifidobacterium)是一种革兰氏阳性、不运动、细胞呈杆状、一端有时呈分叉状、严格厌氧的细菌属，广泛存在于人和动物的消化道、阴道和口腔等生境中。双歧杆菌属的细菌是人和动物肠道菌群的重要组成成员之一。一些双歧杆菌的菌株可以作为益生菌而用在食品、医药和饲料方面。在酵素行业，双歧杆菌也是常用的益生菌发酵菌种之一。
双歧杆菌具有哪些形态学特征？有哪些生理功能？它的研究进展是怎样的？今天，我们一起来了解一下。
基本信息
双歧杆菌(bifidobacterium)是1899年由法国科学家Tissier从母乳喂养的婴儿粪便中发现的一种杆菌，末端常常分叉，故名为双歧杆菌。该菌为人和动物肠道的优势菌群，并影响着人类胃肠道的健康。
双歧杆菌革兰氏染色阳性，细胞形态多样，包括短杆状、近球状、长弯杆状、分叉杆状、棍棒状或匙状。细胞单个或排列成V形、栅栏状、星状。不抗酸、不形成芽孢，不运动。专性厌氧。菌落较小、光滑、凸圆、边缘完整，呈乳脂色至白色。
2012年版的《伯杰氏手册》根据热休克蛋白基因(hsp60)、16sRNA等多基因的分析比对，将双歧杆菌目分为一个双歧杆菌科，分别为斯卡多维亚氏菌属、双歧杆菌属、异斯卡多维亚氏菌属、另类斯卡多维亚氏菌属、类斯卡多维亚氏菌属、加德纳氏菌属、气斯卡多维亚氏菌属等7个属。
双歧杆菌的研究目前多集中在该菌具有的促进机体生长、发育，增强机体免疫力，抑制肿瘤，抑制衰老，调节肠道菌等作用方面。
双歧杆菌的生物学特性
双歧杆菌形态学上主要定义为两种形态，分叉形态定义为Ⅰ型，命名为乳杆菌；杆状则定义为Ⅱ型，命名为副分叉乳杆菌。双歧杆菌生理生化特征见表1。
表1 双歧杆菌生理生化特征
在不同生长环境下、或不同种类的双歧杆菌具有不同的形态，如长双歧杆菌一般多呈勺型，嗜热双歧杆菌则呈纤细杆状等；也有球形双歧杆菌的报道，如兔双歧杆菌形态近似球状；同种属的双歧杆菌在不同生长状态或不同的培养方式下，可能出现不同的形态，如GAVINI等在母乳喂养的羊羔的排泄物实验中，发现假链状双歧杆菌球状亚种。双歧杆菌多形态可能由于缺乏醋酸钠、硝酸钠、硫酸钠、氯化钠及N-乙酰氨基糖或碳酸盐诱发有关。
双歧杆菌的生理功能
// 营养作用
双歧杆菌缺少醛酶、葡萄糖，因此其分解代谢途径不同于乳酸菌。双歧杆菌最主要产物主要包括乳酸、乙酸等，可改善机体pH值，促进铁和维生素D的吸收并提高磷、铁、钙的利用率；双歧杆菌可以通过磷蛋白磷酸酶分解α-酪蛋白，促进蛋白吸收。临床上，机体在缺乏乳糖酶的情况下，摄入的乳糖或纯牛奶不能被消化吸收进血液，仍然留在肠道内，肠道细菌就会在发酵分解乳糖的过程中产生大量气体，造成腹泻、胃胀和气胀等症状。双歧杆菌还可从某种程度上提高饲料的转化率，消化宿主体内不能消化的营养物质，增加动物体营养代谢量。
双歧杆菌具有营养作用，主要是由于其自身可合成多种消化酶、乳糖酶、多种氨基酸及维生素，如缬氨酸、丙氨酸、苏氨酸和天冬氨酸，维生素B1、B2、B6、B12、叶酸及烟酸等营养物质；还可以控制维生素分解菌对宿主体内维生素分解，改善机体代谢功能，增加蛋白质的吸收速度，增加氮气的蓄积量，从根本上改善机体代谢紊乱现状。
//拮抗作用
双歧杆菌对大部分病原菌具有非常明显的拮抗作用。双歧杆菌这种生物拮抗作用机理，可能是该菌在机体肠道上皮细胞或肠道黏膜的表面形成生物菌膜，通过加强宿主免疫力，竞争营养、抑制致病菌黏附等方式，阻止病原微生物在肠道定植。此外，双歧杆菌在肠道生长繁殖过程中能生产出乳酸、丙酮酸和丁酸，可以导致机体肠道的氧化还原电势和pH值均明显下降，并同时分泌广谱抗菌的物质，预防致病菌生长、繁殖。
// 通便功能
双歧杆菌可以通过调整肠道菌群，并通过产生乙酸、乳酸等短链脂肪酸来抑制肠道腐败菌的生长和有毒代谢产物的形成，刺激肠蠕动，同时有水分由低渗透压处进入高渗透压处，肠道蠕动能力得到恢复，机体免疫功能被复活，功能性便秘等症状因此有所缓解。
//增强免疫力
双歧杆菌具有调节免疫功能的作用，主要通过对肠道黏膜的刺激，激活肠道黏膜的免疫系统，使其产生抗体、细胞因子，进而更好地提高肠道黏膜的免疫、抗感染能力。研究表明，动物双歧杆可以激活小鼠腹腔巨噬细胞，增强IL-1活性，并同时产生IL-6，从而发挥其免疫调节功能。
//抗肿瘤的作用
双歧杆菌具有抗结肠癌作用，可能是通过影响肠道菌群代谢、提高宿主免疫应答，黏附及降解潜在致癌物,预防肠道癌症；改变肠道菌群；产生抗癌抗诱变物质；提高宿主的免疫应答；影响宿主的生理活动来实现。
虽然双歧杆菌的抑瘤机制目前尚未完全阐明，但普遍认为双歧杆菌的抗癌作用机制可能是由于其非特异性增加了肿瘤的局部反应，促进细胞免疫功能，增强其杀伤活性，激活巨噬细胞的吞噬活性，同时改善肿瘤患者淋巴细胞亚群分布。
//抗衰老功能
人体的衰老往往从肠道老化先表现出来。双歧杆菌在维持机体肠道健康和减缓肠道老化方面具有重要作用。
双歧杆菌具有抗肠道老化作用，其可能的原因一方面是双歧杆菌在肠道上皮细胞形成生物菌膜，激活机体免疫系统使之产生适量的TNF、白介素等，并可诱导老化、突变细胞进入程序死亡进程，同时使之不断地清除衰老或突变细胞、死亡的细胞，不因堆积过多的死亡细胞而衰老下去，从而达到抗衰老作用；另一方面是双歧杆菌可诱导延缓衰老的SOD合成，抗氧化作用模式主要有螯合金属离子、激活抗氧化体系、自由基和体内氧化还原调控系统和清除活性氧等，自由基参与氧化对体细胞的损害和导致机体衰老显著减少。
双歧杆菌分子生物检测
目前用于细菌鉴定的分子生物学检测技术主要包括限制性片段长度多态性分析法、脉冲场凝胶电泳方法及以随机扩增多态性DNA技术法、PCR为基础的多重PCR法、16SrRNA测序技术、多位点测序分型技术等。
双歧杆菌利用存在的问题及展望
双歧杆菌属于严格厌氧菌，对生产条件要求苛刻，一旦生产过程中无法保持厌氧环境，导致发酵失败,会造成大量的原材料浪费。双歧杆菌对营养要求较高，其生长繁殖不仅需要常用的氮源和碳源，还需添加氨基酸、肽等双歧因子，加大了菌种的培养难度。双歧杆菌尚无法在常温下长时间保藏，造成产品中双歧杆菌活菌浓度低，从而影响了双歧杆菌的产业化进程。双歧杆菌黏附于肠道上皮细胞，可充分发挥药效，若进入肠道后无法定植，将随粪便流失。此外，由于益生素多为野生菌株，大多数未经抗药性因子的检查，一旦在肠道内传播，将增加致病菌，降低治疗效果。
近年来，双歧杆菌在对人促进机体生长、发育，增强机体免疫力、抑制肿瘤、抑制衰老、调节肠道菌等作用方面,具有较好的益生作用。但对于双歧杆菌的研究多集中在菌体、完整肽聚糖、细胞壁、胞外多糖及黏附蛋白等方面，基本上均停留在生理生化指标的检测和传统的宏观性状分析层面上，对具体作用机理研究不深，许多实验结果的作用机理是参照其他益生菌进行分析推测。因此，需进一步加强对双歧杆菌菌种的研究，应用现代分子生物学技术，从基因表达水平上探讨双歧杆菌黏附功能，调节机体免疫功能及抗肿瘤、抗衰老等功能的作用机理。如从基因表达水平上探讨双歧杆菌具有黏附功能的作用机制，先分析双歧杆菌作用机体黏附蛋白的信号通路中不同因子的表达量变化，并对疑似黏附蛋白的功能进行筛选比较分析，从而了解肠道中不同种属的双歧杆菌细菌如何完成黏附和定植。
随着人们对健康问题的日益关注，双歧杆菌微胶囊技术将会不断发展，未来的微囊化技术应该会朝着有利于工业化大规模生产的方向发展，生产出抗逆性更强的双歧杆菌，微胶囊粒径更小，并且将其广泛应用于汽水、饼干、果汁、面包和巧克力等各领域多种食品中。因此，双歧杆菌必将成为国内外学者研究和开发的一个热点，具有广阔的市场前景。