凝结芽孢杆菌的研究进展
日期：2019-10-14
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2012 评论：0 核心提示：凝结芽孢杆菌具有与乳酸杆菌、双歧杆菌一样的调节肠道内菌群平衡、促进营养物质代谢和利用、提高免疫力等保健特性，凝结芽孢杆菌形成的芽孢具有耐高温、耐酸和耐胆盐等高抗逆性特点。凝结芽孢杆菌作为新型微生态制剂，在畜牧业、水产养殖业、医药、保健和食品行业被广泛应用。作者在此简单概述凝结芽孢杆菌的理化性质以及在工业生产、养殖业以及临床等方面的应用进展。
益生菌凝结芽孢杆菌是近年来国内外学者的研究热点。凝结芽孢杆菌具有与乳酸杆菌、双歧杆菌一样的调节肠道内菌群平衡、促进营养物质代谢和利用、提高免疫力等保健特性，凝结芽孢杆菌形成的芽孢具有耐高温、耐酸和耐胆盐等高抗逆性特点。凝结芽孢杆菌作为新型微生态制剂，在畜牧业、水产养殖业、医药、保健和食品行业被广泛应用。作者在此简单概述凝结芽孢杆菌的理化性质以及在工业生产、养殖业以及临床等方面的应用进展。1、凝结芽孢杆菌的理化性质
凝结芽孢杆菌为芽孢杆菌属革兰氏阳性杆菌，端生芽孢，表面无鞭毛，多数菌两端钝圆，少数菌为短链状。凝结芽孢杆菌的最适生长pH值为6.6～7.0，最适生长温度为45～50 ℃，可以分解糖类生成L－乳酸，为同型乳酸发酵菌。
凝结芽孢杆菌具有产L-乳酸、生成芽孢、兼性厌氧、耐酸等生理生化特征，经口服进入到肠胃后，具有益生保健特性。产L-乳酸特征，使得肠道中的双歧杆菌等利用乳酸的有益菌能更好地生长与繁殖。生成芽孢特征，可以更好地恢复胃肠道的微生态平衡，且所产芽孢使得凝结芽孢杆菌能够耐受胃液的低pH值环境。兼性厌氧特征，使得凝结芽孢杆菌适宜在人体消化系统尤其是肠道等低氧环境下生长。耐酸特征，则保证了凝结芽孢杆菌有85％的概率通过胃液在肠 道存活生长。但是由于凝结芽孢杆菌没有鞭毛，导致其粘附性较弱，无法在肠道中长期存活。凝结芽孢杆菌在肠道中还会分泌大量有益物质，如淀粉酶、蛋白酶、β族维生素、氨基酸、短链脂肪酸和凝固素等，这些物质不仅有利于肠道消化吸收还能抑制有害细菌。特别是凝固素，在60℃、pH值4～8的条件下处理90min仍保持生物活性，且不受淀粉酶、酯酶和有机溶剂的影响。因此，凝结芽孢杆菌对胃肠道炎症有一定的治疗作用。
凝结芽孢杆菌还具有很强的抗逆性，在高温、高渗和酸性环境下均保持较高的存活率，能有效穿过胃液环境（强酸和消化酶），在肠道生长，并发挥益生作用。
２、凝结芽孢杆菌在工业领域的应用
2.1 生产乳酸
乳酸及其衍生物作为重要的有机化工原料和精细化学品被广泛应用。凝结芽孢杆菌发酵产乳酸具有转化率高、能耗少等特点，原料价廉、来源广，所产乳酸具有较高的光学纯度。现阶段国际上乳酸几乎全部是通过微生物发酵来生产的。目前，对芽孢杆菌属细菌的研究主要以自然筛选和传统诱变选育为主。Yadav等报道了一系列产乳酸菌株，其中便有凝结芽孢杆菌。康莉首先采用高锰酸钾－溴化钾平板法初筛出高产乳酸的凝结芽孢杆菌菌株，然后 通过紫外－氯化锂复合诱变进行复筛，为了进一步提高残留总糖的消耗速率，在发酵过程中又采用光敏试剂８－甲氧补骨脂素对菌株进行诱变处理，使得诱变后的菌株消耗麦芽二糖的能力提高了21.3％，乳酸产量最高达到64.8ｇ·L-１。马 瑞通过单因素实验和Ｐｌａｃｋｅｔｔ－Ｂｕｒｍａｎ实验筛选出凝结芽孢杆菌Ｓ44，并对其发酵产L-乳酸条件进行了优化，结果发现，在优化条件下，发酵72ｈ，85ｇ·L-１葡萄糖即消耗完毕，乳酸产量提高了25.2％，由优化前的59.09ｇ·L-１提高到73.95ｇ·L-１，糖酸转化率为86.75％，糖利用率为100％。谢月娇用PEG酶水解玉米秸秆中的木质纤维素得到葡萄糖，葡萄糖得率为81.11％，酶解率为87.01％；然 后 利 用 酶 解 上 清 液 进行凝结芽孢杆菌 LA204发酵产乳酸，乳酸最终浓度为84.49ｇ·L-１，秸秆转化率达到0.56ｇ·ｇ-１，基本实现秸秆纤维素和半纤维素的有效利用。Ong等利用凝结芽孢杆菌 ＷＣＰ10-４发酵纤维二糖产L-乳酸，200ｇ·L-１的纤维二糖以97.8％的转化率和7.01ｇ·L-１·ｈ-１的产酸速率转化成了196.3ｇ·L-１的 L-乳酸。
2.2 生产淀粉酶
2002年，卢涛等从西藏当雄温泉附近的土壤中筛选到一株凝结芽孢杆菌，经紫外线和亚硝基胍诱变，获得一株酶活达到100Ｕ·ｍL-１的突变菌株，较出发菌株的酶活提高了约25倍，发酵液经90 ℃ 处理60min，相对酶活仍保持在90％以上。Badu等对凝结芽孢杆菌发酵产胞外α－淀粉酶的培养条件进行优化，发现有机氮 源（如蛋白胨和牛肉提取物）利于其产生α－淀粉酶。Medda等对凝结芽孢杆菌 ＣＵＭＣ512所产淀粉酶进行纯化，比活力提高72倍，酶产率为49％～52％。
2.3 生产脂肪酶
细菌脂肪酶在生物技术工业中发挥着重要作用，如作为洗涤添加剂、催化外消旋化合物动力学分解以及催化酯化反应等。Kanwar等对凝结芽孢杆菌 MTCC-6375的一种新型胞外脂肪酶进行了分离纯化，该酶在45℃下暴露20min依然能够保持100％的酶活。Alkan等通过凝结芽孢杆菌固态发酵制备胞外脂肪酶，以甜瓜固体废弃物为基本营养源，添加1％橄榄油，培养24ｈ，脂肪酶产量达到最高（78069Ｕ·ｇ-１）。Gowthami等从土壤样品中分离得到一株能够分泌耐高温脂肪酶的凝结芽孢杆菌，优化培养条件后，脂肪酶产量增加3.2倍。
3、凝结芽孢杆菌在养殖业的应用
3.1 养猪
近年来我国养猪用抗生素的弊端日益暴露，研发与推广安全高效饲料已成为饲料工业与养猪业的热点之一。我国农业部已于2013年12月30日将凝结芽孢杆菌正式列入《饲料添加剂品种名录 2013》。凝结芽孢杆菌具有乳酸杆菌、双歧杆菌等肠道主要有益菌的相似益生功能，且具备良好的抗逆性，能够满足仔猪等畜禽颗粒饲料的加工需求。蒲俊宁在断奶仔猪饲粮中添加200~400ｇ·ｔ-１凝结芽孢杆菌制剂，结果发现，仔猪的空肠食糜 双歧杆菌数量、盲肠食糜双歧杆菌和芽孢杆菌数量显著增加（P＜0.05），空肠黏膜ｃｌａｕｄｉｎ－１、ｏｃｃｌｕｄｉｎ基因表达水平明显 提 高（P＜0.05），空肠黏膜mucin2基因mRNA相对表达量也显著提高（P＜0.05），断奶仔猪饲粮中添加苯甲酸＋凝结芽孢杆菌＋牛至油显著降低了仔猪血清TNF-α和ＩＬ-１β的含量。杨玲等 仔猪饲粮中添加200ｍｇ·ｋｇ-１凝结芽孢杆菌，明显降低了仔猪腹泻率及仔猪粪便大肠杆菌数 量。张 越 等在断奶仔猪饲粮中添加凝结芽孢杆菌，然后前腔静脉采血，分离血浆；屠宰场取肠段制成切片，显微镜观察发现，添加凝结芽孢杆菌可改善仔猪小肠形态结构，显著提高仔猪血液白蛋白水平，降低总胆固醇和谷氨酰转肽酶水平，提高回肠和十二指肠绒毛高度，增大十二指肠绒毛表面积。李永明等研究了饲粮添加凝结芽孢杆菌对母猪及仔猪肠道微生物组成和血清生化指标的影响，结果发现，与对照组相比，饲粮添加凝结芽孢杆菌有提高母猪粪微生物多样性指数的趋势（P＝0.15），显著提高 Ａｎａｅｒｏｐｌａｓｍａ属细菌含量 （P＜0.01），显著降低 Ｃａｔｅｎｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ属细菌含量 （P＜0.05），有提高 Ｂｕｔｙｒｉｃｉｃｏｃｃｕｓ（P＜0.1）、Ｐｅｐｔｏｎｉｐｈｉ－ｌｕｓ（Ｐ＝0.1）和Ａｃｅｔｉｖｉｂｒｉｏ（Ｐ＜0.1）属细菌含量的趋势，有降低 Ｈｅｌｉｃｏｂａｃｔｅｒ（P＜0.1）、Ｔｒａｂｕｌｓｉｅｌｌａ（P＝0.05）、Ｌａｃｈｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ（P＜0.1）和 Ｐｌａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ（P＝0.1）属细菌含量的趋势；同时使母猪血清内毒素（ＥＴ）含量显著降低21.3％（Ｐ＜0.05）、血清免疫球蛋白ＩｇＧ 含量显著提高23.3％（P＜0.05）、血清触珠蛋白（ＨＰＴ）含量显著降低50％（P＜0.01）、主要急性期蛋白（ＭＡＰ）含量显著降低34.5％（P＜0.05），可见饲粮添加凝结芽孢杆菌可明显减少母猪肠源性内毒素吸收，减少炎症反应，增强免疫力，提高母猪健康水平。黄遵锡等发现饲用凝结芽孢杆菌制剂能够显著增加实验仔猪体重，显著降低料肉比。
3.2 水产养殖
随着科技的进步，人民生活水平的提高，水产养殖规模逐步扩大，从而引发养殖环境恶化、水产疾病频发等问题，为解决这些问题，大量使用消毒剂和抗生素，形成了恶性循环。微生态制剂具有安全性高、无残留的特性，有望成为治理水产养殖环境的利器。凝结芽孢杆菌不仅可促进水产动物消化吸收，降低饵料系数，提高免疫和抗病能力，还可净化养殖环境。付天玺等在基础饲料中分别添加不同剂量的凝结芽孢杆菌均能显著提高奥尼罗非鱼的胃、肝、胰和肠道蛋白酶活性（P＜0.05），实验组的干物质表观消化率、蛋白质消化率、相对增重率、饵料系数和蛋白质效率显著高于对照组（P＜0.05）。Ring等发现凝结芽孢杆菌能够促进锦鲤的生长，与对照组相比，实验组锦鲤体重每尾约增加8.3ｇ，存活率提高2.7％。张维娜采用体外抑菌实验和共培养实验考察了凝结芽孢杆菌JSSW-07对多种水产病原菌的拮抗作用，结果发现，凝 结 芽 孢 杆 菌 对 温 和 气 单 胞 菌 （Aeromonassobria）、嗜水气单胞菌（Aeromonashydrophila）具 有拮抗作用，能够抑制其生长，同时还能够提高碱性磷酸酶、总蛋白、谷草转氨酶、超氧化物歧化酶、过氧化物酶的水平，提高肝脏抗氧化能力，从而较好促进银鲫幼鱼的生长，提高 机 体 免 疫 力。王彦波研 究 发 现，在 饲料中添加适量凝结芽孢杆菌，能够改善罗非鱼肌肉中钙、磷和粗脂肪的含量并增强其生长性能。赵钰以凝结芽孢杆菌LL1103为研究对象，发现粗提抑菌物质lactocinLL1103在各浓度下均能对大黄鱼起到抑制腐败菌生长、延长货架期的作用。王明阳等发现添加１×1010CFU·kg-１凝结芽孢杆菌，能 显 著 提 高对虾血清溶菌酶、总一氧化氮合酶、诱导性一氧化氮合酶的活性，可见饲粮添加凝结芽孢杆菌可有效促进凡纳滨对虾的生长，提高其血清非特异性免疫水平。
3.3 养鸡
国内对凝结芽孢杆菌在养鸡方面的应用研究还处于起步阶段，相关报道不多。赵必迁等探究了凝结芽孢杆菌对蛋鸡生产性能的影响，采用玉米－豆粕型粉状饲粮，选取24000只315日龄的罗曼粉壳蛋鸡，随机分成3组，2个实验组在对照组饲粮基础上分别添加150mg·kg-１和200mg·kg－１凝结芽孢杆菌，结果显示，2个实验组产蛋率 显著提高 2.02％ （P＜0.05）和1.57％（P＜0.05），破蛋率显著降低17.25％（P＜0.05）和 14.78％（P＜0.05），死亡率显著降低22.58％（P＜0.05）和29.03％（P＜0.05）。王政等察了饮水中添加凝结芽孢杆菌对白羽肉鸡生产性能、肠道微生物数量、挥发性脂肪酸及空肠肠道形态结构的影响，结果表明，饮水中添加１×106cfu·ｍＬ-１的凝结芽孢杆菌能显著提高白羽肉 鸡采食量 （P＜0.05），盲肠食糜中乳酸杆菌数量显著增加 （P＜0.05），而大肠杆菌数量显著降低（P＜0.05），高剂量的凝结芽孢杆菌能够显著增加丁酸和总挥发性脂肪酸的生成（P＜0.05），并增加空肠绒毛高度／隐窝深度。曹广军等研究发现，在商品母黄羽鸡基础饲粮中添加不同剂量的凝结芽孢杆菌制剂可提高日均采食量和日均增重量，显著降低料肉比，同时提高肌肉的pH值，缓解肌肉酸解速度。Wu等研究发现，凝结芽孢杆菌对患有坏死性肠炎的肉鸡有显著疗效。
４、凝结芽孢杆菌的临床应用
凝结芽孢杆菌作为一种高耐受性的益生菌，可以顺利通过人体胃肠道系统，调节肠道菌群异常所引起的疾病，调节肠道消化功能，作为免疫佐剂提高肠道免疫力。基于凝结芽孢杆菌在宿主肠道中的调节功能，其在胃肠道疾病临床治疗上具有很好的辅助效果。李跃芝用蒙脱石散与凝结芽孢杆菌活菌片联合沙棘干乳剂治疗小儿迁延性腹泻，效果很好。同样的，张玉梅等用凝结芽孢杆菌活菌片与复方胃蛋白酶颗粒联合治疗小儿迁延性慢性腹泻，5d后，以粪便性状及次数为评判 标 准，治疗有效率达到95％以上，与对照组相比差异有统计学意义（P＜0.05）。Majeed等用凝结芽孢杆菌MTCC5856治疗腹泻型肠道易激综合症，与对照组的安慰剂相比，90ｄ后服用凝结芽孢杆菌活菌片的患者临床症状显著改善。孕妇作为特殊群体，临床用药往往受到一定的限制。而凝结芽孢杆菌活菌片非常安全，是国家批准的明确写明孕妇和哺乳期妇女 可以使用的益生菌制剂。郭伟男采用常规静脉补液疗法联合凝结芽孢杆菌活菌片治疗妊娠剧吐，７ｄ治疗有效率为100％，治愈率提高了近２倍，在提高总体疗效、提高尿酮体转阴率、改善患者恶心呕吐症状等方面均较单纯静脉补液效果更好（P＜0.05）。凝结芽孢杆菌与其它益生菌相比是唯一具有保水作用的益生菌制剂，可起到保水润肠的作用，有效消除腹胀便秘等。临床证明，凝结芽孢杆菌在治疗孕妇功能性腹胀、预防剖腹产术后胃肠功能紊乱等方面具有显著的效果。凝结芽孢杆菌除了对肠道疾病有很好的临床效果外，对一些细菌病毒等传染类疾病也有很好的临床应用效果。凝结芽孢杆菌抑菌物质对革兰氏阴性菌及革兰氏阳性菌均有 明显的抑菌效果，具有广谱抗菌性。细菌性阴道病（ＢＶ）是世界范围内最常见的阴道感染疾病，通常使用抗生素治疗，但是治疗效果不明显。为了证明凝血芽孢杆菌的辅助治疗可以提高抗生素疗法的治愈率，Ｓｕｄｈａ等进行了初步研究：选取40个年龄和患病程度一样的患者，分成２组，对照 组患者只给予标准抗生素治疗，实验组在抗生素的基础上辅以凝结芽孢杆菌 ＵｎｉｑｕｅＩＳ-２胶囊，治疗90ｄ后，实验组80％的患者病症减轻，胺检测实验显示出明显的阳性反应，而对照组仅45％的患者病症减轻。手足口病是一种肠道病毒传染性疾病，多发于学龄前儿童。热毒宁注射液联合凝结芽孢杆菌活菌片治疗手足口病具有很好的治愈率和总有效率。邓星梅等用热毒宁注射液联合凝结芽孢杆菌活菌片治疗手足口病，７ｄ治疗总有效率（治愈率和好转率）为95.24％，治愈率提高了近１倍。
普通凝结芽孢杆菌的耐受性较差，为保证微生态制剂长期储存不易失活，制备时必须要考虑热稳定性、耐酸性、耐胆盐性等一系列问题。为了更好地发挥凝结芽孢杆菌的益生作用，有必要对其产孢条件进行研究。快速大量地形成芽孢是制备凝结芽孢杆菌制剂的关键。Sen等采用响应面法对发酵过程进行建模、优化和分析，将凝结芽孢杆菌芽孢形成率提高至87.93％。Das等通过多变量响应面建模和基于遗传算法的优化，每克生物量芽孢数量达到６×1012个。陈秋红等在15Ｌ自动发酵罐中扩大培养凝结芽孢杆菌，控制溶氧30％以上，培养20ｈ，芽孢数量达到5.8×108CFU·ｍＬ-１，芽孢形成率96.7％。黄晓雪等发现，以纱布屑为固体载体对凝结芽孢杆菌产芽孢有促进作用。杨立华发现西红柿汁有显著的促孢作用。戚薇等利用中空纤维超滤装置高密度培养凝结芽孢杆菌TQ33，菌浓和芽孢数量分别达到1.6×1010CFU·ｍＬ-１和1.2×1010CFU·ｍＬ-１，是分批培养的21倍和37倍。另外，无机盐在调控芽孢形成中也发挥着重要作用；Mn2+能促进芽孢的形成。
６、结语
凝结芽孢杆菌因益生作用和高抗逆特性，已经受到广泛关注，开发了越来越多的凝结芽孢杆菌保健品和制剂。相信，在不久的将来，凝结芽孢杆菌保健品和药品能够更好地惠及人们，保障人们的健康。
