食品與生活：微生物、食品、益生菌–雙叉桿菌
93/12/07
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周正俊｜
臺灣大學食品科技研究所
微生物在食品中扮演的角色
也許大家都有過這樣的經驗，在大熱天從市場買回的一塊豬肉放在廚房，沒有立刻把它放在冰箱中，經過幾個鐘頭後可能就會發出一些腐臭味﹔又如買回來的鮮奶雖然放在冰箱中，但日子久些常會發現有變酸、凝結的情形。此外某一學校的學生吃了便當後發生上吐下瀉集體中毒的新聞也時有所聞。這些我們都已經了解可能是微生物在食物中生長，造成食品品質劣變或造成不適於食用的結果。
在另一方面，食物中的微生物常會為我們帶來好處，如日常所食用具有特殊風味、質地的一些食品：豆腐乳、乾酪、酸乳酪、泡菜等。微生物除了改變食物原有的色香味造成食品質地、組織、營養價值的變化外，甚至也可能延長了食品的保藏期限。
從市場購買回來的食物，除非在工廠裡經過完全的滅菌處理，否則這些食物一定含有許多微生物。雖然微生物的種類很多，但細菌、酵母菌、黴菌和病毒乃是食物中最主要的微生物。食品中所含的這些微生物，是原料中原本污染的微生物在經過其後一連串處理、加工、保藏等措施後仍然存活，或由於再污染而存在的。
一般情況下若食品中污染的微生物數目多，可能保藏的期限就較短，而且污染有病原菌的機會也較高。食品中微生物污染的主要來源包括土壤、水、空氣、植物與肥料、動物與飼料、人、加工設備、食品配料、其他食物及包裝材料等。
土壤中隱藏著許多自然界的微生物，不同地區、不同氣候、不同肥沃度的土壤中所隱藏的微生物數目與種類有極大的不同。水是微生物廣泛存在的天然環境，江、河、湖、池、井水中均有微生物存在，而水中的微生物主要來自土壤、人畜排泄物、動植物屍體等，所以食品工廠用水均須做適當的殺菌處理，以免影響食品的品質。
雖然空氣並非微生物繁殖的場所，但空氣中仍然存在著不同種類與數量的微生物，而這些微生物都是其他環境中的微生物進入空氣的結果。如土壤飛揚而起的塵埃，人與其體表的乾燥脫落物和呼吸道的排泄物等進入空氣所致。
植物本身與土壤接觸，它們的表面甚至內部都可能含有微生物。至於動物如豬、牛等毛髮、表皮、口腔及腸道內均有微生物存在，在屠宰過程中都可能再污染至肉品上，儘管本身健康的動物其肌肉內部是無菌的，但由於加工時所使用的設備、容器等也都可能含有微生物，特別是在使用後未做適當的清洗、殺菌時，它們所含的微生物都可能再污染到所處理或放置的食物中。
與我們息息相關的益生菌
所謂的「益生菌」泛指一些微生物菌體的製備物或其細胞組成物質，有益於寄主的健康。目前已有許多益生菌應用在食品的配方中，隨著食物被攝取後對食用者呈現健康療效。而雙叉桿菌就是一種在我們日常生活中廣泛應用的一種益生菌。
雙叉桿菌是人類及動物腸道中正常的內生微生物，最早由逖舍爾（Henry Tissier）在一八九九年從嬰兒糞便中發現，雖然起初它們被認為主要存在於嬰兒身體內，但後來也發現雙叉桿菌普遍存於哺乳動物如人類嬰幼兒、成人、豬隻、兔子及鼠類的腸道中。在草食性反芻動物的瘤胃中也可分離出來。
較具代表性的菌株中，B. infantis分布較廣，可在成人及幼兒糞便中檢出；B. infantis及B. breve則分別在幼兒及哺乳兒的糞便中發現；B. longum則在人類、白鼠、山撥鼠的糞便及反芻動物牛、羊的瘤胃中均可發現。至於B. pseudolongum以及B. thermophilum則可自豬隻、雞、鼠類的糞便及牛羊的瘤胃中培養得到。
某些雙叉桿菌具有特異的棲息環境，如B. suis僅存在於小豬隻腸道內，另外在蜜蜂腸道、廢污水及臨床物質中也可分離到雙叉桿菌。在嬰兒體內以B. infantis、B. breve及B. longum最普遍。而B. dentium是人類齲齒的常見分離株，會造成齲齒或牙科疾病，其他大多是有益菌。
人體腸道中的雙叉桿菌
人類腸道內所分布的菌相，據估計約有四百種以上的菌種存在，其中30～40種構成99％的菌量，且厭氧菌較好氧菌占優勢，約多一百到一萬倍。消化道不同區域存在著不同的主要菌種及數量。這些腸內菌群彼此形成共生、拮抗的關係，在健康的個體中能維持菌叢生態的平衡；但腸內存在的少量病原性菌叢，如Clostridium perfringens及Staphylococcus aureus等均伺機而動，當宿主身體或精神遭到壓力或食用抗生素、接受放射線照射時，破壞微生物族群間的平衡，潛伏的病原菌叢會大量繁殖，引起宿主自發性感染症，導致下痢、腸胃炎或腦膜炎等嚴重的病症。
雙叉桿菌在人體腸道中扮演著重要的角色，新生兒在出生二日後即可檢出雙叉桿菌，而在五日後，雙叉桿菌在每克糞便中即可高達1011個菌體，成為腸道中最占優勢的菌種，隨著離乳期及壯年期，雙叉桿菌則減少了5～10％，主要菌株也由原先的B. infantis、B. breve轉變成B. longum、B. adolescentis。
進入老年期後，由於雙叉桿菌的大幅減少使得其他菌群如C. perfringens、Streptococcus spp.、Enterobacter等病原性或腐生性細菌群成為占優勢的族群；它們的代謝分解作用，產生多種可能與致癌性或人體老化有關的非極性脂溶性代謝物與胺類或酚類等有毒的物質，伴隨而來的即是機能上的衰退與代謝障礙，這就是老化的開始。故增加腸道內的雙叉桿菌，維持菌叢生態相的平衡狀態有助於人體的健康。
雙叉桿菌促進人體健康
目前已有許多相關的科學論文及臨床報告，證明雙叉桿菌有促進人體健康的功能。而其主要的功用可綜合如下列幾點：
維持腸道中正常的微生物菌相 由於雙叉桿菌可透過生長代謝中產生的醋酸和乳酸，有效維持腸道保持在較低的酸鹼值（pH值），而使病原性及腐敗性細菌不易生長。有機酸也能促進腸道的蠕動，進而有效地移除病原菌。
抗腫瘤活化免疫系統 雙叉桿菌具有刺激免疫系統，增加抗體或巨噬細胞等的活性，雙叉桿菌胞壁含有某些抗原成分，可誘發寄主免疫系統的活化、壓抑腫瘤或使寄主產生免疫抗體以抑制病原菌吸附在腸黏膜表面上。一些文獻證實乳酸菌及其菌體成分可活化巨噬細胞及淋巴細胞，刺激宿主產生細胞激素而活化巨噬細胞，並可刺激細胞產生免疫球蛋白，增加吞噬能力，提高人體免疫能力，抵抗病原菌感染及抑制腫瘤的形成。
提高營養價值及合成維生素 由於雙叉桿菌具有酸化作用及蛋白質水解的活性，可使乳蛋白質凝固物粒子變細，而擴大酵素作用面積，以改變食物（如酸乳酪）中含氮化合物的組成而提高蛋白質的消化率，促進鈣及其他營養被寄主消化吸收，可防止骨質疏鬆症 。此外也有文獻指出一些雙叉桿菌菌株會合成維生素B1、維生素B2、維生素B6、維生素B12、維生素C、葉酸、維生素H。
促進乳酸的代謝 雙叉桿菌產生的乳酸大部分為L(+)型，可以被嬰兒完全代謝而利用在葡萄糖或肝醣的分解及呼吸作用的過程中，不會使嬰兒在周歲前發生酸血症。
改善臨床病症 雙叉桿菌具有產生β-galactosidase的能力，可使乳品中的乳糖預先發酵代謝，故可改善乳糖不耐症，增加乳糖不耐症患者對乳品食用消化的吸收性。
改善腹瀉便秘 雙叉桿菌所產生的醋酸及乳酸等有機酸能促進胃排空，增進腸道蠕動，提高糞便中水分含量，降低腸阻滯，使習慣性便秘患者排便正常而緩和便秘的情形。此外也可平衡腸內菌相，治療因病毒引起的腹瀉。
降低血液中的膽固醇 雖然這項功能的相關報告不一致，仍具爭議性，但一些體外的試驗顯示，某些雙叉桿菌能使膽固醇與去結合型的膽鹽共沈澱而隨糞便排出。此外，經由小羊、老鼠的動物試驗也顯示攝食乳酸菌可降低血液中膽固醇的濃度。
抑制高血壓 有些研究報告指出乳酸菌細胞壁成分可改變前列腺素生成。而發酵乳中的某些成分能抑制血管收縮素轉化而使血壓降低。相關的研究報告指出高血壓患者每日飲用一百毫升酸乳持續八周後，血壓較前顯著下降15毫米汞柱。
減緩老化 動物生命期的衰老過程及老化現象的發生與腸內腐敗物質的產生有極大的相關性。而以能產生乳酸的菌叢取代或抑制會生成腐敗物質的菌群時，可抑制或減少腸道中腐敗物質的生成量，減緩老化現象的發生。由老鼠飼料中添加酸乳提高老鼠壽命的研究結果得到了證明。
雙叉桿菌的應用
雙叉桿菌經攝食進入體內後，即面臨消化系統的挑戰，如：胃酸、溶菌酉每、膽鹽、腸道蠕動、消化液流速及免疫系統等，唯有能克服並定殖在腸道內進而成為優勢菌群的，才能發揮其效用。所以作為完善益生菌的雙叉桿菌菌種應是來自人體、具抗酸及抗膽鹽特性、對人體腸細胞具吸附性、可在人體中定殖、能產生抗菌物質、可拮抗致癌原及病原菌、且經攝取後在體內具安定性及經臨床證實具有健康效用等。此外這些雙叉桿菌在產品加工和儲存期間能維持活性及定殖能力。
近幾年來，雙叉桿菌廣受矚目，目前已有利用雙叉桿菌作為膳食附屬物，添加在奶粉、冰淇淋中，或是參與乳酸菌如Streptococcus thermophilus及L. bulgaricus的發酵生產發酵乳、酸乳酪及乾酪的產品。
雙叉桿菌在臺灣食品產業上的應用形式主要有乳製品、糖果點心及乾燥粉體三大類。在乳製品類中，廠商常在乳品中或發酵乳品發酵後期或完成時添加雙叉桿菌，如統一AB乳果、味全活鮮乳、雀巢成長奶粉比菲德氏配方及光泉晶球優酪乳等。至於含雙叉桿菌的糖果點心類，主要乃以口嚼錠片及糖果球形式出現，如乳健球及健康優樂片等。
此外如葡萄王康爾喜、統一樂活活性乳酸菌、臺灣生研、優生健及臺糖新活能等產品都是含雙叉桿菌的乾燥菌體以膠囊、錠片、細顆粒狀、粉末狀等形式出現。在這些製品中，半數是以食品名目出現，被當作飲料、點心、養生美容目的使用，每克產品的菌量大約是106～109。另外則是以整腸劑形態存在，用以治療腹瀉、便秘等消化失調，劑量相對較高，每克或每一膠囊約含50～100毫克以上，有些會特別標示須依醫師處方使用。而值得一提的是目前已有一些產品經人體試驗證明具有保健功效，通過衛生署審核，正式取得「健康食品」的認證。
附錄
乳酸菌是某一群細胞的總稱。牠們能利用醣類（葡萄糖、果醣、蔗糖、乳糖等）生長並生成乳酸。其種類非常繁多，也是棲息在人類腸道系統中最主要的有益菌，由於非常適合在牛乳中生長，並賦予適口的酸味及豐富的風味，因此從遠古時代就一直被人類利用來製作酸酪乳。可用作生產酸酪乳的乳酸菌有很多種類，依照國際酪農聯盟規定，酸酪乳的製造菌種是嗜熱乳鏈球菌、及保加利亞桿菌二類。但我國國家標準中並沒有限制菌種的種類。國內常用來生產酸酪乳的乳酸菌種類如下︰一、乳酸鏈球菌屬為球型，並連結成鏈鎖狀。如嗜熱乳鏈球菌、乳酸鏈球菌、乳酪鏈球菌。二、乳酸桿菌屬為細長棒狀，有時數個桿菌連接在一起。如保加利亞桿菌、嗜酸乳桿菌、酪乳酸桿菌。三、雙叉乳桿菌屬國內譯名為比菲德氏菌或比福多菌。桿狀菌，通常呈Ｘ或Ｙ字型，有時會有Ｖ字型、彎曲型、紡綞型或棍棒型等形態。
比菲德氏菌為新生兒腸胃道中最早進駐的菌種，可產生寡糖，是益生菌。人體腸胃道在出生時原本是沒有細菌的，但是在出生5∼6天後，開始由環境中「獲得」一些細菌，其中在小孩一歲前主要的細菌就是所謂的乳酸菌與比菲德氏菌，一歲以後才慢慢轉變成大人腸胃道的細菌族群生態（大腸桿菌最多）。這些細菌在演化的過程中，併入了我們的腸胃道，與人體形成一種「共生」的狀態，除了合成人體所需的維他命K及B-complex之外，這些細菌的主要功能就是形成一種生態平衡，抑制其他有害菌的生長。
