生技系潘子明教授乳酸菌保健功效研究成果獲選為全球五大微生物精選新聞

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臺灣微生物學會公布2012年全球五大微生物精選新聞，包括「新型冠狀病毒呼吸道重症現跡」、「H5N1禽流感可突變成有效人傳人」、「學者發現致胖菌，消除可減肥」、「諾羅病毒肆虐」和「移植造血幹細胞，愛滋治癒契機」。

中國上海交通大學去年發現，腸道內的「陰溝腸桿菌」會導致老鼠肥胖。臺大生化科技系也透過老鼠實驗證實：「副乾酪乳桿菌NTU 101」能抑制體脂肪，降低老鼠發福機會。

乳酸菌之保健功效除不易形成體脂肪(減肥) 外，尚有其他多種功效。本校訊編輯委員特別訪問潘教授，將其近15年來所發表30篇有關乳酸菌保健功效之學術論文內容，做一整體說明。

●何謂乳酸菌（lactic acid bacteria；LAB）益生菌 (probiotic) 某一種或多種微生物，當餵食人類或動物時，可增進腸內菌叢品質，進而促進健康。最常用為益生菌的菌株，以乳酸菌占絕大部分，人類食用發酵乳品歷史悠久，因此乳酸菌被認為是安全、有益的腸內菌。

乳酸菌係指能利用碳水化合物進行發酵，產生多量乳酸細菌之總稱。當人體吃入乳酸菌時，其有助於改變人體腸內微生物相的平衡，對人體有正面的效益，因而稱為益生菌。

●優良乳酸菌 NTU 1011998年本校生化科技系特聘教授潘子明研究團隊由臺灣各地新生兒糞便分離益生菌，並進行菌株特性分析。經篩選選出一株具耐胃酸、耐膽鹽之菌株，此菌株經鑑定確認為 Lactobacillus paracasei subsp. paracasei (副乾酪乳桿菌副乾酪亞種 )，因係在臺灣大學所分離純化，乃命名為 Lactobacillus paracasei subsp. paracasei NTU 101 (以下簡稱 NTU 101)。(成果發表於J Ind Microb Biotech. (2004) 31: 559-564. )

●乳酸菌NTU 101在預防醫學保健上的應用 經過近十五年研究，益生菌NTU 101對人體健康的功效被證實的有：(1) 改善腸道菌相；(2) 調節免疫系統；(3) 降低膽固醇；(4) 預防動脈粥狀硬化；(5) 預防胃黏膜受損；(6) 改善骨質疏鬆與 (7) 不易形成體脂肪。

●乳酸菌NTU 101改善腸道菌相效果人的腸道佈滿各種細菌，如果好菌菌數增多，可將腸壁佔滿使由消化道進入之壞菌無法在腸道定殖，如此可使人體免受壞菌之侵害。出外旅行所謂水土不服、旅行者腹瀉 (traveler diarrhea) 皆可因服用乳酸菌而獲得改善。依據動物實驗結果得知身高 170 公分、體重 65 公斤的成年人，如果每日攝取 60億個NTU 101 乳酸菌 (約一包凍乾2克之菌粉)，經9週可增加腸道中雙歧桿菌 (好菌) 菌數約10%，並使產氣莢膜梭菌 (壞菌) 數量減少約20%，證實該菌株具有改善腸道菌相之功能。(本研究成果發表於J Ind Microb Biotech. (2004) 31: 559-564.)

研究亦顯示，服用NTU 101可使感染腸出血性大腸桿菌 (E. coli O157:H7) 之老鼠，體重下降量與死亡率均獲得改善。研究亦顯示預防性服用效果優於感染後再服用。(本研究成果發表於J Agri Food Chem. (2010) 58: 11265-11272.)

如因疾病服用抗生素，在病癒後更應服用乳酸菌，因服用抗生素除將病原菌殺滅外，腸道菌叢亦被殺滅，適時補充好菌可保健康。

●乳酸菌NTU 101免疫調節作用 乳酸菌可以經由刺激細胞活化與增生、細胞激素與抗體分泌能力增加以調節先天性與後天性免疫反應，使服用者獲得抗發炎、抗病原菌感染與減緩過敏等等益處。

連續餵食 6 及 9 週 NTU 101乳酸菌，則可顯著增加腸道 IgA 抗體表現量達 21.5% 與 19.7%。於餵食NTU 101 乳酸菌 3、6 及 9 週後，在腸道皮耶氏體淋巴結 (Peyer’s patch) 中，可以觀察到輔助型 T 細胞活性分別較對照組增強 36.2%、60.3% 及 32.5%。

由於樹突狀細胞的活化會促使淋巴球進行增生，並分泌抗體以進行後天性免疫反應，乃於餵食乳酸菌後不同時間點犧牲小鼠，進行淋巴球增生能力分析。結果發現餵食 NTU 101 乳酸菌 9 週後可顯著提升淋巴球增生能力，比未餵食組增加163.3%。即便停止餵食 7 天後，淋巴球增生能力仍能保持 (增加67.5%)。(以上研究成果發表於Intern. Immun. (2010) 10: 791-798; Int. J. Food Microb. (2008) 128: 219-225; J Agri Food Chem. (2010) 58: 11265-11272; J. Sci. Food Agri. (2011) 91: 2284-2291; Food Agri Immun. (2012) 23: 183-202; Appl. Microb. & Biotech. (2012) 93: 853-862.)

●乳酸菌NTU 101降低膽固醇與預防動脈粥狀硬化連續餵食乳酸菌 NTU 101四周，血液中膽固醇量降低 27.4%，且血管壁脂質斑塊堆積明顯減少，降低心血管疾病發生率。血清中三酸甘油酯的含量亦可同時降低。(本研究成果發表於Appl. Microb. & Biotech. (2006) 71: 238-245; J Agri Food Chem. (2009) 57: 2065-2071; J Agri Food Chem. (2011) 59: 4537-4543.)

●乳酸菌NTU 101預防胃黏膜受損以幽門結紮合併酸化酒精處理誘導胃部損傷，再連續餵食 NTU 101 發酵豆漿牛奶 28 天，結果發現可抑制幽門結紮合併酸化酒精誘發急性胃部黏膜之損傷、降低血液及胃黏膜脂質過氧化物濃度、提升黏膜超氧歧化酶活性，並可促進黏膜保護物質前列腺素 E2之合成。其中以每天餵食NTU 101 乳酸菌 10億個菌組最具有保護胃部黏膜之潛力。(本研究成果發表於J Agri Food Chem. (2009) 57: 4433-4438.)

●乳酸菌NTU 101改善骨質疏鬆乳酸菌可促進鈣及其他營養素，如維生素K與維生素B群等被身體消化吸收，可補足鈣質、減低骨質疏鬆症的發生。乳酸發酵製品原已富含鈣質，經由乳酸菌的作用轉化為乳酸鈣，更容易為人體吸收故可預防骨質疏鬆症。另乳酸菌產生之乳酸能使腸道維持在酸性環境， 如此可促進對鈣質、蛋白質及鐵質的吸收。如果使用豆奶為原料，發酵生成之發酵豆奶，其預防骨質疏鬆之效果更顯著。

以NTU 101乳酸菌發酵豆漿牛奶所製成之發酵乳、未發酵之豆漿牛奶及改善骨質疏鬆之福善美藥物為餵食樣品，利用卵巢切除小鼠及老化鼠兩種骨質疏鬆動物模式，評估乳酸菌發酵乳改善骨質疏鬆症狀之能力。結果顯示：發酵後之豆漿牛奶含高量之非糖苷鍵結型大豆異黃酮、多醣、胜肽、維生素D及可溶性鈣質等有利骨質生成之成分。由微電腦斷層掃描分析及電顯照相結果可知：小鼠經過卵巢切除後骨小樑數目及體積產生明顯減少的現象，而餵食NTU 101發酵豆漿牛奶所製成之發酵乳後，能有效增加骨體積及骨小樑數目，其增加倍數為卵巢切除對照組的1.48及1.74倍，可知其對停經後雌激素缺乏所造成之骨質疏鬆症狀有明顯的緩解與預防的功效 老化鼠骨質有明顯疏鬆現象，經攝食NTU 101乳酸菌發酵之豆奶後，可明顯改善骨質疏鬆現象。(以上研究成果發表於J Agri Food Chem. (2011) 59: 7734-7742; J Sci Food Agric (2012) 92: 328-335; Appl. Microb. & Biotech. (2012) 93: 903-916.)

●乳酸菌NTU 101不易形成體脂肪 (減肥)為探討NTU 101乳酸菌之不易形成體脂肪 (即減肥) 功效，乃進行體外細胞試驗與體內動物試驗。體外試驗係以 3T3-L1 前脂肪細胞株為材料，探討NTU 101乳酸菌對前脂肪細胞增生、分化之影響，並分析其脂解 (分解脂肪) 活性。結果顯示：NTU 101乳酸菌體及其發酵豆奶皆可抑制前脂肪細胞增生與分化，最高抑制率分別為 26.8% 及 53.1%，而NTU 101乳酸菌促進成熟脂肪細胞進行脂解作用之活性達 26.4%。

圖八乃3T3-L1前脂肪細胞培養液以NTU 101乳酸菌體處理後細胞內堆積脂肪 (染色染成紅色) 明顯減少之情形，由圖可知處理菌數 (106-1010) 越多，前脂肪細胞所堆積之脂肪越少，且呈現劑量效應。由此可知經 NTU 101 乳酸菌作用後可減少 3T3-L1 前脂肪細胞內油滴之形成。

動物體內試驗乃以NTU 101乳酸菌及其豆奶發酵產物進行降低體脂肪生成之影響。實驗結果發現：以高脂飼料誘導之肥胖 Wistar 大鼠其脂肪組織重量顯著增加了 62.4% (p < 0.001)，而餵食低、中及高濃度 NTU 101 乳酸菌粉 (菌數分別為106、108與1010) 皆能顯著減少脂肪組織之生成 (p < 0.001)，其分別下降 27.1%, 36.4% 及 43.0%，具劑量效應。

一般減肥有兩種可能：一為體脂肪數目減少，另一則為體脂肪體積減小。經實驗發現，餵食 NTU 101 活菌能顯著減少脂肪細胞之平均半徑，其降低率依低、中、高菌數濃度分別為 22.2%、24.0% 及 33.9%，呈劑量效應，由此結果得知：NTU 101 乳酸菌之減肥效果是使體脂肪體積減小，體脂肪數目則不變。

血清瘦體素 (leptin) 為含有 167 個胺基酸之胜肽，其主要功能為控制食慾、控制體重與加速體內代謝，為肥胖的負調控因子，這也是被稱作瘦體素的原因之一。當體內攝取超量的熱量，脂肪細胞內脂肪儲存量增加時即會分泌瘦體素。瘦體素會通過腦血屏障與位於下視丘的受器結合，進而達到降低食慾、增加生理產熱、促進脂肪及醣類代謝與增加脂肪細胞進行脂肪氧化之效果，使身體能維持代謝平衡。

經 5 週高脂飼料誘導後，高脂飲食組 (FC組) 血清中的瘦體素濃度比正常飲食組 (C) 低，餵食市售菌粉 (CM) 或是不同濃度之 NTU 101 乳酸菌皆能提升老鼠血清中瘦體素濃度，特別是攝食中、高濃度 (108 和 1010 個菌) 之 NTU 101 乳酸菌組瘦體素濃度顯著增高。(本研究成果發表於J Fun Food (2013) 5: (on line).)

●乳酸菌NTU 101之產業化生產NTU 101 乳酸菌為臺灣本土分離之菌株，又因其具耐酸、耐膽鹽的能力，在腸道存活率高達95%，故容易在腸道定殖，充分發揮其保健功能，為極適合東方人服用之優良乳酸菌菌株。此優良菌株透過本校研發處已技轉給生技公司，並已製成產品上市。

由於 NTU 101 乳酸菌之優良保健功效，已被國內食品大廠應用於林鳳營零脂優酪乳之生產，其降低膽固醇功效已向衛生署提出健康食品申請，現正審查中。另外調節免疫功效之產品沛安優敏，於2012年榮獲國家生技醫療品質獎營養保健食品類保健食品組銅獎 (該獎項2012年無金、銀獎，銅獎標準為全國最優；金、銀獎則被定位為全世界及全亞州最優)。

圖一　NTU 101 乳酸菌之掃描式電子顯微鏡照片，顯示其為桿狀菌。圖二　NTU 101 乳酸菌於培養皿上之菌落外觀。菌落形態：表面光滑、乳白色、圓形，中央凸起。圖三　服用乳酸菌NTU 101改善異位性皮膚炎實例。圖四　餵食乳酸菌 NTU 101四周，血管壁脂質斑塊 (膽固醇) 堆積 (圖中之紅色部分) 明顯減少，降低心血管疾病發生率。圖五：為誘導胃黏膜損傷之損傷部位 (左上圖，其中深紅色部位為損傷部分) 及其影像分析圖 (右上圖，其中黑色為損傷部位)；下圖則為每天餵食 10億個NTU 101乳酸菌之比較圖。此結果顯示餵食 NTU 101 乳酸菌及其代謝物可減少胃黏膜損傷斑塊面積。圖六 左上圖為正常小鼠大腿骨的三維微構造圖，右上圖為卵巢切除小鼠大腿骨的三維微構造，明顯看出骨質疏鬆現象；左下圖為卵巢切除小鼠服用福善美骨鬆藥物治療的大腿骨三維微構造，已有改善情形；右下圖為卵巢切除小鼠服用NTU 101乳酸菌的大腿骨三維微構造圖。由此結果得知餵食NTU 101酸菌可提升骨密度，延緩因停經所造成的骨質疏鬆，其效果與服用治療骨質疏鬆藥物之效果接近。圖七　左圖為正常老年小鼠大腿骨的三維微構造圖，右圖為老年小鼠餵食 NTU 101 乳酸菌的大腿骨三維微構造圖。由圖可以看到餵食 NTU 101 乳酸菌可提升骨密度，延緩因年齡所造成的骨質疏鬆。圖八　乳酸菌NTU 101 減少3T3-L1前脂肪細胞內油滴形成。圖九　不同濃度之NTU 101乳酸菌對餵食 5 週高脂飼料之雄性 Wistar 大鼠血清中瘦體素濃度之影響。