益生菌核心：优质菌株与先进技术如何决定产品品质

为什么我们要再次关注益生菌？在过去的五天里，我对益生菌的理解经历了多次迭代。虽然大家对益生菌并不陌生，但对其深入了解的人却不多。去年9月，我开始接触这款益生菌，通过体验、测试，逐步深入了解，发现与益生菌关系密切的因素主要有三个：菌株、活菌数量以及活着能抵达肠道的数量。这些是市场上教大家了解益生菌的几个关键方面。很长一段时间里，我也曾这样理解，直到参加了两次科拓生物的活动，并与研发团队不断回溯益生菌从原始菌株采集到筛选、功能评价、临床实验再到生产的全过程，经过反复推理，直到昨晚，我才觉得自己对益生菌的思路终于有了初步的入门。那么，益生菌的真正重点是什么呢？关键在于两个方面：一是好的菌株，二是加工技术。下面，我将从这两个方面进行详细解析。

### 菌株的品质如何理解？

有人说，菌株的品质和活性数量是关键，这个理解没有问题。但关键在于，如何判断菌株的品质？这需要从一株菌株的确认流程入手。首先，从自然环境中采集发酵物样品，然后培养和分离活的菌种，再进行基因测序进行初步分类，确定菌株的大致类型，如乳酸杆菌或双歧杆菌等。接着，将菌株保藏起来，作为原始菌株种子进行保藏。这就是一株菌株最原始的诞生过程。然而，菌株的采集也面临着强烈的时间壁垒。正如上一篇文章所述，越是原始、纯净的环境，才可能有足够的样品供我们采集菌种。随着城市化和工业化的进程，许多菌种已经消失不见。比如，干酪张这样的菌种，可能已经无法在酸马奶发酵桶中采集到。因此，张和平教授20多年前建立的菌种库，保存了多少原始菌种，其意义非凡。这也是为什么现在的菌种采集会往非洲等更偏远的地方发展。

### 好菌株的标准是什么？

一株好菌株，首先要具备足够强的生命力，才能在与有害菌的对抗中占据上风，并在胃酸等恶劣环境中存活下来。其次，它要有明确的功能作用，毕竟我们吃益生菌是为了获得健康益处。这两个特点是一定要明确的，才能判断是否为一株好菌株。而要明确这两个点，就需要进行筛选和功能研究，也就是足够多的临床实验。缺乏这两步，就不会有好菌株的诞生。

### 筛选过程是怎样的？

筛选，就是让菌株通过层层考验，可以说关关难过关关过，经过一关又一关的考验，才能确定它是否为好菌株，类似于特种兵的选拔。一般会经过以下几个关卡的考验：

1. **人工消化液耐受性筛选**：采用人工模拟消化道系统，选择pH2.5胃液3小时，pH8.0肠液8小时，筛选存活率85%以上的菌株。这一关就会淘汰掉许多菌种。
2. **安全性评价筛选**：看看菌株会不会对五脏六腑等各个器官产生负面影响，即副作用。这是菌筛选中非常关键的环节，如果菌会带来副作用，就相当于细菌战，非常可怕。
3. **遗传背景筛选**：主要考虑菌株会不会携带抗生性因子，抗生性因子会不会传导给身体里的有害菌。如果抗生性因子传导给有害菌，会导致有害菌出现杀不死的现象。因此，要从遗传角度筛选，摒弃具有潜在安全风险的个体。
4. **动物模型筛选**：做功能的验证，即确定这个菌株对哪些功能有效。在做人临床实验前，先做动物实验。动物实验成功后，再考虑临床试验。临床试验周期非常长且成本很高。
5. **加工特性筛选**：通过动物模型测试后，开启临床实验前，进行加工特性测试，确保菌株具备可以产业化的特性。
6. **临床实验**：这是最终能确定菌株实力的验证环节。而这一环节，是绝大多数益生菌企业没有做的，或者说还没有实力做的。临床实验一般会怎么做呢？以科拓生物为例，目前做临床试验的有60项，涵盖肠道、免疫、心理、口腔、代谢、女性&皮肤、骨骼&关节、心脑&神经等多个板块。

### 如何判断菌株是否做过临床试验？

在益生菌领域，目前我了解的，唯一有效的方法就是查看文献。只有做了许多临床实验并且成功的那部分，成功发表后，尤其是国际顶级权威期刊，才能判断哪一株菌有具体的效果。也就是说，只有做了充分的临床试验项目，并且是实验成功的，才能确定该菌株具有某项功能。目前国内益生菌企业，大部分没有做临床实验，因为临床实验周期长、费用高，三四年一个临床实验是很正常的，一个临床实验立项，就要几百万，时间壁垒和资源壁垒无处不在。

### 市场上一些益生菌厂的做法

市场上一些没有做筛选和功能评价、临床实验的益生菌厂，是如何做的呢？他们得到一株菌株后，判断大概是什么菌，比如乳杆菌或双歧杆菌，然后自己取一个名称，比如xxx乳杆菌或是什么什么双歧杆菌。他们会参考市面上其它公司的同类菌株做的实验结果，来说自己的菌株也有这种功能。这种做法与菌株的分类学有关。在菌的分类学里，菌属相当于人类的概念，菌属之下再分菌种，比如乳杆菌、双歧杆菌，相当于人类可以再分成男人、女人的概念；菌种之下继续分菌株概念，也就是很具体到个人，刘备、关羽、诸葛亮。这些是菌株的命名规则，以干酪乳杆菌zhang为例，干酪乳杆菌是种类，zhang则是它的菌株名称。没有做临床实验，就相当于没有考核过张飞的个体能力，而是粗略地认为张飞和诸葛亮都有同样的能力。同样都是植物乳杆菌，或者同样都是乳双歧杆菌，但从基因水平上，不同的菌株的基因长度、质粒的数量都会不一样。有些差异可能只有百分之零点几，但这个差异就决定了它的很多生理生化和代谢特性，也就决定了它们会有不同的功能，这也是为何要通过做足够多的临床实验来验证的原因。

### 如何判断菌株是否做过临床试验？

知道菌株的名称之后，可以上网通过名称进行查询，其中围绕它发表的学术论文，都是经过严格验证过的，这些才是评价益生菌功效的核心指标。所以，以后看到哪个益生菌宣传有什么什么功效，一定要把它含有的菌株一个个去核查是否有相应的学术论文。这就是理解什么是一株好菌株的思路。一株好菌株，是要经过层层筛选，并且经过大量临床实验验证有某些功能后，通过文献权威证明，才能明确一株菌是否为好菌株。

### 干酪张（LC.Zhang）的超级明星菌株

干酪张（LC.Zhang）于2002年分离自锡林郭勒大草原自然发酵酸马奶，2008年，历时十一个月完成全基因组测序，也是中国第一株完成全基因组测序的乳酸菌，标志着我国的益生菌研究进入了基因组时代，追平世界先进水平。截至2022年12月，围绕该菌株共授权发明专利29项，发表学术论文190篇，其中SCI收录106篇，多次登上Cell封面，并在Nature上多次发表相关论文。临床实验已经成功验证的项目有：

1. 调节肠道菌群，使肠道菌群年轻化
2. 提高机体免疫力及抗氧化能力，调节血脂代谢、保护肝脏
3. 降低肿瘤和结肠癌发生风险
4. 改善糖耐量受损，预防II型糖尿病
5. 干预修复雷帕霉素造成的肠道损伤和炎症
6. 预防中老年人群上呼吸道感染
7. 预防和治疗乳房炎，降低肠道细菌毒素
8. 减少腹脂及肾脏周围脂肪沉积
9. 改善肾脏缺血再灌注损伤
10. 增强上呼吸道免疫应答
11. 调节肠道菌群稳态，调节肠道微生物共转录
12. 缓解原肌球蛋白诱导的食物过敏

注意，以上数据是每年都在增加的，即对干酪张的研究和分析，并没有停止过，正在发表中及临床实验中的依然在进行。所以，干酪张为什么被称为超级明星菌株？为什么会经常登录国际顶级期刊呢？是因为对干酪张的研究时间足够长，经得住足够多时间的考验，干酪张是一株生命力非常强的菌株。更重要的是，对干酪张的研究足够深入，临床实验足够多，临床实验成果足够让人震撼。干酪张的发现，打破了国外对益生菌菌种资源的垄断。

### 好的加工技术

说一个现实的问题，作为科技含量较高的产业上游，益生菌菌株研发和菌粉生产等长期把持在外资公司手中，并对我国的益生菌产业形成垄断。即，除了菌株，菌粉的加工技术，也是壁垒非常之高的。我们先看益生菌加工的基本流程工艺：原料核算—称量溶解—灭菌—接种预发酵—接种发酵—离心浓缩—菌体保护—冷冻干燥—粉碎—混合均匀—充填包装。接种预发酵、接种发酵这里重点解释一下：把菌种按照医药的标准，进行原始种子管理、主种子管理、工作种子管理。这样做的目的是确保原始种子是做过几千代的传代稳定性的！一根原始种子，可以做成很多支的主种子，一根主种子也可以做出很多的工作种子。这样就会保证菌种的遗传稳定性更加稳定！同时，要对每一批种子、每一级种子做生理生化包括基因方面的检测，从而保证它的稳定性更加强大，同时也保证它的安全性。

这个工艺的流程其实国内国外都是差不多的，但是其中每一个工艺，里面应用的设备和应用的技术是存在很大差异的！也是为什么这个行业里面的技术门槛会相对来说比较高的原因。

### 重点解读几个工艺

1. **发酵培养及控制工程**：在实际的产业化过程中，是基于多维的控制来实现最终的产业化。首先，从基因水平上要了解通过代谢组学、培养组学等，从基因上了解菌株到底是什么需求？比如有很多菌是不利用乳糖的；有很多菌可能对蔗糖利用度也比较低，这些从基因水平上都可以分析得到。其次，物理特性，比如在实际发酵过程中，发酵体积、搅拌速度、通气量、pH、氧化还原电位……这些都要进行全面的评估。第三，化学方面，比如氧分压、氧气的浓度、惰性气体的浓度，是什么条件下气调它，菌株长得会更好？第四，在实际生产过程中要更为重视的每一种添加物质的把控，就是每一种添加物质，它的基质浓度是多少？添加的这些东西在什么条件下能让菌株代谢表达得更快？想要它的代谢物质更旺盛，还是想要它的菌体更加丰富？而这些都是需要综合考虑的，包括代谢产物浓度的积累，会影响到它的渗透压，渗透压变化了之后，后期加工也会影响菌株的最终的得率和活性。这也是为何科拓生物发酵设备不允许拍照，在益生菌这个行业里因菌比较特殊的，在产业化过程中所有的加工设备几乎都是根据科拓的菌株和工艺的特性量身打造的，并不是像传统的食品行业，他们可能通用一个大罐，或者通用一些规范。实际上，科拓最初也是买通用的，是生产过程里发现不行，才特别自己定制。发酵过程中的一些控制，控制了多少点呢？科拓大概控制了600多个检测指标，复杂度不是一点点。

2. **包埋技术**：在低温冷冻，真空干燥的过程里用的技术。为什么乳酸菌要进行真空冷冻干燥，而不是像奶粉一样进行喷干等等其他的形式？是因为乳酸菌跟芽孢类、真菌类的一些微生物相比而言，它的耐受性比较差。要把它做成跟其它微生物差不多的保藏水平，要在常温下保证它的高活性。就要用到以下几个关键技术：首先，用一个预应激的调控技术。这个预调控技术，就是指在发酵的过程和发酵的后期，以及在收集菌体到进冻干机之前要给菌株采取一些措施，让菌株基因表达产生一些，比如冷应激蛋白，然后让它提前适应我们将要进去冷冻的环境，就像人进冷库要提前穿个厚棉袄一样。其次，在真空冷冻干燥过程中，会发生了很多物理、化学变化，以下这些微观的变化，会导致整个菌体的失活和稳定性的丧失：①低温效应，低温冻结，出现冰晶的形成。②脱水效应，在干燥的过程中，伴随着一些不光是自由水，还有结合水的丧失。但是有些结合水，是有生物活性的。一些有生物活性的物质脱掉水分子之后，需要让它以共价键的形式跟分子结合，然后把这个基团保护住。③氧化作用和非氧化作用，通过氧化作用，让它生物活性丢失。其实在这个过程中，还发生了很多非氧化的反应，比如水解、脱氢氨作用、蛋白质自己的变性等等。如何优化工艺来避免这些问题呢？利用乳酸菌低温微囊真空冷冻干燥的4个关键技术：第一个，细胞冷冻冰晶保护技术，防止物理损伤；第二个，细胞溶质的防护技术，防止溶质的浓缩导致蛋白质变性；第三个，分子共价键活性保护技术，要把脱去的自由结合水的水分子，或者是脱去一些有生物活性的物质，通过共价键形式加一种物质去进行保护；第四个，氧化和酶促反应的保护。这四个技术的应用，是在非常了解冻干曲线变化时的冰晶形成状态、大小，以及不同时期活菌数变化等非常细微的了解，才能在不同形态、过程里采用相应的技术去解决。

### 好菌株加上好的技术

通过好菌株，好的加工技术两个方向，我来再解读一下目前市场上关于益生菌的两个坑。

**坑一：菌株添加种类越多越好？**

不是菌株越多越好，而是，好的菌株，“有益健康功能”，即选择有明确功效证据的菌株，只有被人体实验证实功效的菌株才是好菌株。

**坑二：菌株添加量越多越好？**

“出厂量”还是“货架期/保质期量”？市场上很多宣传菌株添加量，恨不得冲上九层云霄，越多越好。是要活的菌株数量，越多越好。但这个活的说法可狡猾的很，市场上很多厂家，是以出厂数量做宣传，实际的货架期，很多早已不足出厂期的50%。这是因子的关键技术，就是前面加公环节里说的乳酸菌低温微囊真空冷冻干燥的4个关键技术实现的。

### 再次强调好菌株和好技术的重要性

为什么要再度解读好菌株和好技术呢？因为，益生菌这个行业，或者说微生物的世界，都带有一定的神秘色彩，这源于，我们人类，对微生物的了解，还很有限。这种有限，让市面上五花八门的解读混淆其中，只有让你更深入更细致去了解什么是一株好菌株，以及，加工技术的壁垒等因素，你在选择益生菌的过程中，自然地，会考虑的更多，更重要的是，我们想让你们，也知道，如何去选择，好的益生菌的本事。

蜗牛2023-6-29