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小分子膠原胜肽益生菌 The Small-Molecule Collagen Peptide Probiotic
產品中的12種專利益生菌菌株,包含乳酸菌、雙歧桿菌及嗜熱鏈球菌,這些菌株能產生短鏈脂肪酸,並間接創造有利環境給其他益生菌定殖;魚皮膠原胜肽是一種非碳水化合物的益生元,為腸道益生菌提供氮源和碳源,經特殊水解技術製成小分子,易於吸收,許多人體研究證實其具有抗肥胖、抗炎、抗氧化和免疫調節作用 ◦
動物實驗中,給予益生菌減緩高脂或高糖飲食引起的體重增加和脂肪形成,比臨床減重藥物更有效,此外,亦顯著改善高脂或高糖導致的葡萄糖耐受不良,並能恢復肝腎功能障礙,同時有效降低血清總膽固醇、三酸甘油酯和瘦素濃度。值得注意的是,服用益生菌還能緩解高脂或高糖飲食引起的焦慮,並改善小鼠的空間記憶探索能力。研究進一步發現,此益生菌產品透過改善腸道菌群多樣性來發揮其效益,包括增加乳酸桿菌科(Lactobacillaceae)和葡萄球菌科(Staphylococcaceae)的數量,並抑制了厭氧的消化鏈球菌科(Peptostreptococcaceae)。總體而言,此研究證實小分子膠原胜肽益生菌在對抗肥胖及其相關損害方面,展現出顯著的效果,因此具有廣泛應用於人類健康促進的潛力。
接著在2024年的人體研究,招募46位受試者,透過問卷評估他們在使用產品前後的腹脹感、排便次數、大便堆積感、排便狀態及大便量等五項指標,並進一步探討產品對整體生活品質與排便困擾的影響。研究結果顯示,多數受試者在使用益生菌後,其便秘困擾等級顯著改善,中重度者效果更明顯,尤其是在排便頻率和狀態上呈現積極變化,受試者普遍認為該產品有助於提升生活品質。
- 廠商名稱國立屏東科技大學研究發展處
序言
益生菌近年來備受關注,原因在於人們對健康維持與改善的需求日益提升。作為機能性食品的重要類別,益生菌展現了積極而多元的保健特性,而疫情更進一步催化了全球對健康與防護的意識。根據統計,2022至2023年間,台灣保健食品產值突破1,700億元,其中以「腸胃道保健」產品銷售最佳,充分顯示益生菌產品具有高附加價值與穩定的市場成長力。未來,兼具保健與美麗功效的產品,勢必成為消費者的期待焦點。
產品研發者經過最嚴謹科學訓練,長期專注於生物醫學基礎研究與生技應用,從原料、配方設計到動物實驗與人體試驗,逐步探索膠原胜肽與益生菌的協同效益。不只是科學的實驗,不僅是一連串實驗數據的累積,更是一份對健康生活的承諾與守護,為功能性食品帶來了創新的可能。
益生菌研發理念
研究已明確指出,腸道菌群失衡與多種疾病的發生密切相關。透過攝取能在腸道定殖的益生菌,可維持健康的腸道微生態。益生菌的研發不僅依賴菌種與菌株的精準選擇與搭配,更需考慮與天然萃取物、水溶性膳食纖維、糖醇類及其他營養素的協同作用,藉由成分間的交互影響,展現目標生理功效,並提供不同族群適合的選擇。
臨床數據顯示,國內約有 25% 的人口受便秘困擾,且女性與年長者比例更高,小學生也約有三成受影響。在眾多益生菌產品功效訴求中,「順暢」類產品銷售最佳,足見此需求迫切,且能否迅速感受成效,往往成為消費者回購的關鍵。另一方面,市場趨勢顯示,兼顧美容功效的保健產品持續成長,其中機能性原料膠原蛋白已深入人心,促使市場不斷推出含膠原蛋白的創新產品。
因此,益生菌研發必須以整體配方設計為核心,兼顧「順暢」與「美容」的加乘效益,並結合天然物化學與生物科技技術,對機能成分及最終產品進行安全性與功效性驗證。唯有透過科學數據支持,我們從原料到成品層層把關,才能提供能帶來福祉、守護全齡健康的永續益生菌產品。
腸道微生物的作用機制與研發架構
(一) 選擇能迅速產生大量有益二次代謝物的菌株
產品選用十二株益生菌株搭配,分為三大類群,(1) 乳酸菌(Lactobacillus、Streptococcus) (2) 雙歧桿菌(Bifidobacterium)(3) 輔助發酵菌(S. thermophiles)。每一群都能產生有助腸道健康的二次代謝物,乳酸菌及雙歧桿菌是主益生菌,嗜熱鏈球菌(S.thermophilus)是益生菌配方中「強力後援」,負責改善環境、提供資源、保護主菌,對整個微生物生態系統的建立和穩定至關重要。
第一群乳酸菌組合,包含L. acidophilus、L. casei、L. bulgaricus、L. plantarum、L. rhamnosus、L. paracasei、L. helveticus共七株,產生短鏈脂肪酸有一致性,均能大量產生乳酸,L. acidophilus和L. plantarum亦可明顯產生乙酸,並間接創造理想環境,幫助丙酸菌與丁酸菌定殖,在碳源多樣條件下,L. plantarum亦可產生丙酸。
第二群雙歧桿菌的組合,包含B. longum、B. animalis、B. breve、B. bifidum共四株有益菌,可利用雙岐分支代謝途徑(Bifid shunt pathway),是目前人體腸道中最重要,快速產生大量乙酸的代表益生菌,此外,本群益生菌另能生成促進腸腦軸健康的神經活性物質-氨基丁酸(-aminobutyric acid;GABA)、幫助修復腸道組織的維生素B1、B2與葉酸,產生的胞外多醣(exopolysaccharides;EPS)以及幫助分解寡糖的糖苷酶(Glycoside hydrolases),雙岐桿菌是嬰兒腸道中,特別是在母乳哺育的嬰兒,是最豐富且重要的有益菌。
在菌株選用架構中,嗜熱鏈球菌(S. thermophilus)是常見的輔助益生菌,本身不著重產生「二次代謝物」,也不被歸類為「定殖型益生菌」,但它能透過自身代謝和促進腸道菌叢互動,使它在協同增效(synbiotic synergy)中扮演重要角色。研究指出,S. thermophilus主要 (1) 以β-半乳糖苷酶(β-galactosidase)分解乳醣,提供葡萄糖、半乳糖給乳酸菌和雙岐桿菌 (2) 快速發酵乳醣,產生乳酸,降低酸鹼值,抑制病原菌生長 (3)與乳酸菌共同發酵,產生胺基酸、維生素B群,提升整體菌群活性;由此可知,發酵乳製品中常見的S. thermophilus具有多重增效機制。
乙酸(Acetate)、丙酸(Propionate)與丁酸(Butyrate)皆屬短鏈脂肪酸(SCFAs),由 2至5 個碳原子組成,主要由腸道菌發酵膳食纖維、寡糖與抗性澱粉產生。它們能從四個方向改善便秘:
(1) 促進腸蠕動:,
乙酸與丙酸可與腸道神經與內分泌細胞上的種 G 蛋白偶聯受體結合,活化 PLC(磷脂酶 C)訊息路徑,進而刺激平滑肌收縮,推動腸道蠕動。
乙酸亦可提升腸神經元中 BDNF(腦源性神經營養因子) 表現,間接影響迷走神經與腸神經系統,促進 CGRP(降鈣素基因相關胜肽) 與 5-HT(血清素) 釋放,這兩種神經訊號分別作用於腸平滑肌與神經受體,有助於排便。部分臨床便秘藥物的原理正是強化 5-HT 相關路徑。
(2) 軟化糞便、增加潤滑
乙酸可調控結腸上皮細胞中離子通道模組,增加鈉、氯離子吸收並帶動水分回收,使糞便保水度適中而柔軟。
胜肽YY(Peptide YY;PYY)由丙酸刺激釋放,同樣作用於腸上皮離子通道,提高糞便潤滑度。
(3)維護腸道屏障與黏液層
乙酸能抑制細胞核內 HDACs(組蛋白脫乙醯酶),改變染色質構型,促進分泌型高分子量黏蛋白基因表現,增厚腸道黏液層,幫助糞便滑動。
乙酸亦能提升與細胞緊密相接的膜蛋白基因 claudin-1、occludin 表達,鞏固腸道緊密連結,維持屏障功能。
(4) 調節免疫與減少炎症
乙酸可活化調節性 T 細胞,減少腸道炎症,避免因炎症導致的蠕動下降。
總結而言,短鏈脂肪酸透過刺激腸蠕動、保水軟便、平衡菌相與調節腸道神經,四管齊下改善便祕,適用於緩解功能型便祕,這十二株益生菌組合,雖自身不大量產丁酸,但Bifidobacterium可提供乳酸、乙酸前驅物,讓共生菌轉化為丁酸;Lactobacillus調整pH、提供碳源,幫助產丁酸菌生長,這種菌間交互稱為「cross-feeding」,是腸道菌群共代謝的重要形式。這套組合就像一支協作團隊,乳酸菌與雙歧桿菌是主力,負責健康調整;嗜熱鏈球菌則像後援隊,先打好環境基礎、供應養分、保護主力菌,最終,這 十二株益菌共同創造的效果,能讓腸道健康、消化順暢,也為全身健康打下基礎。
類別 菌株名稱 功能與特點
乳酸菌 L. acidophilus, L. casei, L. bulgaricus, L. plantarum, L. rhamnosus, L. paracasei, L. helveticus 產乳酸與乙酸,調整腸道 pH;部分菌株能產丙酸,幫助丁酸菌與丙酸菌定殖
雙歧桿菌 B. longum, B. animalis, B. breve, B. bifidum 快速產乙酸;生成 GABA、維生素 B1/B2/葉酸;產生 EPS 與糖苷酶;嬰兒腸道中最重要益生菌
輔助菌 S. thermophilus 分解乳糖、產乳酸抑制壞菌;提供養分給主益菌;與乳酸菌共生產生胺基酸與維生素 B 群,提升整體菌群活性
(二) 安全性與舒適感
益生菌雖被廣泛認為對身體有益,且無已知的副作用,仍有些人使用後引起腸道腹脹或腹痛的不適感,甚至過敏,尤其在本身原有其他疾病的狀態下。因此,除了藉選用臨床證實低副作用的菌株之外,控制單次劑量,不要追求過高菌數,避免過多添加成分,一般每日10億到100億菌數較為恰當,更需留意腸胃道敏感性的個體差異,調整服用頻率,慎選產品,並向醫療從業專業者充分諮詢。
(三) 輔助成分的加乘效果
輔助成分主要目的在促進益生菌存活與定殖,進而最大化健康效益;最廣泛添加的成分為植物萃取物、水溶性膳食纖維、各種寡糖,其中水溶性膳食纖維可以吸水膨脹,增加糞便體積,促進腸道蠕動;寡糖難以被人體吸收,屬於「可選擇發酵性、非消化性碳源」,能抵抗胃酸與小腸酵素,並到達結腸後供腸道菌群利用,包括果寡糖、半乳寡糖、木寡糖以及菊粉。Bifidobacterium與Lactobacillus攜帶特異性寡糖轉運系統、β-半乳糖苷酶(β-galactosidase)與果聚糖酶(fructanase),可優先分解寡糖作為能量源,促進其增殖與代謝活性;而不同菌株對寡糖鏈長度、連結型式具專一性,需配對最適寡糖以發揮「同源協同」效應,例如半乳寡糖更易被嬰兒性菌群Bifidobacteria利用,果寡糖則刺激成人型菌群Lactobacillus增生;寡糖可誘導益生菌表面粘附因子表現,並改變菌體表面電荷,增強與腸黏膜黏蛋白的結合力,提升定殖的穩定與持續性,同時,寡糖-菌粘附複合體可形成生物膜(biofilm),在競爭性排除病原菌方面具優勢,進一步穩固微生物生態平衡。
由此可知,寡糖於益生菌配方中,不僅是不可或缺的首要碳源,更透過上述多重作用機制,扮演益生元角色,與益生菌產生協同(symbiotic)效益。
(四)萃取物的加值應用
膠原胜肽(collagen peptides)源自膠原蛋白,經過特定水解技術後,可分解為分子量較小、易吸收的膠原胜肽,具有優越的生物可利用性,能迅速穿越腸道屏障,進入循環系統,大幅提升人體吸收率,近來的研究指出,小分子膠原胜肽不僅對皮膚保養和體重控制有幫助,更展現了調整腸道環境、有效緩解便祕的應用面,進而能發揮多重生理調節效應。儘管仍在初步研究階段,不過,已有人體研究,招募60位健康成人受試者,隨機分為實驗組與安慰劑組,每日口服魚來源的膠原胜肽,持續8週,以16S rRNA定序檢測腸道菌群,結果發現補充膠原胜肽的受試者,其腸道微生物多樣性顯著提高,Lactobacillus與Bifidobacterium兩種有益菌顯著增加,研究者推測膠原胜肽提供可利用的氮源與能量,類似益生元,促進有益菌增生。
膠原胜肽改善皮膚彈性與保水性之人體研究相當完整。有研究招募114名35至65歲健康女性,每日補充特定膠原胜肽,連續8週,以皮膚檢測儀檢測皮膚彈性、皺紋深度、水分含量,結果發現,第4週後皮膚彈性顯著改善,尤其在年長女性中更明顯,第8週起,皺紋深度下降達20%,角質層含水量增加,持續觀察至第12週仍有效,推測可能是膠原胜肽中的Gly-Pro-Hyp與Pro-Hyp片段可透過血液到達皮膚真皮層,刺激成纖維細胞產生更多第I型與III型膠原蛋白。另一個人體研究,納入53位65歲以上男性受試者,有肌少症診斷,每日補充膠原胜肽,搭配12週阻力訓練,評估體脂與肌力,結果指出,服用膠原胜肽組體脂肪減少顯著,肌力提升幅度亦高於對照組,可能的機轉為,膠原胜肽刺激mTOR訊號路徑、提升肌肉蛋白合成,同時增加飽足感,有助熱量控制與脂肪代謝。
膠原胜肽與腸道菌群之間、皮膚保養與體重管理間有著複雜關係,整合其生理機轉包括 (1)改善腸道菌相可減少系統性發炎,進而維持皮膚屏障功能與脂肪代謝。(2)膠原胜肽具抗氧化、抗炎及促進組織再生的多重作用,不僅影響腸道與皮膚,也間接作用於代謝的訊息路徑,如腺苷單磷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase;AMPK)與Mammalian Target of Rapamycin(mTOR)。(3)膠原胜肽可能與特定益生菌,如L. plantarum、B. breve共同發揮促進腸道屏障與抑制脂肪生成的協同效果。(4)膠原胜肽也被發現能刺激腸道內5-HT分泌,對於維持正常的排便節奏具有關鍵作用,是便祕緩解的天然方案。
膠原胜肽益生菌對餵食高脂飲食小鼠的減脂效果
動物實驗經國立屏東科技大學動物管理及使用委員會批准,實驗共使用30隻C57BL/6小鼠(雄性15隻,雌性15隻),依照飼料組別初步分為正常飲食組(n=10)與高脂飲食組(n=20)。正常飲食組餵食實驗用標準飼料,其脂肪含量約占總熱量的11%;高脂飲食組則餵食脂肪含量約占總熱量60%之高脂飼料,連續餵食三週以建立小鼠肥胖模型。三週後,將高脂飲食組隨機分為兩組:一組持續餵食高脂飼料並每日補充益生菌(n=10),另一組則僅餵食高脂飼料(n=10),作為對照,持續十二週。補充之益生菌劑量,係依據美國食品藥物管理局與國際動物保護準則,參照體表面積換算法,將人類建議劑量轉換為小鼠等效劑量。
以第三週體重為基準,計算第十二週體重增加百分比;結果顯示,在未補充益生菌的小鼠中,雄性小鼠體重增加率為59.35±2.22%,雌性小鼠則為64.64±2.99%;相較之下,補充益生菌的小鼠體重增加幅度顯著降低,雄性僅增加33.86±1.81%,雌性則為48.76±4.64%,實驗總期程共十五週,小鼠體形如圖1,特定內臟脂肪含量如圖2。補充益生菌小鼠外觀體形接近正常小鼠,以肉眼觀察脂肪組織體積顯示,高脂飲食組小鼠所堆積之脂肪明顯多於正常飲食組,約為其4至5倍;然而,補充益生菌的小鼠,其脂肪體積顯著減少,外觀上接近正常飲食組之脂肪大小,顯示益生菌具有抑制高脂飲食引起脂肪過度堆積之潛力。