光合菌在化妝品及醫藥保健食品的運用
光合菌色素含量為幹菌體的6％，新鮮菌體的1.5％左右。用球形紅桿菌發酵生產類胡蘿蔔素，發酵液可提取光合細菌富含類胡蘿蔔素，為重要的微生物來源的天然紅色素。迄今已發現光合菌的類胡蘿蔔素有80多種，該色素無毒，色彩鮮豔、亮澤，並具防水性，因而很適用於食品、化妝品等工業中作為著色劑，在醫學業中也具廣泛應用前景。利用光合菌發酵生產類胡蘿蔔素的研究已普遍引起重視。日本學者用球形紅桿菌(Rhodobacter spHaeroides) 發酵生產高濃度紅色素作為食品添色加劑，類胡蘿蔔素312mg左右。
光合菌微生態製劑的異軍突起更引人注意。經動物試驗表明，光合菌保健食品具有延緩衰老、抑制腫瘤、免疫調節、調節血脂的顯著功效。這與其細胞內富含類胡蘿蔔素是分不開的。類胡蘿蔔素的抗氧化能力、抗感染作用以及抗癌變作用已有許多研究報導和專門評述。光合菌細胞中富含的B族維生素及活性物質，也成為提取天然藥物的良好素材之一。據報導，已成功研製出了光合菌抗癌藥。
光合菌是一種在水圈環境中生長的微生物，廣泛分佈於海洋、湖泊、河流、水塘和土壤中，因為它含有光合色素，因此可以利用光能進行不產氧的光合作用。研究光合菌(Phototrophic Bacteria中的Rhodopseudomonas Sphaeroides P4株菌)在植物抗病毒方面的研究。光合菌(Phototrophic Bacteria)是一類含細胞葉綠素和多種類胡蘿蔔素等光合色素，能進行光合作用的原始的細菌，它們廣泛分佈於土壤及各種水域環境中，分類上屬於真菌綱，紅螺細菌目。硝化菌和光合成菌是兩樣完全不同的東西。硝化菌的功用是把亞摩尼亞(代謝廢物，很毒)轉化為亞硝酸盬(NO2,不太毒)再轉成硝酸盬(NO3, 植物肥料，不毒)。而光合成細菌( PSB )，是直接把還沒有代謝的生化廢物(如蛋白質、屎屎、等等)轉成氮氣(N3)。硝化菌有很多很種，在空氣中也有，肉眼看不見的。
光合菌本來只是生活在海底火山口邊，在一般的水及空氣中是沒有的，也是極少數能耐高溫的菌種，肉眼看是有一點粉紅色的。綠硫細菌、紅硫細菌(過去叫做紫硫細菌)和紅螺細菌(過去叫做紫色非硫細菌)等，都是能夠進行光合作用的細菌。這些細菌都是球狀、杆狀或弧狀的小型細菌，並且大多數都不能夠運動。這些細菌的菌體內含有類似於綠色植物體內葉綠素那樣的光合色素，這種光合色素叫做細菌葉綠素。有的光合菌還含有大量的類胡蘿蔔素，從而使菌體呈現出紅色。
光合菌和綠色植物都能夠進行光合作用，但是，綠色植物的光合作用是以水作為二氧化碳的還原劑，同時釋放出氧的，而細菌光合作用則以硫化氫等無機硫化物作為二氧化碳的還原劑，同時析出硫磺：因此，細菌光合作用和綠色植物的光合作用，可以用下面的通式來概括(通式中的A對於綠色植物來說是氧，對於光合菌來說則是硫或其他無機硫化物)：在一般的情況下，光合菌在厭氧條件下，利用光能把環境中的無機或有機碳源及其它營養物質轉化為菌體，瑩光能異養而生長繁殖，紅色非硫桿菌屬中的許多菌株還能在黑暗、好氧的條件下，營化能異養而生長繁殖。能利用光能作為能量來源的細菌，統稱為光合菌。根據光合作用是否產氧，可分為不產氧光合菌和產氧光合菌；又可根據光合細菌碳源利用的不同，將其分為光能自養和光能異養型，前者是以硫化氫為光合作用供氫體的紫硫細菌和綠硫細菌，後者是以各種有機物為供氫體和主要碳源的紫色非硫細菌。
光合菌的種類
光合菌是地球上最早出現的具有原始光能合成體系的原核生物，為地球受到太陽第一道光照射就已產生，目前主要根據光合菌所具有的光合色素體系和光合作用中是否能以硫為電子供體將其劃分為4個科：(1)Rhodospirillaceae(紅螺菌科或稱紅色無硫菌科) (2)Chromatiaceae(紅硫菌科)(3)Chlorobiaceae(綠硫菌科) (4)Chloroflexaceae(滑行絲狀綠硫菌科) 光合細菌分為22屬61個種，與生產應用關係密切主要紅螺菌科的屬、種，如莢膜紅假單胞菌(Rhodopseudomonas capsulatus)、球形紅假單胞菌(Rps.globiformis)、沼澤紅假單胞菌(Rps.palustris)、嗜硫紅假單胞菌(Rps.sulfi-dophila)、深紅紅螺菌(Rhodospirillum. rubrum)、黃褐紅螺菌(Rhodospirillum.fulvum)等。紅螺菌的細胞螺旋狀，極生鞭毛，革蘭氏陰性，含有菌葉綠素α-類胡蘿蔔素，為厭氧的光能自養菌，多數種在黑暗微好氧下進行氧化代謝，細菌懸液呈紅到棕色。紅假單胞菌形態從杆狀卵形到球形，極生鞭毛，能運動，革蘭氏陰性，含有菌綠素a、b和類胡蘿蔔素，沒有氣泡。厭氧光能自養菌某些種在黑暗中微好氧或好氧進行氧化代謝，細菌懸液呈黃綠到棕色和紅色。
光合菌含有豐富的營養藥用成分及其獨特的生物轉化功能,在醫藥保健品方面的應用有了新的發展。
光合菌的營養藥用成分:光合菌是一種具有很高營養價值的古老菌体,個体極小,但營養成分非常豐富,它含有大量的蛋白質和氨基酸,是一種優質蛋白源,其菌体含有蛋白質63.8%、脂肪8. 2%、可溶性糖類20.8%、粗纖維2.8%、灰分4.4%;還含有多種生物活性成分,胡蘿蔔素含量為0.56mg/g,泛醌10mg/g,VB1、VB2、VB6、VB12等B族维生素88mg/g(其中VB12含量為酵母的200倍)以及16種人体必需氨基酸、SOD、葉酸、生物素、輔酶Q10等,尤其是輔酶Q10含量分别為酵母的13倍、菠菜葉的94倍、玉米幼芽的82倍。另有報導,光合菌富含胡蘿蔔素,目前,已能從其菌体中提取30種類胡蘿蔔素,可作為天然色素的良好來源,並具有顯著的抗氧化作用。另有研究發現,光合菌在生長過程中,可將無機硒轉化為有機硒,其菌体中含有硒蛋白、硒酸酯多糖、硒核酸、硒普林色素等成分,其轉化程度優於酵母,種有機硒含量為320mg/L～724mg/L。
光合菌在保健品方面的應用自20世纪70年代以来來日本、美國、德國、英國、法國、韓國和澳大利亞等國廣泛開展了光合菌的研究揩開發,因其含有豐富的營養成分和生物活性物質而被開發成多種化妝品、保健食品、藥品。
光合菌的安全性進行了研究,經對小鼠的毒性實驗,包括心、肺、肝、腎、脾、胃等内臟器官以及体重、血液檢驗、心電圖檢測、骨髓細胞染色体等的觀察,均未發現特異性變化,對小鼠生殖、生長也無不良影響。這說明光合菌嗜酸紅假單胞菌對哺乳動物( 小白鼠)無致毒、致病作用,對生殖、生長無不良影響,具有安全性,可用於人的食用蛋白、食用色素和醫藥方面的開發研究。
據報導,1992年全美保健食品中有6.5%加有不同比例的光合菌,其中最具代表性的當屬新奥爾良的貝鲁斯潘有限公司,該公司生產的PGH濃缩液,由於含維生素、微量元素、氨基酸等營養成分,可調節機体内分泌,提高免疫功能,上市後至今暢銷不衰。還有一種叫“米格申”的含光合菌菌液的飲料,在健全中樞神經、預防中老年痴呆方面效果顯著。在日本,光合菌飲料也因具有延緩衰老的作用以及在防止心臟病、腦梗塞、癌症等方面的神奇功效而倍受青睐。日本生物化學工業公司生產的一種“紫色光合菌保健食品”, 在日本、歐洲等國申請了專利,該保健食品採用光合菌和乳酸菌的混合代謝產物,用於維護人体的健康狀態。
近年來,個各國也積極開展了光合菌在保健食品方面的應用研究,以光合菌為主要成分的保健食品,具有延緩衰老、免疫調節、血脂調節等保健功能,適宜中老年人、腫瘤患者及高血脂人群服用。研究認為,光合菌所含泛醌的異戊二烯側鏈鏈長與人体細胞的一樣,容易進入細胞膜,使粒腺体内的活性氧被氧化,使自由基的生成减少。自由基被稱為人的衰老因子,是人体新陳代謝的副產品,對人体内正常的生化反應具有破壞作用。光合菌可有效清除自由基,其清除率達90%以上。由於光合菌菌体本身富含蛋白質 (60%以上),國内外業者還將其用於蛋白質的開發生產。
美國能源部太陽能研究所的“在宇宙飛船中生產用於動物和人類食物的單細胞蛋白”研究已於1991～1994年申報了美國、加拿大專利。法國、意大利等國家進行了更適合工業化大生產中。
在光合菌的應用研究中,將中草藥木瓜、栝樓、女貞子、郁金、夏枯草等浸提液加入培養基中進行培養,發現該中藥浸提液可明顯促進光合菌的生長,並具有促進光合菌抑制其他雜菌生長的能力。實驗証明,光合菌和中草藥的混合液的抑菌作用要比其中任一種的單獨作用大。
光合菌的藥用研究1998年2月 ,美國《基因療法周刊》以“癌症的綠色基因療法將改善癌症的治療方法為標題,報導了綠色植物和光合菌中的綠色葉綠素Ⅱ的衍生物應用於腫瘤的治療方法。該方法是將腫瘤暴露於光照下, 通過光動力激活殺死癌细胞的藥物活性。而葉綠素Ⅱ的衍生物不僅能吸收可見光,還可吸收能穿透人体組織的遠紅外光,從而達到治療目的。
另外,5-氨基乙酰丙酸(ALA)是、血紅素和維生素B12的類似物,近來國内外研究者已將其作為一種無公害綠色除草劑、殺蟲劑、抗微生物、藥劑、植物生長促進劑、治療癌症與其他疾病的藥用成分而進行深入研究,由於光合菌生物合成 ALA工藝簡單、產率高,具有工業化生產潛力而受到國内外研究者的關注。日本廣島大學工學部永井史朗教授領導的研究小組,根據紫色非硫光合菌的特點,率先開始光合菌生產ALA的研究,結果發現,紫色非硫光合菌在發非酸培養液中,可產生高濃度ALA(2.77g/L),學者等綜合國外研究報導,認為光合细菌是一類可以大量合成ALA並分泌到細胞外的微生物,應用光合菌生物合成ALA比用化學方法合成ALA有巨大的優勢。1995年,研究開發出一種經過光合菌微生物發酵而形成的用於保健和治療的。該制劑含有光合菌菌体及中藥菊花、黄精、五加皮、地骨皮、蚤休、茯苓、歸板、紅花、山茱萸、枸杞、女貞子等,實驗證明其具有以下功能:
一是能減少四氯化碳對肝臟的損傷以及氮氧化合物和硫氧化物對肺的損傷;
二是能防止X射線引起的白細胞減少及染色体變異,增加小鼠的巨噬細胞吞噬量;
三是抗小鼠心肌缺氧;
四是增强小鼠体力和抗應激作用;
五是降低血糖和尿糖。它對心臟病、糖尿病及免疫力低下均有療效,對癌細胞亦表現出明顯的抑制作用。
經過100例病人進行治療觀察,它對心臟病的有效率為81.2%,對糖尿病的有效率為80.6%,並可使68.8%的病人明顯提高免疫力。另有報導以光合菌生物發酵技術於中藥制藥工藝結合,含有光合菌菌体及中藥成分的生物中藥對腫瘤、糖尿病有顯著的治療作用。藥效學研究證明,該藥具有補氣養陰、益腎生津、扶正固本,增强機体免疫功能,抑制腫瘤生長,提高人体谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)活性,防癌、抗癌,減輕放、化療毒副作用,增效減毒等功效;對糖尿病患者有顯著的輔助降糖和穩定血糖作用。
對小鼠肉瘤(S180)的抑瘤率達到34.5%,對肝癌實体(Heps)抑瘤率達到42.0 %(P<0.05);與環磷酰胺(CY)合用,有顯著的化療增效作用,對Heps及S180 均比單用CY抑瘤效果顯著(P<0.01);且環磷酰胺(CY)5mg/kg合用後,抑瘤效果高於單用環磷酰胺10mg/kg组,說明與CY有協同增效的作用,並可減少CY用量,達到抗癌、抑癌、減毒增效之目的。
另外,對小鼠放療損傷有明顯的幅射保護作用,服用後照射小鼠生存率達到75%,而單照组生存率僅為33.3%(P<0 .01);並可使四氧嘧啶糖尿病小鼠的血糖濃度在4h内全部恢復到正常水準,與對照组有顯著差異(P<0.01)。經對60例惡性腫瘤患者的臨床治療,與抗癌化療藥物合用,有明顯提高病人免疫功能之功效,並可提高NK活性(P<0.01)和淋轉(P<0.01),簡輕腫瘤患者化療過程中的造血抑制,提高血硒濃度(P<0.05),改善患者的精神及食欲狀况經對100例糖尿病患者的臨床治療觀察,服用空腹血糖、餐後2h血糖下降的有效率分别為94.64%和98.3%,而單服降糖藥物的對照组降低血糖的有效率空腹為80.0% ,餐後2h為78.5%,兩組比較有顯著差異(P<0.01)。經安全性研究未發現任何毒副反應。
光合菌雖然是一個非常古老的微生物菌種,由於其含有豐富的營養成分和生物活性物質,對人体具有保健營養功效,受到國内外研究者的關注。光合菌是對人体有益的微生物菌種,隨著研究工作的深入開展,定會得到進一步的神秘開發應用。但在化妝品及醫藥保健品方面的應用才剛剛起步。
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