光合菌在化妆品及医药保健食品的运用
光合菌色素含量为干菌体的6％，新鲜菌体的1.5％左右。用球形红杆菌发酵生产类胡萝卜素，发酵液可提取光合细菌富含类胡萝卜素，为重要的微生物来源的天然红色素。迄今已发现光合菌的类胡萝卜素有80多种，该色素无毒，色彩鲜艳、亮泽，并具防水性，因而很适用于食品、化妆品等工业中作为着色剂，在医学业中也具广泛应用前景。利用光合菌发酵生产类胡萝卜素的研究已普遍引起重视。日本学者用球形红杆菌(Rhodobacter spHaeroides) 发酵生产高浓度红色素作为食品添色加剂，类胡萝卜素312mg左右。
光合菌微生态制剂的异军突起更引人注意。经动物试验表明，光合菌保健食品具有延缓衰老、抑制肿瘤、免疫调节、调节血脂的显着功效。这与其细胞内富含类胡萝卜素是分不开的。类胡萝卜素的抗氧化能力、抗感染作用以及抗癌变作用已有许多研究报导和专门评述。光合菌细胞中富含的B族维生素及活性物质，也成为提取天然药物的良好素材之一。据报导，已成功研制出了光合菌抗癌药。
光合菌是一种在水圈环境中生长的微生物，广泛分布于海洋、湖泊、河流、水塘和土壤中，因为它含有光合色素，因此可以利用光能进行不产氧的光合作用。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)是一类含细胞叶绿素和多种类胡萝卜素等光合色素，能进行光合作用的原始的细菌，它们广泛分布于土壤及各种水域环境中，分类上属于真菌纲，红螺细菌目。硝化菌和光合成菌是两样完全不同的东西。硝化菌的功用是把亚摩尼亚(代谢废物，很毒)转化为亚硝酸盬(NO2,不太毒)再转成硝酸盬(NO3, 植物肥料，不毒)。而光合成细菌( PSB )，是直接把还没有代谢的生化废物(如蛋白质、屎屎、等等)转成氮气(N3)。硝化菌有很多很种，在空气中也有，肉眼看不见的。
光合菌本来只是生活在海底火山口边，在一般的水及空气中是没有的，也是极少数能耐高温的菌种，肉眼看是有一点粉红色的。绿硫细菌、红硫细菌(过去叫做紫硫细菌)和红螺细菌(过去叫做紫色非硫细菌)等，都是能够进行光合作用的细菌。这些细菌都是球状、杆状或弧状的小型细菌，并且大多数都不能够运动。这些细菌的菌体内含有类似于绿色植物体内叶绿素那样的光合色素，这种光合色素叫做细菌叶绿素。有的光合菌还含有大量的类胡萝卜素，从而使菌体呈现出红色。
光合菌和绿色植物都能够进行光合作用，但是，绿色植物的光合作用是以水作为二氧化碳的还原剂，同时释放出氧的，而细菌光合作用则以硫化氢等无机硫化物作为二氧化碳的还原剂，同时析出硫磺：因此，细菌光合作用和绿色植物的光合作用，可以用下面的通式来概括(通式中的A对于绿色植物来说是氧，对于光合菌来说则是硫或其他无机硫化物)：在一般的情况下，光合菌在厌氧条件下，利用光能把环境中的无机或有机碳源及其它营养物质转化为菌体，莹光能异养而生长繁殖，红色非硫杆菌属中的许多菌株还能在黑暗、好氧的条件下，营化能异养而生长繁殖。能利用光能作为能量来源的细菌，统称为光合菌。根据光合作用是否产氧，可分为不产氧光合菌和产氧光合菌；又可根据光合细菌碳源利用的不同，将其分为光能自养和光能异养型，前者是以硫化氢为光合作用供氢体的紫硫细菌和绿硫细菌，后者是以各种有机物为供氢体和主要碳源的紫色非硫细菌。
光合菌的种类
光合菌是地球上最早出现的具有原始光能合成体系的原核生物，为地球受到太阳第一道光照射就已产生，目前主要根据光合菌所具有的光合色素体系和光合作用中是否能以硫为电子供体将其划分为4个科：(1)Rhodospirillaceae(红螺菌科或称红色无硫菌科) (2)Chromatiaceae(红硫菌科)(3)Chlorobiaceae(绿硫菌科) (4)Chloroflexaceae(滑行丝状绿硫菌科) 光合细菌分为22属61个种，与生产应用关系密切主要红螺菌科的属、种，如荚膜红假单胞菌(Rhodopseudomonas capsulatus)、球形红假单胞菌(Rps.globiformis)、沼泽红假单胞菌(Rps.palustris)、嗜硫红假单胞菌(Rps.sulfi-dophila)、深红红螺菌(Rhodospirillum. rubrum)、黄褐红螺菌(Rhodospirillum.fulvum)等。红螺菌的细胞螺旋状，极生鞭毛，革兰氏阴性，含有菌叶绿素α-类胡萝卜素，为厌氧的光能自养菌，多数种在黑暗微好氧下进行氧化代谢，细菌悬液呈红到棕色。红假单胞菌形态从杆状卵形到球形，极生鞭毛，能运动，革兰氏阴性，含有菌绿素a、b和类胡萝卜素，没有气泡。厌氧光能自养菌某些种在黑暗中微好氧或好氧进行氧化代谢，细菌悬液呈黄绿到棕色和红色。
光合菌含有丰富的营养药用成分及其独特的生物转化功能,在医药保健品方面的应用有了新的发展。
光合菌的营养药用成分:光合菌是一种具有很高营养价值的古老菌体,个体极小,但营养成分非常丰富,它含有大量的蛋白质和氨基酸,是一种优质蛋白源,其菌体含有蛋白质63.8%、脂肪8. 2%、可溶性糖类20.8%、粗纤维2.8%、灰分4.4%;还含有多种生物活性成分,胡萝卜素含量为0.56mg/g,泛醌10mg/g,VB1、VB2、VB6、VB12等B族维生素88mg/g(其中VB12含量为酵母的200倍)以及16种人体必需氨基酸、SOD、叶酸、生物素、辅酶Q10等,尤其是辅酶Q10含量分别为酵母的13倍、菠菜叶的94倍、玉米幼芽的82倍。另有报导,光合菌富含胡萝卜素,目前,已能从其菌体中提取30种类胡萝卜素,可作为天然色素的良好来源,并具有显着的抗氧化作用。另有研究发现,光合菌在生长过程中,可将无机硒转化为有机硒,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,其转化程度优于酵母,种有机硒含量为320mg/L～724mg/L。
光合菌在保健品方面的应用自20世纪70年代以来来日本、美国、德国、英国、法国、韩国和澳大利亚等国广泛开展了光合菌的研究揩开发,因其含有丰富的营养成分和生物活性物质而被开发成多种化妆品、保健食品、药品。
光合菌的安全性进行了研究,经对小鼠的毒性实验,包括心、肺、肝、肾、脾、胃等内脏器官以及体重、血液检验、心电图检测、骨髓细胞染色体等的观察,均未发现特异性变化,对小鼠生殖、生长也无不良影响。这说明光合菌嗜酸红假单胞菌对哺乳动物( 小白鼠)无致毒、致病作用,对生殖、生长无不良影响,具有安全性,可用于人的食用蛋白、食用色素和医药方面的开发研究。
据报导,1992年全美保健食品中有6.5%加有不同比例的光合菌,其中最具代表性的当属新奥尔良的贝鲁斯潘有限公司,该公司生产的PGH浓缩液,由于含维生素、微量元素、氨基酸等营养成分,可调节机体内分泌,提高免疫功能,上市后至今畅销不衰。还有一种叫“米格申”的含光合菌菌液的饮料,在健全中枢神经、预防中老年痴呆方面效果显着。在日本,光合菌饮料也因具有延缓衰老的作用以及在防止心脏病、脑梗塞、癌症等方面的神奇功效而倍受青睐。日本生物化学工业公司生产的一种“紫色光合菌保健食品”, 在日本、欧洲等国申请了专利,该保健食品采用光合菌和乳酸菌的混合代谢产物,用于维护人体的健康状态。
近年来,个各国也积极开展了光合菌在保健食品方面的应用研究,以光合菌为主要成分的保健食品,具有延缓衰老、免疫调节、血脂调节等保健功能,适宜中老年人、肿瘤患者及高血脂人群服用。研究认为,光合菌所含泛醌的异戊二烯侧链链长与人体细胞的一样,容易进入细胞膜,使粒腺体内的活性氧被氧化,使自由基的生成减少。自由基被称为人的衰老因子,是人体新陈代谢的副产品,对人体内正常的生化反应具有破坏作用。光合菌可有效清除自由基,其清除率达90%以上。由于光合菌菌体本身富含蛋白质 (60%以上),国内外业者还将其用于蛋白质的开发生产。
美国能源部太阳能研究所的“在宇宙飞船中生产用于动物和人类食物的单细胞蛋白”研究已于1991～1994年申报了美国、加拿大专利。法国、意大利等国家进行了更适合工业化大生产中。
在光合菌的应用研究中,将中草药木瓜、栝楼、女贞子、郁金、夏枯草等浸提液加入培养基中进行培养,发现该中药浸提液可明显促进光合菌的生长,并具有促进光合菌抑制其他杂菌生长的能力。实验证明,光合菌和中草药的混合液的抑菌作用要比其中任一种的单独作用大。
光合菌的药用研究1998年2月 ,美国《基因疗法周刊》以“癌症的绿色基因疗法将改善癌症的治疗方法为标题,报导了绿色植物和光合菌中的绿色叶绿素Ⅱ的衍生物应用于肿瘤的治疗方法。该方法是将肿瘤暴露于光照下, 通过光动力激活杀死癌细胞的药物活性。而叶绿素Ⅱ的衍生物不仅能吸收可见光,还可吸收能穿透人体组织的远红外光,从而达到治疗目的。
另外,5-氨基乙酰丙酸(ALA)是、血红素和维生素B12的类似物,近来国内外研究者已将其作为一种无公害绿色除草剂、杀虫剂、抗微生物、药剂、植物生长促进剂、治疗癌症与其他疾病的药用成分而进行深入研究,由于光合菌生物合成 ALA工艺简单、产率高,具有工业化生产潜力而受到国内外研究者的关注。日本广岛大学工学部永井史朗教授领导的研究小组,根据紫色非硫光合菌的特点,率先开始光合菌生产ALA的研究,结果发现,紫色非硫光合菌在发非酸培养液中,可产生高浓度ALA(2.77g/L),学者等综合国外研究报导,认为光合细菌是一类可以大量合成ALA并分泌到细胞外的微生物,应用光合菌生物合成ALA比用化学方法合成ALA有巨大的优势。1995年,研究开发出一种经过光合菌微生物发酵而形成的用于保健和治疗的。该制剂含有光合菌菌体及中药菊花、黄精、五加皮、地骨皮、蚤休、茯苓、归板、红花、山茱萸、枸杞、女贞子等,实验证明其具有以下功能:
一是能减少四氯化碳对肝脏的损伤以及氮氧化合物和硫氧化物对肺的损伤;
二是能防止X射线引起的白细胞减少及染色体变异,增加小鼠的巨噬细胞吞噬量;
三是抗小鼠心肌缺氧;
四是增强小鼠体力和抗应激作用;
五是降低血糖和尿糖。它对心脏病、糖尿病及免疫力低下均有疗效,对癌细胞亦表现出明显的抑制作用。
经过100例病人进行治疗观察,它对心脏病的有效率为81.2%,对糖尿病的有效率为80.6%,并可使68.8%的病人明显提高免疫力。另有报导以光合菌生物发酵技术于中药制药工艺结合,含有光合菌菌体及中药成分的生物中药对肿瘤、糖尿病有显着的治疗作用。药效学研究证明,该药具有补气养阴、益肾生津、扶正固本,增强机体免疫功能,抑制肿瘤生长,提高人体谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性,防癌、抗癌,减轻放、化疗毒副作用,增效减毒等功效;对糖尿病患者有显着的辅助降糖和稳定血糖作用。
对小鼠肉瘤(S180)的抑瘤率达到34.5%,对肝癌实体(Heps)抑瘤率达到42.0 %(P<0.05);与环磷酰胺(CY)合用,有显着的化疗增效作用,对Heps及S180 均比单用CY抑瘤效果显着(P<0.01);且环磷酰胺(CY)5mg/kg合用后,抑瘤效果高于单用环磷酰胺10mg/kg组,说明与CY有协同增效的作用,并可减少CY用量,达到抗癌、抑癌、减毒增效之目的。
另外,对小鼠放疗损伤有明显的幅射保护作用,服用后照射小鼠生存率达到75%,而单照组生存率仅为33.3%(P<0 .01);并可使四氧嘧啶糖尿病小鼠的血糖浓度在4h内全部恢复到正常水准,与对照组有显着差异(P<0.01)。经对60例恶性肿瘤患者的临床治疗,与抗癌化疗药物合用,有明显提高病人免疫功能之功效,并可提高NK活性(P<0.01)和淋转(P<0.01),简轻肿瘤患者化疗过程中的造血抑制,提高血硒浓度(P<0.05),改善患者的精神及食欲状况经对100例糖尿病患者的临床治疗观察,服用空腹血糖、餐后2h血糖下降的有效率分别为94.64%和98.3%,而单服降糖药物的对照组降低血糖的有效率空腹为80.0% ,餐后2h为78.5%,两组比较有显着差异(P<0.01)。经安全性研究未发现任何毒副反应。
光合菌虽然是一个非常古老的微生物菌种,由于其含有丰富的营养成分和生物活性物质,对人体具有保健营养功效,受到国内外研究者的关注。光合菌是对人体有益的微生物菌种,随着研究工作的深入开展,定会得到进一步的神秘开发应用。但在化妆品及医药保健品方面的应用才刚刚起步。
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