Bifidobacterium 觸 酶 反 應 呈 陰 性 （ catalase-negative ） ；
Bifidobacterium 含有 galactosidase 與 glucosidase 酵素，Bifidobacterium
因為此兩種酵素，而能利用果寡醣類當作碳源生長 (黃, 1992)。在醣 類代謝過程中以醋酸及乳酸為主要的代謝產物。
4. Bifidobacterium 的代謝
乳酸菌發酵一般可分為兩種，同型發酵（homoferment）與異型 發酵（heteroferment），同型發酵只會產生一種代謝物質，即為乳酸；
異 型 發 酵 會 代 謝 產 生 醋 酸 、 酒 精 與 二 氧 化 碳 等 等 （ 圖 八 ） 。 Bifidobacterium 屬於異質發酵菌株，但因 Bifidobacterium 缺少磷酸果
糖激酶（phosphofructose kinase）不能進行 EMP 醣類代謝，因而有獨 特的代謝途徑，稱為Bifido shunt（圖九）（Ostlie et al., 2003），其 產物為醋酸及乳酸，比例為3：2，不會產生酒精與二氧化碳。
圖七、B. longum 之型態
Fig 7. Photographs showing the morphological of B. longum.
(http://sci.agr.ca/crda/indust/microscope_e.htm)
圖八、乳酸菌代謝途徑
Fig 8. Generalized scheme for the fermentation of glucose in lactic acid bacteria.
（Caplice and Fitzgerald, 1999）
圖九、Bifidobacteria 代謝途徑
Fig 9. Schematic diagram of bifidobacterial sugar metabolism.
1,Enzymes of the bifidobacterial fructose-6-phosphate shunt; 2, pyruvate kinase (pyk); 3, lactate dehydrogenase (ldh); 4, pyruvate formate lyase (pfl); 5, phosphotransacetylase (pta) and acetate kinase (ack); 6, acetaldehyde dehydrogenase (adh) and alcohol dehydrogenase (adh); 7, phosphoenolpyruvate carboxylase (ppc); 8, malate dehydrogenase (coding sequence not found in either B.
longum genome); 9, fumarase (coding sequence not found in either B. longum genome); 10, succinate dehydrogenase (sdh). The values in boxes are the percentages of conversion of acetyl-CoA.
5. Bifidobacterium 生理功能
（1） 維持腸道菌相平衡
Bifidobacterium 生長時會與腸道中其他的病原菌、伺機菌競爭營
養源與腸黏膜上的定殖位置，抑制病原菌藉以維持腸道菌相平衡。另 外 Bifidobacterium 發酵醣類後會產生乳酸、醋酸，降低腸道中的 pH 值，不利於病原菌的生長。另外也會產生具有殺菌效果的細菌素等物 質（Ibrahim et al., 1993；Arunachalam, 1999；Bevilacqua et al., 2003；
Toure et al., 2003；Kheadr et al., 2004；Collado et al., 2005；Makras and Vuyst, 2006；Nieto-Lozano et al., 2006）。
（2） 抗腫瘤活化免疫系統 疫力（Fukushima et al., 1998；Collins et al, 1998）。
（3） 降低血液中膽固醇
人體內的膽酸（bile acid）與牛磺酸（taurine）及甘胺酸（glycine）
結合成為結合型的膽鹽，而未與其結合者稱為未結合型膽鹽，當環境
pＨ小於 6 時，未結合型膽鹽會與膽固醇沈澱排出體外，許多 Bifidobacterium 皆具備將膽鹽去結合化的作用，可降低膽固醇含量
（Tahri et al., 1996；Smet et al., 1998；Chung et al., 1999；Tanaka et al., 1999），減少罹患心血管疾病的風險。
（4） 緩和乳糖不耐症
乳醣不耐症主要是腸道內缺乏乳醣酶（lactase），無法被分解的
乳醣進入大腸後被微生物發酵代謝，產生的二氧化碳與短鏈脂肪酸會 改變腸道滲透壓，導致腹部脹氣、腹瀉，Bifidobacterium 因為含有β -半乳醣苷酶（β-galactosidase）可將乳醣分解為葡萄糖及半乳糖，供 人體吸收利用，Bifidobacterium 在乳品中可將乳醣先進行發酵，分解 成小分子，這可改善乳醣不耐症者不能飲用乳品的問題（Jiang et al., 1996.）。
（5） 合成維生素 B 群
人體無法自行合成維生素B 群，主要是由腸道中的微生物合成，
人體再吸收利用，研究指出 Bifidobacterium 會合成維生素Ｂ1、維生 素Ｂ2、維生素Ｂ6、維生素Ｂ12、維生素 C、葉酸、菸鹼酸、維生素 Ｈ等等（Denter and Bisping, 1994；Fukushima et al., 1998）。
（6）抗氧化力
Bifidobacterium 具有螯合二價鐵離子之能力，亦可阻止三價鐵離
子氧化沈澱（賴，1999）。
6. Bifidobacterium 產品應用之限制
（1）Bifidobacterium 菌數計算之重要性
Bifidobacterium 是益生菌，目前發現對人體有許多生理功能，因
此常添加於市售發酵乳品中，所以產品中含有的Bifidobacterium 菌數 是 相 當 重 要 的 ， 此 不 僅 會 影 響 產 品 的 品 質 也 會 影 響 產 品 的 價 格
（Sanders, 1998）。但是 Bifidobacterium 是厭氧菌，對培養時環境含
氧量的改變有相當大的敏感性，在產品儲存期間亦容易死亡，存活率 會逐漸降低，所以在培養計算菌數時容易造成計算誤差 (Shah et al., 1995；Dave and Shah, 1997；Krasaekoopt et al., 2006；Matto et al., 2006；Cristina et al., 2007；Donkor et al., 2007)。
（2）Bifidobacterium 菌屬在品質管制上困難
b 定性
產品單獨以Bifidobacterium 進行發酵時風味不佳，故在發酵的過 程 中 常 常 是 在 發 酵 末 期 或 是 發 酵 完 成 後 才 將 具 機 能 性 之 Bifidobacterium 添加，尤其 Bifidobacterium 與其他乳酸菌的特性相
似，因此，如何在培養的同時將Bifidobacterium 與其他乳酸菌區隔開 來亦有難度（Dave and Shah, 1996；Pacher and Kneifel, 1996；Vinderola and Reinheimer, 1999；Vinderola and Reinheimer, 2000；Roy, 2001；
Hadadji et al., 2005）。
二、 益生質（prebiotics）對人體的關係 主的健康（Gibson and Roberffroid, 1995；Van Loo et al., 1999；Kaplan and Hutkins, 2000；Schrezenmeir and de Vrese, 2001）。
（一） 益生質的條件
（二） 益生質之結構
益生質必須在腸胃道中不會被水解吸收，寡醣類益生質如果寡 醣、半乳寡醣、異麥芽寡醣等，都是以β-醣苷鍵來鍵結，而人體消 化道中的醣解酵素主要是α型，因此這些寡醣類益生質無法被腸胃道 的消化酵素水解（Barreteau et al., 2006；Mussatto and Mancilha, 2007）。
（三） 益生質的種類
許多學者發現益生質對益生菌的生長及生理都有很多助益，常見
的 益 生 質 包 括 fructo-oligosaccharides 、 gluco-oligosaccharides 、 galacto-oligosaccharides 、 transgalacto-oligosaccharides 、 isomalto- oligosaccharides、xylo- oligosaccharides（Moura et al., 2007）、soybean- oligosaccharides （陳，1992；譚，1999；Matteuzzi et al., 2004；
Tomomatsu, 1994；Huebner et al., 2007；Kukkonen et al., 2007）、
Raffinose (Gopal et al., 2001 ； Gulewicz et al., 2002 ； Martinez- Villaluenga and Gomez, 2007；Crittenden and Playne, 2002；Jaskari et al., 1998)、Alginate oligosaccharides（Wang et al., 2006）
表四、寡醣類益生質之結構
Table 4. Non-dugestible oligosaccharides with bifidogenic functions commercially available.
（Mussatto and Mancilha, 2007）
（四） 益生質的生理機能 1. 促進益生菌生長
文獻中比較常見乳酸菌與腸道病原菌對於各種醣類之利用，結果 顯示乳酸菌對於醣類的利用率明顯比腸內病原菌來的好，尤其以 Coistidium jejuni 對各種醣類的利用率極低，幾乎不能利用 (Fooks et al., 2002；Mikkelsen and Jensen, 2004；Vulevic et al., 2004；Mountzouris
et al., 2006) 。為了探討益生質對益生菌抑制病原菌的功效是否有幫 助，將益生菌B. bifidium Bb12 與腸道病原菌在不同碳源下混合培養，
發現不同的益生質皆能促進益生菌的生長提高菌量，對於三株腸道病 原菌都能抑制其生長，其中以 Clostidium jejuni 的抑制最為顯著 (Fooks et al., 2002；Montesi et al., 2005) 。
由於益生質對益生菌選擇性發酵的特性。研究中以各種不同醣類 取代培養基中的醣類物質，觀察益生質對乳酸菌生長之影響。以乳醣 作為控制組，實驗組中個別加入果寡醣（FOS）與 oligo-fructose（OF）
作為碳源，其兩者主要為聚合度與純度上的差異，發現，FOS、OF 對B. longum
、
B. animalis、B. catenulatum 有明顯幫助生長的現象，可提高1.1-5.2 倍的菌量 (Bielecka. et al., 2002)。
2. 延長益生菌存活率
近年來體內環保的觀念被大眾重視，市售發酵乳品中常添加對人 體有益的益生菌，但是由於乳酸桿菌與 Bifidobacterium 是厭氣菌，所 以隨著儲存時間的增加，發酵乳品中的益生菌量會逐漸降低的現象 (Shan et al., 1995)。因此學者就利用益生質的觀念，將益生質添加在 乳品中，希望能改善益生菌菌量的問題（Alander et al., 2001；Capela et al., 2006）。Martínez-Villaluenga 等人選用常添加在乳品中的益生
菌L. acid- ophilus 與 B. lactis Bb-12，在乳品中添加 raffinose 寡糖類 後，每週觀察一次菌數，共觀察3 週，由表 5 發現添加寡醣，在 4℃
儲存3 週後可以延緩乳酸菌降低一個 log (Martínez-Villaluenga et al., 2006)。
（Kim et al., 1995；Yazid et al., 2000；Moubareck et al., 2005）。但是
因為每種菌株對於抗生素的耐受性皆不相同，且容易引起抗藥性的問 題，因此利用抗生素作為選擇性培養基的風險較大。學者發現添加 raffinose 寡糖類於培養基時，因為其他菌無法利用這種碳源，因此無
法生長，對於Bifidobacterium 則是良好的碳源，對其生長無礙，可以 有效將菌區分開而有較佳的選擇性(Hartemink et al., 1996)。
4. Synbiotics
Synbiotics 為益生菌與益生質相加乘後之名稱，益生菌與益生質 對人體皆有益處，當兩者共用時具有加乘的功效，許多研究發現益生 質在體內或體外試驗中皆有促進益生菌生長的效果，更可提高益生菌 的生理功能（Brown et al., 1998；Collins et al., 1999； Asahara et al., 2001；Crittenden et al., 2002；Bielecka et al., 2002；Charalampopoulos et al., 2002；Tuohy et al., 2003；Rastall et al., 2005；Bruzzese et al.,
2006；Geier et al., 2007）。
一、 幾丁質、幾丁聚醣與幾丁寡糖之關係
（一） 幾丁質（Chitin）
Chitin （圖十）在自然界中的含量相當豐富，存在於許多甲殼動 物的外殼與真菌類的細胞壁中，為β-1,4-N-acetyl-D-glucosamine 的直 鏈聚合物，在自然界中的含量僅次於纖維素，也是地球上除蛋白質外 類的外殼皆為α-chitin（Wood and Kellogg, 1988）。
2. β-chitin
β-chitin 為單斜晶系（monoclinic），分子鏈的排列為平行排列
（parallel packing），這樣的排列導致分子間的氫鍵較少，因此結構
較為鬆散，烏賊及尖鎖管的軟骨和鬚腕動物的軟管則為 β-chitin
（Wood and Kellogg, 1988）。
3. γ-chitin
γ-chitin 的分子鏈排列則為 α-chitin 及 β-chitin 的混合，主要存在於 藻類和真菌類中（Wood and Kellogg, 1988）。
圖十、chitin 結構式及單體 Fig 10. Structure of chitin.
(Kumar, 2000)
圖十一、Chitin 的三種排列方式
Fig 11. Arrangement of the chain in chitin.
(Wood and Kellogg, 1988)
（二）幾丁聚醣（chitosan）
chitin 經高溫及強鹼的作用進行去乙醯化（deacetylation）作用，
將部分或全部的乙醯基轉變成胺基，即為幾丁聚醣，其去乙醯基程度 由 65% 至 99% 不 等 ， 一 般 以 70~90% 最 常 見 。 幾 丁 聚 醣 為 β-1,4-D-glucosamine 的直鏈聚合物（圖 12），其鏈上的胺基（-NH2），
在酸中會呈現（-NH3+），使其成為帶有正電荷，因此 chitosan 具有
溶於酸性或弱酸性的有機酸及無機酸的特點，故 chitosan 的溶解度較 chitin 為佳，大部分以 5%的醋酸（acetic acid）當溶劑。經酸性溶劑 溶解後具有弱鹼性的陽離子電解質（cationic polyelectrolyte）特性，
且具有胺基（amino group）與氫氧基（hydroxyl group），利於化學 製備各種衍生化合物。通常可將其製成膠狀、纖維狀、珠狀、薄膜狀 及海綿狀等，以提供各種應用，常應用在污泥處理、食品加工與螯合 金屬離子等，但近年來正逐漸趨向於高價值的商品，例如化妝品、殺 菌劑、攜帶藥物者、食品添加物及健康食品….等等。例如利用低分
子量的 chitosan 做成 nanoparticles，攜帶破傷風類毒素（Tetanus toxoid），注入小鼠中，對於提高並維持較長時間的免疫反應有顯著 的效果（Vila et al., 2004）。
圖十二、Chitosan 結構式及單體 Fig 12. Structure of chitosan.
(Kumar, 2000)
（三）幾丁質水解物（Chitooligosaccharides；COS）
1. 結構
由於 chitin 及 chitosan 水溶性差，也因此人們就試著製造出能夠 溶於水中，並且具備其生理活性的 chitooligosaccharides。幾丁質水解 物一般可分為N-乙醯幾丁寡醣（N-acetyl-chitooligosaccharides）與幾 丁寡醣(chito-oligosaccharides)，N-乙醯幾丁寡醣由 2-10 個的 N-乙醯 葡萄糖胺形成的；而幾丁寡醣是以葡萄糖胺為單體形成的醣類。幾丁 質水解物可溶於水，在食品方面仍具有多醣的特性，如保水、吸濕及 抗菌等，在農業、醫學、食品領域上擁有高度價值。如用酵素粗萃取 液（crude enzyme：cellulase from Trichoderma viride 和 Acremonium cellulolyticus 、 lipase 、 hemicellulase 、 pectinase ） 所 製 造 的
N-acetyl-D-glucosamine，其可提高關節滑液的黏性、改善軟骨的代謝
與 增 強 肌 關 節 的 活 動 功 能 ， 故 有 利 於 受 損 關 節 軟 骨 的 修 復 治 療
（Sashiwa et al., 2003）。
2. 製備方式
使用酵素法雖然成本高（Qin et al., 2004），但是毒性低（Ilyina et al., 2000），能以少量的酵素就可以得到較高的產率，目前較常被使
用的酵素為chitinase、chitosanase、celluase、lyzozyme 及 glycosidase
用的酵素為chitinase、chitosanase、celluase、lyzozyme 及 glycosidase