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随着对肠道健康平衡的研究深入，益生菌的定义被逐渐完善。近年来，越来越多的研究者关注无生命的菌体和代谢产物，且已经进行大量的动物实验并取得良好的研究成果，这种物质被称为“后生元（Postbiotics）”。图1展示了国外微生物学、益生菌家族与健康的主要历史里程碑。
国内后生元的发展历程较短，早在1972年，就有学者将嗜酸乳杆菌灭活，研制出乳酸菌素产品，也就是现在的后生元。我国胡文锋团队自1998—1999年开始研究灭活乳酸菌，完成了灭活乳酸菌畜禽养殖应用实验，推出了灭活乳酸菌饲料添加剂“益乐素”（现名源生素）和人用灭活乳酸菌固体饮料（壹克福），并在2022年开发后生元防控及替抗产品系列。该团队目前仍积极在食品添加剂、营养保健品及个护日化等领域应用推广后生元。关于胡文锋团队从事灭活乳酸菌及后生元的研发经历如图2所示。
华南农业大学食品学院应用微生物实验室的谢莹莹、杨美艳*、胡文锋*等综述了后生元的作用机制及其在食品领域的应用，旨在为后生元的利用提供相应参考。
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后生元是一类由灭活微生物、微生物裂解物、菌体成分和微生物代谢产物组成的复杂混合物，纯化后的单一物质不能称之为后生元。灭活微生物是指通过特定方法（热处理或非热处理）杀死菌株，灭活乳杆菌和双歧杆菌是最早被人们研究并推广应用的。值得注意的是，并非所有的后生元都是灭活益生菌，一些灭活非益生菌，如潜在有益菌株Akkermansia muciniphila在摄入足量时也对健康有益。微生物裂解物是灭活微生物的加工产物，主要采用物理或酶解等方式破碎细胞，并释放其生理活性物质。菌体成分则主要包括肽聚糖、磷壁酸、胞外多糖、表层蛋白，是微生物与宿主相互作用的主要物质，并发挥各种生理功能。微生物代谢产物主要包括短链脂肪酸、细菌素、活性肽、分泌蛋白、氨基酸、细胞外囊泡、胞外多糖以及胆汁酸等，其中短链脂肪酸包括乙酸、丙酸和丁酸等。
后生元的来源菌种可参考国家卫生行政部门所发布的可供食品使用的菌种（株），以及经过公认安全评价后的益生菌菌株，但疫苗和纯化后的微生物代谢产物不在此列。这些菌株主要来自人体肠道或发酵食品，包括细菌和真菌，应用于食品的后生元菌株主要包括乳杆菌和双歧杆菌。详情见表1。
后生元的制备过程包括发酵、灭活、后加工3 个步骤，灭活工艺主要分为热灭活和非热灭活两大类。热灭活是目前最普遍的后生元制备方法，分为巴氏杀菌、灭菌、欧姆加热、射频加热和微波加热等。非热灭活中电离辐射、紫外线、超声波、超临界CO2和极端pH值也已用于后生元制备。制备后生元的温度和时间需要考虑微生物类型、培养条件、生长阶段、pH值和水分活度等因素。不同处理方法会影响细胞结构成分，从而影响生物活性。后生元可制成液体和干粉（喷雾干燥和冻干）形式，其中冻干或热风干燥是主要的处理方法，具体方法的选择取决于产品的类型。
1.4.1 抗逆性强
在胃-肠道生物反应器模型中，乳酸菌的存活率只有10%，大约为5×106 CFU/mL，其他益生菌的存活率则在13%～48%之间。相比之下，后生元对胃酸、胆汁、高温以及辐射等具有耐受性，同时不再生长繁殖，对抗生素和杀菌剂不敏感，甚至可以与抗生素同时使用。此外，灭活过程也能杀灭可能存在的少量杂菌。因此，与益生菌等活菌制剂相比，后生元具有更高抗逆性和安全性，且不受食品形式限制，既可内服也可外用。根据我国发布的T/CNFIA 131—2021《益生菌食品》团体标准规定，即食型食品的活菌总数必须每克不少于107 CFU。益生菌食品必须添加活性益生菌，并且在保质期内，益生菌活菌数量要符合特定要求。但益生菌在生产、运输、储存和使用等环节，其生物活性往往会受到影响。例如，添加益生菌的果汁（没有发生食物基质发酵）由于其高酸度，在储存期间其活菌数量会显著减少。然而，后生元是无生命特征的微生物和/或其成分的制剂，可以在较宽的pH值和温度范围内保持稳定，因此后生元可以达到菌量稳定、品质易控的要求。这也使得后生元产品具有更长的保质期（长达5 a），更易于储存和运输，大大降低了后期成本。后生元可应用于不适合益生菌加工的产品，如要经过高温灭菌的牛奶以及pH值较低的果酱、饮料、调味料等。后生元产品无需冷藏，携带方便，其在运输和储存方面的优势可使其在不发达地区得以推广使用。后生元不含活菌，在生产过程中不会污染生产线，不会污染其他产品。后生元不含活菌，具有明确的物质成分、化学结构和特定的作用机制，可大大降低感染风险，并不会出现耐药基因转移风险，使用安全可靠。此外，后生元还可与丁酸盐、抗生素及其他活菌制剂联合使用，不会引发敏感反应，减少抗生素相关性腹泻的发生，这是后生元另一个独特的优势。通常后生元是由多种物质混合而成，其可能受到多种不同机制的驱动和介导，因此在讨论后生元对目标宿主产生健康影响的作用机制时，需要考虑到各种机制之间的相互作用，更侧重于整体性的观察和分析。
肠道菌群是一种“微生物器官”，通过影响整个代谢系统参与代谢综合征的过程。尽管后生元不含活菌，但它可通过灭活后菌体成分和代谢物等对肠道进行直接或间接的调节作用。一方面，菌体细胞壁上的菌毛、黏附素，与肠绒毛上的特异位点结合，与病原菌竞争定植位点，形成生物保护膜，进而间接抑制病原菌繁殖。此外，后生元中的代谢产物短链脂肪酸、次级胆汁酸等具有益生功能，这些代谢物可以再次循环进而间接调节代谢过程。短链脂肪酸的补充与有益菌的生长存在双向调节和正反馈关系。另一方面，灭活微生物代谢产物中的乳酸以及细菌素等成分具有直接抗菌活性。肠道屏障主要由黏液层、上皮细胞紧密连接、微绒毛和肠上皮细胞组成，是抵御潜在有害肠腔成分的重要防线。灭活微生物及其代谢物能够附着在肠道内壁的细胞上，增强肠道屏障，抵御可能导致肠道应激综合症的有害细菌和毒素。研究表明，热灭活干酪乳杆菌能改善肠易激综合征大鼠的粪便稠度，降低炎症因子，改善肠道屏障功能完整性，从而减轻肠道损伤。热灭活的嗜黏蛋白阿克曼菌能够调节高脂饮食/CCl4诱导的肝损伤小鼠的肠道菌群，增强肠道完整性。在Caco-2细胞中，丁酸盐促进肠屏障功能，并以依赖肌动蛋白结合蛋白突触足蛋白（SYNPO）的方式加速肠上皮细胞损伤的修复。后生元中的物质可以与肠道免疫系统相互作用，并显示出对个体免疫调节和药物作用的潜力。灭活微生物（如乳杆菌、双歧杆菌和嗜黏蛋白阿克曼菌）、菌体成分和代谢物（如胞外多糖和短链脂肪酸）可以抑制促炎因子的表达，从而预防代谢综合征。副干酪乳杆菌等热灭活乳酸菌可诱导白细胞介素12分泌，从而增强小鼠的先天免疫力。后生元可以通过灭活微生物内部或表面的代谢物以及酶来介导全身代谢的调节。动物实验证明，短链脂肪酸中的丁酸盐和丙酸盐可以通过互补的方式激活肠道糖异生，显著改善大鼠胰岛素敏感性和耐糖量。研究表明，通过调节Toll样受体-2/p38-丝裂原活化蛋白激酶/核因子-κB通路，灭活副干酪乳杆菌D3-5菌株的胞壁成分脂磷壁酸可以增强黏蛋白的表达，从而减少与年龄相关的肠渗漏和炎症，进而延长寿命。此外，乳酸乳球菌产生的细菌素可以抑制人结肠癌肿瘤细胞生长，降低结肠癌细胞系转移性基因的表达。肠道菌群参与合成神经递质及其前体（γ-氨基丁酸、多巴胺、血清素和神经肾上腺素），通过调节神经炎症、促进神经传递和神经发生的能力影响神经功能。在细胞水平上，研究者在动物模型中已有强有力的证据表明维持髓鞘形成的动力学取决于肠道的微生物群。Leo等研究表明，一些后生元的成分如α-乳清蛋白和丁酸钠，能够改善小鼠的社交能力和被动回避的记忆，缓解自闭症和慢性意外轻度应激。此外，含丁酸盐的后生元口服补充剂可以增加下丘脑室旁核中短链脂肪酸受体GPR41和嗅觉受体olfr78的表达，在大脑中发挥抗氧化和抗炎作用，在程序性高血压患者中产生有益影响。齿双歧杆菌的代谢物乙酸盐可以调节多种宿主组织中血清素能系统的关键成分（5-羟色胺），海马表达显著增加，减少焦虑行为。
表2列举了部分后生元组分的调节作用，包括其来源、制备方法、使用模型、作用时间、活性和对应的作用机制。图3为后生元的作用机制及其利用的效应分子示例。![]()
益生菌的作用机制：1）产生抗菌物质（有机酸、细菌素、短链脂肪酸、过氧化氢），直接抑制病原菌生长；2）与病原菌竞争定植位点；3）调控肠道菌群平衡；4）抑制病原菌群体感应；5）调控肠道细胞免疫功能，抑制炎症反应，发挥抗菌作用。
与益生菌相比，后生元的作用机制有以下几个方面的不同：1）后生元可以更直接穿过黏液层，接触肠道上皮，增强上皮屏障功能；而由于黏液层的保护，益生菌很难接近肠道上皮细胞调节免疫反应。2）后生元不具备繁殖能力，不争夺营养，且能强化宿主的内源性益生菌；而益生菌则侧重于自身生长和繁殖。3）后生元由灭活后保留的细菌素以及乳酸等代谢产物选择性抑杀致病菌；而益生菌则主要依靠不断代谢产生的细菌素和酸类物质实现选择性抑杀致病菌。
活细菌对热和低pH值非常敏感，需要先进的技术才能在食品中长期保持稳定。而后生元是无生命的，可用于任何产品，无论食品配方或产品线如何，只有很低的活细菌污染风险并极少影响食品固有的风味。例如，热灭活的副干酪乳杆菌MCC1849可应用于汤、糖果、豆腐、调味料等多种流行食品，而这些食品传统上很难掺入活菌。目前，后生元研究重点不仅关注于准确定义其作用机制，更多的还在于开发功能性食品，如添加后生元的奶粉、奶酪、面食、糖果、茶饮料和焙烤食品等。本文从功能性食品补充剂、食品品质改良剂、食品防腐剂以及食品脱毒剂4 个方面介绍后生元在食品领域的应用。
后生元最显著的特点就是对宿主健康的免疫调节作用，因此其在食品工业中的最大应用是作为膳食功能性食品补充剂。添加了后生元Probio-Eco®的奶粉可提高大鼠体质量，通过调节其肠道微生物群落，改善粪便代谢特征，最终减少血清促炎性细胞因子水平，缓解大鼠的炎症性肠病。灭活乳双歧杆菌亚种CECT 8145作为婴儿配方奶粉的补充剂时，可显著减少秀丽隐杆线虫的脂肪沉积，并增加发酵婴儿乳中的乙酸盐和乳酸。Lin等表示口服含唾液乳杆菌的后生元含片可有效增强口腔免疫力，抑制口腔病原体生长，并增加有益口腔微生物群的数量。热灭活、肠道定植的格氏乳杆菌CP2305对高强度训练的运动员具有多种益处，包括防止血红蛋白减少，促进血清生长激素水平升高，促进运动员疲劳恢复，缓解焦虑和抑郁情绪。通过将使用欧姆加热法获得的干酪乳杆菌01添加到乳清葡萄汁饮料中，可以有效控制健康成人的餐后血糖。此外，食用酸面包（含后生元）可以提高饱腹感，降低血糖反应，增加餐后短链脂肪酸浓度，改善胃肠道相关疾病症状。可见，在食物中添加后生元，可通过调节肠道微生物群落，对机体抗炎、控制糖脂、增强免疫力和舒缓情绪等有益。除了对宿主健康有益外，后生元的组分，尤其是胞外多糖，还可以对食品的感官特性和理化特性产生积极的影响。据报道，胞外多糖可作为增黏剂、乳化剂、胶凝剂和稳定剂使用，以改善食品的营养、质地、流变学和口感特性，目前，其已广泛应用于酸奶、奶酪和发酵乳等发酵乳制品，以及乳制品甜点。在酸奶、发酵乳和饮料中使用灭活乳酸菌组分中的胞外多糖可以减少乳固体的添加量，并改善一些质量属性，如黏度、质地和稳定性，并避免脱水收缩。在低脂Akawi奶酪生产中使用灭活植物乳杆菌KX881772和KX881779组分中的胞外多糖，可以提高持水性，改善弹性结构，降低硬度和黏性，从而使其获得更高的外观及综合质量得分。然而，胞外多糖的原位产量低以及生产成本高，限制了其在食品工业中的使用。此外，热灭活副干酪乳杆菌MCC1849在铝制储藏袋以及中性液体食品（如乳制品饮料和营养补充剂）中，在各种温度范围内长时间储存后仍能保持其生理功效。可见，后生元在改善食品口感、质地和增强食品稳定性等方面发挥了越来越重要的作用。然而，胞外多糖生产成本较高，当前挑战是提高乳酸菌产胞外多糖的效率，并生产出具有所需功能的结构和尺寸的胞外多糖。这些特性的改进工程取决于研究者对胞外多糖生物合成代谢以及结构和食品基质结合时功能效应的深入了解。近年来，后生元在食品防腐、食品包装和生物膜控制等领域备受关注。后生元灭活后保留的细菌素、乳酸等代谢产物可以选择性抑杀致病菌。目前，由乳酸链球菌产生的代谢产物——乳酸链球菌素（Nisin），是唯一被批准为食品防腐剂的细菌素，并已广泛应用于乳制品、烘焙食品、婴儿食品和罐头汤等食品中。Mohammadi等研究表明，后生元以浓度依赖性方式抑制多种病原菌（单核细胞增生李斯特菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌），并且由后生元代谢物所制备的材料可以用于制作细菌纳米纤维素抗菌膜，有效地增强食品的安全性。研究还指出，2,4-二叔丁基苯酚、三十二烷和脂肪酸等细菌代谢成分也可以有效地抑制真菌（黄曲霉和橘青霉）的生长。此外，使用乳酸链球菌素活化后的包装对牛肉进行冷藏，可减少腐败菌（热杀索丝菌、肉食杆菌属和乳酸菌等）数量，但不影响其物种多样性。用含有清酒乳杆菌NRRL B-1917无细胞上清液的乳清蛋白膜包裹牛肉，也可有效地延长其货架期和保质期。乳酸菌产生的苯乳酸也是一种重要的广谱抗菌化合物，可通过多种方式抑制有害微生物的生长，已广泛用于乳制品和烘焙产品中。综上，后生元可通过抑制病原菌，增强抗氧化性，从而延长食品保质期，正逐渐成为食品防腐领域的新兴技术。霉菌毒素污染可能发生在整个食品加工过程中，不仅造成严重的经济损失，而且毒素残留会对人和动物造成多种毒害作用。后生元中的肽聚糖和多糖具有抗真菌的作用，灭活后细菌细胞壁上的蛋白质变性，多糖发生美拉德反应，肽聚糖交联被打破，从而导致孔径增加，细菌对毒素黏附结合能力增加。此外，细菌代谢物质（如有机酸、细菌素和酶等）也能作用于生物体的脂质膜或蛋白质，进而抑制霉菌毒素。灭活乳酸菌20023可以显著降低受污染果汁中的细交链孢菌酮酸（一种选择性霉菌毒素）。Fahim等研究表明植物乳杆菌RM1和副干酪乳杆菌KC39的无细胞上清液降低了婴儿配方奶粉中的黄曲霉毒素M1水平。目前我国与后生元相关的专利主要布局于食品（乳制品、保健品、饮料、代餐粉等）、动物饲料（日粮和零食）和个护美容等领域。后生元以添加剂的形式在上述产品中单一或复配应用。表3列举了后生元在食品中的部分应用。
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尽管后生元有许多优点，但其使用过程中仍然存在一些问题。
1）缺乏科学分类及系统性研究。在目前的技术条件下，仍然很难对后生元具体成分进行定义和分类。要全面系统地研究后生元的潜在功能，需要攻克后生元具体成分的获取和鉴定等诸多技术难题。此外，还需明确后生元是否潜在毒性物质。例如，在Malagón-Rojas等研究接受含微量营养素的灭活嗜酸乳杆菌实验中，部分人出现了中度至重度脱水、腹胀，轻度至重度呕吐等副作用。2）缺乏完善的质量检测手段。后生元的细胞计数还没有明确的程序。测量方法如血细胞计数器和流式细胞仪等仍在不断发展中。同时，还需要进行毒理学分析、药效学分析和药代学分析，以确定后生元的安全性、健康功效和最适摄入量。3）缺乏相关的标准与法规。这也是目前亟待解决的一个问题。2023年2月21日，中国生物发酵产业协会发布了国内首个T/CBFIA 09001—2023《益生菌制品 乳酸菌类 后生元》团体标准发布，主要适用于以益生菌制品乳酸菌类后生元的生产、检验和销售。该标准的发布在一定程度上规范了参团建标企业在后生元产业方面的质量标准，给国内后生元产业规范化发展提供一个良好的示范。然而，如要整个产业健康持续乃至高质量发展，必须要有国家相关标准和法规的出台，以及完善的各项市场监督管理措施。
后生元通过调节肠道菌群平衡和代谢，增强黏膜屏障和免疫力，对人和动物机体产生积极影响，且几乎无副作用报道。同时也因其独特的优势、产品良好的加工性能，广泛应用于各种产品的生产，应用方式也多种多样，如粉状、膏状和液体形式。然而，后生元本身没有生命，在灭活前需要产生足够的活性化合物才能发挥效果。此外，加工条件或规模的变化可能改变后生元的结构和功能，但产品的安全性、功效和用途仍要符合监管要求，这可能使得大规模生产后生元变得困难。总体来说，后生元产业进入了暴发阶段，但仍仅限于肠道微生态以及产业界的人士对后生元有所了解，消费者对后生元的认知有限。确定目标人群、剂量、服用方式以及筛选安全且有效的菌株仍是研究重点，这给后生元商业化带来更大挑战。在未来，学术界和产业届联合发力，后生元定义、机制、功效性和安全性等方面的研究将继续发展。希望更多的胞外多糖、代谢产物等成分明确的后生元产品，可以应用于普通食品、婴幼儿食品、营养保健品、特殊医学食品和个护美容产品等领域。此外，后生元的发展还将推动微生物组学、营养学、食品加工技术、风味质构调整技术、保鲜保藏技术等一系列基础科学与应用科学的跨越式发展，为食品创新提供更丰富的维度，展现巨大的市场潜力。![]()
生物源生物技术（深圳）股份有限公司 创始人、董事长主要研究领域包括应用微生物学、益生菌和后生元固体饲料、功能型饲料添加剂。自1998年开始从事灭活乳酸菌的研究，即今天的“后生元”，取得了较好的成绩，授权后生元相关专利达8项。发表论文100多篇，部分被SCI与EI收录；省级农业推广奖二、三等奖；授权专利60多项，其中欧美专利4项。开发饲料酸化剂、灭活乳酸菌（后生元）；替抗、抗病毒添加剂；黑水虻养殖；菌丝体可降解材料，并成功产业化。
第一作者：
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华南农业大学食品学院生物工程学士，华南农业大学食品学院食品加工与安全硕士研究生。主要研究领域为黑水虻养殖，后生元制剂研发。曾获第十二届“挑战杯”中国大学生创业竞赛银奖；第十二届广东省“挑战杯”银奖；华南农业大学硕士研究生“一等奖学金”。
本文《后生元的作用机制及其在食品领域的应用》来源于《食品科学》2024年45卷8期354-363页. 作者：谢莹莹，庞旭，周海泳，徐健，祁姣姣，朱剑锋，李雪玲，杨美艳，胡文锋. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230712-151.点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
实习编辑：李雄；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网
为进一步促进动物源食品科学的发展，带动产业的技术创新，更好的保障人类身体健康和提高生活品质，北京食品科学研究院和中国食品杂志社将与陕西师范大学、新疆农业大学、浙江海洋大学、甘肃农业大学、大连民族大学、西北大学于2024年10月14-15日在陕西西安共同举办“2024年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”。
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为加强企业主导的产学研深度融合，促进食品科研成果转化和服务地方经济产业，由全国糖酒会主办，北京食品科学研究院、中国食品杂志社和中粮会展（北京）有限公司承办的“食品科技成果交流会”将于2024年10月29-31日糖酒会期间在深圳国际会展中心举办，以当前食品科技发展趋势和食品产业发展的重点科技需求为导向，针对食品产业发展面临的重大科技问题，交流和借鉴国外经验，为广大食品科研工作者和生产者提供新的思路，指明发展方向。 联系人：杨红；电话：010-83152138；手机：13522179918（微信同号）
