后生元的作用機(jī)制及其在食品領(lǐng)域的應(yīng)用

謝瑩瑩，龐 旭，周海泳，徐 健，祁姣姣，朱劍鋒，李雪玲，楊美艷,*，胡文鋒,,,*

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院應(yīng)用微生物實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510642；2.廣州柏芳生物科技有限公司，廣東 廣州 510765；3.生物源生物技術(shù)（深圳）股份有限公司，廣東 深圳 518118；4.筠海食品（深圳）有限公司，廣東 深圳 518000）

隨著對(duì)腸道健康平衡的研究深入，益生菌的定義被逐漸完善。“益生菌（Probiotics）”一詞由Lilly等[1]于1965年首次提出，用來(lái)特指一種草履蟲產(chǎn)生的促生長(zhǎng)物質(zhì)，這種物質(zhì)可以刺激另一草履蟲的生長(zhǎng)。1989年，F(xiàn)uller將益生菌定義為一種“活的微生物制劑，能夠促進(jìn)腸道內(nèi)菌群生態(tài)平衡，對(duì)宿主產(chǎn)生有益作用”[2]。1994年，德國(guó)Herborn會(huì)議對(duì)益生菌的定義進(jìn)行了進(jìn)一步擴(kuò)展，不再?gòu)?qiáng)調(diào)菌體的活性，認(rèn)為菌體碎片、細(xì)胞成分、代謝產(chǎn)物等具有與活菌同樣的生理功能，并將益生菌的定義修改為：含活菌和/或死菌，包括其組分和代謝產(chǎn)物的微生物制劑，經(jīng)口服或其他黏膜途徑投入，目的是改善黏膜表面微生物或酶的平衡，或者刺激特異性或非特異性免疫機(jī)制[3]。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究者關(guān)注無(wú)生命的菌體和代謝產(chǎn)物，且已經(jīng)進(jìn)行大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)并取得良好的研究成果，這種物質(zhì)被稱為“后生元（Postbiotics）”?！癙ostbiotics”的概念在2013年首次由西班牙人Tsilingiri等提出[4]，隨后益生菌、益生元和合生元專家共識(shí)相繼發(fā)布。圖1展示了國(guó)外微生物學(xué)、益生菌家族與健康的主要?dú)v史里程碑[5]。

圖1 微生物學(xué)、益生菌家族與健康的主要?dú)v史里程碑[5]Fig.1 Timeline illustrating the key historical milestones in microbiology,the biotic family and health[5]

國(guó)內(nèi)后生元的發(fā)展歷程較短，起步較晚。早在1972年，就有學(xué)者將嗜酸乳桿菌滅活，研制出乳酸菌素產(chǎn)品，也就是現(xiàn)在的后生元[6]。我國(guó)胡文鋒團(tuán)隊(duì)自1998—1999年開始研究滅活乳酸菌，完成了滅活乳酸菌畜禽養(yǎng)殖應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，推出了滅活乳酸菌飼料添加劑“益樂(lè)素”（現(xiàn)名源生素）和人用滅活乳酸菌固體飲料（壹克福），并在2022年開發(fā)后生元防控及替抗產(chǎn)品系列。該團(tuán)隊(duì)目前仍積極在食品添加劑、營(yíng)養(yǎng)保健品及個(gè)護(hù)日化等領(lǐng)域應(yīng)用推廣后生元。關(guān)于胡文鋒團(tuán)隊(duì)從事滅活乳酸菌及后生元的研發(fā)經(jīng)歷如圖2所示。

圖2 胡文鋒團(tuán)隊(duì)從事滅活乳酸菌及后生元的研發(fā)經(jīng)歷Fig.2 Experience of Hu Wenfeng’s team in research and development of heat-killed lactic acid bacteria and postbiotics

國(guó)內(nèi)后生元相關(guān)組織成立較晚。2002年，國(guó)際益生菌和益生元科學(xué)協(xié)會(huì)（International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics，ISAPP）成立，并于2021年發(fā)布共識(shí)聲明，將后生元定義為“對(duì)宿主健康有益的無(wú)生命微生物和/或其成分的制劑”[7]。至此，“后生元”擁有了國(guó)際學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)、監(jiān)管機(jī)構(gòu)以及消費(fèi)者公認(rèn)的可接受的正式身份。而我國(guó)首個(gè)針對(duì)益生制品的組織——中國(guó)生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)益生制品分會(huì)于2018年成立。2021年，生物源生物技術(shù)（深圳）股份有限公司獲得“廣東省滅活乳酸菌微生態(tài)制劑工程技術(shù)研究中心”創(chuàng)新載體單位認(rèn)定，為后生元的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)。

國(guó)內(nèi)后生元相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)發(fā)布較晚。自2010年起，美國(guó)食品藥品管理局陸續(xù)批準(zhǔn)部分滅活菌和非活性酵母在飲料、乳制品等食品中使用。日本后生元產(chǎn)品則主要依據(jù)2015年推出的FFC（Food With Functional Claims）申報(bào)體系進(jìn)行健康聲明申請(qǐng)[6]。中國(guó)生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)在2023年2月發(fā)布了中國(guó)首個(gè)與后生元相關(guān)的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《益生菌制品 乳酸菌類 后生元》，該標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布對(duì)中國(guó)益生菌和后生元產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展具有劃時(shí)代的意義。

1 后生元的組成、來(lái)源、制備及優(yōu)點(diǎn)

1.1 后生元的組成

后生元是一類由滅活微生物、微生物裂解物、菌體成分和微生物代謝產(chǎn)物組成的復(fù)雜混合物[8]，純化后的單一物質(zhì)不能稱之為后生元。滅活微生物是指通過(guò)特定方法（熱處理或非熱處理）殺死菌株，滅活乳桿菌和雙歧桿菌是最早被人們研究并推廣應(yīng)用的[9]。值得注意的是，并非所有的后生元都是滅活益生菌，一些滅活非益生菌，如潛在有益菌株Akkermansia muciniphila在攝入足量時(shí)也對(duì)健康有益[10]。微生物裂解物是滅活微生物的加工產(chǎn)物，主要采用物理或酶解等方式破碎細(xì)胞，并釋放其生理活性物質(zhì)。菌體成分則主要包括肽聚糖、磷壁酸、胞外多糖、表層蛋白，是微生物與宿主相互作用的主要物質(zhì)，并發(fā)揮各種生理功能。微生物代謝產(chǎn)物主要包括短鏈脂肪酸、細(xì)菌素、活性肽、分泌蛋白、氨基酸、細(xì)胞外囊泡、胞外多糖以及膽汁酸等[8,11]，其中短鏈脂肪酸包括乙酸、丙酸和丁酸等[12]。

1.2 后生元的來(lái)源菌種

后生元的來(lái)源菌種可參考國(guó)家衛(wèi)生行政部門所發(fā)布的可供食品使用的菌種（株），以及經(jīng)過(guò)公認(rèn)安全評(píng)價(jià)后的益生菌菌株，但疫苗和純化后的微生物代謝產(chǎn)物不在此列。這些菌株主要來(lái)自人體腸道或發(fā)酵食品，包括細(xì)菌和真菌[13-14]，應(yīng)用于食品的后生元菌株主要包括乳桿菌和雙歧桿菌[14]。詳情見表1。

表1 后生元來(lái)源菌種[13,15]Table 1 Microbial sources of postbiotics[13,15]

1.3 后生元的制備途徑

后生元的制備過(guò)程包括發(fā)酵、滅活、后加工3 個(gè)步驟，滅活工藝主要分為熱滅活和非熱滅活兩大類。熱滅活是目前最普遍的后生元制備方法，分為巴氏殺菌、滅菌、歐姆加熱、射頻加熱和微波加熱等。非熱滅活中電離輻射、紫外線、超聲波、超臨界CO2和極端pH值也已用于后生元制備[8,16]。制備后生元的溫度和時(shí)間需要考慮微生物類型、培養(yǎng)條件、生長(zhǎng)階段、pH值和水分活度等因素。不同處理方法會(huì)影響細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分，從而影響生物活性。后生元可制成液體和干粉（噴霧干燥和凍干）形式[17]，其中凍干或熱風(fēng)干燥是主要的處理方法[18]，具體方法的選擇取決于產(chǎn)品的類型。

1.4 后生元的優(yōu)點(diǎn)

1.4.1 抗逆性強(qiáng)

在胃-腸道生物反應(yīng)器模型中，乳酸菌的存活率只有10%，大約為5×106CFU/mL[19]，其他益生菌的存活率則在13%～48%之間[20-21]。相比之下，后生元對(duì)胃酸、膽汁、高溫以及輻射等具有耐受性，同時(shí)不再生長(zhǎng)繁殖，對(duì)抗生素和殺菌劑不敏感，甚至可以與抗生素同時(shí)使用。此外，滅活過(guò)程也能殺滅可能存在的少量雜菌。因此，與益生菌等活菌制劑相比，后生元具有更高抗逆性和安全性，且不受食品形式限制，既可內(nèi)服也可外用。

1.4.2 穩(wěn)定性高

根據(jù)我國(guó)發(fā)布的T/CNFIA 131—2021《益生菌食品》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，即食型食品的活菌總數(shù)必須每克不少于107CFU[22]。益生菌食品必須添加活性益生菌，并且在保質(zhì)期內(nèi)，益生菌活菌數(shù)量要符合特定要求。但益生菌在生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用等環(huán)節(jié)，其生物活性往往會(huì)受到影響。例如，添加益生菌的果汁（沒(méi)有發(fā)生食物基質(zhì)發(fā)酵）由于其高酸度，在儲(chǔ)存期間其活菌數(shù)量會(huì)顯著減少[23]。然而，后生元是無(wú)生命特征的微生物和/或其成分的制劑，可以在較寬的pH值和溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定[24]，因此后生元可以達(dá)到菌量穩(wěn)定、品質(zhì)易控的要求。這也使得后生元產(chǎn)品具有更長(zhǎng)的保質(zhì)期（長(zhǎng)達(dá)5 a[25]），更易于儲(chǔ)存和運(yùn)輸[26]，大大降低了后期成本。

1.4.3 方便易用

后生元可應(yīng)用于不適合益生菌加工的產(chǎn)品，如要經(jīng)過(guò)高溫滅菌的牛奶以及pH值較低的果醬、飲料、調(diào)味料等。后生元產(chǎn)品無(wú)需冷藏，攜帶方便，其在運(yùn)輸和儲(chǔ)存方面的優(yōu)勢(shì)可使其在不發(fā)達(dá)地區(qū)得以推廣使用。

1.4.4 不產(chǎn)生污染

后生元不含活菌，在生產(chǎn)過(guò)程中不會(huì)污染生產(chǎn)線，不會(huì)污染其他產(chǎn)品。

1.4.5 具有協(xié)同作用

后生元不含活菌，具有明確的物質(zhì)成分、化學(xué)結(jié)構(gòu)和特定的作用機(jī)制，可大大降低感染風(fēng)險(xiǎn)，并不會(huì)出現(xiàn)耐藥基因轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)，使用安全可靠。此外，后生元還可與丁酸鹽、抗生素及其他活菌制劑聯(lián)合使用[27-28]，不會(huì)引發(fā)敏感反應(yīng)，減少抗生素相關(guān)性腹瀉的發(fā)生，這是后生元另一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

2 后生元的作用機(jī)制

2.1 后生元的作用及調(diào)節(jié)機(jī)制

通常后生元是由多種物質(zhì)混合而成，其可能受到多種不同機(jī)制的驅(qū)動(dòng)和介導(dǎo)，因此在討論后生元對(duì)目標(biāo)宿主產(chǎn)生健康影響的作用機(jī)制時(shí)，需要考慮到各種機(jī)制之間的相互作用，更側(cè)重于整體性的觀察和分析。

2.1.1 調(diào)節(jié)常駐菌群

腸道菌群是一種“微生物器官”，通過(guò)影響整個(gè)代謝系統(tǒng)參與代謝綜合征的過(guò)程[29]。盡管后生元不含活菌，但它可通過(guò)滅活后菌體成分和代謝物等對(duì)腸道進(jìn)行直接或間接的調(diào)節(jié)作用。

一方面，菌體細(xì)胞壁上的菌毛[30]、黏附素[31]，與腸絨毛上的特異位點(diǎn)結(jié)合，與病原菌競(jìng)爭(zhēng)定植位點(diǎn)，形成生物保護(hù)膜，進(jìn)而間接抑制病原菌繁殖。此外，后生元中的代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸[32]、次級(jí)膽汁酸[33]等具有益生功能，這些代謝物可以再次循環(huán)進(jìn)而間接調(diào)節(jié)代謝過(guò)程。短鏈脂肪酸的補(bǔ)充與有益菌的生長(zhǎng)存在雙向調(diào)節(jié)和正反饋關(guān)系[8]。Pena-Rodriguez等[34]研究表明，丁酸鹽可有效調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)和緊密連接蛋白的表達(dá)，并限制細(xì)菌多樣性的喪失。另一方面，滅活微生物代謝產(chǎn)物中的乳酸[35]以及細(xì)菌素[36]等成分具有直接抗菌活性。

2.1.2 增強(qiáng)腸上皮屏障功能

腸道屏障主要由黏液層、上皮細(xì)胞緊密連接、微絨毛和腸上皮細(xì)胞組成，是抵御潛在有害腸腔成分的重要防線[37]。滅活微生物及其代謝物能夠附著在腸道內(nèi)壁的細(xì)胞上，增強(qiáng)腸道屏障，抵御可能導(dǎo)致腸道應(yīng)激綜合癥的有害細(xì)菌和毒素[38]。

研究表明，熱滅活干酪乳桿菌能改善腸易激綜合征大鼠的糞便稠度，降低炎癥因子，改善腸道屏障功能完整性，從而減輕腸道損傷[39]。熱滅活的嗜黏蛋白阿克曼菌能夠調(diào)節(jié)高脂飲食/CCl4誘導(dǎo)的肝損傷小鼠的腸道菌群，增強(qiáng)腸道完整性[40]。Wang Kai等[41]研究表明次級(jí)膽汁酸如石膽酸和熊去氧膽酸，通過(guò)激活法尼醇X受體通路以及修復(fù)腸道屏障完整性有效降低高脂血癥。在Caco-2細(xì)胞中，丁酸鹽促進(jìn)腸屏障功能，并以依賴肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白突觸足蛋白（SYNPO）的方式加速腸上皮細(xì)胞損傷的修復(fù)[42]。

2.1.3 調(diào)節(jié)局部和全身免疫

后生元中的物質(zhì)可以與腸道免疫系統(tǒng)相互作用，并顯示出對(duì)個(gè)體免疫調(diào)節(jié)和藥物作用的潛力[43-44]。滅活微生物（如乳桿菌、雙歧桿菌和嗜黏蛋白阿克曼菌）、菌體成分和代謝物（如胞外多糖和短鏈脂肪酸）可以抑制促炎因子的表達(dá)，從而預(yù)防代謝綜合征[45-48]。副干酪乳桿菌等熱滅活乳酸菌可誘導(dǎo)白細(xì)胞介素12分泌，從而增強(qiáng)小鼠的先天免疫力[49]。

2.1.4 調(diào)節(jié)系統(tǒng)代謝

后生元可以通過(guò)滅活微生物內(nèi)部或表面的代謝物以及酶來(lái)介導(dǎo)全身代謝的調(diào)節(jié)[50]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，短鏈脂肪酸中的丁酸鹽和丙酸鹽可以通過(guò)互補(bǔ)的方式激活腸道糖異生，顯著改善大鼠胰島素敏感性和耐糖量[51]。研究表明，通過(guò)調(diào)節(jié)Toll樣受體-2/p38-絲裂原活化蛋白激酶/核因子-κB通路，滅活副干酪乳桿菌D3-5菌株的胞壁成分脂磷壁酸可以增強(qiáng)黏蛋白的表達(dá)，從而減少與年齡相關(guān)的腸滲漏和炎癥，進(jìn)而延長(zhǎng)壽命[52]。此外，乳酸乳球菌產(chǎn)生的細(xì)菌素可以抑制人結(jié)腸癌腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)，降低結(jié)腸癌細(xì)胞系轉(zhuǎn)移性基因的表達(dá)[36]。

2.1.5 通過(guò)神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)出系統(tǒng)信號(hào)

腸道菌群參與合成神經(jīng)遞質(zhì)及其前體（γ-氨基丁酸、多巴胺、血清素和神經(jīng)腎上腺素）[53]，通過(guò)調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥、促進(jìn)神經(jīng)傳遞和神經(jīng)發(fā)生的能力影響神經(jīng)功能。在細(xì)胞水平上，研究者在動(dòng)物模型中已有強(qiáng)有力的證據(jù)表明維持髓鞘形成的動(dòng)力學(xué)取決于腸道的微生物群[54]。Leo等[55]研究表明，一些后生元的成分如α-乳清蛋白和丁酸鈉，能夠改善小鼠的社交能力和被動(dòng)回避的記憶，緩解自閉癥和慢性意外輕度應(yīng)激。此外，含丁酸鹽的后生元口服補(bǔ)充劑可以增加下丘腦室旁核中短鏈脂肪酸受體GPR41和嗅覺(jué)受體olfr78的表達(dá)，在大腦中發(fā)揮抗氧化和抗炎作用，在程序性高血壓患者中產(chǎn)生有益影響[56]。齒雙歧桿菌的代謝物乙酸鹽可以調(diào)節(jié)多種宿主組織中血清素能系統(tǒng)的關(guān)鍵成分（5-羥色胺），海馬表達(dá)顯著增加，減少焦慮行為[57]。

表2列舉了部分后生元組分的調(diào)節(jié)作用，包括其來(lái)源、制備方法、使用模型、作用時(shí)間、活性和對(duì)應(yīng)的作用機(jī)制。圖3為后生元的作用機(jī)制及其利用的效應(yīng)分子示例。

表2 后生元組分的調(diào)節(jié)作用Table 2 Health benefits and mechanisms of action of postbiotic components in animals

圖3 后生元的作用機(jī)制及其利用的效應(yīng)分子示例[50]Fig.3 Postulated mechanisms of action of postbiotics and examples of effector molecules utilized by them[50]

2.2 后生元與益生菌作用機(jī)制對(duì)比

益生菌的作用機(jī)制：1）產(chǎn)生抗菌物質(zhì)（有機(jī)酸、細(xì)菌素、短鏈脂肪酸、過(guò)氧化氫），直接抑制病原菌生長(zhǎng)；2）與病原菌競(jìng)爭(zhēng)定植位點(diǎn)；3）調(diào)控腸道菌群平衡；4）抑制病原菌群體感應(yīng)；5）調(diào)控腸道細(xì)胞免疫功能，抑制炎癥反應(yīng)，發(fā)揮抗菌作用。

與益生菌相比，后生元的作用機(jī)制有以下幾個(gè)方面的不同：1）后生元可以更直接穿過(guò)黏液層，接觸腸道上皮，增強(qiáng)上皮屏障功能；而由于黏液層的保護(hù)，益生菌很難接近腸道上皮細(xì)胞調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。2）后生元不具備繁殖能力，不爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)，且能強(qiáng)化宿主的內(nèi)源性益生菌[58]；而益生菌則側(cè)重于自身生長(zhǎng)和繁殖。3）后生元由滅活后保留的細(xì)菌素以及乳酸等代謝產(chǎn)物選擇性抑殺致病菌；而益生菌則主要依靠不斷代謝產(chǎn)生的細(xì)菌素和酸類物質(zhì)實(shí)現(xiàn)選擇性抑殺致病菌。

3 后生元在食品領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1 后生元在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用

活細(xì)菌對(duì)熱和低pH值非常敏感，需要先進(jìn)的技術(shù)才能在食品中長(zhǎng)期保持穩(wěn)定[59]。而后生元是無(wú)生命的，可用于任何產(chǎn)品，無(wú)論食品配方或產(chǎn)品線如何，只有很低的活細(xì)菌污染風(fēng)險(xiǎn)并極少影響食品固有的風(fēng)味。例如，熱滅活的副干酪乳桿菌MCC1849可應(yīng)用于湯、糖果、豆腐、調(diào)味料等多種流行食品，而這些食品傳統(tǒng)上很難摻入活菌[60]。目前，后生元研究重點(diǎn)不僅關(guān)注于準(zhǔn)確定義其作用機(jī)制，更多的還在于開發(fā)功能性食品[25]，如添加后生元的奶粉、奶酪、面食、糖果、茶飲料和焙烤食品等。本文從功能性食品補(bǔ)充劑、食品品質(zhì)改良劑、食品防腐劑以及食品脫毒劑4 個(gè)方面介紹后生元在食品領(lǐng)域的應(yīng)用。

3.1.1 功能性食品補(bǔ)充劑

后生元最顯著的特點(diǎn)就是對(duì)宿主健康的免疫調(diào)節(jié)作用，因此其在食品工業(yè)中的最大應(yīng)用是作為膳食功能性食品補(bǔ)充劑[8]。

添加了后生元Probio-Eco?的奶粉可提高大鼠體質(zhì)量，通過(guò)調(diào)節(jié)其腸道微生物群落，改善糞便代謝特征，最終減少血清促炎性細(xì)胞因子水平，緩解大鼠的炎癥性腸病[61]。滅活乳雙歧桿菌亞種CECT 8145作為嬰兒配方奶粉的補(bǔ)充劑時(shí)，可顯著減少秀麗隱桿線蟲的脂肪沉積，并增加發(fā)酵嬰兒乳中的乙酸鹽和乳酸[62]。Lin等[63]表示口服含唾液乳桿菌的后生元含片可有效增強(qiáng)口腔免疫力，抑制口腔病原體生長(zhǎng)，并增加有益口腔微生物群的數(shù)量。

熱滅活、腸道定植的格氏乳桿菌CP2305對(duì)高強(qiáng)度訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)員具有多種益處，包括防止血紅蛋白減少，促進(jìn)血清生長(zhǎng)激素水平升高，促進(jìn)運(yùn)動(dòng)員疲勞恢復(fù)，緩解焦慮和抑郁情緒[64]。通過(guò)將使用歐姆加熱法獲得的干酪乳桿菌01添加到乳清葡萄汁飲料中，可以有效控制健康成人的餐后血糖[65]。此外，食用酸面包（含后生元）可以提高飽腹感，降低血糖反應(yīng)，增加餐后短鏈脂肪酸濃度，改善胃腸道相關(guān)疾病癥狀[66]。

可見，在食物中添加后生元，可通過(guò)調(diào)節(jié)腸道微生物群落，對(duì)機(jī)體抗炎、控制糖脂、增強(qiáng)免疫力和舒緩情緒等有益。

3.1.2 食品品質(zhì)改良劑

除了對(duì)宿主健康有益外，后生元的組分，尤其是胞外多糖，還可以對(duì)食品的感官特性和理化特性產(chǎn)生積極的影響。據(jù)報(bào)道，胞外多糖可作為增黏劑、乳化劑、膠凝劑和穩(wěn)定劑使用，以改善食品的營(yíng)養(yǎng)、質(zhì)地、流變學(xué)和口感特性[67]，目前，其已廣泛應(yīng)用于酸奶、奶酪和發(fā)酵乳等發(fā)酵乳制品，以及乳制品甜點(diǎn)[68]。

在酸奶、發(fā)酵乳和飲料中使用滅活乳酸菌組分中的胞外多糖可以減少乳固體的添加量，并改善一些質(zhì)量屬性，如黏度、質(zhì)地和穩(wěn)定性，并避免脫水收縮[69]。在低脂Akawi奶酪生產(chǎn)中使用滅活植物乳桿菌KX881772和KX881779組分中的胞外多糖，可以提高持水性，改善彈性結(jié)構(gòu)，降低硬度和黏性，從而使其獲得更高的外觀及綜合質(zhì)量得分[70]。然而，胞外多糖的原位產(chǎn)量低以及生產(chǎn)成本高，限制了其在食品工業(yè)中的使用[68]。Sharafi等[71]將含嗜酸乳桿菌LA5和動(dòng)物雙歧桿菌BB12兩種后生元的奶酪乳清保鮮液應(yīng)用于高水分馬蘇里拉奶酪（highmoisture mozzarella cheese，HMMC）中，結(jié)果表明，后生元抑制了所有微生物的生長(zhǎng)，有效延長(zhǎng)了HMMC的保質(zhì)期。此外，熱滅活副干酪乳桿菌MCC1849在鋁制儲(chǔ)藏袋以及中性液體食品（如乳制品飲料和營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑）中，在各種溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存后仍能保持其生理功效[60]。

可見，后生元在改善食品口感、質(zhì)地和增強(qiáng)食品穩(wěn)定性等方面發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。然而，胞外多糖生產(chǎn)成本較高，當(dāng)前挑戰(zhàn)是提高乳酸菌產(chǎn)胞外多糖的效率，并生產(chǎn)出具有所需功能的結(jié)構(gòu)和尺寸的胞外多糖。這些特性的改進(jìn)工程取決于研究者對(duì)胞外多糖生物合成代謝以及結(jié)構(gòu)和食品基質(zhì)結(jié)合時(shí)功能效應(yīng)的深入了解。

3.1.3 食品防腐劑

近年來(lái)，后生元在食品防腐、食品包裝和生物膜控制等領(lǐng)域備受關(guān)注[72]。后生元滅活后保留的細(xì)菌素、乳酸等代謝產(chǎn)物可以選擇性抑殺致病菌。目前，由乳酸鏈球菌產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物——乳酸鏈球菌素（Nisin），是唯一被批準(zhǔn)為食品防腐劑的細(xì)菌素，并已廣泛應(yīng)用于乳制品、烘焙食品、嬰兒食品和罐頭湯等食品中[73]。

Mohammadi等[74]研究表明，后生元以濃度依賴性方式抑制多種病原菌（單核細(xì)胞增生李斯特菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和鼠傷寒沙門氏菌），并且由后生元代謝物所制備的材料可以用于制作細(xì)菌納米纖維素抗菌膜，有效地增強(qiáng)食品的安全性。研究還指出，2,4-二叔丁基苯酚、三十二烷和脂肪酸等細(xì)菌代謝成分也可以有效地抑制真菌（黃曲霉和橘青霉）的生長(zhǎng)。此外，使用乳酸鏈球菌素活化后的包裝對(duì)牛肉進(jìn)行冷藏，可減少腐敗菌（熱殺索絲菌、肉食桿菌屬和乳酸菌等）數(shù)量，但不影響其物種多樣性[75]。用含有清酒乳桿菌NRRL B-1917無(wú)細(xì)胞上清液的乳清蛋白膜包裹牛肉，也可有效地延長(zhǎng)其貨架期和保質(zhì)期[76]。乳酸菌產(chǎn)生的苯乳酸也是一種重要的廣譜抗菌化合物，可通過(guò)多種方式抑制有害微生物的生長(zhǎng)，已廣泛用于乳制品和烘焙產(chǎn)品中[77]。

Toushik等[35]研究顯示，在肉類加工過(guò)程中，使用彎曲乳桿菌B67無(wú)細(xì)胞上清液制成的凍干粉能有效減少豬肉香腸及加工器具（例如不銹鋼和橡膠）表面的致病性生物膜細(xì)胞，且在不同的pH值和溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出強(qiáng)大的抗菌穩(wěn)定性（單核細(xì)胞增生李斯特菌和鼠傷寒沙門氏菌）。Anvar等[78]用植物乳桿菌代謝物以游離形式或噴霧干燥包封形式加入黃油中，能夠控制黃油中的過(guò)氧化物和酸度值并增加抗氧化和抗菌（金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌和黑曲霉）活性，從而延長(zhǎng)保質(zhì)期。

綜上，后生元可通過(guò)抑制病原菌，增強(qiáng)抗氧化性，從而延長(zhǎng)食品保質(zhì)期，正逐漸成為食品防腐領(lǐng)域的新興技術(shù)。

3.1.4 食品脫毒劑

霉菌毒素污染可能發(fā)生在整個(gè)食品加工過(guò)程中[79]，不僅造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，而且毒素殘留會(huì)對(duì)人和動(dòng)物造成多種毒害作用。后生元中的肽聚糖和多糖具有抗真菌的作用，滅活后細(xì)菌細(xì)胞壁上的蛋白質(zhì)變性，多糖發(fā)生美拉德反應(yīng)，肽聚糖交聯(lián)被打破，從而導(dǎo)致孔徑增加，細(xì)菌對(duì)毒素黏附結(jié)合能力增加[80]。此外，細(xì)菌代謝物質(zhì)（如有機(jī)酸、細(xì)菌素和酶等）也能作用于生物體的脂質(zhì)膜或蛋白質(zhì)，進(jìn)而抑制霉菌毒素[80-81]。

滅活乳酸菌20023可以顯著降低受污染果汁中的細(xì)交鏈孢菌酮酸（一種選擇性霉菌毒素）[82]。Fahim等[83]研究表明植物乳桿菌RM1和副干酪乳桿菌KC39的無(wú)細(xì)胞上清液降低了嬰兒配方奶粉中的黃曲霉毒素M1水平。Pires等[84]將熱滅活酵母細(xì)胞加入酸奶中，有效降低了酸奶中黃曲霉毒素的含量，貯藏30 d后最高可降低46%。Xu Ran等[85]在動(dòng)物飼料中加入滅活酵母細(xì)胞壁混合物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)能夠減輕霉菌毒素對(duì)牛乳腺上皮細(xì)胞產(chǎn)生的損害。

3.2 后生元產(chǎn)品

目前我國(guó)與后生元相關(guān)的專利主要布局于食品（乳制品、保健品、飲料、代餐粉等）、動(dòng)物飼料（日糧和零食）和個(gè)護(hù)美容等領(lǐng)域。后生元以添加劑的形式在上述產(chǎn)品中單一或復(fù)配應(yīng)用。表3列舉了后生元在食品中的部分應(yīng)用。

表3 后生元在食品中的應(yīng)用Table 3 Applications of postbiotics in foods

3.3 后生元使用過(guò)程中存在的問(wèn)題

盡管后生元有許多優(yōu)點(diǎn)，但其使用過(guò)程中仍然存在一些問(wèn)題。

1）缺乏科學(xué)分類及系統(tǒng)性研究。在目前的技術(shù)條件下，仍然很難對(duì)后生元具體成分進(jìn)行定義和分類。要全面系統(tǒng)地研究后生元的潛在功能，需要攻克后生元具體成分的獲取和鑒定等諸多技術(shù)難題[8]。此外，還需明確后生元是否潛在毒性物質(zhì)。例如，在Malagón-Rojas等[86]研究接受含微量營(yíng)養(yǎng)素的滅活嗜酸乳桿菌實(shí)驗(yàn)中，部分人出現(xiàn)了中度至重度脫水、腹脹，輕度至重度嘔吐等副作用。?ukasik等[87]在使用酸化配方奶粉喂養(yǎng)短腸綜合征患兒時(shí)，少數(shù)病例出現(xiàn)了兒童D-乳酸中毒現(xiàn)象。

2）缺乏完善的質(zhì)量檢測(cè)手段。后生元的細(xì)胞計(jì)數(shù)還沒(méi)有明確的程序。測(cè)量方法如血細(xì)胞計(jì)數(shù)器和流式細(xì)胞儀[88]等仍在不斷發(fā)展中。同時(shí)，還需要進(jìn)行毒理學(xué)分析、藥效學(xué)分析和藥代學(xué)分析，以確定后生元的安全性、健康功效和最適攝入量[13]。

3）缺乏相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)。這也是目前亟待解決的一個(gè)問(wèn)題。2023年2月21日，中國(guó)生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布了國(guó)內(nèi)首個(gè)T/CBFIA 09001—2023《益生菌制品 乳酸菌類 后生元》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，主要適用于以益生菌制品乳酸菌類后生元的生產(chǎn)、檢驗(yàn)和銷售。該標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布在一定程度上規(guī)范了參團(tuán)建標(biāo)企業(yè)在后生元產(chǎn)業(yè)方面的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，給國(guó)內(nèi)后生元產(chǎn)業(yè)規(guī)范化發(fā)展提供一個(gè)良好的示范。然而，如要整個(gè)產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)乃至高質(zhì)量發(fā)展，必須要有國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的出臺(tái)，以及完善的各項(xiàng)市場(chǎng)監(jiān)督管理措施。

4 結(jié)語(yǔ)

后生元通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群平衡和代謝，增強(qiáng)黏膜屏障和免疫力，對(duì)人和動(dòng)物機(jī)體產(chǎn)生積極影響，且?guī)缀鯚o(wú)副作用報(bào)道。同時(shí)也因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)、產(chǎn)品良好的加工性能，廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品的生產(chǎn)，應(yīng)用方式也多種多樣，如粉狀、膏狀和液體形式。然而，后生元本身沒(méi)有生命，在滅活前需要產(chǎn)生足夠的活性化合物才能發(fā)揮效果。此外，加工條件或規(guī)模的變化可能改變后生元的結(jié)構(gòu)和功能，但產(chǎn)品的安全性、功效和用途仍要符合監(jiān)管要求，這可能使得大規(guī)模生產(chǎn)后生元變得困難。

總體來(lái)說(shuō)，后生元產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了暴發(fā)階段，但仍僅限于腸道微生態(tài)以及產(chǎn)業(yè)界的人士對(duì)后生元有所了解，消費(fèi)者對(duì)后生元的認(rèn)知有限。確定目標(biāo)人群、劑量、服用方式以及篩選安全且有效的菌株仍是研究重點(diǎn)，這給后生元商業(yè)化帶來(lái)更大挑戰(zhàn)。在未來(lái)，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)屆聯(lián)合發(fā)力，后生元定義、機(jī)制、功效性和安全性等方面的研究將繼續(xù)發(fā)展。希望更多的胞外多糖、代謝產(chǎn)物等成分明確的后生元產(chǎn)品，可以應(yīng)用于普通食品、嬰幼兒食品、營(yíng)養(yǎng)保健品、特殊醫(yī)學(xué)食品和個(gè)護(hù)美容產(chǎn)品等領(lǐng)域。此外，后生元的發(fā)展還將推動(dòng)微生物組學(xué)、營(yíng)養(yǎng)學(xué)、食品加工技術(shù)、風(fēng)味質(zhì)構(gòu)調(diào)整技術(shù)、保鮮保藏技術(shù)等一系列基礎(chǔ)科學(xué)與應(yīng)用科學(xué)的跨越式發(fā)展，為食品創(chuàng)新提供更豐富的維度，展現(xiàn)巨大的市場(chǎng)潛力。