《食品科学》：蒙牛高科乳制品（北京）有限责任公司马海然高级工程师等：后生元研究进展及应用现状

益生菌在治疗腹泻、调节肠道菌群、增强免疫力、缓解肥胖、降低胆固醇、降低血压等方面发挥重要作用，但是益生菌对生存环境要求比较苛刻，而且益生菌携带的耐药基因具有转移的风险，这些问题阻碍了它在食品领域的应用。然而，目前许多研究表明灭活的益生菌及其代谢产物也具有为宿主健康提供益处的能力。因此，目前研究重点逐渐从活的益生菌转向灭活的益生菌及其代谢产物，也就是后生元。与益生菌相比，后生元优势主要体现在：安全性和稳定性高、易于储存和生产、保质期长、化学结构明确、避免了活菌转移耐药基因的潜在风险。

后生元包括灭活的菌体细胞、菌体成分及菌体代谢产物，其中菌体成分包括脂磷壁酸、肽聚糖、细胞表面蛋白等，菌体代谢产物包括胞外多糖、短链脂肪酸（SCFAs），蛋白质/多肽等。近年来大量研究表明后生元对人体健康发挥有益作用（图1）。据此，内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司的刘红霞，蒙牛高科乳制品（北京）有限责任公司的李雪利、马海然*等人基于国内外后生元研究动态和应用现状，对后生元的主要活性成分及益生功能进行了阐述，总结了国内外后生元的产业化现状，并对后生元的发展前景做了进一步展望，旨在为后生元的理论研究和商业化应用提供参考。

1 后生元主要活性成分

1.1 灭活菌及菌体成分

1.1.1 灭活菌

大量研究表明灭活后的菌体也可以发挥多种益生功能，例如热灭活乳酸菌具有免疫调节功能，热灭活粪肠球菌KH2具有减轻结肠炎功能，热灭活动物双歧杆菌乳亚种CECT8145具有缓解肥胖功能，热灭活唾液乳杆菌AP-32和副干酪乳杆菌ET-66具有抑制口腔致病菌功能，热灭活副干酪乳杆菌GMNL-653具有抗骨质疏松功能，热灭活加氏乳杆菌CP2305具有改善慢性压力功能 。由于食品工业中的热处理历史悠久，因此目前研究中多选择热处理灭活微生物制备后生元。同样的，电离辐射、高压、超声处理、紫外线、欧姆和脉冲电场等技术也可以用于灭活微生物。

1.1.2 脂磷壁酸

脂磷壁酸是革兰氏阳性细菌细胞壁的重要成分，目前已有研究证明脂磷壁酸具有多种益生功能。植物乳杆菌K8的脂磷壁酸通过抑制肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素（IL）-6的产生缓解过度炎症，植物乳杆菌KCTC 10887BP的脂磷壁酸可以高效减弱肠上皮细胞中由致病菌诱导的炎症反应，鼠李糖GG的脂磷壁酸经体内和体外实验证明其具有通过激活树突状细胞和T细胞提高机体免疫力的作用，动物双歧杆菌乳亚种CECT 8145的脂磷壁酸能够通过胰岛素样生长因子-1途径显著减少模式生物秀丽隐杆线虫的脂肪含量。此外，脂磷壁酸可以加速骨愈合并增强动态骨的形成。

1.1.3 肽聚糖

肽聚糖作为细菌细胞壁的主要成分，被认为是免疫调节中的关键成分。肽聚糖作为先天免疫受体的直接靶标，可以直接激活肽聚糖识别蛋白和胞质核苷酸结合寡聚化结构域样受体，对于维护免疫系统功能以及建立肠道微生物和肠上皮细胞之间的平衡至关重要。

1.2 代谢产物

1.2.1 胞外多糖

胞外多糖是由植物乳杆菌、乳酸杆菌、鼠李糖乳杆菌、干酪乳杆菌等乳酸菌分泌到细胞外的大分子，根据单糖组成不同可分为同型多糖和异形多糖。作为益生菌的重要代谢产物之一，许多研究发现胞外多糖具有抗氧化、抗肿瘤、免疫调节、抗炎等作用。

1.2.2 SCFAs

微生物发酵膳食纤维等不易消化的碳水化合物能够产生SCFAs，包括乙酸、丙酸、丁酸和戊酸等，其中乙酸是肠道中最丰富的SCFAs，丁酸是迄今为止研究最多的SCFAs。SCFAs能够对宿主健康产生积极影响，包括调节免疫、维护肠屏障功能、治疗炎症性肠病及结肠癌等。黏质阿克曼菌产生的SCFAs能促进调节性T细胞的分化，减轻肠道内的炎症反应，其中SCFAs中的丙酸通过调节肠道微生物群的组成从而维护肠道内环境稳定，丁酸通过上调紧密连接蛋白和肠黏膜上皮黏液的表达维护肠黏膜屏障的完整性。

1.2.3 蛋白质/多肽

益生菌分泌并释放到环境的p40或p75蛋白能参与共生细菌与宿主之间的相互作用，分泌的聚集促进因子可促进肠道益生菌定植并阻止病原菌黏附。

2 后生元益生功能

2.1 增强免疫力

机体的免疫系统能够对抗胃肠道和呼吸系统中的细菌，破坏黏膜屏障，阻止其进入血液和其他组织，因此增强免疫力是预防和治疗各种疾病的手段之一。目前许多研究发现后生元能调节树突状细胞、淋巴细胞等免疫细胞的免疫反应，表现出明显的增强机体免疫力的益生作用。

2.2 改善胃肠道健康

2.2.1 维护肠道屏障功能

肠道屏障是一种主要的防御机制，由黏膜层、抗菌肽和分泌性免疫球蛋白等物质组成，能够维持肠上皮完整性并保护微生物免受环境的影响。肠道屏障功能障碍被认为是导致肠道炎症和许多胃肠道疾病（食物过敏、炎症性肠病和乳糜泻）的主要因素。目前研究发现，后生元能够调节肠道微生物群组成，增加双歧杆菌丰度， 维护肠道屏障功能。根据目前已有研究文献结果表明，具有调节NK细胞活性以及促进IL-6、IL-10分泌特性的后生元能够增强机体免疫力。

2.2.2 改善便秘

陈建国等发现热灭活的副干酪乳杆菌Lc19具有良好的润肠通便功能。热灭活干酪乳杆菌327能够增强结肠上皮中血清素的表达，缩短结肠转运时间从而促进排便。Sugawara等证明，含有非活性加氏乳杆菌CP2305的饮料能够明显改善志愿者的排便次数、粪便气味和排便不完全感，并且肠道菌群中的双歧杆菌含量显著增加，梭状芽孢杆菌含量显著减少。研究表明， 具有抑制肠道有害菌繁殖、促进有益菌增殖特性的后生元可有效调节肠道蠕动，改善排便习惯，改善便秘。

2.2.3 预防结肠癌

目前研究发现，后生元在缓解和预防结肠癌方面具有重要意义，它可能成为治疗结肠癌的新方案。热灭活的干酪乳杆菌Lbs2能够显著抑制炎症性肠病小鼠中促炎细胞因子TNF-α、IL-6的分泌，并减轻结肠炎的组织病理学特征。热灭活的粪肠杆菌KH2可以改善肠道炎症的严重程度，并预防葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎小鼠体内结直肠癌的形成。热灭活的双歧杆菌MG731和罗伊氏乳杆菌MG5346经体外实验证明，能够通过脂磷壁酸、肽聚糖和多糖等物质诱导人结直肠癌细胞（RKO细胞）的凋亡。

2.3 缓解肥胖

目前已有数据显示，后生元在一定程度上具有预防或缓解肥胖的益生作用。邓思思等证实巴氏灭活的嗜黏蛋白阿克曼菌可以缓解高脂饮食大鼠的代谢紊乱，显著降低与肥胖相关的厚壁菌门/拟杆菌门的比例，防止体质量增加，从而有效预防肥胖。人群实验证明，热灭活的动物双歧杆菌乳亚种CECT 8145能够显著增加腹部肥胖人体肠道中嗜黏蛋白阿克曼菌含量，降低体质量指数并减少肥胖相关生物标志物，而且热灭活形式比活菌更有效。热灭活罗伊氏乳杆菌GMNL-263能够显著减轻肥胖引起的胰岛素抵抗和肝脂肪变性等代谢异常。

2.4 维护口腔健康

现有数据显示，后生元能够减轻牙周炎的氧化损伤和炎症负担，可以被作为治疗牙周炎的辅助手段。Lin等证明，服用后生元（巴氏灭活的唾液乳杆菌AP-32、副干酪乳杆菌ET-66和植物乳杆菌LPL28及其发酵液）4 周可以有效抑制志愿者口腔中变形链球菌等病原体的生长，并显著增加口腔中唾液乳杆菌、双歧杆菌和乳酸杆菌等有益微生物的数量。丁琴凤等通过体外共培养实验证明灭活的嗜酸乳杆菌ATCC4356可黏附于牙龈角化上皮细胞，并且对口腔致病菌（具核梭杆菌和牙龈卟啉单胞菌）具有较强的黏附拮抗作用，为后生元防治口腔疾病提供了实验数据支撑。

2.5 缓解骨质疏松

目前相关研究表明后生元可以通过肠道-免疫-骨轴途径缓解骨质疏松，其作用机制是免疫细胞（Treg、Breg）通过分泌IF-10抑制破骨的形成，同时分泌TNF-α促进成骨细胞的分化。另外，后生元成分如菌体代谢产物SCFAs或次级胆汁酸均可促进成骨细胞和免疫细胞Treg的分化，同时能够通过抑制破骨细胞的形成缓解骨质疏松。国外相关研究结果显示，灭活的副干酪乳杆菌、丙酸杆菌、弯曲乳杆菌、复合菌的裂解物及上清液、鼠李糖乳杆菌能够增加卵巢切除鼠模型的骨密度，促进成骨细胞的分化并抑制破骨细胞的生成，从而有效缓解骨质疏松症（表1）。因此，具有促进成骨细胞分化、抑制破骨细胞形成特性的后生元，具有缓解骨质疏松的益生功能。

2.6 其他功能

除上述益生作用外，后生元还被证明具有缓解压力、维护皮肤健康、抗氧化等益生功能。动物实验及人群实验结果均已证明灭活的加氏乳杆菌CP2305能够改善宿主的精神状态，提高睡眠质量并显著减少焦虑和睡眠障碍。热灭活的乳酸乳球菌经验证能够影响角质的形成以及皮炎关键基因的表达，从而维持皮肤微生物组的稳定性。分离自泡菜的热杀灭植物乳杆菌Ln1经验证具有抗氧化活性，表现出很高的1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基和2,2’-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)阳离子自由基清除活性以及还原能力。

3 国内外后生元产品的发展现状

3.1 日本后生元产品的发展现状

目前日本在后生元方面的研究和应用已取得较大进展，多家知名企业争相推出商业化的后生元（表2）以及添加后生元的饮料、点心、糖果等食品，后生元食品已经形成了较大的产业规模。Combi株式会社作为日本最早研究灭活粪肠球菌的公司，已经在日本销售灭活乳酸菌产品近20 年，占日本同类产品市场的40%，目前该公司的后生元BR-108和EC-12已经添加到乳酸菌饮料、口香糖和果冻等食品。

3.2 美国和德国后生元产品的发展现状

除日本外，美国和德国等国家也很重视灭活菌的基础研究与应用，主要围绕后生元改善肠道环境、提升免疫力、减少体脂肪以及抗幽门螺杆菌等功能进行研究。嘉吉的后生元EpiCor由灭活的酿酒酵母及其代谢产物组成，目前已经应用在功能性食品、低温酸奶、膳食补充剂中。ADM公司的后生元BPL-1获得了2021年度体重管理类原料大奖，该后生元已经应用在具有减少体脂肪功效的口香糖中，另外2022年元气森林和伊利分别推出的对策乳酸菌和茶与茶寻同样添加了后生元BPL-1。

3.3 国内后生元产品的发展现状

我国从20世纪50年代开始研究益生菌以及与微生态相关的基础理论及应用，市场上也不断出现微生态制品，但在后生元方面的研究及应用仍处于萌芽阶段，其中锦旗生物、均瑶健康、科拓恒通以及华润江中等企业一直在进行后生元市场的开拓。锦旗生物推出的后生元益萃质在冲泡型以及休闲食品中均有应用，均瑶健康的后生元CCFM1118和RS8-5（味动力乳酸菌饮品），科拓恒通的后生元Pbio-99（护肤品、牙膏）和Probio-Eco（面包），华润江中的后生元乳酸菌素片，景岳生物公司的后生元ADP-1（牙膏）、GMNL-263（咖啡）和GM0857（早餐粥）也已经应用在各类产品中。另外，锦旗生物还单独提供灭活的副干酪乳杆菌ET-66粉剂和灭活的唾液乳杆菌AP-32粉剂，分别具有维护口腔健康、抗菌的功效，但目前尚未查到相关的应用案例。

4 结语

近年来已有大量科研院校和企业研究后生元成分对宿主的益生功能，包括灭活菌体、脂磷壁酸、肽聚糖等菌体成分以及胞外多糖、SCFAs等菌体代谢产物，而且越来越多的体内和体外实验证明，后生元在增强免疫力、调节胃肠道功能和缓解肥胖等方面具有显著功效。目前国外后生元的研究和应用已取得较大进展，例如日本、美国和德国等国家已经建立起了后生元市场，特别是日本的后生元食品已经形成了较大的产业规模，在后生元研究和应用领域均处于领先地位，国内后生元的理论研究和产业化仍处于起步阶段，但越来越受到学术界、产业界和消费者的关注。

后生元具有更高的安全性和稳定性、更易于储存和生产的优势逐渐得到认可，但仍面临着一些挑战。在法规层面，目前我国还没有相关标准用于后生元的生产和管理，导致缺乏明确的监管框架和应用依据，特别是对于后生元应用端来说，在产品配料表中不知如何标识、如何宣称健康功能等；在消费者认知层面，消费者对后生元的概念还比较模糊，而且绝大多数消费者会认为“活性益生菌才有效果”“活着到肠道才是最佳”。因此，后生元就显得与主流观念格格不入，未来需要不断科普后生元相关知识，引导和建立消费者对后生元及其益生功能的正确认知；在科学循证方面，后生元发挥益生功能的有效剂量以及作用机制还有待深入探索，需逐步建立后生元的健康作用与量效关系的循证方法，以此产出围绕后生元产品的前沿科研成果，提高后生元及后生元产品的综合竞争力。

益生菌的活菌数是其发挥生物功效的必要条件，低温酸奶是益生菌健康功能宣称的重要载体。常温酸奶作为大众喜爱的乳制品，因其比较温和、对肠胃刺激小，符合中国消费者的饮食习惯和健康需求，在我国呈现出爆发式增长。近几年，常温酸奶增速逐步放缓，需要从健康功能角度突破，后生元应用优势与常温酸奶特点契合，开发后生元功能酸奶具有重大意义和经济价值，市场潜力巨大。

作者简介

刘红霞高级工程师

内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司

内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司常温产品研发中心菌种研究方面的技术骨干。多年来一直从事乳酸菌、益生菌、益生元和后生元等科学技术研究，致力于菌种发酵特性和功能挖掘和成果转化，在纯甄风味发酵乳、酸奶饮品、酸酸乳、学生奶等产品设计、制备、生产、应用及产品标准的制定和科技项目的申报、研发及团队建设等方面做出了重要贡献。

先后参加国家级、省部级项目3项，申请专利20余项，授权专利7 项；科技核心期刊发表论文20余篇。获得呼和浩特市科学技术进步奖二等奖1 项；中国乳品工业特等奖1项，中国食品工业协会科学技术奖一等奖1 项；科学技术成果评价2 项，分别评价为国际领先和国际先进。

本文《后生元研究进展及应用现状》来源于《食品科学》2023年45卷1期326-333页. 作者：刘红霞，李雪利，吴秀英，冯旭东，郭艳荣，姜云芸，赖孟瑄，马海然. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221229-272. 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

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