综述：食品、饲料和培养基中的后生元：微生物代谢物在可持续系统中的机制与应用

《Food Production, Processing and Nutrition》：Postbiotics in food, feed, and culture media: mechanisms and applications of microbial metabolites in sustainable systems

这篇综述系统性地阐述了后生元（postbiotics）作为一种新兴功能性成分，在食品、饲料及生物技术领域的巨大潜力。文章详细梳理了后生元（包括短链脂肪酸SCFAs、生物活性肽等）的化学组成、关键作用机制（如神经免疫信号调控、肠道屏障维护等）及其在提升食品安全、优化动物营养和增强微生物发酵工艺方面的应用，同时指出了当前面临的术语不统一、生产标准化不足等关键挑战。

　　

后生元：超越活菌的下一代健康促进剂

在后生元的世界里，我们已经超越了依赖活菌（益生菌）的传统思路。后生元被定义为微生物（如乳酸菌、双歧杆菌）在发酵过程中产生的无生命细胞、细胞组分及其代谢产物，包括短链脂肪酸^SCFAs、生物活性肽、胞外多糖^EPS、维生素和矿物质等。这些“菌群遗产”正因其卓越的稳定性、安全性和多样的生物活性，成为构建可持续食品、饲料和生物工艺体系的关键角色。

定义与分类：从益生菌到后生元

与需要保持活性才能发挥作用的益生菌不同，后生元不包含活菌，从而避免了菌株存活、定植的挑战，在生产和储存上更具优势。其相关概念“副益生元”（paraprobiotics）则特指非活性的完整或破碎微生物细胞本身。后生元的核心价值在于，即使细胞失去活力，其产生的功能性代谢物依然能对宿主健康产生显著影响。

化学组成的“多面手”

后生元是一个成分丰富的“宝库”：

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  短链脂肪酸^SCFAs：如丁酸、丙酸、乙酸，是肠道细胞的主要能量来源，能加固肠道黏膜屏障，刺激粘蛋白分泌，并作为组蛋白去乙酰化酶^HDAC抑制剂发挥抗炎作用。
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  生物活性肽：由2-20个氨基酸组成，展现抗氧化、抗菌、免疫调节及血管紧张素转换酶^ACE抑制等多种生理功能，是抵御氧化应激和病原体的重要分子。
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  胞外多糖^EPS：这类生物聚合物不仅是天然的增稠剂和稳定剂，还具备益生元潜能，能促进有益菌生长、调节免疫反应并抑制病原体。
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  维生素与矿物质：后生元能直接合成多种B族维生素（如B1、B2、B12、B9）和维生素K2，同时通过降低肠道pH值、降解植酸等方式，显著提高钙、铁、锌等矿物质的生物利用度。

精妙的作用机制网络

后生元通过多靶点、多通路协同发挥作用：

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  调控肠-脑轴：SCFAs等代谢物可通过血脑屏障或迷走神经影响神经递质（如血清素、GABA）合成和脑源性神经营养因子^BDNF表达，从而改善情绪与认知功能。
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  调节血糖与胰岛素敏感性：丙酸能刺激肠内分泌细胞释放胰高血糖素样肽-1^GLP-1和肽YY^PYY，促进胰岛素分泌并产生饱腹感；丁酸则能增强外周组织线粒体功能，改善胰岛素信号通路。
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  维护肠道黏膜完整性：后生元能上调紧密连接蛋白（如occludin、ZO-1）和粘蛋白^MUC2的表达，强化物理屏障，并抑制脂多糖^LPS等促炎物质易位。
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  强大的抗菌武器库：其抗菌机制多样，包括通过有机酸酸化细胞质、抑制病原体能量代谢（如糖酵解）、利用细菌素穿孔破坏细胞膜、诱导活性氧^ROS产生导致氧化损伤等，为替代抗生素提供了新选择。
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  抗氧化防御：后生元（尤其是丁酸）能激活核因子E2相关因子2^Nrf2通路，上调超氧化物歧化酶^SOD、过氧化氢酶等内源性抗氧化酶的表达，直接清除自由基，保护细胞免受氧化损伤。

在食品领域的创新应用

后生元为食品工业带来革新：

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  乳制品：作为天然防腐剂，后生元能有效抑制奶酪等产品中的真菌污染，且不影响感官接受度，成为尼生素等化学防腐剂的潜在替代品。含有副益生元的酸奶已被证明能改善肠道屏障功能。
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  肉与鱼制品：通过喷涂或涂层方式直接应用，后生元能显著延长冷藏肉制品的货架期，并抑制诸如产气荚膜梭菌等食源性病原体的生长。
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  果蔬与面包：后生元溶液可作为消毒洗剂，用于鲜切果蔬；喷涂在面包表面能有效抑制霉菌生长，延长保质期。
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  食品包装：将后生元整合到包装聚合物中，制成活性包装材料，可实现持续、可控的抗菌释放，解决直接添加可能导致的成分互作或失活问题。
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  乳化与质构改良：微生物来源的胞外多糖^EPS作为天然乳化剂和稳定剂，能显著提升水包油或油包水乳液的稳定性，改善食品质地。

在饲料与培养基中的潜力

在动物营养领域，在饲料中添加后生元可提高营养吸收、改善生长性能，并可能减少对抗生素的依赖，有助于应对日益严峻的抗生素耐药性问题。在生物技术领域，后生元可作为培养基的关键添加剂，优化微生物发酵过程，提高目标产物的产量和效率。

挑战与未来展望

尽管前景广阔，后生元的产业化仍面临一些关键障碍：全球范围内缺乏统一、协调的定义和生产标准；不同研究间的生物活性存在差异，剂量-效应关系不明确；相关的监管框架和标签法规尚不健全。因此，推动生产过程的严格标准化、开展严谨的临床试验以确证其有效性与安全性，是释放后生元全部潜力、应对全球对弹性和健康增强型食品饲料需求的必由之路。