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世界微生物生物技术杂志。 2025 年 8 月 2 日;41(8):293。号码:10.1007/s11274-025-04483-8
后生元:对功能性益生菌最新类别的深入评述Ayodeji Amobonye 2、 Brynita Pillay 1、 Felicity Hlope 1、 Stella Tofac Asong 1、 Santhosh Pillai 1 、✉作者信息文章注释版权和许可信息PMCID:PMC12317891 PMID:40751848
抽象的
由于以微生物组为靶点的健康干预领域不断发展,后生元已成为近年来涌现的新型功能性食品之一。后生元与其他功能性微生物(如益生菌、益生元和合生元)一样,主要通过调节肠道菌群发挥健康益处。后生元被认为比益生菌更有前景,因为它们即使经过灭活处理也能产生类似的效果,从而避免了人们对益生菌菌株活性和稳定性的担忧。本综述旨在通过首先修订后生元的定义,构建一个精简的框架,以便进一步探讨后生元、营养、微生物群和健康之间的相互作用,从而提供对后生元的关键见解。此外,本综述还阐明了后生元与益生菌之间的联系,并强调后生元除了来源于乳酸杆菌外,还可以来源于其他微生物,例如酵母和真菌。此外,本文概述了后生元的提取和生产,以及短链脂肪酸、酶、肽、多糖、肽聚糖和磷壁酸等后生元成分的生物化学特性。最后,本文评估了后生元的生物活性(抗氧化、抗炎、抗糖尿病、免疫调节、抗高血压、抗菌)及其专利概况,旨在促进其在食品、兽药、制药和化妆品行业的创新应用。通过指出主要差距和改进领域,我们相信这篇重要的综述将有助于推动后生元产业潜力的开发。
关键词:功能性益生菌、营养保健品、副益生菌、后生元、益生元
引言:命名法的悖论
世界各地不同文化中食用发酵食品的悠久历史与多种健康益处相关,尤其是有助于缓解肠道紊乱,这一点已得到多项科学研究的证实(Mukherjee et al. 2024)。人们认为,传统发酵食品、其天然微生物群及其生物活性之间的关系,最早由俄罗斯科学家埃利·梅奇尼科夫于1907年发展成为益生菌的科学概念。此前,他观察到食用含有有益微生物的酸乳制品与保加利亚农民的长寿和健康有关(Krawczyk And Banaszkiewicz 2021)。功能性生物制剂科学最初以活细胞(即益生菌)带来的健康益处为中心,如今已扩展到包括细胞的各种衍生物,例如代谢产物、灭活(死亡)细胞以及促进这些有益微生物生长的底物。因此,既然已经证实益生菌的活性之外还能带来多种健康益处,那么其他功能性生物制剂类别,包括后生元、益生元和合生元,也开始引起科学家、消费者、行业和其他相关利益攸关方的关注。
后生元(有时也称为代谢生元、生物活性物质)尤其在营养学和健康科学领域备受关注,因为人们认为它们能为消费者/患者带来各种健康益处,且不会像摄入活体益生菌那样带来诸多健康隐患。然而,与其他许多新兴概念一样,后生元的定义也存在激烈的争论,因为对一手和二手研究论文的批判性回顾表明,目前尚未达成完全共识。尽管一些现有的定义存在一些共同点,但各种细胞衍生物都被称作后生元的情况造成了巨大的知识空白,使得不同研究结果之间的比较变得不可行。例如,一些研究将益生菌发酵产生的无细胞上清液视为后生元(Dameshghian et al. 2024;Kim et al. 2024a;SAntana et al. 2024),而另一些研究则将热灭活的益生菌细胞(不含上清液)视为后生元(Kim et al. 2024b)。此外,一些作者将与上清液一起处理的灭活益生菌细胞视为后生元(Kim et al. 2023;Xu et al. 2023a , b)。
然而,在本综述中,我们将采用国际益生菌和益生元科学协会(ISAPP)广泛接受的定义作为标准,该定义指出“后生元是指由无生命微生物和/或其成分制成的、能对宿主产生健康益处的制剂”。采用ISAPP的定义并不意味着否定其他定义,而是承认命名问题是一个公开且持续的争论,不应成为当前该领域研究进展的主要障碍。作者还认为,除非世界卫生组织(WHO)、联合国粮农组织(FAO)或国际食品法典委员会(Codex Alimentarius)等国际监管机构制定出全球通用的定义,否则ISAPP(一个致力于推进益生菌、益生元及相关物质科学发展的科学专家联盟)的意见将比世界各地各个独立实验室的意见更为客观。此外,考虑到“后生元”仍然是一个相对较新的概念,因此有必要制定一个更具包容性的定义,将后生元视为热杀死的益生菌、热灭活的益生菌、幽灵益生菌、非活性益生菌、副益生菌、细胞碎片、细胞裂解物和无细胞上清液的统称。
如前所述,后生元的主要优势在于,尽管它们并非“活性”物质,却能发挥促进健康的功效,从而消除了人们对免疫功能低下人群使用后生元可能产生不良影响的担忧(Sabahi et al. 2023 ; Sadeghi et al. 2023)。与益生菌相比,使用后生元还能最大限度地降低抗生素耐药性的潜在风险,并且在加工和储存过程中更加稳定(Sabahi et al. 2023)。后生元的健康益处被认为是多效性的,这些益处是通过与宿主系统、宿主肠道微生物群或二者的直接相互作用而产生的(Uhlig et al. 2023)。此外,后生元的各种生物活性主要取决于其组成成分,包括细菌素、细胞壁成分、酶、胞外多糖、有机酸、肽聚糖、短链脂肪酸(SCFA)和其他可溶性生物活性化合物(Mehta et al. 2023 ; Sadeghi et al. 2023)。因此,由活细胞或任何纯化形式的代谢物成分引起的生物活性不能被视为后生元活性所致。此外,这些成分协同作用可产生多种局部益处,包括抗炎、抗菌和免疫调节作用,以及对宿主生理功能的全身性作用,例如抗肥胖、抗增殖、降血压和降胆固醇作用(Aguilar-Toalá et al. 2018)。在这方面,各种实验和临床研究已经证明,后生元制剂能够改善人类(Fang et al. 2023;Rui et al. 2024)和其他动物(如家禽(Johnson et al. 2019;Chaney et al. 2023)、牛(Ríus et al. 2022;Dai et al. 2024))的各种疾病状况或调节体内平衡。
与人们普遍认为后生元制剂通常来源于益生菌,尤其是乳杆菌属和双歧杆菌属的观点相反,一些不被系统归类为益生菌的酵母菌(Xu等,2023a;Dai等,2024)和丝状真菌(Jasim等,2022)也能产生有益健康的后生元。因此,凭借其诸多益处和广泛用途,各种后生元产品目前在全球范围内取得了显著的成功。这些产品包括人类和动物的后生元补充剂、人类化妆品,以及食品/饮料配方和包装中的关键成分。根据Allied Market Research(2021)的数据,2021年全球后生元市场规模估计为16亿美元,预计未来十年将以6.8%的复合年增长率增长至30亿美元。
尽管后生元是一个新兴领域,但已有许多综述文章对此进行了探讨,不过这些文章大多侧重于后生元的生产、加工和健康益处。然而,其中一些文章的研究范围有限,尤其是在对“后生元”一词的定义不够明确方面。此外,这类生物制剂的工业应用性和经济潜力也鲜有关注。因此,在解决了命名上的矛盾之后,本文旨在通过批判性地分析近期关于后生元概念的文献,弥补上述研究空白,尤其关注其广泛的来源微生物、加工工艺、生化组成及其生物活性。此外,本文还评估了后生元的当前和潜在工业用途、商业潜力,并简要概述了相关专利情况。最后,本文还指出了后生元概念面临的相关挑战和局限性,并提出了可能的解决方案和未来展望。
益生菌到后生元
根据国际应用蛋白质组学协会(ISAPP)的定义,益生菌是“活的微生物,当摄入足够量时,能对宿主产生健康益处”。这些有益微生物主要来源于发酵食品,以及鱼类(水产养殖)、人类和动物的肠道菌群,它们都含有大量菌株特异性的益生菌(Cai et al. 2019)。益生菌大多是乳酸菌(LAB),包括乳杆菌属( Zhang et al. 2020)、乳球菌属(Saeed et al. 2023) 、明串珠菌属(Alan et al. 2022)和双歧杆菌属(Alan et al. 2022)的成员。然而,酵母和真菌等真核生物也被证实具有益生菌的功效,尤其是酵母益生菌酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)和布拉氏酵母菌( S. boulardii),它们能产生多种有益健康的代谢产物(Fu et al. 2023)。近年来,一些丝状真菌作为益生菌的潜力也备受关注;例如,黑曲霉(Aspergillus niger)可作为水产养殖饲料中的促生长成分(Jasim et al. 2022)。益生菌的益处包括:抵御病原体(Popova 等,2012 年)、免疫调节以帮助调节宿主的免疫反应(Azad 等,2018 年)、缓解乳糖不耐受(Gingold-Belfer 等,2020 年)、预防龋齿(Shi 等,2023 年)、辅助治疗高胆固醇血症、癌症和高血压(Latif 等,2023 年)以及维持肠道菌群和肠道屏障功能(Liu 等,2024 年)。
近年来,人们对益生菌的动态和机制有了更深入的了解,这促使人们逐渐从使用活益生菌培养物转向使用其非活性代谢产物,即通常所说的后生元。研究表明,微生物的活性并非获得功能性益生菌健康益处的必要条件。在此背景下,Zhang等人(2022)比较了益生菌青春双歧杆菌B8589及其衍生的后生元的效果,发现两者均能改善疾病表型,从而凸显了后生元作为下一代生物疗法的潜力。由于人们开始担忧食用活的益生菌可能带来的健康风险,后生元的应用趋势持续增长。这些风险包括抗生素耐药基因(ARGs)、由于产品保质期内活菌数量减少而导致的储存潜力有限(Tingirikari 等,2024),以及可能对免疫功能低下者、胃肠道屏障功能异常患者、术后患者和早产儿等高危人群体内抗炎细胞因子和促炎细胞因子之间的平衡产生负面影响(Siciliano 等,2021;Tingirikari 等,2024)。尽管许多益生菌已被授予 GRAS(公认安全)认证,但仍有抗生素耐药基因(ARGs)水平转移的案例记录。例如,Baumgardner 等人报道了抗菌素耐药性(AMR)基因的转移。 (2021)一项研究利用PCR筛选商业动物益生菌中已知的抗菌药物耐药基因(如tetM、ermB、sul1和dfrG等),发现47种益生菌中超过90%至少含有一种抗菌药物耐药基因,从而增加了抗菌药物耐药基因向胃肠道菌群传播的可能性。同样,从50种益生菌产品中分离出的芽孢杆菌属菌株也表现出对林可霉素和四环素的耐药性(Deng等,2021)。Tian等(2024 )的另一项研究发现,乳杆菌益生菌中的链霉素耐药性在与人肠道细胞Caco-2共培养时,能够高度转移至代表性细菌粪肠球菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌,表明其有可能提高肠道菌群中抗菌药物耐药基因的传播率。 Eze等人( 2024 )近期报道了一例更为严重的病例,凸显了益生菌的不良反应。该病例是一名79岁患者,有长期服用益生菌的病史,最终导致耐药菌株的出现。乳酸杆菌菌血症患者对抗生素治疗无效,最终因多种并发症导致死亡。此外,后生元因其在加工和储存过程中卓越的稳定性而备受青睐,而这正是活性益生菌面临的主要挑战之一。因此,后生元在冷链不可靠、可能依赖常温储存的地区更具应用价值(Salminen et al. 2021 )。Arrioja-Bretón et al. ( 2020 )的研究也强调了这一优势,他们评估了乳酸菌来源的后生元在不同储存条件(15℃、25℃和35℃)下的稳定性。研究结果表明,在15-25℃下储存时,后生元的生物活性最高,这凸显了常温有利于后生元功能的保存。
此外,益生菌发酵过程中产生的胞外分泌物可回收后生元制剂;因此,从功能角度来看,后生元的加工要求较低(Blazheva et al. 2022)。除了易于加工和稳定性好之外,后生元的安全剂量限制和独特的化学结构也增强了其作为人类和动物功能性生物产品的应用(Mohammed and Çon 2024)。因此,人们已从细菌、酵母和丝状真菌中制备了多种后生元(表 1 )。大多数后生元来源于乳杆菌属和双歧杆菌属并不令人意外,因为这两个属的细菌在发酵过程中分别主要产生有益的有机酸和短链脂肪酸的特性已被充分证实。然而,人们也利用其他属的细菌,例如芽孢杆菌属、肠球菌属和链球菌属的菌株,制备了多种后生元(表 1)。尽管已证实多种酵母菌,例如汉逊德巴利酵母( Debaryomyces hansenii)(Angulo等人,2020)、马克斯克鲁维酵母( Kluyveromyces marxianus)(Nag等人,2023)和库德里亚夫采夫毕赤酵母(Pichia kudriavzevii)(Zhang等人,2023),具有生产后生元的能力,但研究主要集中在酿酒酵母来源的后生元的组成和生物活性方面。另一方面,曲霉属( Aspergillus)、青霉属(Penicillium)以及冬虫夏草属(Cordyceps)和栓菌属(Phellinus)等真菌也已证实能够生产和表征后生元(Seidler等人,2024)。
表1。
源自各种益生菌微生物的后生元益生菌后生元成分参考细菌解淀粉芽孢杆菌J苯乳酸、乳酸、乙酸、丁酸、丙酸、戊酸、酚酸、阿魏酸Tong等人,2023凝结芽孢杆菌GBI-30肉豆蔻酸/癸酸/棕榈酸/硬脂酸、半胱氨酸、色氨酸、酪氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸和黄素腺嘌呤二核苷酸Aguilar-Toalá等人,2020贝莱斯芽孢杆菌Kh2-2乙酸、丙酸、异丁酸、异戊酸、戊酸Chen等人,2023贝莱斯芽孢杆菌KMU01苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、γ-氨基丁酸(GABA)、谷氨酰胺、胱氨酸、组氨酸、脯氨酸、精氨酸荣格等人。2022 年;陈等人。2023年长双歧杆菌CECT-7347全细胞后生元Martorell等人,2021短双歧杆菌 BB091109 (NCIMB43992)β-葡聚糖Motei等人,2023乳双歧杆菌BB12亚油酸、胞外多糖(葡萄糖、半乳糖、葡萄糖醛酸、鼠李糖和木糖)、细菌素(26、45 和 95 kDa)Amiri等人,2021年粪肠球菌EFM2葡萄糖、5-溴-4-氯-3-吲哚基-β-葡萄糖苷、β-吡喃葡萄糖苷吲哚基、苯丙氨酸芳基酰胺酶、酪氨酸芳基酰胺酶、半乳糖、纤维二糖、麦芽糖、甘露糖苷酶、麦芽三糖、七叶苷水解、L-阿拉伯糖、亮氨酸芳基酰胺酶、吡咯烷酰基芳基酰胺酶、精氨酸 Kim等人, 2024a屎肠球菌NCIM 5593γ-氨基丁酸(GABA)Gangaraju等人,2022年粪肠球菌EK13肠毒素(EntA(P)/EK13、EntM/AL41、Ent4231、Ent7420、Ent55、Ent9296、Ent412 和 DurED26E/7)Zábolyová等人,2024干酪乳杆菌CRL 431肉豆蔻酸/癸酸/棕榈酸/硬脂酸、半胱氨酸、色氨酸、酪氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸和黄素腺嘌呤二核苷酸Aguilar-Toalá等人,2020瑞士乳杆菌H9乳酸、乙酸、琥珀酸、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、组氨酸、色氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、丝氨酸、酪氨酸、丙氨酸、精氨酸、甘氨酸、半胱氨酸Rozhkova等人,2023植物乳杆菌KM1苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、γ-氨基丁酸(GABA)、谷氨酰胺、胱氨酸、组氨酸、脯氨酸、精氨酸Jung等人,2022副干酪乳杆菌ABK乳酸、乙酸、琥珀酸、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、组氨酸、色氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、丝氨酸、酪氨酸、丙氨酸、精氨酸、甘氨酸、半胱氨酸Rozhkova等人,2023植物乳杆菌SN4苯乳酸、乳酸、乙酸、丁酸、丙酸、戊酸、酚酸、阿魏酸Tong等人,2023乳酸杆菌克菲尔 LK1葡萄糖、5-溴-4-氯-3-吲哚基-β-葡萄糖苷、β-吡喃半乳糖苷吲哚基、苯丙氨酸芳基酰胺酶、酪氨酸芳基酰胺酶、5-溴-4-氯-3-吲哚基-α-半乳糖苷、阿拉伯糖、熊果苷、L-脯氨酸芳基酰胺酶、Ala-Phe-Pro-芳基酰胺酶、苯基膦酸酯Kim等人,2024a中港乳酸菌CAU 1447乳酸、乙酸、天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、丝氨酸、谷氨酰胺、组氨酸、甘氨酸、丙氨酸、γ-氨基丁酸(GABA)、缬氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、脯氨酸、己酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈油酸、硬脂酸、油酸、亚油酸Nam等人,2021年乳酸乳球菌乳脂亚种WA2-67加拉维星 A、加拉维星 Q、乳链菌肽 Z、乳链菌肽 AFeito等人,2023肠膜明串珠菌(A4X、Z36P、B12 和 O9)葡聚糖、甘露醇、低聚糖、核黄素(维生素B2)Zarour等人,2024假肠膜明串珠菌(Y4、Y6、Y20、Y49 和 Y51)马来酸、柠檬酸、酒石酸、丙酮酸、苹果酸、琥珀酸、富马酸、乙酸、乙偶姻、2,3-丁二醇Ala n 等人,2022 年肠膜明串珠菌J.27乳酸、乙酸、柠檬酸、硼酸、琥珀酸、甲基琥珀酸、氨基丙二酸、甘油酸、缬氨酸、丙氨酸、赖氨酸、甘氨酸、酪胺、苏氨酸、葡萄糖、阿洛糖、木糖醇、蔗糖、磷酸、甘油-3-磷酸、肌醇Toushik等人,2022年乳酸片球菌(B-LC-20)没食子酸、原儿茶酸、原花青素B2、儿茶素、4-羟基苯甲酸、丁香酸、表儿茶素、咖啡酸、绿原酸、2,5-二羟基苯甲酸、对香豆酸、阿魏酸、芦丁、槲皮素-3-葡萄糖苷、山奈酚-3-葡萄糖苷、杨梅素、槲皮素、木犀草素、山奈酚、丙炔酸、甲酸、乙酸、丙酸、2-甲基丙酸、丁酸、3-甲基丁酸İnci Li 等人,2021 年乳酸片球菌(B-LC-20,Bactoferm)亚麻酸、2-丙炔酸、乙酸、丙酸、2-甲基丙酸、丁酸、2-甲基丁酸、戊酸、乳酸、辛酸、癸酸、3-苯基-2-丙烯酸、α-羟基苯丙酸、十二烷酸、丙酸乙酯、2-羟基甲基丙酸酯、丁酸乙酯、乙酸丁酯、戊酸乙酯、乙醇、白藜芦醇、山奈酚-3-葡萄糖苷İnci Li 等人,2021 年无乳链球菌FGM富马酸、丙酮酸、亚油酸、苯乳酸、酒石酸、木糖、乳酸、高香草酸、吲哚乳酸、甘油醛、马来酸、羟基苯乳酸、苯丙酮酸、酮亮氨酸、3-甲基-2-氧代戊酸、果糖、戊二酸、N-乙酰色氨酸、脯氨酸、肌酸、谷氨酰丙氨酸、谷氨酸、色氨酸、天冬酰胺、葡糖二酸、柠檬酸苹果酸、氨基己酸、苯丙氨酸、葡萄糖、核酮糖、N-乙酰天冬氨酸、2-甲基丁酰肉碱、丁酰肉碱、N-乙酰丙氨酸、辛二酸、甲基半胱氨酸、甘氨酰脯氨酸、3-羟基丁酸、二甲基甘氨酸氧代己二酸、4-羟基苯甲酸、异柠檬酸、丙二酸顾等人,2024唾液链球菌K12唾液杆菌素A,唾液杆菌素BDo等人,2024酵母布氏酵母N-丙烯酰甘氨酸、N6-乙酰-L-赖氨酸、N-乙酰组氨酸、N-甲基丙氨酸、对氨基苯甲酸、酪醇、甘油磷酸胆碱、1-氨基环丙烷羧酸、2-羟基-4-甲基戊酸、莽草酸、烟酸、吲哚乙醛、血清素、吲哚丙酮酸、L-3-苯乳酸Fu等人,2023酿酒酵母变种。布拉氏菌NCYC 3264琥珀酸、D-葡萄糖、1,3-二氧戊环、苯乙醇、苯丙胺、2-戊酸、苯乙酸、对伞花烃、羟基肉桂酸、L-亮氨酰甘氨酸、DL-天冬氨酸、苯丙胺、柠檬酸、肉桂酸、L-丙氨酸、乙酸、2,4-二硝基-1-萘酚、喹啉、红霉素、香草酸、L-苯丙氨酸、维生素B6、羟胺、L-苯基异喹啉、L-脯氨酸、D-脯氨酸、丙酮酸、2,4-双(1,1-二甲基乙基)苯酚、富马酸、苹果酸Datta等人,2017酿酒酵母BY4742D-葡萄糖、柠檬酸、乳酸、琥珀酸、甘油、富马酸、苹果酸、缬氨酸、乙醇胺、异亮氨酸/亮氨酸、甘油、甘氨酸、尿嘧啶、丝氨酸、苏氨酸、高丝氨酸、赤藓糖醇、胞嘧啶、天冬氨酸、α-酮戊二酸、谷氨酸、苯丙氨酸、核糖、天冬酰胺、2-氨基己二酸、乳清酸、1-磷酸甘油酯、谷氨酰胺、N-乙酰谷氨酸、鸟氨酸、赖氨酸、甘露醇、酪氨酸、肌醇、5-磷酸木酮糖、6-磷酸葡萄糖Datta等人,2017酿酒酵母 KU200270、KU200280β-葡聚糖、谷胱甘肽 (GSH)、二硫化谷胱甘肽 (GSSG)、L-鸟氨酸、亚精胺、酯酶、酯酶脂肪酶、亮氨酸芳基酰胺酶、缬氨酸芳基酰胺酶、胱氨酸芳基酰胺酶、胰蛋白酶、酸性磷酸酶、萘酚-AS-BI-磷酸水解酶、α-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷酶、β-葡萄糖醛酸酶、α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶、α-甘露糖苷酶、α-岩藻糖苷酶Lee 等人,2019a真菌黄曲霉2,4-己二烯酸甲酯,1,4-二苯基丁-3-烯-2-醇,2-噻吩乙醇,5-(4,5-二氢-4,4-二甲基-2-噁唑基),苯酚,2,4-双(1,1-二甲基乙基),石竹-4(2),8(13)-二烯-5-醇,4h-1-苯并吡喃-4-酮,2-(3,4-二甲氧基苯基)-3,5-二羟基-7-甲氧基-,雄甾烷-11,17-二酮,3-[(三甲基硅基)氧基]-17-[邻-(苯基甲基)肟],(3a,5a),三环[4,3,1,1(3,8)]十一烷-3-羧酸,硅烷,三甲基(豆甾-5-烯-3β-氧基)-,胆甾烷-3-酮,环状 1,2-乙二基乙烷,*(5 a)-,库兰,16,17-二脱氢-,(20.xi.)-,邻苯二甲酸双(2-乙基己基)酯,环己烷,六亚乙基-(异构体 1)Alm Anaa等人,2021年蛹虫草糖醛酸、甘露糖、葡萄糖、半乳糖、α-葡聚糖、β-葡聚糖Kim等人,2023黄霉素山梨醇青霉素样代谢物Suh等人,2023裂蹄木层孔菌糖醛酸、鼠李糖、岩藻糖、阿拉伯糖、木糖、甘露糖、半乳糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸、葡萄糖、鼠李糖吡喃糖基、岩藻糖吡喃糖基、阿拉伯呋喃糖基、木糖吡喃糖基、半乳糖吡喃糖基、半乳糖吡喃糖苷Suh等人,2023在新标签页中打开
后生元的提取和加工
后生元提取和加工涉及多种技术,可根据应用需求和可用资源单独或组合使用(表 2)。这些生物制剂生产的第一步是回收发酵液(Tong et al. 2023)。在此之前,必须优化益生菌培养的各种发酵条件,以使其高效且有效地生产后生元。例如,底物的选择被认为是一个关键因素;人们普遍认为,使用商业培养基,尤其是MRS培养基,成本较高且不适用于规模化生产。有趣的是,多种替代底物,例如木寡糖和阿拉伯木寡糖,可以从甘蔗秸秆、麦麸和玉米秸秆等农业废弃物中提取,作为后生元生产的原料(Hu et al. 2016 ; Mathew et al. 2018 ; Wegh et al. 2019)。这些生物质通常储量丰富且成本低廉,可用于大规模生产后生元(Knob et al. 2014)。发酵后,后续加工步骤的选择主要取决于目标代谢物,可以是细胞内代谢物、细胞外代谢物或二者的组合。细胞内后生元和细胞外后生元加工的主要区别在于,前者需要进行初始细胞裂解以收集细胞内代谢物;而后者则无需此裂解步骤,因为所有代谢物都会分泌到发酵液中。
表2。
后生物质加工涉及的技术类别方法使用的试剂/技术原则参考提取方法化学介导
十二烷基硫酸钠(SDS)、盐酸、
极性溶剂(甲醇、乙醇和水),非极性溶剂(己烷和氯仿)利用特定化学物质破坏细胞壁,从而释放生物活性化合物。Mishra等人,2024a酶介导脂肪酶、蛋白酶、糖苷酶利用特定酶破坏细胞壁,从而释放生物活性化合物。Mishra等人,2024a机械的珠磨和超声波处理物理力破坏细胞结构,释放生物活性化合物Avramia 和 A Mariei 2022下游加工离心差速离心将细菌细胞与含有后生元代谢物的无细胞上清液分离。Nealon等人,2024色谱法薄层色谱、高效液相色谱、气相色谱基于固定相和流动相相互作用的后生元分离Mishra等人,2024a;Nealon等人,2024冷冻 冷冻干燥机采用非热法进行浓缩Nataraj等人,2020过滤微滤和纳滤过滤器用于去除较大的颗粒,同时允许较小的分子通过。Nataraj等人,2020在新标签页中打开
细胞裂解或破碎的各种技术包括酶法、化学法和机械法,每种方法都有其独特的优缺点(Grigorov et al. 2021)。例如,机械法如捣碎、超声处理和均质化等快速且适用于多种细胞,但通常需要发热设备,这可能会破坏热敏性代谢物的稳定性(Sun et al. 2023)。相比之下,酶法速度较慢且成本较高,但在温和的操作条件下更有可能保持敏感代谢物的完整性(Abbasi et al. 2021)。另一方面,化学法虽然高效且易于商业化规模化,但已被证明常常会导致后生元蛋白成分变性,并且还存在各种安全风险(Gomes et al. 2020)。
离心是所有类型后生元加工的常用起始步骤,其操作简便、提取效率高、回收率高等优点已得到证实(Thorakkattu et al. 2022)。通过离心,细胞/细胞碎片与代谢物分离,后者可进行后续加工(Paul Beulah And Rajasekar, 2023)。随后,可采用过滤来确保微生物细胞与含有代谢物的上清液完全分离,从而避免干扰下游加工,并提高代谢物的回收率(Lee et al. 2019b)。
Păcularu-Burada 和 Bahrim ( 2021 ) 强调了沉淀法在浓缩后生元制剂中可及蛋白质以及提高纯度方面的应用。透析也被认为是一种温和的方法,可以选择性地去除不需要的分子,并可用于维持敏感代谢物的功能和完整性 (Rad 等,2022 )。后生元代谢物的进一步加工方法还包括蒸发和/或冻干,这些方法可以浓缩产物,提高储存稳定性,并为后续的包埋、制粒、压实和喷雾干燥等功能性生物活性物质的制备做好准备 (Fang 和 Bhandari,2017 )。然而,在蒸发和冻干过程中,液体成分的去除可能会导致挥发性化合物的损失,而这些化合物通常对后生元的功能和生物活性至关重要 (Hijová,2024;Mishra 等,2024a )。
若不采用适当的分析方法对后生元制剂进行分析,则无法称得上是对后生元制剂进行全面评价和有效利用。后生元代谢物的鉴定通常采用色谱法,例如高效液相色谱(HPLC)和气相色谱(GC)。然而,薄层色谱(TLC)或柱色谱等基础技术在必要时也能提供一些初步信息(Zhou et al. 2024)。此外,核磁共振(NMR)波谱(Balaguer et al. 2022)、质谱(MS)(Zhou et al. 2024)和拉曼光谱(Aguilar-Toalá et al. 2020)等分析技术在表征后生元的生化组成方面也发挥了重要作用。研究还指出,结合光谱分析和色谱分离等互补分析技术,通常可以更全面地描述后生元特征(Segers et al. 2019)。然而,后生元的进一步下游加工和/或改性很大程度上取决于其最终的具体工业应用。例如,后生元已被用于补充发酵食品,如康普茶、酸菜和酸奶,这一过程被称为发酵产品整合(Prajapati et al. 2023 )。在另一个例子中,图1所示的协同效应 ……图1。
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后生物质生产工艺流程
后生元的生化组成
后生元的化学成分对于支持这些化合物引发的生物活性至关重要(Moradi et al. 2019)。此外,了解后生元的生化特性也至关重要,这在其吸收、代谢、排泄以及在宿主器官和组织中的分布过程中发挥着重要作用。不同微生物来源的后生元的生化组成差异很大,这与微生物来源的代谢能力密切相关,并且还取决于生长/发酵培养基的性质(Aguilar-Toalá et al. 2018)。尽管后生元含有多种不同比例的代谢物,但研究表明,活性最强的代谢物主要可分为短链脂肪酸(SCFAs)、酶、有机酸、脂质、多糖、肽、磷壁酸和肽聚糖。此外,维生素(包括维生素B)和叶酸也被发现是多种后生元制剂中含量可量化的关键成分(Zakrzewska等人,2022)。本综述前文已重点介绍了各种后生元制剂中化合物的广泛性和多样性(表 1);然而,必须指出的是,当这些化合物以纯化后的单一形式摄入时,就不能再将其视为后生元了。
短链脂肪酸
短链脂肪酸(SCFAs)是由1至6个碳原子组成的饱和脂肪族有机酸,其中乙酸、丙酸和丁酸是人体内最常见的短链脂肪酸(Markowiak-Kopeć和Śliżewska,2020)。它们被认为是微生物发酵过程中产生的最丰富的后生元成分,并已被证实是人体胃肠道稳态的重要调节因子(Ragavan和Hemalatha,2024)。此外,据报道,它们还具有多种生理功能,例如抗菌、免疫调节和抗氧化作用(Nataraj等,2020)。例如,丁酸等短链脂肪酸被认为可以抑制病原微生物的生长,其在粪便中的含量已被用作肠道健康状况的指标(Anand等,2016)。此外,一种市售后生元Hylak® forte的免疫调节活性主要归因于其短链脂肪酸(SCFAs)(Patil等,2019 )。该产品含有四种细菌菌株(嗜酸乳杆菌DSM 4149、瑞士乳杆菌DSM 4183、大肠杆菌DSM 4087和粪肠球菌DSM 4086)的多种代谢产物。在另一项研究中,Yilmaz等(2022)研究了源自四种乳酸菌(LABs)的后生元的抗菌活性,这四种乳酸菌分别是:肠膜明串珠菌乳脂亚种、乳酸片球菌、乳酸乳球菌乳酸亚种和嗜热链球菌,并鉴定出乙酸、丙酸和丁酸是主要的有机酸。研究表明,这些酸是有效的酸化剂,能够降低pH值,从而通过pH介导的应激和破坏微生物稳态来降低不耐酸病原体的存活率(Kareem等,2014)。Mishra等(2024b)指出,短链脂肪酸(SCFAs)还可以通过减少活性氧(ROS)和促炎细胞因子的生成来减轻炎症。
多糖和肽聚糖
多糖和肽聚糖是细菌细胞壁的关键成分,在后生元制剂中以胞外多糖的形式大量存在(Abbasi et al. 2023)。多糖分为同多糖和杂多糖,其具体性质因产生菌种和生产条件而异(Bhatia et al. 2024)。例如,葡聚糖是一种由α-(1,6)连接的D-吡喃葡萄糖组成的同多糖,被发现是肠膜明串珠菌后生元的主要成分,并表现出显著的抗炎特性。类似地,魏斯氏菌属、明串珠菌属、乳杆菌属和片球菌属产生的同多糖也被发现具有免疫调节和抗菌作用(Guérin et al. 2020)。已证实,后生元中含有多种多糖,包括寡糖,例如3′-半乳糖基乳糖(Toca等人,2023)、潘糖和麦芽三糖(Zarour等人,2024)。除多糖外,多种肽聚糖也被鉴定为后生元的组成成分。肽聚糖通常由交替的N-乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc)和N-乙酰胞壁酸(MurNAc)残基组成,对细胞壁的完整性、形状和刚性至关重要,尤其是在乳杆菌菌株和其他革兰氏阳性益生菌中(Zheng等人, 2024)。这些化合物的生物活性也已被报道;例如,来自鼠李糖乳杆菌GG的肽聚糖已被证实能够增强免疫反应并具有抗炎作用(Salva等人,2021)。同样,植物乳杆菌和双歧杆菌也能够产生具有类似健康促进作用的肽聚糖(Semenov,2021)。人们认为肽聚糖中的其他共聚物对其健康益处起着重要作用。根据Kolling等人(2018)的研究,它们的免疫原性可能归因于它们通过短肽链交联。例如,由肽链交联的交替GlcNAc和MurNAc单元组成的鼠李糖乳杆菌肽聚糖,在增强免疫功能的同时还能抑制致病菌(Walter和Mayer,2019) 。后生元中存在的单糖,例如阿拉伯糖、果糖、半乳糖、半乳糖醛酸、葡萄糖、甘露糖、鼠李糖和木糖,其有益作用也已被强调。例如,乳杆菌属和明串珠菌属产生的富含半乳糖醛酸的多糖(GAPs)已被证实能够调节肠道菌群和免疫系统(Zeidan等, 2017 )。此外,这些细菌来源的胞外多糖还具有显著的抗菌、抗氧化和抗糖尿病活性。Aliouche等( 2024 )的研究表明,源自植物乳杆菌O7S1的胞外多糖具有显著的抗糖尿病活性,其α-淀粉酶抑制率高达71.57%。后生元胞多糖也可用于减少肠道炎症。
酶和肽
人们认为,后生元制剂的生物活性可能部分归因于其酶成分。最近,植物乳杆菌(L. plantarum)在体内和体外清除自由基的能力被认为与其含有超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽/谷胱甘肽还原酶等抗氧化酶有关(Abdel Tawab等,2023)。同样,后生元酶,如谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-px)、SOD、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)氧化酶和NADH过氧化物酶,也被报道具有显著的抗氧化和抗菌作用(Aguilar-Toalá等,2018)。例如,Alan等(2022)评估了GSH-px和CAT的酶活性,并强调了益生菌假肠膜明串珠菌(Leuconostoc pseudomesenteroides,后生元的来源)的有益抗氧化系统功能。乳酸杆菌副干酪的无细胞提取物(后生元)在浓度为 2395 μg/g 时也表现出显著的脂肪分解活性,生化分析表明其含有抗氧化酶 SOD、CAT 和 GSH-px(Osman 等,2021)。此外,许多后生元制剂含有 β-半乳糖苷酶(也称乳糖酶),可显著改善乳糖不耐受患者的症状(Jansson-Knodell 等,2022)。肽是后生元的重要组成部分,是由微生物产生的氨基酸链;它们的大小、特定序列和生物活性差异很大(Chaudhary 等,2024)。肽的种类繁多,从二肽到长多肽链均有涵盖。例如,鼠李糖乳杆菌GG分泌的肽NPSRQERR和PDENK已被公认为后生元肽(Kathayat等,2021)。这些肽大多具有促进肠道健康和/或抗菌活性。例如,研究发现罗伊氏乳杆菌的后生元含有多种生物活性肽,能够支持肠道菌群平衡(Peluzio等,2021)。此外,Roux等(2022 )发现,嗜热链球菌来源的后生元含有能够促进乳糖消化、促进肠道健康并支持免疫系统功能的肽。这些肽中一些因其对不同病原体的抗菌活性而备受关注的例子包括:乳酸乳球菌产生的34个氨基酸肽——乳酸链球菌素;以及嗜酸乳杆菌产生的小肽——乳酸菌素B。以及来自粪肠球菌的肠球菌素,一种 3–5 kDa 的肽。(Vukomanović 等,2017;Abd-Elwahed 等,2023 )。此外,来自植物乳杆菌的分子量为 6 kDa 的细菌素 29也表现出抗菌活性(Moradi 等,2020)。
磷壁酸
磷壁酸是存在于大多数革兰氏阳性菌细胞壁、荚膜和细胞膜中的阴离子聚合物,通常由磷酸甘油酯或磷酸核糖醇酯组成(Balaguer et al. 2022)。这些化合物被认为是多糖衍生物,具有良好的免疫调节特性(van der Es et al. 2017)。作为后生元的重要组成部分,磷壁酸是益生菌的代谢产物或细胞成分;因此,许多益生菌,包括乳杆菌属和双歧杆菌属,都能产生具有健康益处的磷壁酸。磷壁酸主要分为两大类:脂磷壁酸和壁磷壁酸,两者在免疫调节和肠道定植方面均具有显著的生物活性,尤其是在乳杆菌属中(Shiraishi et al. 2016)。例如,鼠李糖乳杆菌GG来源的后生元中的磷壁酸能够调节小鼠结肠炎模型的免疫反应并减轻炎症。类似地, 据报道,植物乳杆菌中的脂磷壁酸可通过抑制白细胞介素-8的产生,对人肠道上皮细胞发挥抗炎作用(Noh等,2015)。此外,植物乳杆菌MTCC 5690、发酵乳杆菌MTCC 5689和鼠李糖乳杆菌GG中的脂磷壁酸均已被证实对宿主免疫系统具有多种有益作用(Pradhan等,2023)。
后生元生物活性
后生元不仅影响人体胃肠道并促进肠道健康,还能带来潜在的益处,例如缓解和预防与心脏、肝脏和胰腺相关的疾病(Rad et al. 2021b ; Rad et al. 2022)。大量体外和体内研究已证实后生元对多种健康状况具有改善作用,包括感染、心血管疾病、糖尿病、高血压和皮肤健康(图 2)。这些健康益处是通过多种机制实现的,例如改变肠道菌群、增强免疫反应、抑制细胞增殖、抗氧化以及直接诱导细胞凋亡(Chuah et al. 2019)。后生元的调节作用归因于其代谢副产物及其细胞成分,正如本文前面所述(表1 )。图2。
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后生元的有益生物活性
抗氧化剂
体外和体内研究均报道了多种后生元制剂具有强大的抗氧化特性(Qiao et al. 2024 ; Yousefvand et al. 2024)。人们认为,这些抗氧化能力可能有助于肠道菌群从菌群失调中恢复和平衡,而菌群失调通常是由摄入的各种物质引起的,例如色素、防腐剂和具有一定抗菌作用的药物(Beres et al. 2020)。除了这些外源性应激因素外,人体菌群还会暴露于内源性自由基,这些自由基会进一步损害健康,导致氧化应激,进而引发多种慢性疾病,例如心血管疾病、糖尿病和神经退行性疾病(Blazheva et al. 2022)。
后生元的抗氧化能力主要归功于细胞抗氧化酶谷胱甘肽过氧化物酶 (GPx) 和过氧化氢酶 (CAT),它们是细胞的第一道防线 (Alan et al. 2022 )。Kang 等人 ( 2021 ) 的一项研究强调了源自双歧杆菌MG731 的热灭活后生元的抗氧化潜力,其具有较高的 2,2-二苯基-1-苦基肼 (DPPH) 自由基清除活性 (90%)。同样,源自乳双歧杆菌MG741 的后生元也表现出显著的 ABTS 自由基清除活性 (99.5%),这归因于后生元中的抗氧化酶。此外,由于后生元具有清除损伤皮肤的活性氧 (ROS) 的活性,其在化妆品中的应用日益普及。Lee 等人的研究也强调了这一点。 (2024 )年的一项研究评估了源自短乳杆菌BK3的后生元的抗氧化和改善皱纹的活性,结果显示其对DPPH和ABTS自由基的清除率分别高达30.97%和46.65%。这些后生元的抗氧化能力远不止于皮肤表面,据报道还能增强瘤胃屏障功能。Izuddin等人(2020 )观察到了这一点,他们发现植物乳杆菌产生的后生元能够提高断奶羔羊瘤胃血清中谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)的含量,从而增强抗氧化活性,凸显了其在维持瘤胃屏障功能方面的潜力。此外,据报道,抗氧化后生元还能减轻溃疡性结肠炎的症状。Rezaie等人(2024)的研究也证实了这一点。 ( 2025 ) 年开展了一项针对葡聚糖诱导结肠炎小鼠的体内研究,结果表明,接受抗氧化后生元混合物治疗的小鼠疾病活动指数较低,肠道质量和长度均增加(p < 0.05)。这凸显了后生元制剂作为一种有前景的生物治疗剂的潜力,其在多个靶点均具有增强的抗氧化活性。
消炎(药
炎症是免疫系统对损伤或感染等有害刺激的反应(Rivera-Jiménez et al. 2022)。然而,许多研究表明,服用后生元可以缓解炎症。例如,Rezaie et al.(2024 )研究了多种乳杆菌和双歧杆菌后生元混合物的有效性,结果表明这些制剂能显著降低促炎细胞因子水平并增加抗炎细胞因子水平。同样,研究发现,摄入德氏乳杆菌CIDCA 133可通过提高抗炎细胞因子TGFβ的水平和降低炎症标志物的表达,在结肠炎小鼠中发挥免疫调节作用(dos Santos et al. 2024)。据报道,后生元制剂中的代谢产物能够抑制有害微生物的生长,并降低这些微生物诱导产生的炎症细胞因子水平。Chung等人(2022)的研究表明,后生元复合物(瑞士乳杆菌HY7801和乳酸乳球菌HY449)能够调节炎症细胞因子IL-8,同时对皮肤病原体金黄色葡萄球菌和痤疮丙酸杆菌具有活性。上述实例展现了后生元来源具有良好的抗炎特性,从肠道炎症(结肠炎)到皮肤炎症,凸显了其作为外用制剂和口服生物治疗剂的潜力,并能保持其整体活性。
抗糖尿病
由于人类肠道菌群与肠-脑轴(包括肠神经系统)之间存在着有趣的相互作用,后生元被认为是糖尿病并发症的管理策略之一(Kim et al. 2024b)。后生元成分,尤其是短链脂肪酸(SCFAs),如乙酸、丙酸和丁酸,已被证实可通过维持肠道稳态和调节葡萄糖代谢来缓解2型糖尿病(Kim et al. 2024b)。同样,富含γ-氨基丁酸(GABA)的后生元可改善糖尿病小鼠模型的代谢指标(Abdelazez et al. 2022)。Beteri等人也报道了类似的结果。Beteri等人(2024)的研究表明,富含短双歧杆菌091109胞外多糖和短链脂肪酸的后生元能够显著提高GLP-1和PYY的生成,进而增加胰岛素分泌和糖化血红蛋白(HbA1c)水平,凸显了其在缓解糖尿病前期患者症状方面的巨大潜力。近期,Beteri等人(2024 )在一项针对糖尿病前期志愿者的临床试验中,同时使用了短双歧杆菌的半乳多糖和胞外多糖后生元,并报告丁酸产生菌数量显著增加,表明其在以微创方式治疗糖尿病前期方面具有潜在应用价值。
抗肥胖活性
研究发现,摄入后生元,尤其是益生菌(如贝莱斯芽孢杆菌)的无细胞上清液,可通过降低血液胆固醇、脂肪组织和体重来发挥抗肥胖作用(Shin et al. 2024)。此外,乳酸菌(LKDH5菌株)发酵产生的后生元已被证实能够减轻高脂饮食引起的体重增加、脂肪组织堆积和血浆甘油三酯水平升高,这些都与肠道菌群的有利变化有关,进一步支持了后生元通过调节微生物群落影响代谢健康的假说(Youn et al. 2022 )。婴儿双歧杆菌的后生元制剂被描述为含有多种短链、中链和长链脂肪酸,这些脂肪酸可能通过促进白色脂肪细胞的“褐变”来诱导产热(Rahman et al. 2023)。一些证据表明,补充后生元可能有助于改善情绪、减轻疲劳并提高运动员在运动训练中的准备度(Kerksick等,2024 )。此外,在仔猪、小鼠和大鼠等动物中补充后生元,特别是来自植物乳杆菌I-UL4的后生元,已被证明可以改变代谢活动,尤其是葡萄糖稳态(Lin等, 2020)。研究后生元对大鼠的影响也阐明了其在调节胆固醇水平、促进生长和影响胃肠道pH值方面的作用,其中短链脂肪酸,如丁酸和丙酸,与改善饥饿控制和增强能量代谢有关(Li等, 2018;Song等,2019)。
免疫调节
多项研究表明,后生元具有免疫调节能力,可通过不同的生物学机制刺激先天性和适应性免疫系统(Rocchetti et al. 2024 ; Salva et al. 2021 ; Xin et al. 2024)。特别是,后生元可与免疫细胞相互作用,进而加速有益细胞因子的产生(Azad et al . 2018)。此外,后生元的免疫调节作用还可通过调节Th17/Treg平衡来实现(Xin et al. 2024),增强IL-10和TNF-α的产生,改变人巨噬细胞中的细胞因子模式,并减弱TNF-α和IL-8的转录激活和分泌(Rocchetti et al. 2024)。研究发现,源自鼠李糖乳杆菌、罗伊氏乳杆菌和动物双歧杆菌乳亚种的后生元具有显著的免疫调节作用,其活性可与活益生菌菌株相媲美(Yeşilyurt et al. 2021 ; Zago et al. 2021)。Salva等人(2021 )的研究也强调,与活菌相比,源自鼠李糖乳杆菌的后生元不仅安全性更高,而且还表现出更强的免疫调节活性。此外,研究还表明,后生元中短链脂肪酸含量的增加可能与机会性大肠杆菌和拟杆菌呈负相关,从而影响其对肠道菌群的调节作用(Szydłowska and Sionek, 2022)。据报道,来自詹氏乳杆菌TL2937的后生元可通过改变肠道上皮组织的基因组反应来减少葡聚糖硫酸钠诱导的小鼠结肠炎(Sato 等人,2020)。
降血压和降胆固醇活性
后生元正逐渐成为一种有前景的降压疗法,因为有证据表明,后生元是某些益生菌降压活性的主要来源。植物乳杆菌在营养疗法中降低血压的能力部分归因于其所含的后生元(Robles-Vera等,2017)。后生元中的短链脂肪酸(SCFA)成分,例如丁酸和丙酸,已被证实与血压管理密切相关,并且人们认为它们可以增强内皮功能并减轻炎症(Tain等,2023)。据Wang等(2017)报道,短链脂肪酸丁酸钠可通过肾素-血管紧张素系统通路降低血压,特别是通过抑制肾内肾素-血管紧张素系统来降低血压,而肾内肾素-血管紧张素系统在血管紧张素II诱导的高血压中会升高血压。同样,富含胞外多糖的植物乳杆菌( L. plantarum)后生元也因其显著的降血压活性而备受关注(Gezginç et al. 2022)。后生元也已成为治疗高胆固醇血症的潜在有效药物。研究表明,它们能够像益生菌一样有效降低总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇水平。特别是,嗜酸乳杆菌CL1285、植物乳杆菌和罗伊氏乳杆菌的后生元已证实具有显著的降胆固醇能力(Frappier et al. 2022)。这些降胆固醇作用背后的机制是多方面的。例如,胞壁酰二肽(MDP)是细菌细胞壁的组成成分,在脂质代谢调节和刺激免疫防御方面发挥作用(Park et al. 2017)。此外,后生元代谢物如短链脂肪酸可抑制胆固醇合成并增强胆汁酸排泄,而细菌素也可降低胆固醇水平(Wegh 等人,2019)。
抗菌和抗增殖活性
后生元含有多种生物活性代谢物,包括细菌素、有机酸、过氧化氢和脂肪酸,这些物质均具有显著的抗菌潜力,能够裂解细菌(Moradi et al. 2019)。这些可溶性生物活性抗菌剂的组成及其有效性会因所用菌株和发酵条件等因素而异(Ooi et al. 2021)。例如,Tong et al.(2023)评估了固态发酵所得后生元对大肠杆菌的抑制活性,发现其活性会因菌株组合、培养温度和发酵液含水量的不同而有所差异。后生元对真菌的抗菌作用也已被证实。例如,Ebrahimi et al.(2021 )报道了昆氏乳杆菌(Apilactobacillus kunkeei)后生元的抗真菌毒素生成能力以及对白色念珠菌的体内抑制作用。鉴于功能性益生菌的最新发展趋势,后生元可能成为食品和制药行业应对抗生素耐药性的一种有前景的替代方案(Hossain et al. 2021)。不受控制的细胞增殖已被认为是人体多种癌症的标志之一。此前已有报道称,大量益生菌(例如乳酸菌)能够影响与多种癌症相关的癌变过程(Motevaseli et al. 2017)。然而,源自多种益生菌的后生元因其显著的细胞毒性,已在新癌症治疗策略中展现出有效的治疗潜力(Dameshghian et al. 2024 )。Nowak等人( 2022 )阐明了多种乳酸菌后生元的抗增殖作用机制,发现其对Caco-2和HeLa细胞具有更强的抑制活性;此外,在植物乳杆菌和短乳杆菌的培养上清液中也观察到了细胞凋亡。同样,源自短双歧杆菌的后生元对 HT-29 细胞的影响非常显著,突显了其抗增殖、抗迁移和凋亡相关作用(Erfanian 等人,2024)。
后生元的工业应用
后生元作为益生菌的代谢副产物或组成成分,为开发具有增强功能和促进健康的创新产品提供了一条新途径。如前所述,多项研究已证实后生元制剂的有效性和功效与更常见的益生菌和益生元相当。鉴于后生元产品对各行业的潜在影响,其在食品饮料、制药、兽药和化妆品等行业的应用持续受到广泛关注。因此,本节将综述后生元的当前和潜在工业应用,以及它们在促进高附加值产品开发和满足消费者对天然、功能性和可持续解决方案不断变化的需求方面所发挥的作用。
餐饮
将后生元用作天然或生物防腐剂、食品补充剂、富含后生元的功能性食品以及食品配方中的生物活性化合物,符合消费者对清洁标签产品日益增长的偏好以及行业对可持续和环保成分的追求(Poeta et al. 2023 ; Mishra et al. 2024a)。这是因为人们越来越关注传统食品防腐剂(如丁基羟基茴香醚 (BHA) 和丁基羟基甲苯 (BHT))以及亚硝酸盐、硝酸盐和亚硫酸盐的潜在长期影响和个体敏感性(Lalani et al. 2024)。例如,研究表明,植物乳杆菌菌株的无细胞上清液可作为有效的生物防腐剂,用于保存被 粪肠球菌711污染的鸡胸肉片,使其保持一周以上的完整性(da Silva Sabo等,2017 )。同样,以100 mg/g剂量添加鼠李糖乳杆菌EMCC 1105的后生元制剂可显著降低鸡肉糜中产气荚膜梭菌的数量 (Hamad等,2020 )。后生元在非肉类产品的保鲜方面也展现出潜力,例如,植物乳杆菌YML007的无细胞上清液对大豆籽粒具有防腐作用(Ahmad等,2013)。此外,后生元已被用于补充发酵食品,例如酸奶,以增强最终产品的感官特性和营养价值(Huang et al. 2020)。这与以下假设相符:发酵食品(包括康普茶、泡菜、克非尔、天贝和酸奶)的健康促进作用可能归因于其后生元含量(Gill And Staudacher 2023;Isaac-Bamgboye et al. 2024)。一个值得注意的例子是,将乳酸菌(Lactarius volemus Fr.)的后生元提取物添加到益生菌酸奶中,显著提高了酸奶的保水性、必需氨基酸含量和整体品质(Huang et al. 2020)。研究表明,后生元还能增强食品包装材料的功能特性,防止食品腐败并延长保质期(Shafipour Yordshahi et al. 2020)。这些增强的功能特性被认为主要归因于各种后生元中的抗菌肽、细菌素和有机酸成分(Moradi et al. 2020) 。另一项研究表明,将浓度为21.21%的冻干植物乳杆菌后生元浸渍到由细菌纳米纤维素制成的生物基包装材料中,可降低包装内肉制品中的嗜温菌和嗜冷菌总数以及脂质过氧化水平(Shafipour Yordshahi等,2020)。此外,在壳聚糖中添加乳酸片球菌后生元也降低了包装内鸡胸肉片中的总活菌数、乳酸菌和嗜冷菌数量,从而延长了保质期约12天(İncili等,2021)。
制药行业
制药行业对利用后生元开发新型治疗药物和药物递送系统表现出浓厚的兴趣(Heniedy et al. 2024),因为后生元具有多种生物活性,正如本文前文所述。特别是,来自不同来源的后生元的抗增殖活性引起了人们对其在癌症治疗领域应用潜力的极大关注(Rad et al. 2021a )。Aghebati-Maleki et al.( 2021 )指出,后生元可能通过调节免疫反应、诱导内源性和外源性凋亡途径、抑制癌细胞侵袭、减少血管生成、降低细胞增殖以及延缓细胞周期进程等机制发挥作用。例如,源自德氏乳杆菌 OLL1073R-1的后生元可通过与树突状细胞和巨噬细胞相互作用,增强T细胞和NK细胞的增殖并调节免疫反应,从而展现出其抵抗肿瘤细胞的能力(Makino等,2016)。此外,源自不同植物乳杆菌菌株的后生元对人结直肠腺癌细胞(HT-29)和一些悬浮癌细胞(K562和HL60)表现出显著的抗增殖作用(Chuah等,2019)。后生元还具有显著的抗菌活性,因此有望应用于制药行业抗生素的制剂中(Hossain等,2021;Ishikawa等,2021;Azami等,2022)。它们的抗菌作用主要归因于不同成分抑制群体感应活性、抑制病原体间的社交接触和通讯的能力,从而中断生物膜的形成并分散已存在的生物膜(Ishikawa et al. 2021 ; Azami et al. 2022)。有趣的是,源自植物乳杆菌( L. plantarum) 和 弯曲乳杆菌(Latilactobacillus curvatus)的后生元能够抑制高流行性食源性细菌单核细胞增生李斯特菌( Listeria monocytogenes ) 的生长和生物膜形成能力(Hossain et al. 2021)。最近,一些研究表明,诸如鼠李糖乳杆菌GG (Lacticaseibacillus rhamnosus GG)等后生元已被添加到膳食补充剂中,以保护人类肠细胞免受SARS-CoV-2衍生抗原诱导的氧化应激和腹泻(Poeta et al. 2023)。人们也越来越关注设计有效的后生元递送系统,以提高其疗效和稳定性,例如纳米制剂和纳米载体。在这方面,已有研究表明纳米颗粒或脂质体可以保护后生元免受降解,并促进其在目标部位的控释(Liang和Xing 2023;Zhang等2023)。例如, 纳米颗粒包裹的副干酪乳杆菌 后生元表现出优异的抗胃癌活性(Huang等2020)。此外,微囊化和喷雾干燥等技术也促进了后生元与药物制剂的整合,提高了其稳定性、控释特性,并改善了其生物利用度和治疗效果(Khani等2024)。
兽医学与营养学
后生元已被证实对动物健康具有诸多益处,例如促进先天性和适应性免疫,以及减少肠道病原微生物的定植和繁殖(Karuvelan等,2025)。这些特性使其成为环境友好型成分,能够平衡动物的机体性能,并促进生产安全的动物源性产品,例如供人类食用的鸡蛋和肉类(Feye等,2019)。在畜牧业中,后生元也展现出作为抗生素替代品、生长促进剂和免疫刺激剂的潜力(Ibraheim等,2023)。例如,在奶牛场,酿酒酵母发酵产物(SCFP)对犊牛表现出显著益处,包括改善生产性能、增强免疫系统功能、提高断奶后体重增加以及控制牛类疾病(Sivinski等,2022)。研究发现,SCFP的免疫调节特性能够有效降低新生犊牛呼吸道疾病的发生率,进而降低其群体死亡率(Sivinski等,2022)。近期研究表明,使用后生元代替商业抗生素治疗临床和亚临床牛乳腺炎是一种安全有效的对抗抗生素耐药性的方法(Mathur等,2022)。源自牛奶中发现的清酒乳杆菌EIR/CM-1菌株的后生元,对包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌 ATCC 43300和 无乳链球菌ATCC 27956 在内的牛乳腺炎病原体表现出强大的抗菌和抗生物膜活性, 可使细菌载量降低70%以上。这为奶农和兽医有效控制牛乳腺炎提供了广阔的前景(Sevin等,2021)。因此,基于后生元的产品,例如 NutriTek® LS、Dia-V™ SC 和 LiquiPro™ SC,为养殖户控制奶牛乳腺炎和其他乳头感染(这些疾病被认为是具有重大经济意义的疾病)的发生提供了一种很有前景的选择(Vailati-Riboni 等,2021)。将后生元添加到水产饲料配方中也显示出对水生生物生长性能和抗病能力的积极影响,从而有助于可持续水产养殖实践和安全优质海产品的生产(Tao 等,2024)。例如,源自 酿酒酵母的后生元作为饲料添加剂用于水产养殖鱼虾场,已被证明可以维持消化组织的完整性,并提高存活率和产量(Wang 等,2021)。
化妆品配方
近期研究表明,后生元可作为活性成分应用于化妆品和个人护理产品中,具有增强健康功效和促进微生物群平衡的特性(Majeed et al. 2020 ; Machado et al. 2023)。研究显示,将后生元添加到护肤配方中,例如乳霜、添加后生元的精华液和乳液,能够调节皮肤微生物群,增强皮肤屏障功能,缓解炎症性皮肤问题,减轻皮肤敏感性,改善面部微生物多样性,并提升整体肤色(Kim et al. 2023)。例如,BiomeRenew™ 和 Lactosporin® 是源自益生菌菌株凝结芽孢杆菌的后生元护肤产品(胞外代谢产物) , 它们能够通过抑制 5α-还原酶来减少皮脂分泌,因此被用作有效的抗痤疮配方(Majeed et al. 2020)。局部应用于皮肤的玻璃丝状菌(Vitreoscilla filiformis)后生元制剂 可改善皮肤屏障功能,促进内源性细菌的生长,并有助于恢复健康的皮肤微生物群(Gueniche et al. 2021 )。由于玻璃丝状菌提取物 具有抗菌和抗氧化作用,可对抗痤疮相关细菌和慢性炎症性皮肤病,因此已被理肤泉(La Roche-Posay,LRP)品牌用作抗痤疮治疗产品(Heniedy et al. 2024)。此外,由于后生元具有恢复头皮微生物群平衡和改善头皮状况的潜力,有助于开发整体护发解决方案,因此人们正在探索将其应用于洗发水和护发素等护发产品中(Yoon et al. 2022)。例如,含有热灭活副 干酪乳杆菌 GMNL-653后生元的洗发水可通过调节头皮微生物群改善人类头皮健康(Tsai et al. 2023)。具体而言,热灭活的GMNL-653能够在体外与人类头皮共生真菌糠秕马拉色菌( Malassezia furfur)发生共聚集,并且GMNL-653衍生的脂磷壁酸能够以剂量依赖的方式抑制糠秕马拉色菌在Hs68成纤维细胞上的生物膜形成 。此外,还有研究表明,中冈乳杆菌( L. chungangensis)的后生元制剂也具有类似的作用。 CAU 1447 对伤口愈合具有有益作用。一项针对 1 型糖尿病小鼠的研究表明,注入这些后生元的伤口敷料显著缩小了伤口面积,并增强了与愈合相关的细胞因子、生长因子和趋化因子的表达。制剂中的关键化合物,例如棕榈酸和棕榈油酸,有助于增强抗炎活性并抑制促炎细胞因子,从而促进伤口愈合过程(Nam 等,2021)。同样,在牙膏和漱口水等口腔护理产品中使用后生元有望促进口腔微生物群平衡和维护口腔健康。值得注意的是,来自副干酪乳杆菌的后生元已被证实是某些商业口腔产品(特别是牙膏和漱口水)的关键成分,能够减少口臭、调节口腔微生物群,同时还具有对抗口腔致病菌的抗菌活性(Nam 等, 2021)。图 3。图 3。
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后生元在各行业的应用
后生元的商业地位
目前,益生元补充剂市场价值约为1100万美元,预计到2034年将以10.9%的复合年增长率增长至约3000万美元(Future Market Insights,2024)。据信,市场价值预计增长200%将主要得益于人们对益生元产品健康益处的认识不断提高,尤其是越来越多的证据表明肠道微生物群与整体健康密切相关,以及消费者对天然来源产品的需求不断增长。根据一份市场报告,2024年至2030年间,包括益生菌、益生元和益生元在内的功能性益生菌市场总规模预计将达到5700万美元,由此可以推断,益生元市场约占总份额的20%(Precision Business Insights,2023)。据称,益生元市场的主要参与者包括:Archer-Daniels-Midland 公司(美国)、AB-BIOTICS, SA(西班牙)、Adare Biome(法国)、Bioflag 集团(台湾)、Cargill 公司(美国)、Danish Agro(丹麦)、Lactobio A/S(丹麦)、GeneFerm Biotechnology Co.(台湾)、Kirin Holdings Company, Limited(日本)、KOREA BeRM Co. Ltd.(韩国)、Lesaffre(法国)、MCLS Europe(荷兰)、Mitsubishi Corporation Life Sciences Ltd.(日本)、Postbiotica SRL(意大利)、Probiotics Australia Pty(澳大利亚)和 Sabinsa Corporation(美国)。对包括美国食品药品监督管理局(FDA)、欧洲食品安全局(EFSA)、日本药品和食品安全局(PHFSB)以及英国药品和保健产品监管局(MHRA)在内的全球主要监管机构的法规和指南进行深入审查后发现,后生元的监管格局相对模糊。这一情况对后生元产品的标准化、生产、增长和创新构成了重大挑战。此外,通过分析现有专利,也对后生元的商业格局有了一些了解。从包括加拿大专利局、欧洲专利局、法国国家工业产权局、韩国知识产权信息服务中心、中国专利局、台湾知识产权局、俄罗斯联邦知识产权局和美国专利局在内的专利数据库获得的信息也凸显了人们越来越关注利用后生元提供个性化健康解决方案,特别是通过创新给药系统改善肠道健康(表 3) 。目前,基于后生元的产品专利已超过1000项,涵盖动物饲料、抗生素、食品补充剂和化妆品配方等诸多领域。研究还发现,主要的专利受让人是商业机构,而非教育或研究机构。其中,领先的几家公司依次为:Seed Health Inc(美国)、ATA BIO Technology Food Medicine Cosmetics Industry Trade Ltd.(土耳其)、Jihaesi Life Science Co. Ltd.(韩国)、广州正明生物科技有限公司(中国)、Can Technologies, Inc.(美国)、四川高富基生物科技有限公司(中国)和Fonterra Co-operative Group Limited(新西兰)。这些公司所拥有的专利数量占总专利数量的1%至2.3%不等。
表3。
不同行业中与后生元相关的专利专利号发明亮点受让人参考AU2015296538B2
动物饲料成分
以及饲料添加剂动物饲料组合物和添加剂,含有益生元、益生菌和后生菌混合物,可促进动物生长、健康和营养。BioWiSH Technologies Inc.Joella等人,2019CN117180318AMetagen复合发酵液的制备方法及其应用Metagen复合发酵液由虎杖多糖提取物和罗伊氏乳杆菌WX-94制备,用于生产改善糖脂代谢紊乱功能的药物。深圳市华友益生物科技有限公司陕西师范大学Shi等人,2024CN115927122A由副干酪乳杆菌制备的生长后激素,具有促进宿主透明质酸(HA)合成和增强HA应用的效果。一种源自奶酪的后生动物——副干酪乳杆菌CCFM1293,能够促进宿主透明质酸合成并增强其应用效果,属于微生物与医药技术领域。江南大学Cui等人,2023CN115463159A在制备用于预防或治疗肝脂肪变性的药物或保健产品中应用阿克曼菌和阿克曼菌后生元本发明利用粘液阿克曼菌(Akkermansia mucinia)和变形阿克曼菌(Akkermansia metaplastron)制备治疗肝脏病变的药物,其活菌和灭活菌均显示出疗效,并具有广泛应用的潜力。暨南大学第一附属医院Justge 和 Yu 2022CN117736942B发酵乳酸杆菌JYLF-315用于改善皮肤老化,以及其制备和应用。小鼠研究表明,乳酸杆菌JYLF-315后生元能有效改善皮肤衰老,其作用机制是通过影响皮肤外观、硒浓度、雌激素水平以及肌肉组织和血清中与皮肤衰老相关的酶含量。山东中科嘉亿生物工程有限公司Pan等人,2024CN111802649B含免疫调节肽功能成分的LGG发酵产物的制备方法及其应用一种以鼠李糖乳杆菌LGG为单一发酵菌株,制备含有免疫调节肽和吗啡样肽功能成分的LGG发酵产物的方法及其应用河北佛蒙特生物技术有限公司Ling等人,2023CN115414392B含有鼠李糖乳杆菌JL1异源粉的组合物、制备方法及应用一种利用鼠李糖乳杆菌JL1后生元粉末和低聚果糖复方制剂制备抗炎药物的方法东北农业大学Jiang等人,2023EP3993819A1群体感应抑制剂和/或后生元代谢物及相关方法一种由群体感应抑制剂、后生元代谢物和抗生素组成的协同组合,用于使耐药菌重新敏感化并治疗耐药性感染,例如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)感染。微合成公司莫妮卡2023EP4045069A1因此,粪便来源的无菌后生元组合物及其制备方法本发明概述了粪便微生物群的灭菌方法、组合物的纯化、冷冻和干燥方法,以及它们在饮料、食品和补充剂中的应用,以达到治疗目的。泰娜公司安德里亚和派珀2023FR3133727B3用于谷物粉制品的后生元食品添加剂、食品组合物及包含该添加剂的食品本发明涉及一种由谷物粉制成的后生元食品添加剂,其中包含裂解物和益生菌微生物的混合物。Igen Biolab Group AGGuardia 2024GB2620891A植物乳杆菌后生元及其在改善肠道微生态和降低胆固醇产品中的应用系统研究热灭活细菌或溶菌性植物乳杆菌对高胆固醇的治疗作用,并评估其对肠道菌群调节和降低胆固醇的影响苏州感恩生物科技有限公司Ma等人,2024JP2024510374A含有源自植物乳杆菌的多糖或提取物的组合物含有多糖或植物乳杆菌提取物的组合物可以抑制炎症反应、脂肪生成、细胞内葡萄糖摄取、胰岛素抵抗和肝脂肪变性。新再生生物技术郑和宰2024JP7395622B2新型普氏杆菌EB-FPDK11菌株及其用途弗氏梭菌EB-FPDK11菌株培养液、粉碎产物或提取物是一种用于预防或治疗炎症、肝脏或代谢性疾病的药物组合物。肠道生物公司Jae 等人2023a,(Jae b)JP7385930B2利用甘蔗全植物纤维提取物治疗炎症性肠病的配方在个人饮食中使用甘蔗全植物纤维提取物来预防和/或治疗炎症性肠病塔斯马尼亚大学Eli等人,2023KR102332021B1利用含有A2β-酪蛋白的培养基制备氨基抗生素的方法,以及由此制备的氨基抗生素2332021B1该方法包括使用A2β-酪蛋白作为乳酸杆菌培养基,用从母乳中分离的乳酸杆菌进行培养,并获得含有代谢后的A2β-酪蛋白的培养产物。现代生物乐园Minkyu等人,2021年KR102491324B1利用鼠李糖乳杆菌IDCC 3201发酵和胶原蛋白与后生元复合物降低胶原蛋白分子量的方法一种利用鼠李糖乳杆菌IDCC 3201发酵和含有胶原蛋白和后生元复合物的胶原蛋白低分子量化方法伊尔东生物科学Suyeon等人,2023KR102497827B1乳酸杆菌DCF49,一种源自 shindari 的新菌株,以及利用相同方法生产功能性后生元的方法从济州岛传统食品辛达里中分离出一种新型植物乳杆菌DCF49菌株,并在最佳条件下发酵,制成后生元。Jung Co., Ltd. 食品Sungsoo等人,2023年KR102542030B1利用相同方法从马格利酒中提取的副干酪乳杆菌DCF0429和功能性后生元来自马格利酒的副干酪乳杆菌菌株具有很高的抗氧化能力,而用这些菌株在豆胚培养基中制成的后生元也表现出优异的抗氧化性能。Jung Co., Ltd. 食品Jae 等人2023a,(Jae b)KR102427841B1含有多种酶的组合物,可改善消化和毒素排出。由10种酶组成的酶复合物可用作健康功能性食品或药物组合物的主要成分。李在圭Jaegyu等人,2022年KR102578662B1一种用于防止脱发和促进头发生长的组合物,包含来自热处理发酵乳酸杆菌LM1020的后生元成分经热处理的乳酸发酵菌LM1020可预防脱发,促进毛囊细胞增殖,并抑制5α-还原酶-1、生长因子FGF7、FGF10和EGF的表达。乳糖松Wonyoung等人,2023KR102513864B1一种包含后生元组分的洗衣机清洁剂组合物,以及盛装该包含后生元组分的洗衣机清洁剂组合物的洗衣机清洁剂容器。含有后生元的洗衣机清洁剂包含植物乳杆菌、干酪乳杆菌和鼠李糖乳杆菌,环保且具有更强的去污力和生物降解性。韩国 ONSAEM正州和郑2023KR102463565B1一种含有后生元成分的环保型洗衣液组合物及其制造装置一种环保型洗衣液组合物,含有由混合而成的后生元混合物,可通过去除污染物来提高洗涤效率。清洁山公司李2022KR102374480B1副干酪乳杆菌EPS DA-BACS促进双歧杆菌生长并抑制艰难梭菌及其多糖副干酪乳杆菌EPS DA-BACS是一种后生元,可促进双歧杆菌生长,抑制有害细菌,并发挥益生元作用,从而促进胃肠道稳定和缓解炎症。东阿杰瓦克有限公司Han等人,2022KR102251295B1一种用于预防或缓解宿醉的组合物,其活性成分为热灭活的唾液乳杆菌V133。一种用于预防宿醉的药物组合物和一种含有死亡的唾液乳杆菌v133菌株作为活性成分的食品添加剂Medinewrol Co., Ltd. 曹香贤Cho等人,2021LU502431B1具有降脂和调节新陈代谢功能的后生元S515生产配方及其应用益生菌技术中的后生元生产配方通过调节肠道菌群、抑制脂肪吸收以及减少肝脏和内脏脂肪堆积来调节脂质水平和代谢。斯米尔有限公司彭和戴维2023RU2819908C1乳果糖后生元产品的酶法生产该方法包括乳糖酶产生菌的两阶段培养(包括好氧和厌氧阶段)、酶提取和乳果糖生物合成,随后进行发酵和浓缩。斯塔夫罗波尔斯基乳品厂股份公司Svetlana等人,2024RU2790676C1植物基益生菌组合物及其生产方法该成分pH值范围为1.5至6.5,含有微量元素、抗氧化剂、多酚、膳食纤维、肽、β-葡聚糖、碳水化合物、蛋白质、脂肪酸、活性微生物和后生元。有限责任公司“Probioducts”Sergey等人,2023年RU2658777C1后生元产品生产方法(选项)本发明涉及食品和制药行业,重点在于生产后生元产品,包括乳酸菌片段、益生菌及其代谢产物。安德烈·瓦西里耶维奇·卡扎科夫Andrey等人,2018TW202142228A利用后生元提取物促进皮肤再生和抗衰老,能够有效促进人体成纤维细胞的生成并分泌抗炎激素。利用表皮生物提取物促进皮肤再生和抗衰老创柏有限公司Lin等人,2021TW202118498A抑制阴道病原体的组合物和阴道清洁组合物及其用途由唾液乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、动物双歧杆菌和嗜热链球菌发酵而成的后生元,被用于食品、药品和阴道清洁制剂中,以抑制阴道病原体。丰华生物科技有限公司谢等人,2022US20230218505A1化妆品中使用含有细菌素和/或溶内肽酶的工程化后生元该方法包括应用一种后生元组合物,该组合物优选包含细菌裂解物和细菌素或内溶素,它们在美容护理方法中发挥协同作用。Eligo Bioscience安托万和泽维尔2023美国专利号 US11471433B1农业中的后生物质组合物及其相关方法通过添加短链脂肪酸氨基酸等后生物质来提高昆虫在农业或商业中的适应性的方法旗舰先锋创新V公司Ignacio等人,2022年US20230364166A1灭活干酪乳杆菌I0B-P9后生元在降低血糖中的应用干酪乳杆菌 I0B-P9菌株活性高,其产生的后生元能有效延缓和控制II型糖尿病,因此适用于糖尿病产品。天津英诺瑞金生物科技有限公司雪梅等人。2023年US20220096573A1利用后生元提取物改善皮肤状况的方法后生元提取物通过等电点、益生菌微生物导入、pH值调节和细胞壁分离处理等方式改善皮肤状况,从而用于皮肤护理和皮肤病治疗。昌宝股份有限公司 昌宝股份有限公司 台湾Meei-Yn等人,2022年US20240024378A1调节个体皮肤微生物组的方法和系统含有益生菌、后生元、代谢产物和其他微生物成分的皮肤接触配方用于改善和维持个体皮肤微生物群的健康和平衡。Seed Health IncSheri等人,2024US20230217979A1营养补充剂及其补充方法对减肥的影响营养补充剂,包括益生菌(如乳酸杆菌)、后生元(如双歧杆菌)、益生元(如膳食纤维)和植物提取物(如植物益生菌),被用于帮助受试者减轻体重。Amare Global肖恩2023US20240033299A1用于抗衰老和神经治疗的粪便来源灭菌后生元组合物本研究提出了一种利用基线生物标志物和给药方案分析源自粪便的灭菌后生元抗衰老作用的方法。泰娜公司Andrea等人,2024美国专利号 US10758577B2益生菌及其发酵代谢产物在动物疾病预防和治疗中的应用包含多种微生物的混合物,以及这些微生物共同生长时产生的代谢产物的组合物。Pure Cultures 2020 IncSteven 和 Naseer 2020美国专利号 US11452686B2一种通过亚利桑那乳杆菌(Lactobacillus arizonensis)对其原始底物进行生物转化而获得的化妆品活性物质,一种获得包含该活性物质的组合物的方法,以及其用途本发明涉及一种由亚利桑那乳杆菌(L. arizonensis)从霍霍巴(Simmondisia chinens)中生物转化而来的化妆品活性物质,包括其制备方法、组合物及其在化妆品后生元应用中的用途。Societe Industrielle Limousine Application Biologique SA SILAB让· 2022在新标签页中打开
未来展望
后生元,简单来说就是非活性微生物细胞及其代谢副产物,已被认为是益生菌在人类营养、动物饲料、化妆品和医药应用领域的潜在替代品。这些功能性生物产品有效地弥合了传统益生菌与新一代治疗方法之间的差距,因为它们比更常用的益生菌具有诸多优势,尤其是在降低抗生素耐药性风险、更易于加工、储存稳定性更高以及更易于工业化规模生产等方面。它们的稳定性和功效使其成为各种产品的理想成分。然而,后生元从概念阶段到工业化应用的转变需要标准化的定义、方法和严格的科学验证,以明确区分它们与益生菌和其他功能性生物产品。正如本文所强调的,后生元的加工途径,例如灭活方式、酶处理和发酵类型,是影响其生产的关键因素。这些加工条件的差异可能导致后生元制剂的异质性,从而引发人们对其在研究和工业应用中不一致性的问题。因此,建立标准化的后生元加工方案将有助于提高其可重复性,并促进其在食品、制药和其他行业实际应用中获得监管部门的批准。值得注意的是,后生元在改善多种健康状况方面的功效,例如肠道菌群失衡、病原体感染、氧化应激及其相关病理,已被证实,这主要归功于其生化成分,特别是肽、多糖和有机酸。这些健康益处的主要基础在于这些生物成分与宿主细胞相互作用、调节肠道菌群并影响全身健康的能力。然而,为了最大限度地发挥这些生物成分的靶向应用并优化其配方,理解其结构-功能关系至关重要。组学方法(例如转录组学、蛋白质组学和代谢组学)的进步也为揭示后生元作用的复杂机制提供了有希望的途径。同样,个性化营养和精准医疗也为根据个体需求定制后生元干预措施提供了有趣的契机。尽管目前的专利格局和市场趋势表明人们对后生元产品表现出浓厚的兴趣,但在监管清晰度以及标准化临床前和临床研究方面仍有许多工作要做。总之,后生元代表了功能性益生菌领域一个变革性的类别。这将对重新定义健康和营养方法产生重大影响,以满足人们对安全、有效和可持续解决方案日益增长的需求。持续的研究、创新和跨学科合作对于充分发挥后生元的潜力,并塑造其在功能性食品和微生物疗法领域的未来发展轨迹至关重要。
作者贡献
AA:概念化、调查、正式分析、项目管理、撰写初稿、审阅和编辑;BP:调查、正式分析、撰写初稿;FH:调查、正式分析、撰写初稿;STA:调查、正式分析、撰写初稿;SP:概念化、资源、监督、审阅和编辑、资金筹集。
资金
本研究由德班理工大学提供开放获取资金支持。此外,本研究还得到了南非共和国国家研究基金会的资助,项目编号为CPRR240509218140。
数据可用性
本研究期间未生成或分析任何数据集。
声明
利益冲突
作者声明不存在利益冲突。
脚注
出版商说明
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参考
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