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《后生元研究与应用》共九章，涵盖后生元的定义与分类、微生物来源、产业化制备技术，以及其在胃肠道健康、代谢性疾病、消化系统疾病、神经系统疾病等领域的作用机制与最新研究进展，同时结合产品开发案例与监管政策，提供从理论到实践的完整知识体系。《后生元研究与应用》兼具系统性、前沿性与实践性，整合国内外最新成果，并注重产业化技术细节，填补了我国后生元领域综合性专著的空白。
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目录第一章 后生元概述 1第一节 后生元的定义和范畴 1一、ISAPP共识声明 1二、我国后生元团体标准 2第二节 后生元与益生菌、益生元和合生元 2第三节 后生元的优势与局限性 4一、后生元的优势 4二、后生元应用的局限性及技术挑战 5第四节 后生元研究发展历程 6一、早期观察阶段（20世纪～2008年） 6二、概念探索阶段（2009～2020年） 7三、概念标准化和研究深化广域化阶段（2021年至今） 8参考文献 8第二章 后生元的分类 12第一节 按来源分类 12一、细菌来源后生元 12二、真菌来源后生元 17第二节 按化学组成分类 19一、灭活菌体 20二、菌体成分 20三、代谢产物 25参考文献 31第三章 后生元的制备技术 38第一节 微生物选育 38一、菌种选择 38二、菌种鉴定 39三、菌株的优化 41第二节 培养条件优化与发酵 45一、培养基优化 45二、培养条件优化 49三、高密度培养方法 52第三节 灭活技术 54一、热灭活技术 55二、非热灭活技术 56第四节 提取与纯化技术 58一、菌体成分 58二、菌体代谢产物 60第五节 表征技术 62一、色谱法 62二、光谱法 64三、分光光度法 65第六节 干燥技术 65一、喷雾干燥技术 66二、冷冻干燥技术 66三、低温喷雾干燥技术 67参考文献 68第四章 后生元的生物活性及作用机制 79第一节 胃肠道健康促进作用 79一、胃肠道屏障功能维护 79二、平衡胃肠道菌群 81三、调节神经递质和激素水平 83第二节 抗氧化、抗衰老作用 84一、抗氧化作用 85二、抗衰老作用 86第三节 免疫调节作用 88一、先天性免疫 88二、适应性免疫 89第四节 后生元的作用机制 89一、调节菌群 90二、增强肠上皮屏障功能 91三、调节局部和全身免疫 91四、调节系统代谢 93五、通过神经系统发出系统信号 93第五节 后生元对疾病的调节作用 94一、后生元对炎症的调节作用 94二、后生元对过敏的调节作用 96三、后生元对代谢性疾病的调节作用 98四、后生元对肝脏类疾病的调节作用 99五、后生元对其他疾病的调节作用 101参考文献 101第五章 后生元与代谢性疾病 113第一节 后生元与肥胖 113一、肥胖概述 113二、后生元对肥胖的调节机制 114三、后生元改善肥胖的研究进展 114第二节 后生元与糖尿病 116一、糖尿病概述 116二、后生元对糖尿病的调节机制 117三、后生元改善糖尿病的研究进展 119第三节 后生元与高尿酸血症 119一、高尿酸血症概述 119二、后生元对高尿酸血症的调节机制 120三、后生元改善高尿酸血症的研究进展 122参考文献 122第六章 后生元与消化系统疾病 129第一节 后生元与炎症性肠病 129一、炎症性肠病概述 129二、后生元对炎症性肠炎的调节机制 130三、后生元改善炎症性肠炎的研究进展 133第二节 后生元与肠易激综合征 136一、肠易激综合征概述 136二、后生元对肠易激综合征的调节机制 137三、后生元改善肠易激综合征的研究进展 138第三节 后生元与幽门螺杆菌感染引起的胃部疾病 139一、幽门螺杆菌感染概述 139二、后生元对幽门螺杆菌感染的调节机制 140三、后生元改善幽门螺杆菌感染的研究进展 140参考文献 141第七章 后生元与神经系统疾病 146第一节 后生元与神经炎症 146一、神经炎症概述 146二、后生元对神经炎症的调节机制 147三、后生元改善神经炎症的研究进展 148第二节 后生元与神经退行性疾病 149一、神经退行性疾病概述 149二、后生元对神经退行性疾病的调节机制 150三、后生元改善神经退行性疾病的研究进展 154第三节 后生元与精神心理疾病 155一、精神心理疾病概述 155二、后生元对精神心理疾病的调节机制 156三、后生元改善精神心理疾病的研究进展 159参考文献 159第八章 后生元产品及其应用 166第一节 后生元产品制备工艺 166一、后生元液态产品 166二、后生元固态产品 167第二节 产品稳定性与安全性控制 170一、稳定性控制 170二、安全性控制 172第三节 国内外后生元产品及其应用 173一、后生元产品及其市场发展现状 173二、后生元产品的应用领域 175参考文献 182第九章 后生元的监管与未来展望 189第一节 国际监管概况 189一、主要国家和地区的监管政策 189二、国际组织的指导原则 191第二节 中国监管现状 192一、现行法规和标准 192二、未来监管趋势 193第三节 当前面临的主要挑战 195一、作用机制研究不足 196二、标准化问题 197第四节 未来研究和发展方向 201一、新型后生元的开发 202二、个性化后生元应用 204参考文献 205
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第一章后生元概述 后生元作为益生菌领域的延伸与深化，不仅继承了益生菌的诸多益处，更凭借*特的组成成分、优异的稳定性及显著的生理活性，在各个领域已展现出*特的优势。本章旨在通过探讨后生元的定义、后生元与益生菌、益生元和合生元等概念的区别以及研究发展历程，揭示后生元的*特魅力与巨大潜力，带领读者深人探索这一新兴领域的奥秘。 第一节后生元的定义和范畴 “后生元”是继益生菌的间歇（廷德尔）式灭活菌体（Tyndallizedprobiotics）、益生菌热灭活菌体（heat-killed probiotics）、益生菌的非活性菌体（non-viable probiotics）和副生元（para-probiotics）等对于非活菌形式有益微生物描述使用频次*多的术语。后生元（postbiotics），又称后生素或生物源素（biogenics），其术语源自希腊语词根“post”（之后）和“bio”（生命或生物）。后生元这一名词*早由Tsilingiri等学者于2012年提出，*初定义为活菌代谢分泌的物质或细菌裂解后释放的可溶性因子，这些成分能够对宿主产生有益影响[1]。2021年，国际益生菌和益生兀科学协会（International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics，ISAPP）*次对后生元进行了明确的定义，将其描述为“对宿主有益的无生命微生物和/或其制备的制剂”[2]。该定义着重强调后生元的本质是灭活微生物的全细胞或细胞组分，而非单纯的代谢终产物。2023年我国发布了《益生菌制品乳酸菌类后生元》团体标准，明确指出后生元是对宿主健康有益的遗传背景明确的灭活微生物和/或菌体成分，包括或不包括其代谢产物的制品，化学合成的成分以及病毒/噬菌体及其产物除外[3]。 一、ISAPP共识声明 在ISAPP共识声明中，后生元的定义中选用“inanimate”（无生命的）一词，而非“inactive”（非活性的），特指有益微生物经特殊灭活方法处理，不再具有生长繁殖能力，但仍可能保持其生物活性功能。该共识指出：①后生元被定义为“对宿主有益的无生命微生物和/或其制备的制剂”②后生元应是被有意灭活的微生物细胞，这些细胞包括或不包括对健康有益的代谢产物和细胞组分；③仅经过提纯的微生物代谢产物和疫苗并不是后生元；④后生元并不必须来源于被灭活的益生菌；⑤后生元的健康效益必须在目标宿主身上得到证实；⑥定义中的宿主不局限于人类、家养宠物、牲畜；⑦后生元发挥作用的部位并不局限于肠道，还可以在口腔、皮肤、泌尿生殖道或鼻咽部等部位应用；⑧后生元的定义要求其预期用途是安全的。 按照ISAPP的定义，后生元制剂应符合以下标准：①对用于生产后生元的微生物进行分子鉴定（如全注释基因组测序），从而能够准确识别和筛选潜在的安全相关基因；②具备灭活程序和发酵底物（基质）的详细说明；③确认微生物已经失活；④具备高质量的对照试验提供的对宿主健康有益的证据；⑤具备后生元制剂组成成分的详细说明；⑥具备后生元制剂在目标宿主中预期用途的安全性评价。 二、我国后生元团体标准 2023年，我国*个后生元团体标准《益生菌制品乳酸菌类后生元》正式发布实施[3]。该标准特别强调了后生元产品的原料菌种应满足以下条件：应符合国家颁布的《可用于食品的菌种名单》及公告的规定；应明确菌株号和分离来源；应由有资质的机构，使用国家规定或国内外认可的评价方法对菌株水平进行鉴定和安全性评价；应经过全基因组测序且有相关科学文献或报告支持。同时，该标准还就后生元的健康作用评价提出了一定的规范意见：针对应用对象的不同，应用人群或临床试验的正面评价，或经过有资质的机构使用国家规定或国内外认可的评价方法出具评价报告。该标准的发布，填补了国内后生元产业发展无标可依的空白，将推动国内后生元产业发展升级，规范后生元上下游行业运行及合规供应保障，带动中国后生元产业走上健康良性发展的轨道。 目前学术界就“后生元”定义还没有达成统一的共识，这一概念仍在不断完善和拓展，仍需更广泛的探讨和融合。未来选择什么指标来有效地评价灭活微生物制剂在保质期内的功效存留率，如何量化活性成分和非活性成分在功效发挥中的作用等，这些问题还有待进一步深人研究、探讨以及产业化应用实践。 第二节后生元与益生菌、益生元和合生元 后生元是微生物研究领域的重要组成部分，与益生菌（probwtics）、益生元（prebiotics）、合生元（synbiotics）等同属微生物及其代谢产物的研究范畴，但它们在定义与组成等方面容易引起混淆。近年来，ISAPP系统已梳理了后生元、益生菌、益生元和合生元的定义与主要特征（表1-1），它们凭借*特生物学特性，在不同应用场景中发挥重要作用。 益生菌是指当给予一定数量时，能够给宿主带来健康益处的活的微生物[4]。它们绝大多数“居住”于消化道及生殖系统中，可以通过多种方式促进宿主健康，能够产生明确的健康功效，预防或减少多种疾病的发生。例如，布拉氏酵母菌可以预防艰难梭菌相关性腹泻[7]；植物乳植杆菌543能辅助治疗胃幽门螺杆菌感染[8]。益生菌通过不同的方式机制发挥益生作用，且具有显著的菌株特异性。益生菌的作用机制主要包括：通过竞争性抑制病原菌定殖，占据肠道黏附位点并消耗营养物质，限制有害菌繁殖；分泌抗菌肽、有机酸（如乳酸、短链脂肪酸）等代谢产物，直接抑制致病菌生长并调节肠道微环境；增强肠道屏障功能，通过促进黏蛋白分泌和紧密连接蛋白表达维护肠黏膜完整性；调节宿主免疫系统，激活树突细胞、巨噬细胞等免疫细胞，平衡Th1/Th2免疫反应，减轻过度炎症；产生短链脂肪酸（SCFAs）为肠上皮供能，同时部分菌株还能通过肠-脑轴影响神经递质（如5-羟色胺）合成，调节情绪与认知功能[5]。这些协同作用共同维持肠道菌群稳态，在改善消化、增强免疫及促进代谢健康等方面发挥关键作用。 益生元是一类不可被宿主消化吸收，但可选择性刺激肠道有益菌（如双歧杆菌、乳杆菌）生长或代谢的功能性成分，其本质为益生菌的“专属养料”。益生元通过被特定有益菌发酵利用（如低聚半乳糖促进双歧杆菌增殖），产生短链脂肪酸等代谢产物，抑制致病菌定殖并优化肠道微环境[9]。根据ISAPP定义，益生元主要包括寡糖（低聚果糖、低聚半乳糖）、多糖（菊粉）、植物提取物、多不饱和脂肪酸等类别。目前益生元广泛应用于食品工业，作为添加剂用于乳制品、烘焙食品、谷物及糖果中，同时天然存在于香蕉、洋葱、大麦等高纤维食物中[5]。 其核心功能是通过靶向调节菌群平衡，间接增强肠道屏障、促进免疫调节及代谢健康。 合生元是为解决益生菌在宿主胃肠道存活及定殖困难而开发的膳食补充剂，其通过联合益生菌与益生元实现协同增效，并非简单的“益生菌+益生元”组合。目前合生元分为互补型与协同型两类，前者通过益生元选择性刺激特定益生菌的生长或激活其代谢，后者则结合益生菌与针对性成分（如维生素、微量元素）以增强菌群活性，从而提高益生菌在肠道内的存活率、定殖效率及作用持久性。此类制剂常见于保健食品和婴儿配方奶粉，适用于调节肠道菌群失衡、改善消化不良、增强免疫力等。研究表明，合生元在维持肠道微生态平衡、辅助改善肝功能、降低术后感染风险等领域具有潜在应用价值[10]。 后生元是为解决益生菌在肠道定殖效率低、起效慢等问题而开发的衍生制剂。相较于活菌，后生元为灭活菌体、菌体成分（如细胞壁肽聚糖）或代谢产物（如短链脂肪酸、细菌素），规避了菌群定殖的生物学障碍，能在胃肠道环境中快速发挥功效。目前市售的后生元多为灭活菌株，主要来源于乳杆菌和双歧杆菌等[11]，但后生元不仅限于灭活益生菌。研究表明，很多经高温和消化液处理后的后生元具有高生理活性，甚至效果可能优于原活菌。此外，后生元具有多重功效：在肠道可发挥抗炎、抗菌和增强屏障功能；在全身可抗氧化、维持血糖稳态、降低胆固醇，甚至具有抗焦虑和抗抑郁作用[12]。 第三节后生元的优势与局限性 一、后生元的优势 1.抗逆性强 研究表明，后生元相比于益生菌具有显著更强的环境抗逆性。Ritter等报道，在胃-肠道生物反应器模型中乳酸菌存活率仅为10%（约5x106CFU/mL）[13]0Sudha等研究发现戊糖片球菌等益生菌存活率也仅为13%～48%[14，15]。相比之下，后生元经灭活处理后对胃酸、胆盐、高温及辐射等极端条件具有高度耐受性。此外，后生元对抗生素和杀菌剂不敏感，可与抗生素、杀菌剂等联用，同时适用于口服制剂、外用品等多种食品或日化产品形式，突破了活菌制剂的保存与使用限制。 2.稳定性高 我国《益生菌食品》团体标准规定，对于即食型益生菌食品，需确保活菌总数不少于1x107CFU/g[16]，且保质期内活菌数量达标。然而，益生菌在生产、储运及使用过程中易受环境影响，如含益生菌的果汁在储存期间会因高酸环境造成活菌数量下降[17]。相比之下，后生元作为无生命特征的微生物制剂（如灭活菌体或细胞裂解物），具备理化性质稳定、耐酸碱及温度变化等特性，具有剂量稳定、品质可控的优势[18]。这使得后生元产品具有更长的保质期[19]，大大降低了后期成本。同时，通过灭活处理等，消除了潜在的杂菌污染风险，避免了活菌制剂的质量控制难题。 3.方便易用 后生元可应用于不适合添加益生菌的产品，如经过高温灭菌的牛奶以及pH较低的果酱、饮料、调味料等。后生元产品无需冷藏，携带方便，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po]。 4.不产生污染 后生元不含活菌，在生产过程中不会污染生产线，也不会污染其他产品。 5.具有协同作用 后生元不含活性微生物，其成分明确（如菌体碎片、代谢终产物）、化学结构稳定、作用机制明确，可规避活菌制剂潜在的耐药基因转移及条件致病风险，安全性更高。临床研究证实，后生元与丁酸盐联用可协同增强肠道屏障功能；与抗生素联用既能维持肠道菌群稳态（减小抗生素相关性腹泻发生率），又可避免活菌与抗生素相互拮抗的问题[21，22]。此外，后生元无免疫原性，不与宿主或共生菌群发生基因交互作用，适用于敏感体质人群。 二、后生元应用的局限性及技术挑战 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[23]。 2.质量检测体系待完善 后生元缺乏标准化的细胞定量方法（如血细胞计数板、流式细胞术均未形成统一标准）[24]，且需系统性建立毒理、药效及代谢动力学分析体系，以明确安全阈值与功效剂量[25]。Malag6n-Ro_jas等研究显示，灭活嗜酸乳杆菌可能引发脱水、腹胀等不良反S[26]jukasik团队在短肠综合征患儿中观察到酸化配方奶粉在特定患儿中可能导致D-乳酸中毒[27]，凸显出安全性评价的重要性。 3.法规标准建立滞后 我国发布了*个《益生菌制品乳酸菌类后生元》（T/CBFIA09001—2023）团体标准[3]，但该标准仅规范部分生产环节。行业高质量发展仍需建立国家层面的标准法规，并配套市场监管机制，覆盖全产业链质量控制及产品应用场景。 第四节后生元研究发展历程 后生元的发展历程可追溯至对益生菌及其代谢产物的早期探索，随着研究的深人，科学家逐渐认识到灭活微生物及其成分同样具有显著的生物活性与调控功能。早期研究阶段主要集中于现象观察和实践尝试，随着概念探索的不断深人，开始挖掘其中的基础机制和研究方向，而近年来的突破性进展则推动了后生元的定义标准化、作用机制阐明及多元化应用，具体时间轴见图1-1。从临床研究到产业化落地，后生元的发展不仅拓展了微生物组学的边界，也为功
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