人类胃肠道有1014种细菌菌种,这些细菌被统称为肠道菌群。研究发现,肠道菌群会影响胃肠道功能,此外肠道菌群还会与肠一脑轴、肠一肺轴相互作用调节机体生理功能,对维持肠道菌群稳态起着重要作用。
在肠道健康中,益生菌的应用已被越来越多的人认识和使用,对于后生元的出现,你对它是否了解?后生元是什么?它和益生菌有什么不一样?
微生物学、益生菌家族与健康的主要里程碑
益生菌的定义随着大家对肠道健康的重视而被进行更深入的研究,逐渐完善。
1966年首次提出“益生菌(Probiotics)”一词,用来特指一种草履虫产生的促生长物质,这种物质可以刺激另一草履虫的生长。1989年,Fuller将益生菌定义为一种“活的微生物制剂,能够促进肠道内菌群生态平衡,对宿主产生有益作用”。1994年,德国Herborn会议对益生菌的定义进行了进一步扩展,不再强调菌体的活性,认为菌体碎片、细胞成分、代谢产物等具有与活菌同样的生理功能,并将益生菌的定义修改为:含活菌和/或死菌,包括其组分和代谢产物的微生物制剂,经口服或其他黏膜途径投入,目的是改善黏膜表面微生物或酶的平衡,或者刺激特异性或非特异性免疫机制。
微生物学、益生菌家族与健康的主要历史里程碑
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,越来越多的研究者关注无生命的菌体和代谢产物,而且已经进行大量的动物实验并取得良好的研究成果,这种物质被称为“后生元(Postbiotics)”。后生元的概念在2013年首次由西班牙人Tsilingiri等提出,随后益生菌、益生元和合生元专家共识相继发布。
后生元的定义
2021年5月,国际益生菌和益生元科学协会将后生元定义为对宿主健康有益的无生命微生物和/或其成分制剂。有效的后生元必须包含有或无代谢物的失活微生物细胞或细胞成分,而且有特定的健康益生功能。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,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。
后生元功效组分的细胞结合受体及作用机制
后生元与益生菌作用机制对比
益生菌的作用机制:
1.产生抗菌物质(有机酸、细菌素、短链脂肪酸、过氧化氢),直接抑制病原菌生长。
2.与病原菌竞争定植位点。
3.调控肠道菌群平衡。
4.抑制病原菌群体感应。
5.调控肠道细胞免疫功能,抑制炎症反应,发挥抗菌作用。
与益生菌相比,后生元的作用机制有以下几个方面的不同:
1.后生元可以更直接穿过黏液层,接触肠道上皮,增强上皮屏障功能;而由于黏液层的保护,益生菌很难接近肠道上皮细胞调节免疫反应。
2.后生元不具备繁殖能力,不争夺营养,且能强化宿主的内源性益生菌;而益生菌则侧重于自身生长和繁殖。
3.后生元由灭活后保留的细菌素以及乳酸等代谢产物选择性抑杀致病菌;而益生菌则主要依靠不断代谢产生的细菌素和酸类物质实现选择性抑杀致病菌。
后生元的作用和应用
由于益生菌能够定植于肠道,进而实现改善免疫、调节菌群、改善肠道上皮屏障等多重功能。作为益生菌的衍生物,后生元的健康功效研究也主要集中于肠道健康。
后生元以膳食方式摄入后,肠道是其最直接和最重要的作用靶点,后生元的各种组分可与肠道上皮细胞、固有层免疫细胞、肠道特征细菌等直接作用,产生的健康功效包括缓解肠道炎症、改善肠道菌群、缓解便秘等。
除了调节肠道健康外,还有研究显示在调节过敏反应、机体免疫、缓解炎症、缓解肥胖和糖尿病等有促进作用。
后生元在食品领域的应用也值得关注。
活细菌对热和低pH值非常敏感,需要先进的技术才能在食品中长期保持稳定。而后生元是无生命的,可用于任何产品,无论食品配方或产品线如何,只有很低的活细菌污染风险并极少影响食品固有的风味。如热灭活菌种可应用于汤、糖果、豆腐、调味料等多种流行食品,而这些食品传统上很难掺入活菌。
还在于开发功能性食品,如添加后生元的奶粉、奶酪、面食、糖果、茶饮料和焙烤食品等。
目前我国与后生元相关的专利主要布局于食品(乳制品、保健品、饮料、代餐粉等)、动物饲料(日粮和零食)和个护美容等领域。列举后生元在食品中的部分应用:
其实科学家很早就发现灭活益生菌的组分具有与益生菌活菌类似的生理功效,由此产生了多个灭活菌体的概念。
文章前面提到的国际益生菌和益生元科学协会在2021年发布的共识文章对之前的很多概念进行了统一,并且迅速得到学术界和产业界广泛认可。
本文则基于目前对后生元的研究和应用给大家做了一个概述,期待后续有更多关于后生元的研究进展,再与大家更新与分享。