“后生元”(postbiotics)于2013年被首次提出，指益生菌產(chǎn)生的對宿主健康有益的代謝產(chǎn)物。此后，國內(nèi)外學(xué)者相繼提出了后生元的定義。2022年，中國食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會益生菌分會把“對宿主健康有益的遺傳背景明確的滅活微生物和/或菌體成分，包括或不包括其代謝產(chǎn)物”定義為后生元。雖然后生元發(fā)揮作用的機制目前尚不明確，但許多研究表明，后生元具有和益生菌相似甚至更優(yōu)良的作用。與益生菌相比，后生元具有清晰明確的化學(xué)結(jié)構(gòu)、較高的安全性、較好的穩(wěn)定性、較長的保存期限、較廣的適用性以及較強的代謝能等特點，減少了益生菌的許多缺陷。在動物生產(chǎn)中，后生元可以通過促進腸道發(fā)育和改善腸道微生態(tài)環(huán)境促進畜禽對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，從而改善生長性能，此外，后生元還具有提高動物免疫機能、增強抗氧化能力、緩解應(yīng)激反應(yīng)和提高畜產(chǎn)品品質(zhì)等作用。后生元的諸多益生功能，將在畜牧生產(chǎn)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。本文主要從后生元的功能及在動物養(yǎng)殖中的應(yīng)用展開綜述，旨在為后生元在畜牧生產(chǎn)實踐中的合理應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 后生元的來源及類型

1.1 后生元的來源

后生元的來源復(fù)雜多樣，主要源于益生菌中可以發(fā)揮益生作用的非活性成分。腸道菌群中的益生菌、可用于食品的益生菌以及一些經(jīng)過安全評價的益生菌均可作為產(chǎn)生后生元的菌株來源，這些菌株可分為細菌和真菌兩大類。細菌類主要有：乳桿菌屬，包括干酪乳桿菌、副干酪乳桿菌、植物乳桿菌、瑞士乳桿菌、鼠李糖乳桿菌和德氏乳桿菌等；芽孢桿菌屬，常用的菌株有枯草芽孢桿菌、凝固芽孢桿菌、短小芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌等；雙歧桿菌屬，目前廣泛使用的菌株包括動物雙歧桿菌、嬰兒雙歧桿菌、青春雙歧桿菌、短雙歧桿菌和長雙歧桿菌等。除此之外，還有片球菌屬的乳酸片球菌，腸球菌屬的屎腸球菌和糞腸球菌，鏈球菌屬的嗜熱鏈球菌和乳酸鏈球菌，梭菌屬的丁酸梭菌以及擬桿菌屬的雙孢擬桿菌和產(chǎn)酸擬桿菌等。真菌類主要是酵母菌屬和曲霉菌屬，酵母菌屬包括釀酒酵母和布拉迪酵母等，曲霉菌屬包括米曲霉和黑曲霉等。

1.2 后生元的類型

根據(jù)后生元非活性成分來源的不同，可以將后生元分為滅活菌體、菌體結(jié)構(gòu)成分和菌體代謝物三類。研究發(fā)現(xiàn)，后生元發(fā)揮益生作用的類別可能是一種，也可能是幾種；后生元的一種成分可能發(fā)揮多種功能，多種成分也可能具有同種功能。

1.2.1 滅活菌體

滅活菌體是通過各種特殊的滅活方式將益生菌滅活后的完整菌體細胞。目前制備后生元最常用的方法是熱處理，此外還有酶處理、高壓處理和超聲波等。不同的滅活菌體具有不同的功能，如熱滅活唾液乳桿菌AP-32可以抑制口腔中致病菌的生長繁殖，熱滅活動物雙歧桿菌CECT8145具有改善肥胖的作用等。

1.2.2 菌體結(jié)構(gòu)成分

菌體結(jié)構(gòu)成分主要包括肽聚糖(PGN)、磷壁酸(TA)和細胞表面蛋白等。PGN是細菌細胞壁的重要組成成分，由多層肽交聯(lián)形成線性聚糖鏈，N-乙酰胞壁酸和N-乙酰葡萄糖通過β-1，4糖苷鍵交替連接，并且N-乙酰胞壁酸還連接一個短肽，相鄰短肽之間也形成交聯(lián)，從而使PGN最終表現(xiàn)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。TA是革蘭氏陽性菌的細胞壁聚合物，根據(jù)其與細胞的不同連接方式可分為脂磷壁酸(LTA)和壁磷壁酸(WTA)，LTA通過糖脂錨定在細胞質(zhì)膜上，WTA則通過與肽聚糖形成共價鍵連接在細胞壁上。益生菌中提取的細胞表面蛋白主要包括S層蛋白和甘露糖結(jié)合蛋白等，其中S層蛋白是目前研究最多的細胞表面蛋白。研究證實，菌體結(jié)構(gòu)成分在抗炎抗菌、提高免疫機能和調(diào)節(jié)大腦發(fā)育等方面有重要作用。

1.2.3 菌體代謝物

菌體代謝物包括細菌素、有機酸、胞外多糖(EPS)和酵素等。某些細菌通過核糖體合成機制，生成一類具有生物活性的蛋白質(zhì)、多肽或前體多肽，這類蛋白質(zhì)或肽類即為細菌素。由于細菌素在作為治療性抗生素和天然食品防腐劑方面具有很大潛力，因此十多年來，人們對于細菌素的研究顯著增加。其中應(yīng)用最多的是乳酸菌細菌素，由于其寬范圍的pH值耐受和高熱應(yīng)力，在抑制有害菌和調(diào)節(jié)免疫機能等方面具有關(guān)鍵作用。有機酸是益生菌的另一種重要的代謝產(chǎn)物，具有降低腸道pH值和阻礙腸道致病微生物的生長繁殖等功能。益生菌可以通過降解碳水化合物產(chǎn)生短鏈脂肪酸(SCFAs)、乳酸、蘋果酸和丁二酸等多種有機酸。其中SCFAs是含1～6個碳原子的有機羧酸，包括乙酸、丙酸和丁酸等，丁酸由于其改善畜禽生長性能、提高腸粘膜屏障功能和調(diào)節(jié)免疫穩(wěn)態(tài)等作用顯著，因此備受人們關(guān)注。EPS是微生物以緊密結(jié)合的包膜或松散附著的黏液層形式分泌的細胞外大分子，主要在抗炎抑菌、抗氧化、抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)等方面發(fā)揮作用。此外，益生菌發(fā)酵產(chǎn)生的包含酶、有機酸、氨基酸和微量元素等活性物質(zhì)的發(fā)酵產(chǎn)物稱為酵素，具有增強免疫力和緩解肥胖等功能。

2 后生元的益生功能

雖然對于后生元發(fā)揮作用的機制尚不完全清楚，但通過體外實驗、體內(nèi)實驗和臨床實驗已證實后生元具有多種生物學(xué)功能：抗炎作用、抗氧化和調(diào)節(jié)腸道菌群等。

2.1 抗炎作用

體內(nèi)外多種因素都可以引起畜禽的炎癥反應(yīng)，炎癥反應(yīng)會破壞畜禽的腸道菌群平衡并導(dǎo)致機體組織炎癥損傷，對畜禽的健康產(chǎn)生不良影響。后生元可以通過免疫調(diào)節(jié)起到緩解機體炎癥的作用，減輕炎癥給畜禽帶來的危害。食源性致病菌沙門氏菌可以導(dǎo)致人和動物發(fā)生炎癥疾病。Sherwin 等研究發(fā)現(xiàn)，唾液乳桿菌的PGNLs33能夠誘導(dǎo)小鼠的T細胞和樹突狀細胞發(fā)揮調(diào)節(jié)作用以緩解沙門氏菌引起的炎癥。白細胞介素-8(IL-8)可以吸引和激活中性粒細胞，使機體出現(xiàn)局部炎癥反應(yīng)。植物乳桿菌中的LTA能夠抑制Pam2CSK引起的IL-8的表達，減輕腸上皮細胞的炎癥反應(yīng)。炎癥細胞因子可以與靶細胞上的受體結(jié)合從而引起炎癥的發(fā)生。Kolling等發(fā)現(xiàn)鼠李糖乳桿菌CRL1505的PGN具有平衡機體調(diào)節(jié)性細胞因子和炎癥細胞因子的作用，清除肺炎球菌并改善炎癥組織損傷，提高機體的健康狀況。除此之外，病毒感染也會對機體造成嚴重損害，后生元不僅可以抵抗細菌引起的炎癥，而且也可以通過增強免疫功能預(yù)防病毒對機體的感染。熱滅活干酪乳桿菌DK128通過增加肺和氣管中的肺泡巨噬細胞和減少促炎癥細胞因子等機制，可以保護小鼠免受不同亞型流感病毒的感染。

2.2 抗氧化作用

自由基會損害機體的組織和細胞，當自由基的穩(wěn)態(tài)失衡時，將導(dǎo)致氧化應(yīng)激反應(yīng)，機體可以通過抗氧化酶和清除自由基等方式緩解氧化應(yīng)激，因此自由基穩(wěn)態(tài)對畜禽機體健康有著重要影響。后生元通過代謝合成的過氧化氫酶(CAT)、過氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)等具有對抗活性氧的關(guān)鍵作用。此外，后生元的種類和濃度是影響自由基清除能力的重要因素。在提取的11株植物乳桿菌的胞內(nèi)提取物中，當濃度在108～10l0 CFU/mL范圍內(nèi)時，均表現(xiàn)出抗氧化活性，且具有一定的菌株特異性和劑量依賴性，其中植物乳桿菌C88的胞內(nèi)提取物在1010CFU/mL濃度下，對羥基自由基和DPPH自由基的清除能力最強，清除率分別為44.31%和53.05%。也有研究發(fā)現(xiàn)，濃度為107CFU/mL的滅活植物乳桿菌Ln1對DPPH自由基和ABTS自由基有清除作用，其清除率分別為17.60%和70.18%，而滅活嗜酸乳桿菌606在108CFU/mL濃度時具有更強的抗氧化活性，對DPPH自由基的清除率為52.06%。

2.3 調(diào)節(jié)腸道菌群

研究發(fā)現(xiàn)，后生元發(fā)揮作用的場所主要位于腸道。胃腸道是動物體和人體最大最復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)，由有害菌、中性菌以及有益菌構(gòu)成。體內(nèi)外多種因素都可以破壞胃腸道微生態(tài)系統(tǒng)的平衡，若腸道微生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生紊亂，將會影響腸道功能并造成損傷。而后生元就具有調(diào)節(jié)腸道菌群，促進腸道有益菌生長，潤腸通便，改善糞便狀態(tài)等重要作用。據(jù)報道，滅活的乳酸菌G50可以抑制腸道有害細菌的生長，改善小鼠的腸道菌群。在連續(xù)14d添加200mg熱滅活的糞腸桿菌EC-12后，糞便中雙歧桿菌數(shù)量增加了130%，且糞便中腐爛產(chǎn)物氨、硫化物和吲哚含量降低，糞便的臭味也降低。此外，后生元還可以保護腸道粘膜，增強腸道的屏障功能，治療疾病并促進機體健康。研究發(fā)現(xiàn)，副干酪乳桿菌B21060的上清液可以保護腸粘膜免受侵襲性沙門氏菌的感染。腸梗阻小鼠模型口服熱滅活的布拉氏酵母菌菌體后，小鼠腸道通透性減弱，腸道粘膜損傷減少，腸道屏障功能增強。

2.4 其他作用

后生元除了具有上述益生作用外，還被證實可以調(diào)節(jié)神經(jīng)發(fā)育、緩解肥胖、保護肝臟以及抗癌抗腫瘤等。正常的PGN水平是大腦發(fā)育所必需的，PGN過高或不足都可能使精神疾病和神經(jīng)發(fā)育障礙的風(fēng)險提高。Brown 等研究發(fā)現(xiàn)，將丁酸鹽注射在大鼠大腦中，可以起到增強神經(jīng)營養(yǎng)因子如BDNF和GDNF等的mRNA水平的作用，從而改善記憶形成和情緒等。開菲爾乳酸菌的S層蛋白SDH5和SLCM8可以改善由高脂飲食引起的肥胖以及肥胖造成的全身炎癥。嗜酸乳桿菌MTCC447和乳腸球菌IITRHR1的細胞內(nèi)含物能夠拮抗對醋氨酚誘導(dǎo)的大鼠肝細胞毒性。高加索酸奶乳桿菌MSR101和短乳桿菌MSR104產(chǎn)生的EPS，對HT-29癌細胞具有良好的抗腫瘤作用。格氏乳桿菌和卷曲乳桿菌的細胞壁和細胞質(zhì)提取物以及滅活菌體對宮頸癌細胞具有選擇性抗增殖作用。

3 后生元在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 后生元在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

仔豬的斷奶期對于豬的生長發(fā)育和后期的生產(chǎn)性能來說，都是一個至關(guān)重要的階段。因此，目前后生元對豬的研究多見于斷奶仔豬時期。后生元可以影響斷奶仔豬的生產(chǎn)性能。研究發(fā)現(xiàn)，斷奶仔豬連續(xù)飼喂28d添加有5g/kg酵母水解物的日糧，能夠使平均日增重顯著增加 36%；也有研究發(fā)現(xiàn)，飼料中添加嗜酸乳桿菌后生元對斷奶仔豬的生產(chǎn)性能有促進作用但無顯著影響，這可能與后生元的種類、劑量和飼養(yǎng)管理有關(guān)。腸道微生物菌群為機體創(chuàng)造良好的微生態(tài)環(huán)境，與機體相互依賴，相互制約。后生元在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用也主要體現(xiàn)在調(diào)節(jié)腸道功能方面。斷奶仔豬日糧中連續(xù)46d添加熱滅活的糞腸球菌IHARA 2×1010CFU/kg，使回腸絨毛高度增加了13%，進一步起到促進營養(yǎng)物質(zhì)吸收的作用。殷成港等研究發(fā)現(xiàn)，在斷奶仔豬飼糧中添加多級發(fā)酵后的嗜酸乳桿菌后生元(第1～14d添加4g/kg，第15～42d添加2g/kg)，使腸道和糞便中微生物的多樣性顯著增加了18%，糞便中有益菌的相對豐度提高了5%。SCFAs可以降低育肥豬空腸和結(jié)腸凋亡細胞的比例，調(diào)節(jié)其胃腸道功能。除此之外，后生元還可以改善母豬的繁殖性能。給妊娠后期第85d至產(chǎn)后35 d的母豬每天飼喂含有酵母培養(yǎng)物10g/kg和1 mg/kg有機硒(純度98%)的飼糧后，泌乳25d的母豬乳汁中乳脂含量增加了23%。

3.2 后生元在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

在家禽生產(chǎn)中，家禽極易受到外界環(huán)境的影響而出現(xiàn)應(yīng)激，這會使家禽養(yǎng)殖成本大大提升，也會帶來利益損失。多項研究發(fā)現(xiàn)，后生元在改善家禽生產(chǎn)性能和雞肉風(fēng)味，抵抗病菌的侵染以及提高雞蛋品質(zhì)等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用(見表1)。

表1后生元在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.3 后生元在反芻動物中的應(yīng)用

后生元對反芻動物生長性能的影響，可能與動物和后生元種類等有關(guān)。給肉牛飼喂含滅活釀酒酵母飼料后，肉牛的干物質(zhì)采食量和平均日增重?zé)o顯著變化，但飼糧中添加植物乳桿菌 RG14的無細胞上清液可以顯著增加羔羊日增重11%。瘤胃的狀態(tài)與反芻動物的健康關(guān)系密切，許多研究表明，后生元在促進瘤胃健康方面發(fā)揮著重要作用。滅活的釀酒酵母可以促進瘤胃微生物的生長并提高其活性，其中黃色瘤胃球菌的相對豐度極顯著提高了26%。乳酸菌產(chǎn)生的十二碳六烯酸能夠顯著改善奶牛瘤胃微生態(tài)環(huán)境，有助于促進其養(yǎng)分的消化吸收。Izuddin等發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌RG14的無細胞上清液使羔羊瘤胃中丙酸濃度顯著升高18%，且兩種主要纖維降解菌琥珀酸梭菌和黃化梭菌的數(shù)量分別顯著增加27%和13%，這使得羔羊?qū)Ω晌镔|(zhì)、蛋白質(zhì)和中性洗滌纖維的消化率分別顯著提高了13%、9%和12%。此外，后生元還可以調(diào)節(jié)反芻動物的免疫機能并緩解應(yīng)激反應(yīng)。熱應(yīng)激的奶牛飼用含有滅活酵母細胞的飼糧后，呼吸頻率每分鐘減少8次，但體溫基本不變，說明后生元有助于奶牛散熱。將2%滅活的酵母培養(yǎng)物灌注給綿羊瘤胃后，灌注第21d，綿羊血清中IgA含量提高12%，IgG水平提高15%，綿羊的體液免疫機能增強。羔羊飼糧中添加植物乳桿菌RG14 的無細胞上清液使羔羊血液中總蛋白、尿素氮和葡萄糖濃度分別顯著升高56%、67%和35%，可以緩解羔羊由于斷奶產(chǎn)生的應(yīng)激反應(yīng)。乳腺炎可以使奶牛的產(chǎn)奶性能下降，并威脅奶牛的健康，給奶牛養(yǎng)殖帶來極大困擾。研究報道，1mM的丙酸鈉可以使金黃色葡萄糖球菌內(nèi)化到牛乳腺上皮細胞減少55%，降低奶牛乳腺炎的發(fā)病率。當使用含有乳酸乳球菌DPC3147且可以產(chǎn)生細菌素乳霉素3147的活性生物制劑治療患有乳腺炎的奶牛時，發(fā)現(xiàn)該活性生物制劑與抗生素的治愈率相近。而且，活性生物制劑治療難度小，成本低。因此，后生元可以在治療奶牛乳腺炎方面發(fā)揮優(yōu)越作用。

3.4 后生元在水產(chǎn)動物中的應(yīng)用

后生元可以起到維持水產(chǎn)動物腸道穩(wěn)態(tài)的功能，同時在疾病抵抗以及調(diào)節(jié)免疫機能等方面也有著關(guān)鍵作用。腸道微生物群在消化和免疫調(diào)節(jié)過程中具有輔助作用，如腸道微生群可以保護腸道粘膜內(nèi)壁的完整性，競爭性抑制病原體的作用位點，保護機體免受傳染病的侵害。在魚類養(yǎng)殖中，Wu等發(fā)現(xiàn)，滅活的索氏鯨桿菌和小紅酵母能夠改善雜交鱘魚的腸道菌群結(jié)構(gòu)，其中腸道優(yōu)勢菌群厚壁菌門的相對豐度增加了42%。添加乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)物使虹鱒魚的腸道微生物菌群多樣性提高了24%，并使感染乳酸乳球菌的虹鱒魚的存活率提高了43%。許多異養(yǎng)細菌也可以產(chǎn)生如萜類分子等后生元。據(jù)報道，萜類化合物具有有效的抗菌活性，對水產(chǎn)養(yǎng)殖病原體具有抑菌和殺菌作用。給羅非魚連續(xù)飼喂槲寄生飼糧80d后，其溶菌酶和吞噬活性均有所提高，使其在嗜水芽孢桿菌侵染下的存活率提高了42%。此外，在蝦類養(yǎng)殖中，在飼糧中添加丁酸鈉，可以調(diào)節(jié)凡納濱對蝦腸道菌群結(jié)構(gòu)，使弧菌數(shù)量減少13%，同時，血液中總血細胞數(shù)顯著增加46%，起到調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)的作用，從而使存活率顯著提高 7%。

4 展望

后生元具有改善畜禽生長性能、調(diào)節(jié)免疫機能以及抗氧化等多種功能，同時在安全性、穩(wěn)定性和適用性等方面都要優(yōu)于益生菌，這使得后生元得到了人們的廣泛關(guān)注和深入研究。然而，目前后生元的制備與開發(fā)技術(shù)尚不成熟，發(fā)揮作用的機制還不明確，且后生元的益生效果受菌株、組分和劑量等因素的影響，這極大限制了后生元在畜牧生產(chǎn)中的大規(guī)模應(yīng)用。在今后研究中，如果可以進一步揭示后生元的作用機理，完善生產(chǎn)工藝，統(tǒng)一使用和評價標準，相信將會推動后生元更為廣泛的應(yīng)用。