甘草发酵衍生的后生元：制备、生物活性及功能食品潜力

《Food Bioscience》：Fermentation-derived postbiotics from licorice: Preparation, bioactivity and functional food potential

　　

# 摘要

发酵衍生的后生元，被国际益生菌与益生元科学协会（ISAPP）定义为由无生命的微生物和/或其成分组成的、能对宿主产生健康益处的制剂，代表了微生物生物技术与功能食品科学交叉领域的一个新兴前沿。当甘草（*Glycyrrhiza* spp.）——一种富含三萜类皂苷、黄酮类化合物和多糖的药用植物——作为微生物生长和代谢活动的发酵基质时，所获得的甘草衍生后生元制剂——由灭活的微生物生物质、微生物细胞结构成分以及生物转化的甘草植物化学物组成——展现出独特的多机制生物活性谱。本综述通过基质-菌株-工艺-生物活性-应用框架，系统评估了甘草衍生后生元的制备、生物活性和功能食品潜力。光果甘草（*Glycyrrhiza glabra*）、甘草（*G. uralensis*）和胀果甘草（*G. inflata*）的植物化学复杂性提供了一种独特的起始材料，其经乳酸菌、双歧杆菌属及其他发酵微生物的生物转化后，可获得具有增强抗氧化、抗菌、抗炎及肠道屏障调节活性的后生元制剂，该活性已在体外试验和临床前动物模型中得到证实；来自人体临床试验的证据仍然有限。灭活方法的选择——包括热处理、超声、高压加工和紫外照射——对耐热不稳定代谢物和介导宿主-微生物信号的细胞壁成分保留具有关键影响。将这些后生元应用于乳制品、烘焙食品、饮料和肉制品中，展示了其作为双重功能清洁标签防腐剂和生物活性成分的应用潜力。然而，该领域面临重大挑战：缺乏标准化的表征方法、体外观察与人体临床试验之间存在显著证据鸿沟，以及关于甘草衍生代谢物与微生物细胞成分对整体生物活性的相对贡献仍有待解决。甘草特有的安全性考量，特别是残留甘草酸和甘草甜酸水平以及假性醛固酮增多症风险，需要严格的发酵后监测和最终制剂的独立毒理学评估。与主要依赖微生物细胞壁成分发挥生物活性的市售乳制品或谷物衍生后生元相比，甘草衍生后生元提供了差异化的双模式价值主张——将微生物免疫调节成分与生物转化的草本生物活性物相结合——使其成为清洁标签功能食品和天然防腐产业的高价值多功能原料。根据ISAPP标准生产和验证的甘草（*Glycyrrhiza* spp.）发酵衍生制剂——完整的微生物灭活以及保留灭活的微生物细胞和/或细胞成分——称为甘草衍生后生元。不符合这些标准的制剂作为发酵甘草提取物或生物转化植物化学制剂进行讨论。本综述确定了将甘草衍生后生元从实验室证据推进至法规批准的商业应用所需的关键研究优先事项。

# 引言

后生元科学与植物资源增值的融合代表了功能食品研究中最具前景的发展方向之一。在过去十年中，后生元的概念已从一组松散定义的微生物衍生产品演变为一个受共识生产和表征标准严格规范的生物治疗成分类别。2021年，国际益生菌与益生元科学协会（ISAPP）发布了具有里程碑意义的后生元共识定义："由无生命的微生物和/或其成分组成的、能对宿主产生健康益处的制剂"（Salminen等，2021）。2024年ISAPP常见问题解答（FAQ）文件进一步澄清，后生元必须包含灭活的微生物细胞或细胞结构成分作为核心组成；纯化的微生物代谢物或植物衍生化合物，即使是通过发酵生产的，也不完全符合后生元定义（Vinderola等，2024）。

从活体益生菌向无生命微生物制剂的范式转变，解决了益生菌策略的若干实际局限。益生菌需要冷链维持，在食品加工过程中易失活，并且在免疫功能低下人群中存在潜在安全风险（Lee等，2023；Mosca等，2022）。相比之下，后生元在储存和热处理期间具有更优异的稳定性，消除了菌血症或细菌易位风险，并且可以在不受到活性限制的更广泛食品基质中应用（Amobonye等，2025；Suthar等，2023）。这些优势推动了后生元研究的快速扩展，应用领域涵盖食品防腐、肠道健康调节、免疫调节和代谢疾病管理（Hijová，2024；Prajapati等，2023；Rafique等，2023；Thorakkattu等，2022；Zhao等，2024）。

与此同时，甘草（*Glycyrrhiza* spp.）作为发酵基质也重新引起了科学界的关注，其丰富的植物化学物质可通过微生物生物转化得到系统性利用。甘草根含有三大类生物活性化合物：三萜类皂苷（主要为甘草酸，一种甜味约为蔗糖50倍的甜味化合物）、黄酮类化合物（甘草苷、异甘草苷、甘草灵、异甘草灵、光果甘草素）和多糖（Husain等，2021；Ji等，2024）。这些化合物不仅是被动组分，更作为代谢底物在发酵过程中经历酶促转化。甘草酸经细菌β-葡萄糖醛酸酶水解为18β-甘草甜酸，该代谢物具有增强的膜通透性和独特的药理性质（Li等，2024；Tan等，2022）。黄酮苷类化合物同样被去糖基化为活性更强的苷元形式（Hong等，2025）。这种生物转化能力使甘草成为后生元生产的独特优质基质，将发酵微生物的代谢机制与药用植物的固有生物活性相结合（Amini等，2024；Thorakkattu等，2022；Tibenda等，2023）。

尽管研究势头日益增长，当前文献中仍存在三个关键知识空白尚未得到解决。第一，现有的后生元综合综述主要聚焦于乳制品或谷物衍生制剂（Pimentel等，2023；Vinderola等，2024），而植物性后生元——特别是来自药用植物基质的后生元——尚未得到系统综述。第二，此前的甘草相关综述主要集中于未发酵提取物及其药理活性（Husain等，2021；Ji等，2024），仅零散涉及发酵介导的生物转化和后生元应用。第三，迄今为止尚无研究将甘草植物化学、菌株选择、灭活技术到生物活性机制、食品基质应用以及法规考量整合到单一连贯框架中。

本综述通过提供首个符合ISAPP标准的甘草衍生后生元系统评估来填补这些空白。其独特贡献有三：（1）建立了明确的分类框架，区分真正的后生元与发酵提取物、生物转化植物化学物和孤立微生物代谢物；（2）采用基质-菌株-工艺-生物活性-应用价值链框架，系统比较了三种主要甘草物种、六种灭活方法和四个核心生物活性领域；（3）批判性评估了证据基础、转化障碍、安全风险和法规环境，以识别商业化发展的可行研究优先事项。所有原创示意图均由作者为本综述专门绘制。

本综述采用基质-菌株-工艺-生物活性-应用框架，如图1所示，系统评估了发酵衍生的甘草后生元如何制备、表现出何种生物活性以及其在功能食品领域的定位。该框架以递进价值链形式组织：甘草基质的植物化学组成决定发酵微生物菌株的选择，其代谢活动使底物在发酵过程中发生转化；所得发酵生物质随后接受一种灭活方法，从而确定最终后生元的组成；后生元制剂的生物活性在互补维度上进行评估；经验证的制剂则被评估是否可应用于食品基质并获得法规批准。本综述针对"后生元：具有生物活性的死亡细胞"这一专题主题，聚焦于甘草衍生后生元与食品安全、功能食品开发和人类健康的交叉领域。

在本综述中，"后生元"一词严格依照ISAPP定义使用：由无生命的微生物和/或其成分组成的、能对宿主产生健康益处的制剂，以灭活的微生物细胞或细胞结构成分作为核心组成。"发酵甘草提取物/制剂"指未经验证是否完全灭活微生物的发酵衍生甘草基质，可能含有活细胞、残留底物和胞外代谢物。"孤立甘草化合物"指纯化的植物化学物，如甘草酸、甘草灵、异甘草灵或光果甘草素。"孤立微生物代谢物"指纯化的微生物产物，如细菌素、胞外多糖或短链脂肪酸。关于后两类物质的研究作为支持机制、组成或安全性证据引用，并明确标注；除非已证明完全灭活并保留了灭活的微生物细胞/细胞成分，否则不作为ISAPP定义的甘草衍生后生元的直接证据。

## 各部分要点

**研究潜力与主题议题：从甘草作为发酵基质到功能食品应用**

甘草衍生后生元的研究潜力涵盖一条递进价值链，从植物化学基质表征到微生物菌株优化、后生元制备与表征，再到功能食品应用、防腐效果评估和法规合规。各阶段的进展开启了新的应用可能性，而任何阶段的未解决挑战则制约了转化准备度。本节考察了八个主题领域。

**研究进展与生物活性机制**

当前关于甘草衍生后生元生物活性的证据主要来自体外细胞培养试验和啮齿类动物疾病模型，人体干预研究数据极为有限。在该证据基础上，甘草衍生后生元通过互补的四维机制发挥生物活性：抗氧化防御激活、广谱抗菌活性、多通路抗炎信号调节以及肠道屏障-微生物组调节，其中……

**局限性、研究空白与未来展望**

甘草衍生后生元领域面临一个关键的证据强度差距，在解读生物活性声明时必须加以承认。如补充表S2所述，四个核心生物活性领域均仅有3级证据（体外试验）和2级证据（动物模型）支持，目前尚无1级证据（人体随机对照试验）。从体外生物活性观察到临床验证的功能食品……

## 结论

发酵衍生的甘草后生元代表了传统草本资源可通过现代后生元科学系统性增值的汇合点，基质-菌株-工艺-生物活性-应用框架证明了这一途径的可行性。甘草属物种的植物化学复杂性——涵盖三萜类皂苷、黄酮类化合物和多糖——提供了一种独特丰富的基质，其经乳酸菌、双歧杆菌属及其他……

## CRediT作者贡献声明

何江龙：验证、调查、形式分析、数据整理。曹建康：监督、资源、项目管理、概念化。崔树茂：写作–审阅与编辑、监督、资源、项目管理、资金获取、概念化。郝圣杰：写作–审阅与编辑、写作–原稿、监督、软件、方法论、形式分析、数据整理、概念化。李千：形式分析、监督。陈伟：写作……

## 数据可用性

所有原创图表均由作者创建。已建立机制通路的示意图改编属于学术综述出版物的合理使用范畴，所有来源文献均已适当引用。无需正式版权许可即可复制任何材料。

## AI辅助技术披露

作者使用了FoodSeek 2.0（https://www.foodseek.cn/chat/foodComplianceDeepSearch），一个由本实验室独立开发的AI模型，仅用于模型调试、建模和文献分析，包括评估引用文献的质量及其对本研究的贡献。FoodSeek未用于直接生成任何数据。未使用生成式AI创建或修改科学数据或生成未披露的图像内容。所有相关数据均受监督和管理……

## 利益冲突声明

作者声明不存在任何已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

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