上清液Supernatant

上清液為生命科學、微生物學、生物科技及醫學研究中十分常見的專有名詞，指樣品經靜置、沉澱或離心後，位於沉澱物上方的液體。不同研究領域的上清液，其成分與用途皆有所不同，例如細胞培養上清液、發酵上清液、無細胞上清液（Cell-free Supernatant, CFS）等。

近年成為顯學的克菲爾，學界研究主題從動植物生長應用、胃腸道健康維護，擴增至醫學臨床治療、改善阿茲海默症等範疇，近期更出現克菲爾上清液抗大腸癌的重要研究，讓上清液成為熱門議題。

近年克菲爾、益生菌與後生元研究中，CFS更是評估發酵代謝物的重要研究材料。了解上清液的定義與分類，有助於正確閱讀科學文獻，避免將上清液、後生元及外泌體混為一談。

一.歷史

上清液並非近代才出現的新概念，而是伴隨離心技術（centrifugation）發展而逐漸成為生物實驗中的基本術語。瑞典化學家特奧多爾‧斯韋德貝里（Theodor Svedberg）和學生Hans H. Rinde在1923年分析大顆粒溶膠的重力沈降，但小顆粒的溶膠無法分析。

為此，斯韋德貝里開發高速離心機，分離血液、細胞與微生物，從而發現溶液經過高速離心後，密度較大的細胞、細菌或顆粒會沉降到底部形成沉澱（Pellet），上方留下澄清液體，即是上清液，並因此獲得諾貝爾化學獎。

此後，上清液逐漸成為生物學、微生物學、免疫學、生物化學及細胞培養的重要研究材料，應用於蛋白質分析、代謝物研究、菌株篩選及藥物開發等領域。

二.名稱的由來

Supernatant一詞來自拉丁文字源：

1. Super：位於上方（Above）

2. Natant：漂浮、浮在液體上（Floating）

兩者相加，直譯為「漂浮在沉澱物上方的液體」；中文則依其位置命名為上清液，意指位於沉澱物上層、外觀透明或半透明的液體。相對於上清液，試管底部沉降的固體則稱為沉澱物。

三.上清液的定義

廣義而言，上清液是指混合液經過離心、靜置或沉澱後，位於沉澱物上方的液體部分。

依照不同研究對象，上清液可能含有：
可溶性蛋白質、酵素、胜肽、多醣、有機酸、維生素、小分子代謝物、微生物代謝產物及細胞分泌物。因此，上清液並不是特別指某種固定物質，而是一種經過分離程序取得的液體樣本，其組成完全取決於原始材料與培養方式。 

四.特色

相較於未經分離的培養液，上清液具有幾項共同特色：

1. 不含沉澱顆粒
   經離心或過濾後，已去除大部分細胞、菌體或固體顆粒。

2. 富含可溶性成分
   包括蛋白質、胜肽、有機酸、多醣及各種代謝物。

3. 適合分析活性物質
   可作為研究細胞分泌物、菌株代謝物及發酵產物的重要材料。

4. 應用範圍廣
   廣泛使用於食品、生技、醫學、農業及藥物研究。

五.適用範疇

依來源不同，上清液可分為多種類型：

1. 細胞培養上清液（Cell culture supernatant）
   在體外培養細胞的過程中，去除細胞本身後所剩餘的液體培養基。目前在再生醫療與醫美抗老領域中，特指「幹細胞培養上清液」。在幹細胞（如脂肪、骨髓、臍帶或牙髓幹細胞）的培養與增殖過程中，細胞會分泌大量具有高度生理活性的物質到培養基中。將這些幹細胞取出、並經過離心與滅菌等純化步驟後所取得的液體，即為上清液。

2. 微生物培養上清液（Culture supernatant）
   在液體培養基中培養微生物（如細菌、真菌、酵母菌等）後，經過離心或過濾等步驟，將微生物菌體沉澱或去除後所剩下的液體部分。這層液體富含微生物在生長代謝過程中分泌的多種產物，包括代謝產物（胺基酸、有機酸、維生素）、生物活性物質（胜肽、澱粉酶、蛋白酶、抗生素），以及外泌體與細胞外囊泡（EVs，攜帶蛋白質與核酸，可用於細胞間的訊息傳遞）。

3. 發酵上清液（Fermentation supernatant）
   在微生物（如乳酸菌、酵母菌）發酵或培養過程中，經過過濾、離心等技術去除菌體與固體殘渣後，所取得的「無細胞液體」。近年來，由於其富含發酵產生的營養精華，在保養品與保健食品領域受到廣泛應用，常用於腸道保健品、酵素飲品中，能幫助維持消化道機能。

4. 無細胞上清液（Cell-free Supernatant, CFS）
   在細胞培養過程中，經過離心或過濾等方式去除活細胞及細胞碎片後，殘留下來的液體，可分為： ‧幹細胞培養上清液（幹細胞外泌體）在再生醫學與美容領域，科學家利用幹細胞進行培養，這些細胞會分泌大量對人體有益的分子，包括豐富的外泌體（Exosomes）、生長因子（如 VEGF， EGF）、細胞激素及微小核糖核酸（miRNA）。
   
   ‧益生菌無細胞上清液（後生元）在食品與保健領域，科學家會培養乳酸菌等益生菌，其代謝產物同樣具有卓越的健康效益，最常見於益生菌及克菲爾研究。主要成分包含細菌代謝產物、短鏈脂肪酸、胜肽、有機酸，以及微小的益生菌胞外囊泡（EVs）。因為不含活菌但具生物活性的成分，被稱為「後生元」，穩定性極佳，常用於腸道保健、調節免疫及抑制壞菌的機能性食品中。

5. 血液上清液
   血液經過離心處理後，沉澱在底部的血球（紅血球、白血球等）上方，所分離出來的澄清液體。根據採血管內是否含有抗凝血劑，上清液主要可分為兩種：血清（Serum）及血漿（Plasma）。

6. 植物培養上清液（Plant Culture Supernatant）
   主要可分為生技與醫藥領域（植物組織培養的上清液、植物乳桿菌上清液）以及農業生技領域（微生物共生菌上清液、植物萃取液）。

六.克菲爾發酵上清液

克菲爾研究中，上清液通常是指無細胞發酵上清液。先培養克菲爾菌或乳酸菌，利用離心技術去除菌體，再以0.22 μm濾膜過濾，最後收集不含活菌的澄清發酵液。CFS廣泛應用於益生菌、克菲爾、乳酸菌、發酵食品及微生物代謝研究，也是近年探討發酵代謝物的重要研究工具之一。

這類發酵上清液已去除活菌，保留可溶性代謝物，可降低菌體干擾，有利於分析微生物分泌的生物活性物質，成分包括有機酸、胞外多醣（EPS）、生物活性胜肽、細菌素（Bacteriocins）、發酵代謝物、部分可溶性微生物產物，因此CFS常被作為評估克菲爾代謝物生物活性的研究材料，而非直接代表完整的克菲爾產品。

1. 上清液 vs 後生元（Postbiotics）
   兩者經常被混用，但其實並不相同。

   上清液	後生元
   一種分離取得的液體樣本	一種符合國際定義的製劑
   可含多種可溶性成分	包含刻意失活微生物及／或其組成成分
   不一定具有健康用途	必須具有經證實的健康益處
   不一定符合後生元定義	需符合國際益生菌與益生元科學協會ISAPP定義

2. 上清液 vs 外泌體
   雖然兩者都可能出現在細胞培養研究中，但本質完全不同：外泌體可能存在於細胞培養上清液中，但上清液並不等於外泌體。

   上清液	外泌體
   液體樣本	細胞分泌的奈米囊泡
   包含許多可溶性物質	為特定細胞外囊泡
   成分複雜	含脂質、蛋白質、RNA等
   可能含外泌體	外泌體只是上清液中的一部分

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