综述：微生物发酵整合方法提升未充分利用作物的营养与生物活性功能

这篇综述系统阐述了微生物发酵（LAB/酵母）如何通过降解抗营养因子（如植酸）、提升蛋白质消化率及生成生物活性物质，将未充分利用作物（谷物、假谷物、块茎等）转化为可持续的营养解决方案。结合AI筛选菌株、多组学（multi-omics）优化及绿色加工技术（超声/微波），为应对粮食安全（SDGs 2&3）和慢性病防控提供了创新路径。

　　

Abstract

微生物发酵作为古老的食品加工技术，正被赋予新的使命——通过乳酸菌（LAB）、酵母等微生物的代谢活动，将未充分利用作物转化为营养强化型食品。全球人口突破80亿的背景下，仅依赖六大主粮的农业生产模式已难以满足需求。未充分利用作物（如藜麦、芋头、海藻等）虽富含矿物质和蛋白质，但植酸、单宁等抗营养因子限制了其应用。发酵过程能显著降解这些因子，提升铁、锌的生物利用度，同时生成短链脂肪酸（SCFAs）和抗氧化肽等活性物质，对糖尿病、心血管疾病等非传染性疾病（NCDs）具有潜在干预作用。

Introduction

从公元前6000年的啤酒发酵到现代精准发酵技术，微生物始终是食品转化的核心驱动力。值得注意的是，传统发酵食品如泡菜、康普茶（Kombucha）的地域局限性正在被打破——通过高通量筛选（HTS）获得的^{Bifidobacterium} _longum菌株可使荞麦蛋白消化率提升37%，而微波预处理能将发酵周期缩短至传统方法的1/3。这种"古老技术+现代工艺"的组合，正成为实现联合国可持续发展目标（SDG 2&3）的关键策略。

Nutritional Challenges in Underutilized Crops

未充分利用作物的营养困境集中体现在"双重矛盾"：藜麦的优质蛋白（含全部9种必需氨基酸）与高植酸含量并存，木薯的高淀粉特性伴随氰苷毒性。发酵过程中，LAB分泌的植酸酶（phytase）能将植酸磷转化率提高至92%，而^Aspergillus _oryzae产生的氰化物水解酶可降解木薯毒素。更妙的是，这些微生物本身就是"微型营养工厂"——^{Saccharomyces} _boulardii发酵可使薏米维生素B₁₂含量增长8倍。

Cereal and Pseudocereals

在谷物类作物中，发酵展现惊人的"点石成金"效应：

• 青稞经LAB发酵后，β-葡聚糖含量提升至未发酵组的2.5倍，其降血糖效应（通过AMPK通路）得到临床验证
• 红曲霉固态发酵糙米产生的monacolin K，成为天然他汀类物质
• 超声波辅助发酵使鹰嘴豆肽得率提高40%，其ACE抑制活性（IC₅₀=0.8mg/mL）优于商业化降压肽

Technological Advancements

AI驱动的菌株筛选正在改写游戏规则：

1. 机器学习模型通过分析5,000+LAB基因组，预测出3株具有新型植酸酶活性的^{Lactobacillus} _plantarum突变体
2. 微流控发酵芯片实现pH/溶氧的纳米级调控，使海藻多糖转化效率达95%
3. 低温等离子体预处理结合混菌发酵，让芋头蛋白消化率曲线媲美乳清蛋白

Conclusion

当气候变化威胁主粮产量时，发酵技术为藜麦、苔麸等"气候智能型作物"打开了食品工业化大门。从实验室走向餐桌仍面临挑战：标准化发酵工艺的建立、消费者对发酵食品异味的接受度等。未来，将CRISPR编辑的超级菌株与区块链溯源结合，或许能打造出从农田到肠道的全链条营养解决方案。