综述：从超加工食品到精准食品设计：通过食品基质科学、配方设计、人类生物学和可持续食品体系重塑食品加工

《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：Ultra-processed foods to precision food design: Reframing food processing through food matrix science, formulation, human biology, and sustainable food systems

　　

摘要

背景：食品加工对于保障食品安全、品质、可及性、经济性和可持续性至关重要，但超加工食品（UPFs）消费量的增加引发了关于其是否可能促进慢性疾病的争论。尽管NOVA等系统推动了流行病学研究的发展，但基于加工程度的分类在解析食品结构、配方和加工如何影响人体生理方面提供的机制分辨率有限。

范围与方法：本综述批判性地评估了食品加工分类系统，并整合了食品基质科学、食品工程、机制营养学、精准营养学、人工智能（AI）及可持续食品系统的最新进展。对PubMed、Scopus和Web of Science（2019–2026年）的文献进行了综合分析，并辅以定向检索，以考察食品结构、配方、加工与口腔及胃肠道生理、营养生物可及性、肠道微生物群、进食行为和代谢反应之间的关系。

主要发现与结论：证据表明，机体对加工食品的生物学反应不能仅通过加工强度来解释，而是产生于基质结构、配方、加工条件和宿主生物学之间的相互作用。食品结构影响咀嚼、进食速率、消化、营养释放、肠激素信号传导及餐后代谢，为食品设计与人体生理之间提供了机制性界面。这些见解支持精准食品设计（PFD），即一个超越"加工食品与最少加工食品"分类框架，转向对食品进行具有明确营养、代谢、感官和环境功能的目标工程设计的框架。PFD整合了基质工程、精准配方、AI驱动的预测和可持续性，同时考虑消费者接受度、经济性和可扩展性。未来优先方向包括标准化的基质表征、受控的人体干预研究、机制表型分析、经验证的预测建模、生命周期评估以及基于证据的监管框架。因此，PFD将加工重新定义为可控的设计变量，用于开发在生物学、营养、感官和环境表现方面优化的食品。

引言

食品加工是现代食品系统的基础，它在提高食品安全、延长保质期、增强感官品质、实现营养强化、减少采后损失和支持粮食安全方面发挥了重要作用（Knorr & Watzke, 2019；Knorr & Augustin, 2021；Capozzi et al., 2021；Lockyer et al., 2026）。然而，工业化配方食品消费量的增加加剧了人们对其可能促进肥胖、心脏代谢疾病和其他慢性非传染性疾病的担忧。这一看似矛盾的现象反映了食品加工的多样性，其范围涵盖了传统防腐和烹饪以及复杂的工业配方和制造。因此，加工食品的生物学效应不能仅归因于加工强度，而必须结合食品组成、配方、基质结构、加工条件和预期功能来考虑（Forde & Decker, 2022；Forde, 2023；Levine & Ubbink, 2023）。

NOVA分类系统的引入极大地塑造了食品加工领域的相关研究，该系统根据工业加工的性质和目的对食品进行分类（Monteiro, 2009；Monteiro et al., 2018, 2019）。随后的流行病学研究报告了超加工食品（UPFs）摄入量增加与一系列不良健康结果之间的关联，包括肥胖、2型糖尿病、心血管疾病、特定癌症、衰弱和过早死亡（Cordova et al., 2023；Lane et al., 2024；Dai et al., 2024；Barbaresko et al., 2025；Kanbay et al., 2025；Smith et al., 2026）。然而，这些关联对于UPFs中哪些特征在生物学上具有后果性提供了有限的分辨率。重要的是，被归入同一NOVA类别的食品在营养组成、配料组成、物理结构和生理效应方面可能存在显著差异（Louie, 2025；Kahleova et al., 2026）。这种异质性使得将加工视为健康的独立决定因素的解释变得复杂，并突出了区分加工与配方和食品功能性的必要性。

加工可以同时改变粒径、细胞完整性、质地、黏度、营养分布、消化性、能量密度和感官特性。这些变化影响口腔加工和进食行为，并可能改变营养在胃肠道消化过程中变得可用的速率（Forde & Bolhuis, 2022；Forde et al., 2020；Forde, 2023）。因此，食品形态和质地可能通过超越营养组成的机制影响能量摄入，包括进食速率、口腔暴露和摄食后信号传导（Bolhuis & Forde, 2020；Stribi?caia et al., 2020；Teo et al., 2022a）。最新的研究进一步强调了物理食品结构在调节饱腹感、消化和代谢反应方面的重要性，强化了需要在传统基于营养素的度量之外考虑食品基质特性的必要性（Wang et al., 2026）。

食品基质为加工与人体生物学之间提供了机制性桥梁。其三维组织和物理化学特性影响咀嚼、胃内崩解、消化动力学、营养生物可及性以及向肠道微生物群输送底物（Aguilera, 2019, 2025；Holland et al., 2020；Forde & Bolhuis, 2022）。基质特性因此可以塑造肠激素信号传导、微生物发酵和餐后代谢反应，而这些方式仅靠营养组成无法完全捕捉。因此，加工应被视为一组能够修改与人体生理相关的结构和功能特性的可控操作，而不仅仅是食品的类别属性（Levine & Ubbink, 2023；Ahrné et al., 2025；Lockyer et al., 2026）。

从食品系统的角度来看，这一区分也很重要。食品加工可以通过改善防腐、减少食物损失、延长产品供应期和实现替代性或未充分利用资源的纳入来促进可持续性。与此同时，加工可能引入与能源需求、配料生产、包装和供应链相关的环境成本（Fardet & Rock, 2020；Anastasiou et al., 2022；Kesse-Guyot et al., 2023）。因此，加工食品的可持续性不能仅从加工水平推断，而应在食品系统价值链上结合营养质量、资源利用、浪费、经济性和环境影响进行评估（FAO, 2024；Michel et al., 2024）。

这些考虑揭示了基于加工分类的根本局限性：分类描述了食品经历了什么，但未必能解释加工后的食品在生物学上做了什么，或如何对其进行重新设计。新兴的食品基质科学领域，结合食品工程、机制营养学、精准营养学和数字技术的进展，为转变这一范式提供了契机。与其询问食品是否经过加工或超加工，更有信息量的方法是识别加工所产生的哪些结构和组成属性，它们如何与人体生理相互作用，以及这些属性是否可以被有意优化。

在此背景下，我们提出精准食品设计（PFD），作为从回顾性食品分类转向前瞻性、基于机制的食品工程的框架。PFD整合了食品基质科学、精准配方、加工技术、人体生理反应、人工智能（AI）和可持续性，以指导开发具有明确营养、代谢、感官和环境功能的食品。其核心主张是食品加工应被视为设计变量而非健康性的代理指标。因此，PFD将当前关于UPFs的争论围绕一个更广泛的问题重新构建：如何有意设计食品结构、配方和加工，以优化食品、人体生物学与地球健康之间的相互作用？

章节摘要

文献检索方法：在PubMed、Scopus和Web of Science中进行了结构化的、以PRISMA为指导的文献检索，以识别与食品加工、食品基质功能、人体生物学和可持续食品系统相关的证据。检索在四个领域结合术语进行：(1) 食品加工与分类（"超加工食品"、"NOVA分类"、"食品加工"、"食品配方"）；(2) 食品基质与结构（"食品基质"、"食品结构"、"食品微结构"、"消化"）……

食品加工：定义、分类系统和科学局限性

食品加工是由一系列物理、化学、生物和工程操作组成的连续谱，这些操作将农产品转化为具有明确安全性、稳定性、营养性、感官特性和功能特性的食品（Knorr et al., 2020；Knorr & Augustin, 2021）。这些操作从干燥、发酵、碾磨和烹饪到挤压、均质化、高压加工和复杂配方不等（Knorr & Watzke, 2019；Capozzi et al., 2021；Michel et al., 2024）。因为……

食品基质科学：PFD的生物学基础

基于加工的提供对食品特性如何与人体生理相互作用的理解十分有限。食品基质科学通过考虑营养素在其结构、物理化学和组成背景下的存在来弥补这一缺口（Aguilera, 2019, 2025；Forde & Bolhuis, 2022）。基质特性影响咀嚼、胃肠道崩解、消化动力学、营养生物可及性、微生物底物可用性和餐后反应；因此，具有……

连接食品加工与人体生物学的机制通路

了解食品加工如何影响健康需要超越流行病学关联，考察可能将食品结构、配方和加工与生理反应联系起来的生物学通路。加工可以修改基质结构、质地、营养可及性、化学成分和感官特性，从而影响口腔加工、消化、营养吸收、内分泌信号传导、肠道微生物代谢和食欲调节。表2……

PFD：整合食品工程与人体生物学

对食品基质的机制性理解，加上食品工程、精准营养学和数字技术的进展，使得从按加工强度对食品进行分类转向有意设计其生物学和功能特性成为可能。PFD将配方、基质结构和加工条件视为可控变量，可以根据预定义的营养、生理、感官、经济和环境目标进行优化（Forde, 2023）。

可持续性、循环生物经济和未来食品系统

未来食品系统必须协调人类健康、环境可持续性、粮食安全、经济性和韧性。食品加工与其中每个目标都相关，因为它可以 Simultaneously 增加保质期和食品安全、减少损失并实现多样化配料的利用，同时也需要能源、水、包装和其他资源（Willett et al., 2019；FAO, 2024；Michel et al., 2024）。因此，加工食品的可持续性不能从……推断

AI与PFD的数字技术

从描述性食品分类向PFD的转变需要计算工具来整合配方、食品结构、加工、生物学反应、消费者偏好和可持续性。AI、机器学习、多组学和新兴的数字孪生方法可以识别复杂关系并支持多目标优化（McClements, 2024；Huang et al., 2025）。这些技术应补充而非取代机制性食品科学和实验验证。

监管科学与政策转型

PFD提出了一个重要的监管问题：当健康相关特性产生于配方、基质结构、加工与人体生理之间的相互作用时，食品应如何评估？当前系统恰当地优先考虑食品安全、营养组成、配料信息以及适用的加工相关定义，但这些维度未能完全捕捉关于食品结构和生物学功能性的新兴证据（Forde, 2023；Trumbo et al., 2024）。

研究空白与未来展望

尽管食品基质科学和机制营养学取得了进展，但在理解加工如何修改食品特性以及将这一知识转化为PFD之间仍存在显著空白。进展需要标准化的基质测量、更强的人体证据、经验证的计算模型以及对健康、可持续性、成本和消费者接受度的综合评估（Forde, 2023；Wang et al., 2026；Lockyer et al., 2026）。

结论

UPFs之争凸显了食品加工与健康之间的重要关联，但也暴露了加工强度作为生物学功能的独立描述符的局限性。证据日益表明，生理反应产生于配方、食品基质结构、加工条件、口腔加工、消化、微生物代谢和宿主生物学之间的相互作用。因此，核心挑战不仅仅是按加工……对食品进行分类。

未引用参考文献：O'Connor et al., 2024；O'Connor et al., 2023。

CRediT作者贡献声明

Mohammad Nazrul Islam Bhuiyan：概念化、资源、调查；方法论；形式分析；数据整理；撰写——审阅与编辑；撰写——初稿。Barun Kanti Saha、Mohammed Abdus Satter、Ashish Kumar Sarkar：撰写——审阅与编辑。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本研究结果或解释的财务或个人利益冲突。

数据可用性

本研究未使用任何数据。

写作过程中生成式AI及AI辅助技术的声明

ChatGPT仅用于提升综述论文的语言和可读性，通过优化句子结构和确保语法准确性，而未替代作者的原始内容。图表由作者使用标准插图软件构思和设计；未使用AI辅助图像生成工具。

资助

本研究未获得外部资助。

致谢

作者衷心感谢孟加拉国科学与工业研究委员会（BCSIR）提供的必要资源和设施支持，这些支持和设施对本工作的顺利完成做出了重大贡献。

Mohammad Nazrul Islam Bhuiyan | Barun Kanti Saha | Mohammed Abdus Satter | Ashish Kumar Sarkar

BCSIR恰信格实验室，BCSIR，恰信格 4220，孟加拉国