《International Journal of Molecular Sciences》：Wheat Bioactive Compounds and Human Health: A Review of Nutraceutical Potential, Molecular Mechanisms and AI-Assisted Functional Food Innovation
小麦（Triticum aestivum L.）是全球消费最广泛的谷物之一，对全球粮食安全至关重要。本综述批判性地审视了关于小麦生物活性化合物、营养成分及健康促进特性的现有证据。小麦含有多种营养成分和生物活性化合物，包括酚酸、类黄酮（flavonoids）、木脂素（lignans）、烷基间苯二酚（alkylresorcinols）、植物甾醇（phytosterols）和生物活性肽（bioactive peptides）。本综述系统评估了从化学表征、细胞研究到动物模型和人体临床试验的多层次证据，并明确区分了证据质量。在临床前模型中，小麦来源的化合物表现出抗氧化、抗糖尿病、抗肥胖、抗炎、抗癌、抗微生物以及调节肠道微生物群（gut microbiota）的活性。已鉴定的分子机制集中于核因子E2相关因子2（Nrf2）介导的抗氧化防御、核因子κB（NF-κB）炎症通路抑制、AMP活化蛋白激酶（AMPK）代谢调控以及磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/AKT）胰岛素信号通路。人工智能（AI）和机器学习（machine learning）的最新进展为鉴定小麦生物活性分子、预测生物靶点以及通过高光谱成像（hyperspectral imaging）评估面粉品质提供了新工具。AI整合的多组学（multi-omics）方法通过将个体遗传、代谢和微生物组特征与特定小麦品种或生物活性提取物相匹配，为个性化小麦基营养策略提供了可能。本综述得出结论，小麦来源的生物活性化合物显示出显著的营养保健潜力；然而，临床转化需要严格的人体研究，并且必须解决麸质敏感人群的安全性问题。
**1. 引言**
谷物食品是蛋白质、膳食纤维、碳水化合物、宏量营养素、微量营养素（维生素和矿物质）以及具有药理活性的生物活性化合物的丰富来源。较高的全谷物摄入量与疾病风险降低和超越基础营养的健康获益相关。代谢综合征（MetS）包括胰岛素抵抗、肥胖、高血压、血脂异常和糖尿病（DM）等一系列生理和代谢紊乱。功能性谷物成分通过降低餐后血糖峰值、改善胰岛素敏感性和降低糖尿病风险在葡萄糖稳态中发挥关键作用。小麦（Triticum aestivum L.）是全球最有价值的主粮作物之一，隶属于禾本科（Poaceae），为全球超过三分之一的人口提供必需营养。小麦籽粒由三个主要解剖部分组成：麸皮（富含纤维和酚类化合物）、胚芽（含脂质和维生素）和胚乳（含淀粉和蛋白质）。除营养价值外，全麦含有最高水平的酚类化合物，比精制小麦产品提供更大的营养保健效益。
本综述的首要目标是系统评估小麦生物活性化合物的营养保健潜力，并在成分、细胞、动物和人体研究层面进行明确的证据等级分类。次要目标是综合小麦来源化合物跨多种疾病背景健康效应的整合分子机制。第三目标是批判性评估新兴的人工智能辅助方法在小麦化学 profiling、生物活性化合物发现和功能性食品创新中的应用。最终目标是识别尚未解决的科学问题，并提出来自证据的未来研究方向。
**1.1. 本综述的新颖性和范围**
本综述在四个新颖维度上提供了独特的整合视角。第一，对所有籽粒组分（麸皮、糊粉层、胚芽、胚乳、种皮和果皮）中的生物活性化合物分布进行了系统比较分析，提供了能够直接比较的定量数据。第二，全面涵盖了跨细胞、动物和人体研究的全部健康获益谱系及机制细节，包括对麸质相关安全性考量的批判性评价。第三，综合了关于增强生物活性化合物释放和生物活性的生物加工策略（发芽、发酵和酶解）的新兴证据。第四，提供了人工智能辅助方法在小麦化学 profiling、营养保健发现、品质预测和个性化营养方面应用的专题综述。
**1.2. 综述方法**
文献检索使用PubMed、Scopus、Web of Science和Google Scholar数据库进行。检索策略组合了以下术语的变体。纳入标准包括原始研究论文、综述和临床研究。排除标准包括非英文出版物、会议摘要以及缺乏生物活性化合物或健康结局数据的小麦相关主题研究。证据分为六个等级：第1级（随机对照试验）、第2级（观察性人体研究）、第3级（动物研究）、第4级（细胞实验）、第5级（化学/分析研究）和第6级（计算预测）。
**2. 小麦中的生物活性化合物**
**2.1. 酚类化合物**
酚酸是次生代谢产物，对植物的生物活性谱有贡献，并且是小麦抗氧化和健康获益的核心。它们通常分为两个亚类：羟基苯甲酸（HBA）衍生物和羟基肉桂酸（HCA）衍生物。古老小麦基因型比现代品种含有更高水平的丁香酸和酪醇以及更高的总酚含量。全麦面粉的总酚含量最高，为1.53 mg没食子酸当量/克（GAE/g），其次为白麦面粉的1.20 mg GAE/g。基因型和种植地点显著影响硬粒小麦（T. durum）中的酚含量和抗氧化能力。有色小麦品种（蓝色、紫色和黑色）富含酚类化合物和类黄酮色素。阿魏酸（ferulic acid）主要以结合形式存在，通过酯键连接于糊粉层和果皮中的细胞壁阿拉伯木聚糖。小麦籽粒中的酚酸主要以不溶性结合形式（50–70%）存在，连接于细胞壁组分如阿拉伯木聚糖、纤维素、木质素和蛋白质。阿魏酸是主要的酚类化合物，约占小麦籽粒总酚酸的70–90%。
**酚类化合物在不同籽粒组分中的定量分布**
详细的定量比较揭示了酚类化合物在小麦籽粒组分间存在显著异质性。麸皮组分含有最高的酚浓度（占籽粒总酚的50–70%），其次为胚芽（20–30%），而淀粉胚乳作为精制白面粉的主要成分，含量相对较低（<5%）。阿魏酸是所有组分中主要的酚类化合物，但展现不同的分布模式：外层果皮含有总阿魏酸的75–93%，以不溶性结合形式存在，而糊粉层含有45–65%的结合阿魏酸，以酯键连接于阿拉伯木聚糖。糊粉层特别富含HCA衍生物，包括对香豆酸（p-coumaric acid）、芥子酸（sinapic acid）和咖啡酸（caffeic acid），这些在胚乳中基本不存在。胚芽虽仅占籽粒重量的2–3%，但对可溶性酚组分贡献不成比例。
**2.2. 类黄酮**
小麦类黄酮包括黄酮（flavones：芹菜素apigenin、木犀草素luteolin和麦黄酮tricin）、黄酮醇（flavonols：山奈酚kaempferol和槲皮素quercetin）和花青素（anthocyanins，类黄酮的水溶性亚类）。这些化合物对抗氧化和抗炎活性有显著贡献。花青素负责紫色、蓝色和黑色小麦品种的着色。黑色小麦富含蛋白质、纤维、钙、维生素K、类黄酮、酚类物质和抗氧化活性。约225种类黄酮相关代谢物将黑色小麦区别于其他品种。
**有色小麦与普通小麦的类黄酮谱比较**
有色小麦品种（紫色、蓝色、黑色）的类黄酮谱在组成和浓度上与普通小麦有显著差异。普通小麦主要含黄酮和黄酮醇，总类黄酮浓度为150–350 μg/g干重。相比之下，有色小麦品种展现数倍高的类黄酮浓度，并含有普通小麦基本不存在的花青素。紫色小麦以矢车菊素-3-O-葡萄糖苷（cyanidin-3-O-glucoside）、芍药花素-3-O-葡萄糖苷（peonidin-3-O-glucoside）和锦葵花素衍生物为特征，总花青素含量范围为450–1200 μg/g，取决于基因型。蓝色小麦积累飞燕草素-3-O-葡萄糖苷（delphinidin-3-O-glucoside）和矮牵牛素-3-O-葡萄糖苷（petunidin-3-O-glucoside），而黑色小麦兼具紫色和蓝色着色性状，展现最高的总花青素含量（650–1450 μg/g）。
**2.3. 木脂素和烷基间苯二酚**
小麦含有木脂素，主要是开环异落叶松树脂酚（secoisolariciresinol）和丁香树脂酚（syringaresinol）。这些化合物表现出植物雌激素活性，并被肠道微生物群转化为哺乳动物木脂素，包括肠二醇（enterodiol）和肠内酯（enterolactone）。烷基间苯二酚是一类独特的酚脂，几乎专一地集中于小麦和黑麦麸皮中，广泛用作营养流行病学中全谷物摄入的生物标志物。
**2.4. 植物甾醇**
植物甾醇是结构上类似于胆固醇的植物来源甾醇，在小麦中的浓度范围为500–1200 μg/g干重，取决于品种和籽粒组分。小麦中鉴定的主要植物甾醇包括β-谷甾醇（β-sitosterol）、菜油甾醇（campesterol）和豆甾醇（stigmasterol）。麸皮和胚芽组分含有最高的植物甾醇浓度，而胚乳含量显著较低。植物甾醇通过竞争性抑制肠道胆固醇吸收发挥降胆固醇作用，导致血清低密度脂蛋白胆固醇浓度降低。
**2.5. 小麦生物活性化合物的生物可及性、生物利用度和代谢**
小麦生物活性化合物的健康效应不仅取决于其在籽粒中的浓度，还取决于其生物可及性（bioaccessibility，消化过程中从食物基质中的释放）、生物利用度（bioavailability，吸收和全身分布）和代谢命运。大多数小麦酚类物质（50–70%）以不溶性结合形式存在，通过酯键连接于细胞壁阿拉伯木聚糖。这些结合酚不经过上消化道消化释放，需要肠道微生物群的结肠发酵进行生物活化。微生物酯酶水解酯键，释放游离酚酸，这些游离酚酸可在结肠发挥局部抗氧化效应或被全身吸收。花青素相对不稳定，在消化过程中经历广泛降解，通常只有不到1–2%的摄入花青素被完整吸收，但其结肠代谢物（酚酸和醛类）可能贡献于全身效应。烷基间苯二酚被完整吸收，在人体内的半衰期约为5小时，使其成为适合的全谷物摄入生物标志物。阿魏酸作为主要的小麦酚类物质，在其结合形式下吸收较差，但经酶解或微生物水解释放后展现更高的生物利用度。
**3. 小麦的营养成分**
小麦是一种营养密集的谷物，提供必需的宏量和微量营养素。营养成分在不同籽粒组分间差异显著，麸皮和胚芽含有显著更高浓度的生物活性化合物、维生素和矿物质，而淀粉胚乳含量较低。小麦酚类化合物以三种形式存在：游离型、可溶性结合型（酯化连接到糖或小分子）和不溶性结合型（共价结合于细胞壁多糖）。结合形式占主导，占总酚含量的75%以上。
**3.1. 氨基酸组成和营养品质**
小麦蛋白质以其独特的氨基酸谱为特征，具有重要的营养意义。小麦蛋白质含量范围为8%–15%，取决于品种、生长条件和籽粒组分。主要蛋白质组分包括麦醇溶蛋白（gliadins）和麦谷蛋白（glutenins），二者共同构成面筋（gluten），约占小麦总蛋白的80%，以及清蛋白（albumins）和球蛋白（globulins）。赖氨酸（lysine）是小麦蛋白质的第一限制性氨基酸，其次为苏氨酸（threonine）。小麦赖氨酸缺乏具有重要的代谢意义。当赖氨酸限制时，其他必需氨基酸的吸收和利用会受损。这解释了为何小麦蛋白质的蛋白质消化率校正氨基酸评分（PDCAAS）约为0.4–0.5，低于动物蛋白。
**3.2. 碳水化合物组成**
小麦主要是碳水化合物来源，淀粉约占籽粒重量的60–75%。淀粉以两种形式存在：直链淀粉（amylose，线性α-1,4-葡聚糖，20–30%）和支链淀粉（amylopectin，分支α-1,4和α-1,6-葡聚糖，70–80%）。直链淀粉与支链淀粉的比例显著影响血糖反应，较高的直链淀粉含量与较低的餐后血糖指数（glycemic index）相关。小麦还含有非淀粉多糖（NSPs），包括阿拉伯木聚糖（arabinoxylans）、β-葡聚糖（β-glucans）和纤维素（cellulose）。
**3.3. 脂质组成**
小麦脂质约占籽粒重量的1.5–3.0%，胚芽组分含有最高的脂质浓度（占胚芽重量的8–12%）。小麦脂质的脂肪酸谱以多不饱和脂肪酸（PUFAs）为主，特别是亚油酸（linoleic acid，C18:2，占总脂肪酸的50–60%），其次为油酸（oleic acid，C18:1，15–25%）和棕榈酸（palmitic acid，C16:0，15–20%）。
**3.4. 矿物质组成和生物利用度**
小麦是必需矿物质的重要来源，但其浓度和生物利用度在不同籽粒组分间差异显著。麸皮和糊粉层含有最高的矿物质浓度。矿物质的生物利用度受植酸（phytic acid，肌醇六磷酸）存在的显著影响，植酸集中于麸皮和糊粉层，与二价阳离子形成不溶性复合物，降低肠道吸收。几种策略可增强小麦矿物质的生物利用度：通过发芽或发酵激活植酸酶（phytase）；酸面团发酵，利用微生物植酸酶降低植酸盐含量；小麦面粉的矿物质强化；以及低植酸小麦品种的遗传选择。
**3.5. 维生素组成**
小麦是B族复合维生素的丰富来源，麸皮和胚芽组分含有最高浓度。硫胺素（维生素B
1）、核黄素（维生素B
2）、烟酸（维生素B
3）、吡哆醇（维生素B
6）和叶酸（维生素B
9）以显著含量存在。胚芽特别富含维生素E（生育酚tocopherols和生育三烯酚tocotrienols），并含有少量维生素K。精制过程中维生素的大量损失是支持全谷物消费的关键营养论点。
**4. 小麦的营养保健和健康获益**
**4.1. 抗氧化活性**
小麦来源的酚类化合物通过清除活性氧（ROS）降低氧化应激。抗氧化活性因小麦品种而异。抗氧化活性与植物化学成分密切相关，绿原酸（chlorogenic acid）、咖啡酸（caffeic acid）、木犀草素（luteolin）和芹菜素（apigenin）等化合物有助于氧化还原平衡。加工方法如发芽和发酵可增强小麦生物活性。小麦麸皮多糖和发酵衍生物也展现出强自由基清除活性。从小麦胚芽蛋白分离的肽可保护H
2O
2损伤的PC12细胞。小麦酚类化合物的主要抗氧化机制涉及清除ROS和螯合过渡金属离子，在体外保护细胞组分免受氧化损伤。
**4.2. 利用小麦管理糖尿病**
糖尿病（DM）是一种严重的代谢性疾病，以β细胞功能障碍或胰岛素作用受损导致的持续性高血糖为特征。国际糖尿病联盟（IDF）数据显示，2021年全球有5.37亿成人患有糖尿病。流行病学和临床证据表明，全麦面粉产品可改善血糖控制并降低2型糖尿病（T2D）风险。体外研究证明，小麦麸皮可溶性膳食纤维抑制α-淀粉酶（α-amylase）和α-葡萄糖苷酶（α-glucosidase）。在动物模型中，小麦来源的非淀粉多糖显著改善链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病C57BL/6J小鼠的血糖调节、脂质谱以及肝肾功能。来自紫色小麦品种的花青素富集组分在HepG2细胞中显著增加AKT Ser473磷酸化并恢复葡萄糖摄取。机理上，这些效应通过激活AMPK和PI3K/AKT通路、上调葡萄糖转运蛋白（GLUT）2和GLUT4表达来介导。发芽小麦通过重塑肠道微生物群组成、抑制Toll样受体4（TLR4）/核因子κB炎症通路以及调节五种关键生物活性代谢物发挥保护作用。
**4.3. 利用小麦来源的生物活性成分管理肥胖**
肥胖是一种进行性慢性代谢紊乱，也是全球主要的公共卫生挑战。《全球疾病负担2021》研究预测，如果当前趋势持续，到2050年将有超过38亿成人超重或肥胖。新兴证据表明，小麦衍生物有助于肥胖管理并调节肠道微生物群。小麦β-葡聚糖显著降低肥胖相关细菌属的丰度。小麦阿拉伯木聚糖通过增强短链脂肪酸（SCFA）产生发挥益菌元效应。在分子水平上，小麦烷基间苯二酚通过miR-34a/SIRT1轴促进慢肌纤维形成、肌生成和分化。小麦肽通过对二肽基肽酶IV（DPP-IV）的有效抑制等多靶点效应对抗高脂饮食（HFD）诱导的代谢紊乱。花青素生物强化有色小麦也已成为代谢健康有前景的功能性谷物。人体证据方面，小麦基功能性食品在临床环境中展现出有希望的效果，但一项21项RCT的荟萃分析报告全谷物消费并不一致地影响人体测量指标。
**4.4. 小麦来源生物活性化合物的抗炎效应**
炎症是一种保护性生物反应，防御宿主免受病原体侵害并维持组织稳态。累积证据表明，小麦来源的生物活性化合物通过多种机制展现显著的抗炎特性，主要涉及抑制NF-κB和MAPK炎症通路。阿魏酸在临床前模型中被多项研究鉴定为抗炎和免疫调节化合物。小麦麸皮多酚通过抑制丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）和NF-κB炎症小体通路，改善葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的小鼠溃疡性结肠炎。小麦胚芽油降低氧化应激、抑制炎症和NF-κB信号，并激活核因子E2相关因子2（Nrf2）和血红素加氧酶1（HO-1）抗氧化通路。小麦肽通过降低脂多糖（LPS）诱导的Caco-2细胞通透性、抑制NF-κB p65和MAPK信号通路的活化来保护肠上皮细胞。发酵小麦胚芽提取物（FWGE）因其抗炎和抗氧化潜力而被广泛研究。
**4.5. 小麦来源植物化学物质的抗癌潜力**
小麦来源的植物化学物质因其在临床前模型中的抗增殖活性而受到关注。发酵小麦胚芽提取物（FWGE）在癌症细胞模型中显著抑制细胞迁移和侵袭。FWGE被评估为单一疗法和与化疗药物的联合治疗。在分子水平上，FWGE通过破坏肿瘤细胞代谢和诱导凋亡发挥抗增殖作用。阿魏酸通过激活共济失调毛细血管扩张突变（ATM）/检查点激酶2（Chk2）通路和共济失调毛细血管扩张与Rad3相关（ATR）/Chk1通路，抑制不同Duke分期结肠癌细胞的增殖和迁移。小麦麸皮水解产物与抗癌和免疫调节效应相关。小麦胚芽凝集素缀合的壳聚糖纳米颗粒用于改善细胞毒剂的靶向递送。FWGE已推进至临床试验，作为去势抵抗性前列腺癌的辅助治疗展现出支持性获益。
**4.6. 小麦的抗菌活性**
全麦面粉对革兰阴性和阳性菌均展现抗菌活性，促进潜在益生菌短乳杆菌（Lactobacillus brevis）的生长。花青素生物强化有色小麦品种（包括紫色、蓝色和黑色小麦）已成为抗菌化合物的有价值来源。主要花青素通过膜 destabilization、微生物酶抑制和生物膜形成破坏发挥抗菌效应。
**4.7. 小麦介导的肠道微生物群调节**
全麦纤维促进有益肠道微生物群的生长，支持消化健康和免疫调节。小麦麸皮膳食纤维通过抑制1,2-二酰基甘油（DAG）/蛋白激酶C epsilon（PKCε）通路，改善胰岛素受体活性和胰岛素信号，从而发挥代谢获益。小麦来源的阿拉伯木聚糖调节肠道微生物群组成、促进结肠调节性T细胞扩增并增强黏膜免疫球蛋白A（IgA）反应。在小麦过敏儿童中观察到独特的肠道微生物群变化。在个体间对小麦来源纤维的微生物群反应中，基线普雷沃氏菌（Prevotella）丰度决定了对小麦麸皮阿拉伯木聚糖低聚糖的双歧杆菌生成反应。生物加工小麦材料展现改善的酚类谱。酸面团发酵改变了小麦基面包对肠道微生物群的效应。
**4.7.1. 肠道微生物群调节机制**
小麦来源的组分通过多个相互关联的通路调节肠道微生物群。首先，小麦阿拉伯木聚糖和β-葡聚糖作为益菌元底物被特定细菌分类群发酵，产生SCFA。其次，微生物酯酶在结肠发酵过程中释放结合酚类化合物，特别是阿魏酸。第三，小麦来源的烷基间苯二酚和苯并噁唑啉酮调节致病菌的群体感应。第四，小麦肽直接与上皮Toll样受体（TLRs）相互作用，调节炎症信号并增强紧密连接蛋白表达。
**4.7.2. 肠道微生物群调节的临床意义**
在患有代谢综合征的个体中，小麦麸皮消费增加了嗜黏蛋白阿克曼氏菌（Akkermansia muciniphila）丰度并降低了厚壁菌门与拟杆菌门比值，这些变化与改善的胰岛素敏感性和降低的全身炎症相关。在老年人中，对小麦麸皮阿拉伯木聚糖低聚糖的益菌元反应取决于基线普雷沃氏菌丰度，提示个性化益菌元干预的机会。
**4.8. 整合分子机制：小麦介导健康效应的共享信号通路**
小麦来源的生物活性化合物通过调节若干进化保守的信号通路发挥其多效性健康效应，这些通路是细胞应激反应、代谢和炎症的核心。
**4.8.1. Nrf2/ARE抗氧化通路**
核因子E2相关因子2（Nrf2）通路代表细胞对抗氧化应激的主要防御。小麦酚类化合物，特别是阿魏酸、咖啡酸和花青素，通过促进Nrf2从Keap1上解离来激活Nrf2，导致核转位和抗氧化反应元件（ARE）依赖基因的转录上调。
**4.8.2. NF-κB炎症通路**
核因子κB（NF-κB）是促炎基因表达的主要调控因子。小麦来源的化合物通过多种机制抑制NF-κB活化：阻止IκBα磷酸化和降解、减少p65核转位并抑制下游炎症基因转录。
**4.8.3. AMPK代谢通路**
AMP活化蛋白激酶（AMPK）作为细胞能量传感器协调代谢稳态。小麦来源的化合物通过增加的AMP/ATP比值和上游激酶信号激活AMPK。AMPK活化促进葡萄糖摄取（GLUT4转位）、脂肪酸氧化（通过PGC-1α）和线粒体生物发生。
**4.8.4. PI3K/AKT胰岛素信号**
磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）/AKT通路是胰岛素作用和细胞存活的关键介质。小麦肽和酚类化合物通过增加胰岛素受体（IR）磷酸化、上调胰岛素受体底物（IRS）蛋白并促进AKT Ser473活化来增强PI3K/AKT信号。
**4.8.5. MAPK信号级联**
丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路（包括ERK、JNK和p38）介导细胞对应激和炎症信号的响应。小麦来源的化合物以情境依赖的方式调节MAPK信号。
**4.9. 人体证据和转化相关性**
人体证据基础仍然有限，缺乏大规模、长期、安慰剂对照试验。观察性研究一致报告全谷物小麦消费与降低的慢性疾病风险相关。然而，观察性发现不能确立因果关系。一项21项RCT的荟萃分析报告全谷物消费并不一致地影响人体测量指标，提示小麦消费的获益可能取决于所涉及的特定小麦组分。若干关键的知识空白限制了小麦来源生物活性化合物在人体健康中的转化相关性：剂量-反应关系、生物利用度和代谢、个体变异性、全食品与分离化合物的比较以及长期安全性。
**4.10. 安全性考量：麸质相关疾病**
**4.10.1. 乳糜泻**
乳糜泻（CeD）是一种自身免疫性疾病，影响全球约1%的人口。携带HLA-DQ2或HLA-DQ8单倍型的遗传易感个体因摄入麸质而发病。目前，终身严格坚持无麸质饮食仍然是CeD唯一确立的治疗方法。
**4.10.2. 非乳糜泻麸质敏感**
非乳糜泻麸质敏感（NCGS）是一种独特的临床病症，以摄入麸质后出现肠道和肠外症状为特征，但无CeD或小麦过敏的证据。NCGS在一般人群中的估计患病率为0.5%–13%。
**4.10.3. 小麦过敏**
小麦过敏是一种免疫球蛋白E（IgE）介导的对小麦蛋白的过敏反应，影响约0.2–1%的儿童，但许多受影响儿童在学龄前会自然缓解。
**4.10.4. 麸质相关疾病概述**
麸质相关疾病（GRDs）包括CeD、NCGS和小麦过敏，以及较罕见的病症如麸质共济失调和疱疹样皮炎。近几十年来全球GRD负担增加。
**4.10.5. 降低免疫原性的育种策略**
植物生物技术的最新进展为开发具有降低免疫原性潜力同时保留有益生物活性化合物的小麦品种提供了有前景的策略。利用多重CRISPR/Cas9编辑面包小麦的α-、γ-和ω-麦醇溶蛋白基因，观察到麸质含量降低了97.7%。然而，必须承认若干关键限制：监管障碍、烘焙品质影响、消费者接受度、长期安全性和污染控制。
**5. 人工智能引导的小麦化学 profiling**
近期的研究表明，人工智能（特别是机器学习和深度学习）是食品科学、植物化学筛选和生物数据分析中的宝贵工具。AI作为第2、3、4节描述的植物化学表征与小麦基功能性食品实际开发之间的转化桥梁。通过将高通量光谱数据与ML算法整合，AI能够实现生物活性化合物谱的快速、无损预测。
**5.1. 人工智能引导的生物活性化合物检测与 profiling**
研究人员将量子化学描述符应用于小麦酚类化合物分析，整合定量构效关系（QSAR）建模与遗传算法进行分子对接和特征选择。拓展模型结合可见-近红外-短波红外（Vis-NIR-SWIR）光谱与随机森林（RF）、K-最近邻（KNN）和决策树（DT）分类器用于不同热处理条件下的小麦酚类化合物分类。加权基因共表达网络分析（WGCNA）与转录组数据整合，鉴定类黄酮生物合成通路为小麦耐热性的核心分子机制。
**5.2. 人工智能引导的营养成分分析**
评估小麦品质参数的传统方法受限于低通量。AI驱动的高光谱成像和NIR光谱提供了向高通量、无损营养 profiling 转变的途径。一个利用全球402个小麦品种的模型同时预测了超过220种营养成分。利用高光谱成像和傅里叶变换红外（FTIR）光谱数据训练RF、DT和KNN分类器进行无损面筋强度评估。一种便携式NIR光谱方法被开发用于同时定量小麦面粉中的面筋指数（GI）、干面筋含量和湿面筋含量。LGAKNet，一种用于监测小麦面粉的轻量级实时网络，整合了Ghost瓶颈、外部注意力模块和Kolmogorov-Arnold网络（KAN）以处理NIR光谱。
**5.3. 人工智能引导的营养保健化合物发现**
超越常规的小麦组分定量，AI可促进新型生物活性化合物和营养保健品的从头鉴定。利用ML算法结合分子对接从发酵小麦面筋水解产物中鉴定鲜味肽。一种DL和分子动力学模型被开发用于筛选2798个小麦麦醇溶蛋白来源的肽与钙敏感受体的相互作用。AI-based鉴定代表早期阶段的筛选工具，为实验验证产生假说。
**5.4. AI-多组学整合用于个性化小麦基营养**
AI与多组学技术的融合正在推动向利用小麦来源生物活性物质的个性化营养的范式转变。在基因组学和转录组学层面，AI整合分析能够鉴定具有最佳生物活性谱的小麦品种。在代谢组学和化学 profiling 层面，AI驱动的代谢组学提供小麦生物活性化合物谱的高分辨率表征。在微生物组 profiling 层面，AI驱动的微生物组分析可根据个体代谢结合酚类的微生物能力鉴定最能获益于特定小麦组分的个体。这些组学层次与AI的整合创建了一个全面的个性化小麦基营养框架。
**5.5. AI在小麦研究中的局限性和未来方向**
在解读小麦研究中的AI-based研究时，必须承认若干方法学局限性：样本量和代表性、数据泄漏、外部验证、模型可解释性和报告标准。未来方向应优先考虑：大规模多中心数据集、前瞻性验证研究、多组学数据整合、可解释和可解读的AI、监管和安全性考量，以及量子计算（尽管当前在小麦化学 profiling 中的应用仍属假说性的新兴领域）。
**6. 食品加工对小麦生物活性化合物和功能特性的影响**
食品加工显著影响小麦生物活性化合物的含量、生物利用度和生物活性，同时影响面筋结构和免疫原性。
**6.1. 热加工**
烘焙、挤压、蒸制和其他热处理对小麦生物活性化合物发挥复杂效应。适度热处理可通过破坏细胞壁结构和从阿拉伯木聚糖酯键释放结合酚类物质来增强酚类化合物的可提取性。然而，过热会导致热不稳定化合物（特别是花青素）的热降解，在高温烘焙过程中损失可达60–80%。
**6.2. 发芽**
发芽激活内源酶（β-葡萄糖苷酶、酯酶、木聚糖酶），水解酯键连接的结合酚类物质，释放游离酚酸并增加可溶性酚含量。超声辅助发芽将γ-氨基丁酸（GABA）含量增加至18 mg/100 g，类黄酮含量增加至0.19 mg槲皮素当量（QE）/g。
**6.3. 发酵和生物加工**
酸面团发酵和微生物生物加工增强了结合酚类物质的释放并产生新型生物活性化合物。发酵小麦胚芽提取物（FWGE）在动物模型中展现出优于未发酵胚芽的抗炎和抗肥胖效应，归因于生物活性醌类物质生物利用度的增加。
**6.4. 酶法加工**
利用特定酶的酶解提供了对生物活性化合物释放的精确控制。无花果蛋白酶（ficin）水解小麦面筋改善了面团特性和质构，同时释放了在化学测定中具有显著抗氧化活性的生物活性肽。
**6.5. 高压和新兴技术**
黑色小麦麸皮在1.0 MPa下经蒸汽爆破处理90秒显著改善了可溶性纤维、酚类物质、类黄酮和花青素含量，增强了化学测定中的抗氧化活性。高静水压加工（HPP）在无热降解的情况下改变面筋结构和多酚相互作用。
**6.6. 面筋修饰技术**
CRISPR/Cas9介导的多重编辑α-、γ-和ω-麦醇溶蛋白基因使面包小麦中麸质含量降低了97.7%。整合的RNAi、CRISPR和双单倍体技术生产了超低麦醇溶蛋白小麦，消除了免疫显性表位，同时保持了可接受的烘焙品质。
**7. 结论**
小麦既是全球重要的主粮作物，也是具有显著营养保健潜力的多种生物活性化合物的宝贵来源。小麦来源的酚酸、类黄酮、木脂素、烷基间苯二酚、植物甾醇、膳食纤维和生物活性肽在临床前模型中展现出多样的生物活性，包括抗氧化、抗糖尿病、抗肥胖、抗炎、抗癌、抗微生物和肠道微生物群调节效应。这些健康获益通过集中于若干进化保守的信号通路来介导：Nrf2/ARE用于抗氧化防御、NF-κB用于炎症控制、AMPK用于代谢调控、PI3K/AKT用于胰岛素信号、以及MAPK用于应激反应，这解释了小麦化合物跨多种疾病背景的多效性效应。然而，小麦也含有麸质，可在易感个体中触发乳糜泻、非乳糜泻麸质敏感和小麦过敏。
**7.1. 尚未解决的科学问题**
第一，对小麦生物活性化合物之间协同与拮抗相互作用的精确分子机制理解不足。第二，对小麦基干预反应的个体间变异性需要系统研究。第三，结肠发酵后结合酚类化合物的生物利用度及其组织特异性分布和生物活性需要进一步阐明。第四，高剂量小麦生物活性化合物补充在人体中的长期安全性和有效性尚未确立。第五，最大化生物活性化合物保留同时最小化抗营养因子和致敏性的最优加工条件需要系统优化。第六，基因修饰的低麸质小麦品种是否能在降低免疫原性的同时保留完整的健康促进生物活性谱仍有待临床试验证明。
**7.2. 未来研究方向**
解决这些尚未解决的问题需要跨多个研究领域的协调努力。需要大规模随机对照试验来确立小麦基功能性食品的明确健康声明。应应用AI整合的多组学方法鉴定个体反应生物标志物并开发个性化小麦基营养策略。量子计算和先进AI模型可能加速新型生物活性肽的从头发现，但当前应用仍为假说性质。应优先发展可持续加工技术，以最小化生物活性化合物降解同时增强生物可及性。小麦来源化合物作为慢性疾病辅助治疗的潜力值得临床研究。应通过综合微生物组、代谢组和免疫功能分析的纵向人体干预研究，探索小麦多酚与肠道微生物群在介导全身健康效应中的相互作用。
**7.3. 结语**
总之，小麦展现出开发下一代功能性食品和营养保健品的强大潜力。小麦科学、加工技术、AI和个性化营养的融合代表了一个激动人心的前沿领域，有能力将小麦从主粮谷物转变为用于慢性疾病预防和管理的精准治疗平台。然而，实现这一潜力需要解决尚未解决的科学问题并推进所述研究方向的探索。在全谷物小麦消费作为均衡饮食一部分与膳食指南一致的同时，分离的小麦来源化合物的特定健康声明需要在人体研究中进一步验证。
