《JSFA reports》：Molecular mechanisms linking food processing to the human gut microbiome and metabolic health: A critical review
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食品加工可提升安全性、保质期、消化率和感官品质，但也会改变食物基质，去除微生物可及底物，并引入改变宿主-微生物相互作用的添加剂或热衍生化合物。本批判性综述评估了机械加工、热处理、发酵和超加工实践如何影响人类肠道微生物群与代谢健康。研究人员对PubMed/MED
食品加工可提升安全性、保质期、消化率和感官品质，但也会改变食物基质，去除微生物可及底物，并引入改变宿主-微生物相互作用的添加剂或热衍生化合物。本批判性综述评估了机械加工、热处理、发酵和超加工实践如何影响人类肠道微生物群与代谢健康。研究人员对PubMed/MEDLINE和Google Scholar进行了结构化文献检索，纳入2010年1月至2026年7月间发表的同行评审研究，优先考虑人体控制喂养试验、随机干预研究和大型观察性研究。最强的人体证据表明，加工相关效应具有异质性，而非一律有害。精制及超加工饮食模式可增加能量摄入，并与不良代谢结局相关，而小型对照研究表明，特定乳化剂和非营养性甜味剂可在易感个体中改变微生物群组成或功能。相反，全谷物和发酵食品干预可增加短链脂肪酸产生、微生物功能容量或多样性。从机制上看，食品加工通过改变颗粒大小、淀粉结构、纤维可及性、多酚生物利用度、添加剂暴露、晚期糖基化终末产物、胆汁酸代谢和肠道屏障完整性发挥作用。然而，机制文献大多仍处于临床前阶段，且加工水平常与营养质量和膳食模式混杂。未来研究应采用标准化加工描述符、宏基因组学和代谢组学终点、充分把握度的受控饮食以及长期多民族队列。食品设计应在保留有益基质和可发酵底物的同时，尽量减少不必要的添加剂和过度热损伤。
**引言**
微生物群（microbiota）与微生物组（microbiome）相关但不可互换。前者指特定栖息地中的微生物集合，后者则涵盖这些生物体及其全部遗传物质、功能产物和生态背景。在胃肠道中，该生态系统参与营养转化、定植抵抗、免疫教育和代谢产物产生。不消化碳水化合物的发酵及短链脂肪酸（short-chain fatty acids, SCFAs）的产生是食品加工与宿主健康之间最直接的界面。肠道微生物群的个体间差异显著，可改变的环境暴露（尤其是饮食、药物、居住环境和肥胖）比遗传祖先解释了更大比例的变异。工业加工在食物接触胃肠道前改变了其化学和物理特性，包括颗粒大小、细胞壁完整性、淀粉糊化和回生、蛋白质消化率、脂质氧化、多酚释放、微生物活力以及美拉德反应产物的形成。食品加工不应被视为单一有害暴露。最小加工可提升安全性和可及性，发酵可产生生物活性化合物和活微生物，部分热处理增强消化率或释放植物化学物；而精制去除富含纤维的结构，剧烈加热产生晚期糖基化终末产物（advanced glycation end products, AGEs），超加工配方常结合快速消化基质与高能量密度、低纤维及多种添加剂。NOVA系统用于人群研究有实用价值，但无法完全区分加工强度与营养成分、质地、添加剂混合物和进食速率的影响。近期流行病学综合分析将高超加工食品摄入与肥胖、2型糖尿病、心血管疾病、胃肠疾病和过早死亡相关联，肠道微生物组常被提议为中介因素，但人体直接因果证据仍有限。本综述旨在批判性比较特定加工操作如何改变食物结构和组成、这些变化如何影响微生物生态和代谢，以及所得通路如何影响代谢健康。
**方法**
本文采用结构化批判性叙述综述方法，参考叙述性综述评估量表开展。检索PubMed/MEDLINE和Google Scholar（2026年7月28日），检索词组合包括“食品加工”或“超加工食品”或挤压、碾磨、发酵、乳化剂、甜味剂、晚期糖基化终末产物，以及“肠道微生物群”或“肠道微生物组”或宏基因组学、代谢组学和代谢健康、肥胖、胰岛素抵抗、炎症或肠道屏障。纳入2010年1月至2026年7月间以英文发表的同行评审人体干预研究、观察性研究、系统综述及机制性动物或体外研究。证据按加工暴露和生物学机制综合，人体控制喂养和随机研究权重最高，其次为前瞻性队列和横断面分析。动物和体外研究用于解释生物学合理性，但不视为人类临床效应的证据。未进行荟萃分析，因为干预措施、测序平台、终点和暴露分类高度异质。
**食品加工作为微生物底物暴露的决定因素**
*机械加工与食物基质*：碾磨、粉碎、均质化和榨汁减小颗粒尺寸并破坏植物细胞壁，可能增加近端营养吸收和餐后血糖，减少到达结肠的完整多糖数量和多样性。体外发酵实验表明，煮沸、挤压和制面包产生不同的碳水化合物利用模式，且受基线微生物功能能力影响。人源化微生物组小鼠中，挤压全谷物与粥产生不同血糖和肥胖结局，方向取决于移植微生物的碳水利用表型。这些研究支持食物基质-微生物组相互作用，而非简单的加工与否二分法。
*热处理*：加热改善安全性和可消化性，但温度、水分和时间决定微生物后果。湿热使淀粉糊化并增加消化率，冷却促进抗性淀粉形成；干热、油炸、烤制和长期储存利于美拉德反应和AGEs生成。剧烈加热还可氧化脂质、降低热敏维生素或多酚。结肠底物库从复杂碳水化合物转向不完全消化蛋白质、糖化肽和脂质衍生化合物。专门隔离热强度的人体证据稀缺，多为动物研究推导，应谨慎对待所有熟食或热处理食品损伤肠道微生物组的结论。
*发酵和其他有益加工*：发酵可降低抗营养物质、水解乳糖、改性酚类化合物、生成有机酸和生物活性肽，并引入活微生物或微生物产物。17周随机干预中，高发酵食品饮食增加微生物多样性并降低多种炎症标志物，而高纤维饮食增加微生物组编码的碳水化合物活性酶但未增加多样性。发酵产品在微生物活力、盐、糖和基质组成上差异很大，不能一概而论。
*超加工和配方效应*：超加工食品是工业配方，通常含精制成分、重组基质、调味系统和家用烹饪中不常见的添加剂。其潜在微生物组效应来自一系列暴露：低微生物可及碳水化合物含量、快速进食速率、高能量密度、改变质地、乳化剂、非营养性甜味剂、色素和加工污染物。Hall等进行的住院患者交叉试验中，超加工饮食使自主能量摄入增加约508千卡/天，2周内平均体重增加0.9千克，而未加工饮食导致体重下降。虽然饮食在呈现热量、常量营养素、糖、钠和纤维方面匹配，但该研究未测量微生物组，因此确立了能量摄入和体重的因果效应，而非微生物组中介作用。
**来自人体研究的比较证据**
人体研究比临床前文献更为谨慎。观察性分析将高超加工食品摄入与低质量饮食和炎症性胃肠状态相关菌群联系起来，但纤维摄入、整体膳食模式、药物和肥胖的残余混杂仍很大。孤立添加剂的对照研究显示出生物学效应，但样本量小、干预期短、剂量可能不代表长期人群暴露。关键人体研究包括：Hall等的住院随机交叉试验显示超加工饮食增加能量摄入和体重，但未测微生物组；Atzeni等的横断面研究（n=645）显示高超加工摄入与低地中海饮食依从性和胃肠炎症相关菌群有关；Chassaing等的双盲对照喂养（n=16）显示羧甲基纤维素（CMC）15克/天×11天降低多样性和改变代谢组，部分个体发生微生物侵入；Suez等的随机试验（n=120）比较糖精、三氯蔗糖、阿斯巴甜和甜菊糖2周，发现甜味剂特异性和个体化微生物组变化，糖精和三氯蔗糖损害部分受试者血糖反应；Wastyk等（n=36）比较高纤维和高发酵食品饮食17周，发酵食品增加多样性并降低炎症标志物，纤维增加碳水化合物活性酶；Procházková等（n=50）随机交叉全谷物与精制谷物各8周，全谷物增加粪便丁酸并改善肠道功能，但整体组成变化有限；Karl等（n=54）分析加工即食军用口粮21天，改变粪便代谢组（植物源化合物减少），微生物组部分解释代谢物变异；Oliveira等（n=34完成者）限制能量并限制超加工食品至5% vs 一般能量限制6个月，超加工限制组Ruminococcaceae和Faecalibacterium增加更明显。这些研究强调功能代谢物可能比分类学更敏感，且饮食组成和加工共同塑造微生物代谢。
**加工与微生物组及代谢健康关联的分子通路**
*微生物可及碳水化合物的丧失或转化*：最一致的机制是改变可发酵碳水化合物向结肠的输送。微生物可及碳水化合物包括膳食纤维和抗性多糖，其发酵支持营养网络并产生乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐。丁酸盐是结肠细胞主要能量来源并维持上皮完整性，SCFAs还参与葡萄糖、脂质和免疫信号传导。精制和基质破坏减少或改变这些底物，而适当冷却、发酵和保留全谷物结构可增加抗性淀粉或支持微生物发酵。全谷物交叉试验显示粪便丁酸增加但整体分类变化不大，说明功能输出比相对丰度更具信息量。低纤维、低微生物可及碳水化合物饮食在多代人源化小鼠实验中导致进行性类群丧失，仅重新引入纤维无法完全恢复，但不等同于在自由生活人类中发生相同跨代灭绝。
*食品添加剂*：乳化剂可改变食品质地并稳定混合物，但部分化合物直接与微生物群落或黏液层相互作用。离体研究表明羧甲基纤维素和聚山梨酯-80可改变微生物基因表达和促炎潜力，其他乳化剂效应较弱或可变。人体CMC试验再现了微生物多样性和代谢组谱的改变，两名暴露者出现黏液侵入。非营养性甜味剂同样异质。Suez试验中四种甜味剂均改变微生物组，但糖精和三氯蔗糖的血糖反应损害最明显且个体间差异大，支持个性化微生物组介导效应，而非普遍有害反应。
*晚期糖基化终末产物和热污染物*：AGEs在加热和储存期间由还原糖与氨基非酶反应形成。部分在小肠吸收，部分以糖化蛋白或肽形式到达结肠。综述和动物研究提示高饮食暴露可改变微生物组成、增加氧化应激并激活AGE受体和Toll样受体通路。但人体干预证据有限，分析方法不同，AGEs化学多样。现有文献支持关注和进一步研究，而非断言正常烹饪导致菌群失调。
*肠道屏障、内毒素信号和胆汁酸代谢*：加工相关的纤维、乳化剂和脂肪质量变化可能汇聚于肠道屏障。丁酸可用性降低损害上皮能量供应，破坏黏液的添加剂使微生物更接近上皮。通透性增加可能促进脂多糖等微生物相关分子暴露，激活先天免疫信号和低度炎症。高脂加工饮食可改变胆汁酸向结肠的输送，利于耐胆汁菌和次级胆汁酸产生。这些通路在生物学上合理并获实验模型支持，但人体研究常测量替代标志物而非直接屏障功能障碍。
**代谢和临床意义**
食品加工的代谢后果由多种同时运作的通路介导。快速消化质地增加进食速率和能量摄入，精制碳水化合物放大餐后血糖和胰岛素反应，低纤维基质减少结肠发酵。Hall试验证明超加工饮食可在不依赖微生物组的情况下驱动额外能量摄入，而队列和机制证据提示微生物变化可能放大或改变长期效应。肥胖和胰岛素抵抗是研究最充分的结果。横断面研究将高超加工摄入与较低质量饮食相关微生物谱联系，但不能确定中介。非营养性甜味剂试验因微生物移植到无菌小鼠能再现部分供体血糖反应而提供更强证据。对于代谢功能障碍相关脂肪性肝病和心血管风险，流行病学关联日益一致，但微生物组特异性证据仍间接。胃肠和免疫结果可能与微生物组更直接相关。CMC试验观察到轻度腹部不适和微生物扰动，发酵食品干预降低炎症标志物。效应方向取决于加工方法和由此产生的食物生态。
**对食品设计、临床实践和政策的启示**
证据支持保留基质的食品加工方法。制造商可优先考虑全谷物结构、抗性淀粉保留、豆类和蔬菜基质、较低添加剂负荷以及限制过度糖化或氧化的加工条件。发酵可策略性使用，但应根据活生物体、微生物代谢物、盐和添加糖评估产品，而非仅作为“发酵”营销。临床建议应关注膳食模式而非对加工食品的恐惧。实际优先事项包括以完整或最小干扰的全谷物替代精制主食，增加纤维和多酚的多样化植物来源，并纳入文化适宜且制备得当的发酵食品。政策可提高成分透明度并支持添加剂的独立评估。加工分类应辅以营养谱、食物基质和添加剂暴露信息。重新配方研究应确定哪些特征具有因果作用，哪些产品可在不牺牲可负担性、安全性或文化适宜性的前提下重新设计。
**证据局限与未来研究优先事项**
证据基础有六大局限：第一，微生物群和微生物组常互换使用，许多研究依赖16S核糖体RNA测序，物种和功能分辨率有限；第二，食品加工定义不一致，NOVA类别用于流行病学但未量化颗粒大小、热负荷、基质破坏或单个添加剂；第三，大多数机制主张源于啮齿动物或体外发酵系统；第四，人体试验普遍规模小、周期短；第五，相对丰度数据可提示组成变化但未确立绝对微生物负荷或代谢活性；第六，许多队列代表性不足，缺少非洲、亚洲等具有不同饮食、食品技术和基线微生物组的人群。未来研究应比较能量、常量营养素、纤维和适口性匹配但加工特征明确量化的食品。试验应结合鸟枪法宏基因组学、绝对微生物定量、代谢组学、胆汁酸谱、肠道通透性标志物和标准化膳食记录。需重复采样以区分瞬时反应和稳定生态变化，并评估个体间反应。长期多民族队列和务实喂养试验可确定微生物组变化是否介导临床结局。机制研究应优先使用现实剂量和混合物，报告阴性结果以减少发表偏倚。食品科学研究应超越分类学终点，识别在人群规模上保留微生物可及底物、有益代谢物和感官可接受性的加工条件。
**结论**
食品加工主要通过改变食物的物理基质和化学组成来塑造人类肠道微生物组，从而改变微生物底物输送、添加剂暴露和加工衍生化合物。现有证据不支持将加工食品与未加工食品简单划分为有害和有益。发酵、保留基质的制备和部分全谷物加工可支持微生物功能，而精制、某些乳化剂、特定非营养性甜味剂和严重热损伤基质在特定条件下可能产生不良反应。人体证据最强的是能量摄入变化、特定微生物代谢物和个体化添加剂反应；长期微生物组介导慢性疾病的证据仍不完整。未来研究应采用标准化加工描述符、现实受控饮食、功能多组学和多样化人群。需对乳化剂、甜味剂和AGEs进行详细剂量-反应研究，长期试验应测试保留微生物可及碳水化合物和食物结构是否能改善胰岛素敏感性、肝脏健康和炎症结局。这些优先事项可指导开发安全、可负担且方便，同时不必要损害微生物和代谢健康的食品。
