《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：Plant-based fermented products: From traditional fermentation to controlled Bioprocessing—Mechanisms, functional effects and applications
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杨一彤|朱龙娇|李杰|刘琳然|苏媛|雷崇斌|徐萌|徐秋伟|李向阳|徐文涛北京农业大学食品科学与工程学院，北京，102206，中国摘要背景基于植物的发酵产品正从传统的自然发酵向更可控的生物加工方法转变。现有研究表明，发酵过程中产生的代谢物可以影响宿主信号通路并调节肠道轴。然而，传统
杨一彤|朱龙娇|李杰|刘琳然|苏媛|雷崇斌|徐萌|徐秋伟|李向阳|徐文涛
北京农业大学食品科学与工程学院，北京，102206，中国
摘要
背景
基于植物的发酵产品正从传统的自然发酵向更可控的生物加工方法转变。现有研究表明，发酵过程中产生的代谢物可以影响宿主信号通路并调节肠道轴。然而，传统发酵往往受到批次变异性和对潜在生物转化机制理解不足的限制，这阻碍了产品的一致性开发。
范围与方法
本综述探讨了不同来源的微生物群落在基于植物发酵过程中影响代谢物形成中的作用，并进一步讨论了改进发酵控制和定向代谢结果的新兴策略。此外，综述总结了不同发酵系统的功能及其与关键宿主通路的相互作用。最后，讨论了基于植物的发酵产品的潜在应用。
主要发现与结论
体外和动物研究的证据表明，微生物介导的植物底物生物转化会产生具有功能性特性的多种代谢物。改进的发酵策略可以提高过程的可重复性并产生更一致的代谢物谱型。然而，微生物过程、代谢物产生与健康结果之间的机制联系尚未得到充分建立。未来的研究应重点澄清这些关系，并开发更加标准化和基于证据的发酵系统。
引言
随着全球消费者对天然、可持续和促进健康的饮食需求的增加，基于植物的功能性食品已成为现代营养科学的一个新兴焦点。与动物来源的发酵产品相比，基于植物的发酵产品通常具有较低的脂肪和胆固醇含量、较高的膳食纤维和植物化学物质水平，以及对环境的影响较小，这增加了它们对寻求健康和可持续饮食的消费者的吸引力。植物原料是多酚和黄酮类等植物化学物质的储存库；然而，这些生物活性成分的生物利用度常常因以结合形式存在或存在抗营养因子而受到限制。微生物发酵是一种历史悠久且有效的生物技术，越来越多地被认为是克服这一瓶颈的关键策略。通过微生物的酶活性，复杂的植物大分子被分解和修饰，从而显著提高了它们的营养价值和生物活性（Leeuwendaal等人，2022年；Leonard等人，2021年；Willett等人，2019年）。
发酵植物产品是由植物底物通过细菌、酵母和霉菌等微生物发酵制成的食品或饮料，这改变了它们的化学组成并产生了具有潜在生物活性的代谢物。从分类角度来看，大多数国际监管系统中并未将基于植物底物的发酵产品定义为独立类别，而是将其纳入更广泛的框架中。在美国，根据其预期用途，这类产品通常被归类为常规食品、功能性饮料或膳食补充剂（FDA，无日期；1994年膳食补充剂法案，无日期）。在欧盟，植物来源的发酵产品可能属于传统食品或新型食品，监管评估侧重于安全性和健康声明的证实（Regulation - 2015/2283 - EN - EUR-Lex，无日期）。在东亚，特别是在日本和中国，出现了更具体的监管和工业框架。在日本，这些产品根据健康声明所需的科学证据水平被归类为特定健康用途食品（FOSHU）或具有功能声明的食品（FFC）（日本消费者事务局，无日期）。最初在日本流行并在中国发展的“发酵食品”（Jiaosu）一词用于描述富含生物活性成分的发酵产品。然而，根据QB/T 5324-2018标准，它广泛包括来自植物、动物和真菌底物的产品，而不是代表一个特定的植物科学类别。这些地区在术语和监管分类上的差异反映了基于植物发酵的快速发展，但也突显了缺乏统一的科学定义。
尽管基于植物的发酵食品行业市场增长迅速，但科学理解明显落后于工业实践。现有研究主要集中在描述物理化学变化（Gao等人，2022年）或在表型水平上验证功能，这突显了在理解“微生物群落演替 - 底物生物转化 - 活性代谢物 - 宿主健康机制”完整链条方面的关键差距。具体来说，关于特定内生菌株如何通过生物转化修饰特定植物化学物质的知识非常有限（Kaul等人，2012年；Venugopalan & Srivastava，2015年），以及这些次级代谢物如何在分子水平上调节人类代谢途径（L. Wang, An等人，2024年；T. Wang, An等人，2024年）。
现有的综述主要关注基于植物发酵的孤立方面，如物理化学性质的变化、益生菌功能或生物活性化合物的富集。然而，微生物生态学、底物生物转化、代谢物形成和宿主相关功能机制的系统性整合仍然缺乏。因此，本综述旨在系统地综合基于植物发酵产品的最新研究进展，特别关注其生物活性的物质基础和作用机制。我们首先探讨了发酵过程中微生物群落的生态演替，强调了内生菌在启动和维持这一过程中的关键作用。随后，我们系统地分类了通过微生物代谢产生的关键功能性代谢物及其生物转化途径，阐明了这些成分调节氧化应激、炎症反应和肠道微生物群的分子机制。通过整合微生物生态学、代谢转化和功能结果，本综述旨在提供一个连贯的框架，以理解基于植物的发酵并支持受控发酵系统的合理设计（Xu等人，2024年）。
章节摘录
微生物在基于植物发酵中的功能作用
微生物在基于植物的发酵过程中驱动组成变化方面起着核心作用。通过分泌胞外酶和相关代谢活动，微生物群落促进了三个主要过程：植物大分子的分解和修饰、内源性化合物转化为较小的代谢物，以及发酵微环境的调节。
微生物水解酶在改变
将微生物生物转化与潜在的功能效应联系起来
基于植物发酵产品的功能特性主要与微生物生物转化过程中产生的代谢物相关，而不是与原始植物材料或微生物本身相关。在发酵过程中，微生物的酶活性修饰了植物来源的底物，形成了低分子量的化合物，如酚类衍生物、有机酸、肽和其他小分子代谢物。然而，这些
基于植物发酵的应用
基于植物的发酵通过微生物代谢将原始底物转化为具有改良组成和功能特性的产品。这些转化已在食品应用中得到研究，包括提高营养价值、生成生物活性化合物以及利用植物副产品（见图2）。然而，这些应用的实际相关性取决于能否将微生物过程与特定的代谢物变化联系起来
结论与未来展望
基于植物的发酵系统正从经验驱动的过程向微生物和代谢学定义的系统转变。这一转变是通过将微生物组成与酶介导的生物转化途径联系起来实现的，从而可以对植物来源的底物转化为结构改良且更易被机体利用的代谢物进行部分控制。例如，使用特定菌株（如Lactiplantibacillus plantarum）进行接种发酵已被证明可以
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
CRediT作者贡献声明
杨一彤：数据整理、正式分析、可视化、撰写——初稿。朱龙娇：概念化、监督、资金获取。李杰：正式分析、撰写——审阅与编辑。刘琳然：撰写——初稿。苏媛：正式分析、撰写——审阅与编辑。雷崇斌：撰写——初稿。徐萌：撰写——初稿。徐秋伟：撰写——初稿。李向阳：概念化、监督、资金获取。徐文涛：概念化、正式
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（32572683）的财政支持。
