食品的化学感觉和生物相互作用机制构成了一个跨学科的研究框架，在这个框架中，风味化学与肠道微生物生态相互作用，共同塑造人类的饮食行为、代谢功能以及宿主与微生物的共生关系。传统上，风味感知是通过味觉受体（TAS1Rs、TAS2Rs）、嗅觉受体和瞬时受体电位（TRP）通道来解释的，这些受体能够感知甜味、苦味、鲜味、芳香挥发物以及辛辣或清凉等化学感觉（Chandrashekar等人，2006年；Green，2012年；Roper和Chaudhari，2017年）。然而，新兴研究表明，这些化学感觉系统的作用不仅限于愉悦体验的传递，还参与消化调节、营养感知、免疫监视和代谢稳态的维持（Behrens和Meyerhof，2011年；Berg和Kaunitz，2016年）。这一范式的转变使得人们对风味化合物的兴趣不再仅仅局限于其作为感官信号的作用，而是将其视为能够影响胃肠道生理的生物活性分子。
最新研究发现，化学感觉受体广泛分布于整个胃肠道，它们既能检测膳食中的配体，也能检测微生物产生的代谢物，从而调节肠内分泌激素的分泌、黏膜免疫和肠道蠕动（Dotson等人，2010年；Jang等人，2007年；Dalesio等人，2018年）。另一方面，以厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门和变形菌门为主的肠道微生物群能够将风味活性分子（如多酚、含硫挥发物和辣椒素类）代谢成结构不同、生物活性和感官特性改变的衍生物（Valdes等人，2018年；Ozdal等人，2016年；Al-Ishaq等人，2021年；Luo等人，2022年）。这些微生物转化过程产生了短链脂肪酸（SCFAs）、酚酸、吲哚类化合物等物质，这些物质能够影响食欲调节、代谢灵活性和肠道-大脑之间的通讯（Dalile等人，2019年；van de Wouw等人，2017年；Rowland等人，2018年）。因此，风味化合物与肠道微生物之间存在着双向的生化互动，这种互动关系被概念化为“化学感觉-肠道轴”（Foster & McVey Neufeld，2013年）。
重要的是，本综述的范围不仅限于风味感知，还探讨了风味相关分子如何影响微生物的代谢、存活能力和生态韧性。某些风味活性化合物具有益生元、抗菌或免疫调节作用，例如辣椒素可以增加阿克曼氏菌（Akkermansia）和产生丁酸的菌群的丰度，而多酚则能促进双歧杆菌（Bifidobacterium）和乳酸杆菌（Lactobacillus）的生长；然而，某些合成风味模拟物在长期暴露下可能会破坏微生物多样性（Ball等人，2023年；Cani，2018年；Dai等人，2022年；Rosca等人，2020年）。此外，包括使用水胶体基质进行益生菌封装在内的新型食品加工和配方技术，提高了益生菌在富含风味成分环境中的存活能力，表明食品的物理化学性质可能影响有益肠道微生物的稳定性和功能表达（Jimenez-Fernandez等人，2021年）。此外，流感等病理状况会改变味觉和嗅觉敏感性，重塑肠道微生物组成，并影响风味化合物的代谢命运，这说明疾病可能会干扰化学感觉-微生物群之间的相互作用（Cani，2018年；Lin等人，2024年）。尽管相关研究日益受到关注，但这些关系仍需进一步深入研究，这对食品科学、微生物学、感觉生物学和精准营养学具有重要的应用价值。
因此，本综述旨在通过综合现有证据，探讨挥发性化合物、味觉活性物质和三叉神经受体如何与肠道微生物群相互作用并发生代谢转化，以及这些相互作用如何影响宿主生理、感觉感知和健康结果。通过整合分子生物学、微生物学、营养学和感觉科学的观点，我们提出了一个理解食品生物相互作用机制的概念框架，为功能性食品的设计、针对微生物组的饮食策略和个人化营养提供了理论支持。最终，阐明这些相互作用有助于未来通过风味引导的饮食干预措施来改善代谢健康、免疫系统和神经系统健康。
