乳酸菌（LAB）以其显著的发酵能力、环境适应性和益生菌潜力，在食品科学、微生物生态学和宿主-微生物相互作用研究中占据核心地位。尽管乳酸菌基因组学取得了实质性进展，但越来越多的证据表明，仅凭基因组组成或传统的表型标记往往无法准确预测其功能表现（You等人，2023年；Molina等人，2025年）。多项研究表明，即使基因组高度相似的乳酸菌菌株，在不同的环境条件、营养环境或微生物生态系统中也会表现出明显的代谢谱型差异、底物利用偏好和益生菌相关特性（Rozman等人，2023年；Cifuentes等人，2025年）。这一现象突显了乳酸菌中基因型与表型之间的广泛脱钩（O'Donnell等人，2019年）。虽然基因组结构决定了功能潜力的上限，但实际的代谢状态受到复杂调控机制、环境信号和生态相互作用的影响（Kahraman，2025年）。
在这种情况下，作为系统生物学的重要组成部分，代谢组学已成为阐明乳酸菌功能特性和代谢调控机制的关键工具，因为它能够直接捕捉细胞内外的实际代谢流、反应产物及其动态变化。与其他许多微生物不同，乳酸菌的核心工业应用——包括发酵质量的调控、风味化合物的形成、酸度的变化、生物活性代谢物的生物合成以及益生菌效应——都与其代谢活动密切相关（Detman等人，2021年；Liu等人，2021年；Tang等人，2023年）。因此，代谢组学不仅对于绘制乳酸菌的代谢网络至关重要，而且对于理解其工业性能和健康促进特性也具有基础性意义。
近年来，高分辨率质谱技术、核磁共振光谱、多维色谱、单细胞代谢组学和代谢流分析的快速发展显著扩展了乳酸菌代谢组学研究的范围和分辨率。这些技术进步使研究人员能够系统地研究乳酸菌在复杂生态位中的代谢适应机制、生物活性代谢物、功能表型和菌株特异性调控模式，涵盖乳制品（Ma等人，2024年；Liu等人，2025年）、植物基发酵食品（Marco等人，2021年）和胃肠道（Chen等人，2024年）等领域。越来越多的证据表明，乳酸菌表现出高度菌株特异性和生态依赖性的代谢谱型，这些代谢指纹不仅有助于菌株分类，还能揭示潜在的功能分组（Smid和Lacroix，2013年）。然而，一个持续存在的挑战是：代谢谱型并不总是与系统发育关系一致。在没有基因组和生态信息或多组学整合的情况下，仅凭代谢数据可能会导致对功能机制的误解或高估（Kahraman，2025年；Wang等人，2025年）。
基于这些观察结果，本文系统总结了代谢组学在乳酸菌研究中的核心应用进展，包括菌株鉴定和分类、代谢模式特征分析以及功能性代谢物的发现。此外，还讨论了代谢组学与基因组规模代谢模型（GSMMs）和多组学策略的整合潜力，并批判性地评估了当前的方法学局限性和未来研究方向。通过采用结合基因组学、代谢组学和生态相互作用的综合视角，本文旨在突出代谢组学在解析乳酸菌功能多样性方面的独特价值，并为其在食品科学和益生菌开发中的精确应用提供理论和方法论基础。同时，本文还概述了基于代谢组学的工作流程及其与其他分析方法的整合（图1）。
