发酵是一种历史悠久的传统食品加工方式，在主食面包的生产中具有重要地位。本综述旨在探讨如何通过发酵工艺提升面包的消化率与营养价值，以应对与其消费相关的潜在胃肠道疾病。研究人员讨论了非乳糜泻麸质/小麦敏感（NCGS/NCWS）及肠易激综合征（IBS）等新兴胃肠道疾病，强调这些疾病的复杂性及其涉及的生理与心理层面因素尚未被充分阐明。面包制作过程中使用的酵母菌与乳酸菌可通过提高矿物质生物可及性，或减少麸质、可发酵低聚糖、双糖、单糖和多元醇（FODMAPs）等诱发成分来改善面包特性，尤其在筛选具有靶向特性的微生物菌株时效果更为显著。然而，这类微生物的表征与筛选仍需进一步标准化，其临床意义亦有待明确，现有证据强度尚显不足。综述同时探讨了发酵过程产生有益代谢物的潜力，如胞外多糖（EPS）与短链脂肪酸（SCFA）。尽管这些化合物前景广阔，但其在烘焙后面包中的实际含量、稳定性与生物利用度仍需深入研究。总体而言，发酵作为一种多功能转化工具，在开发易消化且营养强化的面包方面展现出巨大潜力。然而，仍需设计严谨的人体试验来验证其临床获益，并进一步明确通过发酵改良面包可为胃肠道健康带来益处的适用场景。
引言
面包是全球消费最广的主食之一，对各国居民的营养摄入贡献显著，尤其在欧洲与美国。近几十年来，关于小麦面包尤其是赋予面团黏弹性的储存蛋白复合物——麸质的健康影响引发了广泛担忧。这种担忧通过媒体与互联网在西方国家迅速扩散，推动了无麸质（GF）饮食的流行，甚至在缺乏科学依据的情况下被视为健康选择（如用于减肥）。然而，多数情况下麸质并非胃肠道不适的根源，其他诱发因素同样值得关注，例如人体小肠难以吸收的可发酵碳水化合物——FODMAPs，其可能在敏感个体中诱发胃肠道症状，并与肠易激综合征（IBS）密切相关。发酵作为一种传统食品加工方式，除延长保质期、改善适口性与风味外，已被证实可提升面包营养价值并产生有益代谢物。近期研究表明，特定发酵工艺制作的面包能够通过降解潜在致胃肠不适的成分，改善胃肠道或代谢健康指标。在此背景下，本综述将围绕三大方向展开：梳理与面包消费相关的新兴胃肠道疾病研究现状；探索如何利用发酵提升面包消化率与营养价值；讨论发酵在降低诱发成分与生成有益代谢物方面的潜力。
新兴胃肠道疾病的营养学启示
普通人群中报告的小麦或麸质摄入后胃肠道不适症状显著增加。乳糜泻（CD）是一种由膳食麸质触发的自身免疫病，仅发生于遗传易感人群，排除麸质饮食对其健康的改善作用已得到科学证实；小麦过敏（WA）则是一种免疫球蛋白E介导的超敏反应，多见于儿童，由小麦中的醇溶蛋白或α-淀粉酶-胰蛋白酶抑制剂（ATIs）引发，两类疾病均有明确的生物学诊断标志物，全球患病率分别约为1.4%与0.2%。与此同时，大量排除了乳糜泻与小麦过敏的个体仍报告与小麦或麸质相关的胃肠及肠外症状，且在无麸质饮食下有所缓解，这类症状群被定义为非乳糜泻麸质敏感（NCGS）或非乳糜泻小麦敏感（NCWS）。然而，NCGS的临床界定十分困难，其症状异质性强，且与IBS等疾病重叠，导致文献报道的患病率差异巨大（0.49%–14.9%），基于16国数据的汇总估计约为10%。由于缺乏验证性生物标志物，NCGS主要依赖自我报告诊断，但研究显示自我报告的预测价值极低：一项纳入392名自述麸质相关症状者的研究中，仅7%在无麸质饮食后症状真正缓解，86%无改善，多数个体的真实病因未被明确。多项研究指出，自述NCGS患者在低FODMAPs饮食下症状缓解，或在果聚糖挑战中症状评分高于麸质挑战，提示FODMAPs而非麸质可能是其症状根源。对10项随机对照试验的回顾显示，仅16%的自述NCGS患者在双盲安慰剂对照麸质挑战中出现麸质特异性症状，40%存在反安慰剂效应——即在安慰剂挑战期出现与麸质挑战相似或更严重的症状。青少年与IBS患者群体中也观察到类似现象，表明心理预期对症状感知的影响显著。这种自我诊断的低预测性、缺乏特异性临床症状以及强烈的反安慰剂效应，说明多数自述麸质敏感者可能并不适合无麸质饮食。尽管如此，西方国家的无麸质饮食流行率持续上升，法国成人中11.4%因不耐受或过敏避免麸质，美国未确诊乳糜泻却采用无麸质饮食的成人比例从2009–2010年的0.5%升至2013–2014年的1.7%，英国普通人群无麸质饮食比例达3.7%。全球无麸质食品市场随之快速增长，2024年估值已达77.5亿美元，预计2030年将达136.7亿美元。然而，研究普遍显示无麸质产品的营养素密度低于含麸质同类产品：蛋白质含量更低、脂肪含量更高、膳食纤维波动大且极少强化微量营养素，同时具有较高的血糖生成指数（GI）。过去十年虽在提升无麸质产品的感官与营养品质方面取得进展，例如使用高粱、小米、苔麸、荞麦、藜麦、苋菜等替代谷物粉，添加菊粉、燕麦β-葡聚糖、车前草或抗性淀粉（RS）等膳食纤维，以及黄原胶、瓜尔胶、羧甲基纤维素或卡拉胶等亲水胶体，但除麸质外，FODMAPs或小麦ATIs同样是NCGS样症状的重要诱因。相较于全面无麸质，针对性降低诱发成分并保留高营养密度的策略更具可行性，而发酵正是实现这一目标的关键加工手段。
利用发酵提升食品品质
面包制作是一个包含原料选择、面团调制、发酵、醒发与烘焙的复杂工艺体系，面粉类型（精制vs全谷物、豆类粉等）、发酵策略（酸面团、酿酒酵母直捏发酵、预发酵种如波兰种、比佳种、海绵法等）及工艺参数的调整，均可调控面包的营养属性与健康效应。发酵的核心微生物为酵母菌与乳酸菌（LAB），二者在传统面团与酸面团体系中发挥互补作用。历史上，面团醒发依赖谷物中天然存在的微生物与酶的自发发酵，后逐渐发展为利用上一批次发酵物接种的酸面团工艺，以提升工艺稳定性与产品品质。酵母菌是酿酒、烘焙与葡萄酒制造的主要发酵微生物，通常指酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae），但在酸面团中也存在多种其他酵母。自19世纪起，酿酒酵母成为主流醒发剂，较酸面团发酵速度更快，可缩短工时，制得crumb更轻、风味更温和的面包。酿酒酵母的菌株多样性为面包制作提供了显著优势，其在面团中将可发酵糖转化为二氧化碳与乙醇，使面团膨胀；其代谢活动还通过甘油生成、氨基酸代谢产香等途径影响面团特性与最终面包品质，并可通过菌株筛选定制所需感官属性。乳酸菌是另一类关键微生物，为革兰氏阳性耐酸菌，广泛用于奶酪、酸奶、开菲尔、酸菜及酸面团面包的生产，可产生香气、风味前体、生物活性或抗菌物质。在传统面团发酵中乳酸菌作用有限，但在酸面团体系中占主导地位，显著影响面团特性与面包品质。酸面团按工艺可分为三类：传统型（I型）通过定期回接维持稳定自发微生物群落，多用于手工面包坊；II型多为液态，用于工业与德国面包坊，主要发挥酸化而非醒发作用；III型为发酵后干燥的II型酸面团，便于工业生产标准化终端产品。目前已从酸面团中鉴定出约80种乳酸菌，主要包括乳杆菌属（Lactobacillus）重组后的植物乳杆菌属（Lactiplantibacillus）、果糖乳杆菌属（Fructilactobacillus），以及魏斯氏菌属（Weissella）、明串珠菌属（Leuconostoc）、片球菌属（Pediococcus）与乳球菌属（Lactococcus）等。不同发酵参数会筛选不同的微生物群落：I型酸面团发酵时间通常不超过24小时，倾向于富集在面粉基质上快速生长的物种，如果糖乳杆菌（Fructilactobacillus sanfranciscensis）；II型酸面团为液态、高温长时发酵，更利于耐酸乳酸菌生长。乳酸菌在酸面团中的最适pH通常为5–6，对应回接时添加5%–20%成熟酸面团的初始pH。酸面团中分离到的酵母菌超过20种，最常见为酿酒酵母、汉逊德巴利酵母（Maudiozyma humilis）、库德里阿兹威毕赤酵母（Pichia kudriavzevii）、微小梅氏酵母（Maudiozyma exigua）、德尔布有孢圆酵母（Torulaspora delbrueckii）与异常威克汉姆酵母（Wickerhamomyces anomalus），其多样性既源于谷物原料，也受酸面团扩培参数（含水量、温度、回接间隔等）影响。在传统酸面团中，酵母菌与乳酸菌通过互补功能形成协同互作：酵母菌（常规面包中主要为酿酒酵母）产生二氧化碳用于醒发并生成芳香化合物；乳酸菌产生有机酸酸化面团，贡献风味与防腐特性。例如汉逊德巴利酵母或 Kazachstania exigua 无法利用麦芽糖，而F. sanfranciscensis可分解麦芽糖，避免底物竞争；同时F. sanfranciscensis发酵释放葡萄糖供酵母利用，酵母转化蔗糖产生的果糖则作为乳酸菌的次级电子受体，促进乙酸生成。二者的协同效应还可提升二氧化碳总产量，并通过乳酸菌与面粉内源酶的蛋白水解活性增强氨基酸产香过程，酸性环境还能诱导淀粉酶失活、改变面筋与淀粉结构、提高纤维溶解度，进而改善面包风味、质地、适口性，延缓老化与霉变，延长货架期。此外，这种互作还可能提升营养密度、优化纤维与碳水化合物组成，并降解抗营养因子或致胃肠不适成分。
利用发酵提升营养品质
面包的营养特征首先由原料与加工方式决定，全谷物面粉的营养密度显著高于精制面粉，而发酵也可影响部分宏量与微量营养素的含量。矿物质（铁、镁、锌、磷）主要集中在谷物籽粒的麸皮部分，因此全谷物面粉含量更高，但谷物同时含有植酸等抗营养因子，可与阳离子矿物质形成不溶性复合物，降低其生物可及性与人体吸收率。植酸酶可水解这类复合物，该酶既存在于面粉中，也可在发酵过程中由酵母与乳酸菌释放。酸面团发酵的酸性环境可优化植酸酶活性，显著降低植酸含量，提升矿物质生物可及性，其效果依赖于面粉的初始植酸含量与内源植酸酶水平，在全谷物或黑麦面包中表现尤为突出。但需注意，营养生物可及性的提升并不等同于生物利用度与实际生理获益，仍需临床研究填补这一差距。淀粉是谷物的主要储能形式，由线性直链淀粉与高度分支的支链淀粉组成，按消化速率可分为快速消化淀粉（RDS）、慢速消化淀粉（SDS）与抗性淀粉（RS）——后者无法在小肠消化，进入结肠发挥作用，被视为膳食纤维，有助于平缓餐后血糖反应。烘焙过程中的淀粉糊化会破坏晶体结构，使其更易被α-淀粉酶水解，可能升高血糖生成指数（GI）。酸面团发酵在特定条件或选用特定菌种时可增加RS含量，全麦面粉中效果更为一致；而在无麸质面粉中的应用结果存在差异，但酸面团对小麦基或无麸质面包老化过程中的淀粉回生均有正向影响，可能长期改善面包GI。目前尚无充分证据表明单一发酵类型可直接提升含麸质或无麸质面包的RS含量或降低GI，仍需结合特定乳酸菌-酵母菌组合、面粉类型与烘焙条件开展进一步研究，并验证其临床血糖反应获益。
利用发酵提升适口性
酸面团发酵的另一重要功能是改善食品适口性。现代西方饮食需增加膳食纤维摄入以降低肥胖、结直肠癌、冠心病与2型糖尿病等非传染性疾病风险，但面包中添加纤维会显著降低面团持气能力，导致体积减小、crumb致密坚硬粗糙并产生苦味。研究显示，利用酵母或酵母联合乳酸菌预发酵麸皮，可有效改善面包体积与储存期间的crumb柔软度；优化条件下生产的酸面团还能提升混合燕麦/小麦面包的整体品质，实现燕麦β-葡聚糖含量的增加；特定乳酸菌与酵母菌组合的酸面团发酵还可增强100%全燕麦面包的香气与风味。小麦面粉因面筋网络的独特黏弹性成为面包主料，但部分替换为气候韧性更强的作物有助于降低小麦依赖、保障全球粮食安全，各类谷物、假谷物、块茎与豆类面粉的应用为营养强化面包提供了新可能，但也带来了面包品质的改变，亟需优化酸面团发酵与面包制作工艺以维持良好感官特性。无麸质面包领域对麸质替代品的需求尤为迫切：无麸质面团的内聚性与弹性较低，导致成品体积小、质地与色泽差、货架期短、口感干硬风味不佳，迫使配方复杂昂贵且难以实现清洁标签。多项研究表明，酸面团发酵可正向影响无麸质面包的质地、香气、营养特性与货架期，其酸化作用可促进多糖溶胀、提升面团弹性、增大体积并延缓老化，但也有研究报道其对无麸质荞麦面团与面包品质存在负面影响。利用乳酸菌发酵de novo合成胞外多糖（EPS）以替代商业亲水胶体模拟面筋网络特性，是极具潜力的方向，EPS作为长链多糖可改善发酵食品的流变、质地与稳定性，并具有健康益处，但仍需筛选高产安全EPS的乳酸菌菌株、优化底物面粉与发酵工艺。降低盐含量是烘焙行业的另一关键挑战，盐在面包中具有强化面团、控制发酵、增强风味与防腐的多重作用，但高钠摄入是心血管疾病的风险因素，面包是其主要膳食来源之一。酸面团发酵可通过乳酸与乙酸的存在弥补低盐带来的风味损失，并改善质地、面团流变性与保鲜性，是实现减盐的有效方案之一。
利用发酵降低特定成分
麸质：近年多项in vitro研究评估了酸面团乳酸菌单独或联合降解麸质蛋白组分、降低免疫原性的潜力。多数研究通过筛选具有特定蛋白水解能力的菌株，证实其可有效降解乳糜泻患者免疫反应关键的33-mer表位及其他醇溶蛋白片段，但也有研究仅观察到α-和γ-醇溶蛋白的部分降解。部分研究发现市售小麦酸面团面包经in vitro消化后33-mer表位含量反而升高，免疫反应性增强，而小麦夏巴塔面包无论酸面团含量或发酵时间如何，该肽段平均降低46%，但使用乳糜泻患者血清测试时免疫反应差异显著，提示酸面团发酵的蛋白水解可能释放了残留于基质中未被完全降解的表位。另有研究指出，I型酸面团小麦发酵未引起醇溶蛋白水解，甚至较白小麦面包抗原性升高，可能与发酵过程中的部分水解有关。乳酸菌在麸质降解中的作用存在争议：部分研究未在酸面团与化学酸化面团间观察到降解差异，另一些则发现二者对醇溶蛋白或麦谷蛋白的降解模式不同，甚至有研究显示无细胞提取物的小麦面团比添加乳酸菌的面团降解醇溶蛋白更高效，提示酸面团发酵的降解效应很大程度上源于pH下降激活的谷物内源酶与乳酸菌肽酶的协同作用。酵母菌方面，异常威克汉姆酵母可使免疫原性α-醇溶蛋白降低达78%。目前的核心争议在于，酸面团发酵的麸质降解程度是否足以标准化生产适合乳糜泻患者的面包。有研究指出，酸面团发酵无法有效阻止组织转谷氨酰胺酶2与麸质肽的结合，甚至长时发酵可能增加α2-醇溶蛋白的结合位点，认为乳酸发酵并非生产乳糜泻安全产品的适宜策略。综合现有不确定性，酸面团发酵更适合用于预防无麸质产品的交叉污染，而非直接生产无麸质面包。已有研究通过联合特定乳酸菌与真菌蛋白酶（米曲霉与黑曲霉来源），将小麦酸面团的最终麸质含量降至12 ppm，低于20 ppm的无麸质产品法规阈值，33-mer醇溶蛋白表位在6小时降解70%、18小时完全降解，并在硬质小麦粗粉发酵中得到验证。尽管类似工艺在临床试验中显示出对乳糜泻患者的适用性，但仍需更多临床研究支持推广，且工业化应用中还需解决面筋网络破坏导致的质地与感官缺陷补偿问题，虽有研究获得了可接受的产品，但整体仍面临挑战。
FODMAPs：FODMAPs广泛存在于大蒜、洋葱、洋蓟、韭葱及黑麦与小麦麸皮中，IBS患者摄入后可能出现排便习惯改变、腹痛、腹胀、胀气等症状，低FODMAPs饮食已被证实可有效改善IBS患者的胃肠道症状与生活质量。面包的FODMAPs含量因谷物种类、工艺与发酵类型而异，范围为0.24–3.31 g/100 g干物质，主要成分为果聚糖，也含果糖与半乳寡糖。多项研究证实，筛选特定微生物可显著降低面包产品的FODMAPs含量：基于蔗糖酶或菊粉酶活性筛选的酵母菌可使果聚糖含量降低90%（如马克思克鲁维酵母）或降至0.3%干物质（特定酿酒酵母菌株）；发酵接合酵母（Lachancea fermentati）FST 5.1等菌株也表现出优异的果聚糖降解能力；常规酿酒酵母在面包制作中即可降解90%以上的FODMAPs。传统酸面团发酵的效果则因菌株而异，乳酸菌分泌胞外或胞内果聚糖酶的能力具有菌株特异性，但选用特定降解菌株的酸面团发酵仍可显著降低终产品FODMAPs含量，例如副干酪乳杆菌（Lacticaseibacillus paracasei）R3或戊糖片球菌（Pediococcus pentosaceus）RYE106可使全麦面包果聚糖降低73%。利用可直接应用于烘焙的工艺生产低FODMAPs面包（如酿酒酵母发酵）已在临床试验中被证实可缓解IBS症状，但仍需更多临床研究标准化工艺与菌株，并确认对IBS患者的生理获益。
α-淀粉酶-胰蛋白酶抑制剂（ATIs）：ATIs是一类低分子量蛋白，对胃肠道蛋白酶高度耐受，存在于植物种子胚乳中作为天然杀虫剂。尽管其在NCGS中的作用尚未明确，但被认为可能激活先天免疫系统，诱发肠道炎症。多项研究证实，特定酸面团菌株可降解ATIs，例如戊糖片球菌Pp3、棒状乳杆菌Lco4、副干酪乳杆菌Lpa4等；筛选菌株的酸面团发酵可降低小麦ATIs的促炎生物活性，I型酸面团发酵12小时可使ATIs降低达41%。酵母发酵可能不会显著降低ATIs总量，但会改变其致敏表位，可能降低或部分情况下增加致敏性，影响较特定果糖乳杆菌菌株更为复杂。值得注意的是，发酵降低面包ATIs含量并不总是伴随胃肠道敏感个体症状的缓解。总体而言，目前关于ATIs在NCGS中作用的证据仍不充分，在提出饮食建议前仍需进一步的临床研究。
发酵生成化合物与健康相关的未来展望
除上述作用外，面包发酵还具有生成有益健康代谢物的潜力。发酵不仅可降低抗营养因子或诱发成分、提升营养可及性，还可产生多种生物活性物质。利用替代原料（如预发酵麸皮、气候韧性作物粉）可兼顾膳食纤维摄入增加与粮食安全，但仍需解决其对面包品质的不利影响并优化工艺。酸面团发酵生成的胞外多糖（EPS）在临床前研究中显示出潜在的益生元效应，但仍需筛选安全高产菌株、优化底物与工艺，并通过临床试验验证其人体健康效益。可产短链脂肪酸（SCFA，包括丁酸、丙酸、乙酸）的乳酸菌有助于维持结肠健康、预防结直肠癌变，并可能对抑郁、自闭症、焦虑/应激产生有益影响，参与自身免疫、过敏与代谢性疾病的调节，但将动物研究结果转化至人体面临生理与饮食差异、以及足量递送SCFA至靶部位的挑战。γ-氨基丁酸（GABA）是乳酸菌在酸面团发酵中的重要产物，作为中枢神经系统主要的抑制性神经递质，具有利尿、抗抑郁、抗氧化与降压等生理功能，富含GABA的食物有助于调节失眠、自主神经紊乱与抑郁，但仍需筛选高产安全菌株与组合，并优化发酵参数以实现高效生产，其人体消化吸收与实际生理效应也有待临床试验验证。除乳酸菌外，酿酒酵母（S. cerevisiae）也可产生维生素、多酚、甾醇、磷脂等具有健康效应的代谢产物，in vitro条件下其产生的EpiCor复合生物活性分子具有抗炎免疫调节、抗氧化、抑制生物膜及体内保护肠道完整性的作用，但仍需在面团中实现相同代谢产物的生成，并通过临床前或临床试验验证面包消费后的效应。目前针对酵母后生元的研究远少于乳酸菌，但其潜力不容忽视。
结论
普通人群中与麸质或小麦相关的胃肠道症状与敏感发生率持续上升，但除乳糜泻与小麦过敏外，其余情况多被归入非乳糜泻麸质敏感（NCGS），该疾病的界定尚不明确，涉及生理与心理等多重复杂因素。发酵作为一种历经时间验证的策略，可有效提升食品的营养品质、胃肠道耐受性与碳水化合物消化特性，通过修饰蛋白质、碳水化合物、纤维与生物活性成分，并依托对微生物的深入理解，可靶向降解致胃肠不适的成分，为特定敏感人群定制食品。通过精准筛选酵母菌与乳酸菌菌株、优化工艺参数，可实现面包特性的定制化，例如为糖尿病患者生产低血糖生成指数面包，或为IBS或NCGS患者选用特定菌株降低FODMAPs含量。然而，由于面包制作工艺、配方与人类个体差异的复杂性，现有研究仍存在缺口，亟需更多人体临床试验验证发酵带来的获益，并进一步阐明NCGS及相关疾病的致病机制。与此同时，发酵生成新型代谢物的研究为发酵食品（尤其是面包）的优化及其对消化与代谢健康的益处开辟了新的前景。
