综述：发酵食品的微生物生物强化：益生菌介导的营养增强研究进展

《Frontiers in Nutrition》：Microbial biofortification of fermented foods: a review of probiotic-mediated nutrient enhancement

本文系统评述益生菌发酵对食品的营养强化作用，涵盖维生素（B2/B9/B12/K2）合成、矿物质（Fe/Zn/Ca）生物利用度提升、蛋白质（Lys/Leu）富集等机制，为应对全球微量营养素缺乏提供可持续解决方案，兼具学术深度与产业应用价值。

　　

发酵食品的微生物生物强化：益生菌驱动的营养革命

1 引言：当微生物成为营养工厂

在全球范围内，约20亿人面临微量营养素缺乏的“隐性饥饿”问题，尤其以植物基饮食人群最为严重。微生物生物强化（Microbial Biofortification）通过益生菌发酵，将普通食物转化为富含维生素、矿物质的“营养弹药库”，成为可持续解决这一难题的关键策略。以乳酸菌（Lactobacillus）、双歧杆菌（Bifidobacterium）、丙酸杆菌（Propionibacterium）为代表的益生菌，在发酵过程中如同微型工厂，能合成人体必需的维生素B₂（核黄素）、B₉（叶酸）、B₁₂（钴胺素）和K₂（甲萘醌），同时提升钙、铁、锌等矿物质的生物利用度。这种“自然强化”方式不仅填补了植物性食物中维生素B₁₂和K的天然缺口，还通过降解植酸等抗营养因子，释放出被“锁住”的矿物质。

2 营养增强的生化“武器库”

益生菌通过多维度机制重塑食物营养结构，其核心策略可归纳为四大“武器”：

维生素合成方面，特定益生菌具备完整的合成通路。例如丙酸杆菌（Propionibacterium freudenreichii）能在豆类发酵中产生0.95-3.2 μg/100g的维生素B₁₂，枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis natto）则能合成高达100 μg/100g的维生素K₂。这些微生物合成的维生素具有与化学合成品相当的生物活性，且更易被人体吸收。

矿物质“解锁”方面，益生菌通过“酸攻击”和“酶解”双管齐下。乳酸菌代谢产生的有机酸（如乳酸、乙酸）将食物pH降至3.5-4.5，显著提高矿物质溶解度；同时分泌的植酸酶（Phytase）能降解60%-80%的植酸，使铁、锌吸收率提升1.5-2.2倍，钙生物利用度提高10%-20%。

蛋白质“升级”方面，益生菌的蛋白酶系统将大分子蛋白质切割为小分子肽和游离氨基酸。发酵后的鹰嘴豆粉中赖氨酸（Lys）含量从28.7 mg/kg跃升至110.9 mg/kg，小扁豆蛋白质消化率提升至25%，有效弥补了谷物和豆类中限制性氨基酸的不足。

代谢产物“助攻”方面，益生菌产生的短链脂肪酸（SCFAs）如丁酸盐，不仅能增强肠道屏障功能，还能促进矿物质吸收；而γ-氨基丁酸（GABA）等神经活性物质则为发酵食品增添了功能性价值。

3 明星菌株的“专业分工”

不同益生菌在营养强化中各有所长，形成互补的“专业团队”：

乳酸菌是“全能选手”，如植物乳杆菌（L. plantarum）既能合成B族维生素，又能分泌植酸酶和蛋白酶，显著提升多种营养指标。

双歧杆菌是“叶酸专家”，其发酵可使食品中叶酸含量达150-340 μg/100g，同时通过调节肠道菌群间接增强营养吸收。

丙酸杆菌是“B₁₂独家供应商”，其合成的维生素B₁₂可满足素食者的日常需求，填补植物性饮食的“致命短板”。

嗜热链球菌（S. thermophilus）虽维生素合成能力较弱，但作为酸奶发酵的“主力军”，其产酸能力为矿物质吸收创造有利环境。

4 食物基质的“舞台效应”

发酵食品的营养强化效果高度依赖基质特性：

乳制品（酸奶、开菲尔）的蛋白缓冲体系为益生菌提供“理想温床”，可使核黄素含量达2.5-5 mg/kg，叶酸提升至200-350 μg/100g，钙吸收率提高10%-20%。

谷物豆类（印度薄饼、天贝）经发酵后，植酸降解率达80%，铁锌吸收率翻倍，赖氨酸含量显著增加。

蔬菜发酵（泡菜、酸菜）在低pH环境下，维生素K₂可达50-100 μg/100g，且益生菌产生的抗氧化物质进一步增强健康效益。

5 健康效益的“多维度证据”

实验室研究显示，益生菌合成的维生素可直接被肠上皮细胞吸收，如叶酸促进DNA合成，维生素K₂激活骨钙素羧化。动物实验中，定植产叶酸双歧杆菌的小鼠血液叶酸水平显著升高，脑发育指标改善；人类流行病学数据表明，长期食用发酵食品人群的贫血、骨质疏松发生率较低，且肠道菌群多样性更高。这些证据共同指向微生物生物强化的“三重健康红利”：提升微量营养素水平、优化肠道屏障功能、增强免疫调节能力。

6 挑战与未来：从实验室到餐桌

尽管前景广阔，微生物生物强化仍面临三大挑战：

菌株稳定性方面，工业生产中的高温、干燥等工艺易导致益生菌死亡，需通过微胶囊化等技术提升存活率。

感官接受度方面，部分产维生素菌株会伴随产生特殊风味（如丙酸杆菌的“奶酪味”），需通过菌株筛选和工艺优化平衡营养与口感。

标准化方面，不同菌株、工艺和基质的营养强化效果差异较大，亟需建立统一的检测标准和监管框架。

未来，基因编辑技术将培育“超级益生菌”，使其在特定环境下高效产维生素；个性化营养则可根据个体肠道菌群特征，定制专属发酵食品；而在资源匮乏地区推广低成本发酵技术，有望成为解决“隐性饥饿”的普惠方案。

7 结语

微生物生物强化不是简单的“食物加工”，而是将益生菌的代谢潜能与人类营养需求精准对接的系统工程。随着对菌株-基质-宿主三方互作机制的深入解析，以及基因工程、精准营养等技术的融合应用，发酵食品有望从“传统美食”升级为“精准营养载体”，为全球健康贡献微生物的“微小但伟大的力量”。