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综述:向可持续饮食转型:豆类在调节肠道菌群和代谢健康中的作用

添加时间:2026-08-09 14:33:58

  

综述:向可持续饮食转型:豆类在调节肠道菌群和代谢健康中的作用(图1)

  背景:全球向可持续饮食的转变提高了对植物性蛋白质来源的兴趣,特别是豆类,因其营养价值、健康益处和低环境影响。豆类富含蛋白质、膳食纤维和多种可能影响肠道菌群和代谢健康的生物活性化合物。目的:本叙述性综述旨在评估豆类消费在调节肠道菌群、改善代谢健康以及促进非传染性

  背景:全球向可持续饮食的转变提高了对植物性蛋白质来源的兴趣,特别是豆类,因其营养价值、健康益处和低环境影响。豆类富含蛋白质、膳食纤维和多种可能影响肠道菌群和代谢健康的生物活性化合物。目的:本叙述性综述旨在评估豆类消费在调节肠道菌群、改善代谢健康以及促进非传染性疾病(NCDs)预防中的作用,同时考虑加工技术(如发酵)和可持续性方面的影响。方法:研究人员使用主要科学数据库进行全面的文献检索,以确定过去10年发表的相关研究。纳入了体外、体内实验和人类研究的证据,重点关注豆类组成、生物活性化合物、肠道菌群调节、代谢结果以及发酵等加工方法的影响。结果:豆类通过促进有益菌群、增加短链脂肪酸(SCFAs)产生和增强肠道屏障功能,显示出改善肠道健康的巨大潜力。证据还表明对脂质代谢、血糖控制和炎症有有利影响。加工技术,特别是发酵,可提高营养生物利用度、消化率和生物活性谱。除了健康结果,本综述将豆类置于更广泛的背景下,强调其对健康、可持续饮食的贡献。结论:豆类是实现可持续、促进健康饮食的关键组成部分,对肠道和代谢健康具有良好效果。然而,目前的证据主要来自临床前研究,突出了需要长期的人类干预和可扩展的加工策略以充分发挥其潜力。

  豆类作为豆科植物的干燥可食用种子,全球消费历史悠久,是传统饮食的重要组成部分。近年来,因其高植物蛋白、膳食纤维和多种植物营养素含量,以及相比动物蛋白更低的温室气体排放和土地占用,豆类在可持续饮食转型中重获关注。蛋白质是必需营养素,全球膳食蛋白质来源因农业系统和传统而异,高收入地区动物蛋白主导,而低收入地区植物蛋白如豆类和谷物更为核心。对食品系统环境和健康影响的认知提升,促使欧洲国家转向植物丰富的饮食模式,这类饮食与较低环境足迹相关,并可能通过膳食纤维和生物活性化合物降低非传染性疾病(NCDs)风险。肠道健康在介导这些效应中起关键作用:豆类中的膳食纤维和酚类物质可调节肠道菌群组成、增强微生物多样性并刺激短链脂肪酸(SCFAs)产生,维持肠道屏障完整性并调节免疫和代谢功能。发酵过程可进一步改善蛋白质消化率、提高微量元素生物利用度并增强膳食纤维的可发酵性。尽管植物蛋白可能缺乏某些必需氨基酸,但传统实践如豆类与谷物搭配可提供平衡氨基酸谱。豆类还含有传统上称为抗营养因子(ANFs)的化合物,如植酸、单宁和蛋白酶抑制剂,但适量摄入时可能具有抗氧化、抗炎和菌群调节活性。加工技术如浸泡、发芽、烹饪和发酵可优化此平衡。此外,高度加工的植物基替代品市场增长引发对其营养质量和环境影响的担忧,而最小加工豆类提供营养密集、功能性和可持续的选择。本综述聚焦发酵,因其通过微生物酸化及相关酶活性可同时降低多种ANFs并改善矿物质生物可及性、蛋白质消化率和结合酚类释放。现有综述分别涉及豆类健康结局、肠道菌群或特定化合物,但缺乏整合不同豆类类型、全食物基质效应、发酵及可持续性的综合分析。因此,本综述旨在综合关于豆类调节肠道和代谢健康的证据,考虑其营养、全食物基质、生物活性、菌群调节、代谢结局、发酵及可持续性含义。

  采用叙述性综述方法,基于对PubMed、Scopus、MDPI数据库和Google Scholar的系统检索,纳入2015至2025年间发表的同行评审文章,包括体外、动物模型和人类临床/观察性研究。检索词包括“pulses”、“legumes”、“gut health”、“short-chain fatty acids”、“metabolic health”、“fermentation”等。排除非食用豆类或动物饲料应用、非同行评审来源及未涉及健康影响或加工的文章。所有证据进行定性综合,按豆类类型、营养组成、肠道和代谢健康结局及发酵效果组织成主题章节。

  植物蛋白来源包括豆类、谷物、假谷物、种子、坚果和农工业副产品。豆类(Fabaceae科)如大豆、菜豆、鹰嘴豆、豌豆、蚕豆、豇豆和羽扇豆,蛋白质含量17–30%(干重),富含膳食纤维、抗性淀粉和微量元素。谷物蛋白质含量较低(7–15%),但赖氨酸限制性可通过与豆类互补改善。假谷物(如藜麦、苋菜)蛋白质12–18%,氨基酸平衡。种子和坚果(如奇亚籽、杏仁)蛋白质15–30%,但热量密度高。农工业副产品(如油籽饼)蛋白质可达50%,但需解决异味和抗营养因子问题。2022年全球豆类产量约9600万吨,人均日摄入约20克,预计2032年达1.25亿吨,人均约25克/天。但地理差异显著:拉丁美洲、撒哈拉以南非洲和南亚消费较高(约35克/天),而欧洲仅1–18克/天,远低于膳食推荐(如西班牙建议每周4份,丹麦建议100克/天)。需通过消费者教育和食品加工创新缩小差距。

  豆类结合植物蛋白、复合碳水化合物、膳食纤维、矿物质和多种非营养素生物活性化合物,组成因物种、品种、环境和加工而异。蛋白质含量17–30%(干重),提供赖氨酸但缺乏含硫氨基酸,与谷物互补。膳食纤维约10–20%,包括不溶性和可溶性部分,支持胃肠功能、饱腹感和肠道菌群发酵。碳水化合物占45–65%,主要为淀粉(羽扇豆除外)。富含钾、锌、铁、B族维生素和维生素A、E。生物活性化合物包括酚类(酚酸、黄酮类)、植物甾醇、抗性低聚糖和特殊肽,具有抗氧化、抗炎或抗菌作用。γ-氨基丁酸(GABA)在发芽和发酵中增加。植酸(肌醇六磷酸)是主要储磷化合物,可结合矿物质降低生物利用度,但可能具有抗氧化或代谢益处。加工如浸泡、发芽和发酵可降低植酸并改善矿物质生物利用度。棉子糖家族低聚糖(RFOs)在小肠不消化,结肠发酵产气,但可能具有益生元效应。其他生物活性物包括皂苷、凝集素、酶抑制剂和异黄酮。ANFs具有双重角色,其风险-收益曲线. 豆类、代谢健康与非传染性疾病(NCDs)

  富含豆类的饮食通过多种机制降低NCDs风险。定期消费可改善血脂、血糖控制和血压,抗氧化和抗炎化合物降低氧化应激和炎症,并支持肠道菌群多样性和平衡。表1总结了七种常见豆类的健康益处:

  - 大豆(Glycine max):蛋白质约35%,富含异黄酮、肽和酚类。小鼠模型中黑大豆(20%高脂饮食)显著改善代谢参数,降低体重、血脂和血糖。人类试验中,大豆蛋白和异黄酮补充剂改善绝经后妇女骨健康,但可能影响甲状腺激素。

  - 菜豆(Phaseolus vulgaris):包括斑豆等,蛋白质15–25%。仓鼠高脂饮食中全斑豆或水解蛋白均降低总胆固醇和低密度脂蛋白(LDL)胆固醇,全斑豆更有效,归因于子叶中单宁、皂苷等协同作用。酚提取物抑制结肠癌和乳腺癌细胞增殖。糖尿病大鼠模型中绿豆提取物降低血糖和氧化应激标志物,增强胰岛素分泌。

  - 豌豆(Pisum sativum):蛋白质16–28%。纯化豌豆种子糖蛋白(PGP2)在糖尿病小鼠中改善胰岛素分泌和血糖控制。发芽增强蛋白组分的抗炎特性。

  - 蚕豆(Vicia faba):蛋白质约28%。体外消化后肽片段在Caco-2细胞中显示抗氧化活性。糖尿病小鼠中甲醇提取物(500 mg/kg)改善血糖控制和抗氧化酶(CAT、GPx、SOD)活性,并具抗菌活性。

  - 鹰嘴豆(Cicer arietinum):蛋白质13–27%。大鼠肝损伤模型中提取物(250–500 mg/kg)显示肝保护作用,降低肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和氧化应激。发芽异黄酮提取物通过促凋亡机制抑制乳腺癌细胞生长。糖尿病大鼠中添加鹰嘴豆粉改善血糖控制和炎症标志物。

  - 豇豆(Vigna unguiculata):蛋白质23–28%。绝经后小鼠模型中异黄酮提取物(0.5–5 mg/kg)减轻动脉粥样硬化并改善骨密度。大鼠中煮熟或发芽豇豆降低总胆固醇和LDL胆固醇,生豇豆保留最高抗氧化活性。体外提取物抑制α-淀粉酶并具有膜稳定和抗氧化活性。

  - 羽扇豆(Lupinus spp.):蛋白质27–45%。临床对照试验中羽扇豆蛋白(约25克/天)显著降低总胆固醇、LDL胆固醇、甘油三酯和血压。小鼠模型中水解物减轻自身免疫性脑脊髓炎严重程度。γ-伴大豆球蛋白在细胞试验中增强葡萄糖摄取并抑制二肽基肽酶-4(DPP-IV),显示胰岛素模拟效应。

  证据表明豆类对脂质和葡萄糖代谢、氧化应激、炎症和血压有积极影响,但效应因豆类类型和研究设计而异。人类证据仅适用于部分豆类和结局,许多机制基于动物或体外模型。表1显示NCDs相关效应与豆类特异性纤维、酚类、肽、异黄酮和酶抑制剂的组合相关,支持全食物基质解释。

  肠道健康涉及平衡的菌群组成、有效SCFAs产生、强健肠道屏障功能和免疫调节。豆类中的可发酵纤维、抗性淀粉、低聚糖和生物活性肽可滋养有益共生菌(如双歧杆菌和乳杆菌),促进SCFAs(尤其是乙酸、丙酸和丁酸)产生,并增强屏障功能。大鼠研究中,大豆富集饮食选择性增加产乳酸菌并降低吲哚水平。小鼠研究中豆类喂养增加丁酸浓度和结肠紧密连接蛋白表达,与局部炎症减少和黏膜免疫改善相关。SCFAs通过G蛋白偶联受体(GPCRs)如GPR41/FFAR3、GPR43/FFAR2和GPR109A/HCAR2介导系统效应,但人类证据有限。白色菜豆提取物试验中作者将碳水化合物输送到结肠与SCFAs产生菌及GLP-1和PYY分泌联系起来。SCFAs还通过降低NF-κB活化和组蛋白去乙酰化酶抑制减少促炎细胞因子。菜豆和鹰嘴豆研究在动物中显示丁酸增加与炎症减少和屏障改善相关。酚类化合物被结肠微生物代谢为较小酚酸,双向调节菌群。酚类代谢物通过Nrf2激活、NF-κB抑制、AMPK信号和上皮完整性改善发挥作用。发酵可释放结合酚类。豆类纤维和酚类协同作用,因为它们在复杂食物基质中一起进入结肠。人类试验中最可靠的结论是豆类在某些情况下改善空腹血糖、糖化血红蛋白(HbA1c)、LDL胆固醇和总胆固醇,部分由微生物组组成、碳水化合物活性功能、SCFAs、胆汁酸和氨基酸代谢物介导。表2总结了不同豆类对肠道健康的影响:大豆增加SCFAs并恢复Firmicutes/Bacteroidetes比例;菜豆增强盲肠SCFAs输出;菜豆α-淀粉酶抑制剂提取物增加丁酸并保护肠道屏障;低植酸豌豆品种促进SCFAs产生并改善矿物质生物利用度;豌豆白蛋白改善结肠屏障功能;低单宁蚕豆增加盲肠SCFAs并减少沙门氏菌定植;鹰嘴豆烹饪粉增强肠道屏障和SCFAs;豇豆在人类肠道发酵模型中增加SCFAs并促进双歧杆菌和乳杆菌;羽扇豆增加结肠SCFAs并改善肌肉层厚度。这些菌群介导效应可能部分解释代谢健康改善,但证据主要来自动物或体外模型,强调膳食多样性和加工优化的重要性。

  豆类天然含有酶抑制剂、凝集素、植酸、单宁、皂苷和RFOs等传统ANFs。近年“功能性ANFs”概念出现,表明适量或加工后这些化合物可能具有益生菌和代谢效应。高植酸和单宁可降低矿物质生物利用度,但通过加工可优化含量。发酵相比其他方法,可通过微生物酸化及酶活性(植酸酶、蛋白酶、α-半乳糖苷酶等)同时降低ANFs并增加生物活性化合物。表3总结了不同豆类发酵条件(固态发酵SSF、液态发酵LSF)及效果:大豆发酵增加异黄酮苷元、抗氧化活性和蛋白质消化率;菜豆发酵降低植酸和单宁并增加酚类;豌豆发酵增加SCFAs产生并改善肠道屏障;蚕豆发酵增加丁酸并降低氨;鹰嘴豆发酵增加SCFAs并促进Akkermansia muciniphila;豇豆发酵降低ANFs并增加抗氧化活性;羽扇豆发酵改善蛋白质消化率。动物研究中,发酵大豆饲喂仔猪增加小肠绒毛生长和免疫球蛋白水平;发酵鹰嘴豆奶增加糖尿病小鼠盲肠SCFAs和Akkermansia;发酵豌豆酸奶减少结肠炎小鼠炎症并恢复菌群平衡。发酵菜豆汤降低高脂血症大鼠内脏脂肪并改善血脂,富集乳杆菌和双歧杆菌。发酵蚕豆替代部分大豆饲料增加火鸡盲肠丁酸并降低氨。发酵效应因底物、菌株、模式、温度和时间而异,需标准化和质量控制。未来研究应评估ANFs的双刃剑效应,采用风险-收益设计,包括有益终点(菌群组成、SCFAs、血糖和脂质反应、炎症标志物)和安全终点(铁和锌状态生物标志物、血红蛋白、转铁蛋白受体、血浆锌、蛋白质消化率、胃肠道症状)。需考虑脆弱人群如贫血、孕妇和老年人。发酵产物应控制生物胺(如组胺、酪胺)产生,使用良好原料和低产胺菌株。

  豆类处于人类健康和环境可持续性的交叉点。生命周期评估(LCA)显示每单位蛋白质豆类温室气体排放约为牛肉的十分之一,用水量约为牛肉的十分之一及家禽猪肉的一半。高豆类饮食模式具有更高营养密度(更多纤维、叶酸、铁)和更低环境足迹。英国人群研究发现高豆类摄入者具有更好的EAT-Lancet饮食指数。全球模型显示用植物蛋白(包括豆类)替代50%动物蛋白可减少约30%饮食相关温室气体排放。发酵作为可持续加工策略,可增强营养生物利用度、改善消化率和感官品质,同时降低ANFs并延长保质期。本综述强调豆类作为营养密集、生物活性丰富的食物,通过发酵底物促进SCFAs产生,维持肠道完整性和调节系统代谢。大豆、鹰嘴豆和羽扇豆在临床前和人类研究中显示相对一致益处,而蚕豆和豇豆研究较少。证据强度因研究设计而异:体外研究提供机制线索,动物研究提供生物学合理性,人类随机对照试验(RCTs)支持部分心脏代谢结局但对微生物组机制证据有限。发酵通过多靶点效应降低ANFs、促进蛋白质预消化、释放酚类和形成生物活性肽,但多数研究处于实验规模,需转化为可扩展、消费者可接受的食品系统。尽管豆类具有低环境足迹和高营养价值,但北欧国家消费仍极低(瑞典仅占每日能量摄入2%,丹麦仅0.8%满足推荐)。需协调政策、工业、研究和公共卫生部门行动,克服文化偏好、产品多样性有限和超加工植物基替代品依赖等障碍。未来优先事项包括设计良好的人类干预研究、应用多组学方法、推进可扩展及标准化的发酵技术,以及政策框架支持豆类作为健康可持续饮食的核心组成。

  本综述证据表明豆类不仅是蛋白质密集食物,还是富含生物活性化合物的来源,有助于改善肠道健康和代谢结局。通过高膳食纤维、植物蛋白和植物化学物质,豆类支持脂质和葡萄糖调节、炎症调节和菌群平衡。传统发酵方法在最大化这些益处中既是机遇也是挑战,可增强蛋白质消化率并降低ANFs,平衡生物活性和可持续性。豆类提供改善人类和地球健康的实际有效途径,其整合到日常饮食不仅作为动物蛋白替代品,而是作为弹性、促进健康和可持续食品系统的基石。未来建议包括:政策制定者将豆类纳入学校餐和公共采购标准;工业开发方便、感官优化的豆类产品;研究者进行长期RCTs结合多组学方法;公共卫生利益相关者通过烹饪技能和食谱推广豆类消费。j9跨境创业