據2016年的統計數據，全球18歲及以上人口中39%超重，13%肥胖，現在這一比例更高了。身高體重指數和腰臀比的升高是肥胖的兩個重要參數，也是非傳染性疾病的危險因素，包括心血管疾病、癌症、呼吸系統疾病和糖尿病。根據世界衛生組織的數據，僅心血管疾病每年就造成2690萬人死亡，所有非傳染性疾病加起來占世界每年死亡人數的71%。不健康的飲食、缺乏體育活動和過度飲酒與吸煙都是非傳染性慢性疾病的危險因素。
全球肥胖問題的發生促使世界各地的研究人員開始關注人類飲食和生活方式對能量平衡和體重趨勢的影響。能量消耗的降低以及能量攝入增加被認為是引發肥胖的主要因素。那麼，這種能量不平衡是如何發生的以及為什麼會發生得如此普遍呢？為什麼這種現象如此難以控制呢？
全球肥胖問題的流行可以歸因於世界範圍內農業工業體系的重大變化。從1850年以來，特別是第二次世界大戰之後，蔗糖、高果糖玉米糖漿和植物油的生產和消耗越來越多；穀物經過劇烈碾磨和篩分最後得到的是沒有纖維和胚芽的高度精製麵粉，從而改變了營養價值；而用穀物代替草飼養動物的做法給我們提供的肉類比野生動物或食草動物含有更高的飽和脂肪含量……
20世紀80年代，人們觀察到胃部減肥手術可以在顯著減輕體重之前穩定患者的代謝參數，所以人們提出肥胖與腸道健康之間的聯繫。現在人們已經發現肥胖者所攜帶的腸道菌群明顯不同於苗條的人，而且肥胖表型似乎可以通過腸道微生物而傳播。更重要的是，肥胖者的腸道菌群功能也發生了改變，可以從食物中攝取更多的能量以及影響其它途徑，包括腸促胰島素的產生、腸道蠕動和低級炎症等等，表明腸道微生物可能在肥胖的發生中發揮作用。
我們也知道，我們的飲食可以對腸道菌群組成產生的深遠而迅速的影響。例如，配方奶粉喂養和母乳喂養的寶寶的腸道菌群明顯不同，高脂肪飲食和高碳水化合物飲食對腸道菌群的影響也不同。根據腸道中大量出現的細菌種類的差異, 將人體腸道微生物分為3 種腸型，這與遺傳背景、種族、性別、年齡及體重係數等無關, 而與長期的飲食習慣相關。
提到飲食，我們就不得不提加工食品了，加工食品一般都會被扣上垃圾食品的惡名，把它和肥胖、代謝性疾病以及各種非傳染性慢性疾病聯繫到一起。
雖然食品加工從史前時代就開始了，並且是人類社會為保護食品的安全、保存、消化吸收和風味所不可或缺的，但是近些年的社會經濟發展導致食品和飲食模式發生了變化，開始對健康產生影響。自19世紀以來，人們引進了新技術，從罐裝和巴氏殺菌，再到隨後的各種物理和化學過程。特別是第二次世界大戰之後，食品行業管理委員會關注的焦點發生了轉變，消費者的滿意度以及利潤和便利性成為他們努力追求的目標。這給我們留下了一系列高度加工的食品，這些食品通常非常美味和便宜，但是含有高熱量、高糖、高脂肪和高鹽以及很少的纖維。
不過加工食品遠不止高脂高糖低纖維這麼簡單，加工食品的許多其它特徵也將通過影響腸道而增加肥胖、代謝性疾病和其它非傳染性慢性疾病的風險。
能量密度和膳食纖維
加工食品通常含有較高的熱量，它們通常是高脂肪、高糖以及低膳食纖維和低水含量。膳食纖維和水通常只提供很少的熱量或不提供熱量，更重要的是，它們與增加飽腹感有關。這些特徵也許可以幫助解釋為什麼加工食品是超重的重要誘因。
膳食纖維在人類腸道中不能被消化或吸收，所有攝入的膳食纖維最終都進入結腸，在那裡被腸道細菌發酵，產生各種代謝產物。腸道細菌發酵膳食纖維產生的短鏈脂肪酸能夠通過影響腸道L細胞分泌飽腹感激素以及脂肪細胞產生瘦素或者通過直接作用於下丘腦來調節飽腹感。
膳食纖維的攝入對非傳染性疾病還有許多其它有益影響。例如，丁酸是由腸道細菌在膳食纖維發酵過程中產生的短鏈脂肪酸之一，它可以為結腸細胞提供能量，保持腸道內壁的健康和完整，並可能降低腸道炎症和結腸癌的風險。低度腸道炎症與肥胖和代謝性疾病的關係越來越密切，因此，膳食纖維的攝入與胰島素敏感性改善和更健康的血脂水平有關。
此外，純天然食物的自然結構會在一定程度上限制營養物質在腸道中的可獲得性，而食品加工可能比人類烹飪、咀嚼和消化更能人為地提高營養物質的可獲得性。增加天然的富含膳食纖維的低加工食品的攝入在提升飽腹感和預防體重增加方面似乎是一種更有效更健康的策略。從長遠來看，這可能可以在解決全球肥胖問題和其它健康問題方面發揮巨大的作用。
微量營養素缺乏
對於給我們提供能量的大量營養素（脂肪、碳水化合物和蛋白質），我們關注很多。但是，我們很少關注微量營養素的缺乏對健康的影響。研究表明，超加工食品中的微量營養素的含量通常低於天然食品。因此，富含加工食品的飲食，可能會增加某些維生素或礦物質缺乏的風險。
最近的研究表明，在維生素缺乏症發生率較高的地區，肥胖患病率的上升也最為迅速。此外，一些微量營養素的缺乏，比如維生素A、維生素D、B族維生素、鋅、鐵和鈣等，經常與肥胖同時發生。所有這些缺乏都與以肥胖為特徵的代謝紊亂有關。例如，維生素A是一種在細胞增殖和分化中發揮作用的分子，維生素A的缺乏與肥胖和體重增加有關；維生素D缺乏與胰島素抵抗增加有關；缺鋅則與氧化應激和炎症狀態有關；水溶性維生素（維生素C、B族維生素）的缺乏也與低度炎症有關。其中一些微量營養素和抗氧化劑，比如維生素E、維生素C、β-胡蘿蔔素和硒等，對瘦素的分泌也有影響，瘦素是脂肪細胞分泌的一種可以調節食慾和脂肪沉積的分子。
人體中許多微量營養素的關鍵功能是眾所周知的，因此，在宿主水平上缺乏微量營養素導致代謝途徑受損的事實是顯而易見的。腸道菌群也受到微量營養素缺乏的影響。某些微量營養素對特定的細菌途徑或菌株至關重要，比如維生素B2對普氏棲糞桿菌（Faecalibacterium prausnitzii）至關重要；缺乏維生素A、鋅、葉酸或鐵的飲食會改變腸道菌群的組成和基因表達。長期缺鋅的飲食導致腸道菌群組成發生改變、菌群多樣性降低、短鏈脂肪酸的產生減少，而補鋅則可以增加腸道健康。
食品添加劑
大多數高度加工和超加工食品都含有食品添加劑。在歐洲立法中，根據食品添加劑在食品中的功能被分為26類。
自19世紀初開始添加食品添加劑以來，如今作為食品添加劑添加的化合物已經超過2500種。多年來，人們就食品添加劑的安全問題展開了激烈的爭論，比如，某些食品著色劑和防腐劑被認為與兒童的毒性作用或多動症有關，阿斯巴甜和糖精等人工甜味劑被認為與癌症有關，亞硝酸鈉被認為與胃癌有關，而高果糖玉米糖漿被認為與全球肥胖流行有關。為了回應公眾的擔憂以及20世紀90年代的幾起食品醜聞，食品監管機構開始規範食品添加劑的使用，規定了食品添加劑的使用原則、允許使用的食品添加劑類種、使用範圍及最大使用量或殘留量。現有的食品添加劑已經或正在重新評估其安全性，新的食品添加劑必須經過嚴格的評估才能被接受使用。儘管如此，大多數食品添加劑從來沒有被評估過對人體腸道微生物生態系統的影響。近年來，關於一些食品添加劑對腸道菌群影響的研究，為我們對這些食品添加劑的安全性問題以及它們在肥胖和代謝性疾病等健康問題的發生中的作用提供額外的見解。
人工甜味劑
人工甜味劑是最廣泛使用的食品添加劑之一，我們通常認為人工甜味劑在糖尿病、口腔保健和體重控制方面是有益的。然而，另一方面，其中一些人工甜味劑由於其有害作用也受到的密切關注，比如三氯蔗糖和阿斯巴甜被報道與癌症發生有關，而甜蜜素和安賽蜜被認為會產生有毒代謝產物。近年來的研究開始發現，人工甜味劑似乎並不像我們認為的那樣對肥胖和代謝綜合徵有益，研究表明食用人工甜味劑與體重增加、腰圍增加以及代謝綜合徵之間存在著正相關關係。人工甜味劑對腸道菌群的影響也正開始受到關注。
人工甜味劑對腸道菌群組成、酶活性和胺基酸代謝有顯著影響。研究人員在小鼠的食物或飲水中添加阿斯巴甜、糖精或三氯蔗糖等人工甜味劑，其濃度與人體每日允許攝入量相當，結果發現它們可以顯著影響腸道菌群組成，與此同時，可誘導葡萄糖耐受不良。其中，糖精的作用最為明顯。此外，一項比較了381人的糖精攝入數據和他們的健康參數的營養研究以及一項小規模的干預研究證實了糖精對葡萄糖耐受不良和腸道菌群組成的影響。
除了對腸道菌群的影響之外，食用人工甜味劑還可能通過其它機制導致體重增加或代謝紊亂。比如，食用人工甜味劑可能通過刺激腸道的甜味受體，增強胃腸道對葡萄糖的吸收；另外，食物的甜味和熱量含量之間不成比例可能導致能量攝入失調或過度補償。
乳化劑
由於其獨特的親脂性和親水性，食品乳化劑被應用於食品中，以保持其質地、流動性、顏色、耐熱性、抗黴菌性等。乳化劑的使用仍在逐年增加。
2009年，研究人員調查了羧甲基纖維素（一種常用的膳食乳化劑）與腸道炎症之間的關係。腸道炎症與小腸細菌過度生長以及細菌在腸道上皮細胞的易位有關，而羧甲基纖維素可以觸發這種細菌易位。
關於乳化劑與肥胖和非傳染性疾病相關的最有名的一項研究是美國喬治亞州立大學Andrew Gewirtz教授的研究小組進行的。他們發現羧甲基纖維素和聚山梨酯-80都能引起腸道黏液層的細菌易位，使它們更容易引起宿主的炎症反應。同時，腸道菌群多樣性降低，菌群組成發生改變：擬桿菌目細菌的相對丰度降低，而一些降解黏液的和粘附性的細菌物種增加，表明乳化劑的使用導致腸道菌群失調。乳化劑的使用還增加了腸道通透性和腸道菌群的促炎潛力。
其它研究發現，乳化劑羧甲基纖維素和聚山梨酯-80可通過導致菌群失調和低度炎症增加結腸癌的發生。亦有研究發現，聚山梨酯-80與肝功能障礙、肝硬化和氧化應激有關。
高果糖玉米糖漿
前面我們討論過的人工甜味劑主要是非營養性的，然而，使用最廣泛的甜味劑是有營養的，包括蔗糖和高果糖玉米糖漿。它們在肥胖和代謝綜合徵中的作用的研究也越來越多。最近幾十年來，高果糖玉米糖漿的消耗量急劇上升，從1970年的每人每年0.292公斤到2000年的每人每年33.4公斤，與此同時，肥胖率也顯著上升。因此，果糖經常被認為是導致肥胖的原因之一。
將果糖與代謝綜合徵聯繫在一起的第一種機制是，人體對果糖的代謝與葡萄糖不同，它在腸細胞中被一種不同於葡萄糖的轉運體吸收，在肝臟中更容易轉化為脂質。因此，過量攝入果糖與非酒精性脂肪肝有關。確實，人類研究表明，過量攝入果糖能夠提高空腹血甘油三酯水平和肝內脂質水平，而且比過量攝入脂質或葡萄糖更能降低肝內胰島素敏感性。
另一種將果糖與代謝綜合徵聯繫起來的機制被稱為果糖假說，果糖不像葡萄糖那樣會觸發胰島素或瘦素的分泌，所以導致較低的飽腹感，從而導致更高的能量攝入。
富含果糖的飲食也會顯著增加小鼠代謝綜合徵的發生，同時導致腸道菌群組成的顯著變化。給這些小鼠移植來自健康小鼠的糞便細菌可以顯著改善它們的代謝異常，這表明腸道菌群在果糖引起的代謝紊亂中發揮了重要作用。
熱加工和晚期糖基化終末產物的產生
食品的熱加工是現代食品生產中的一種常見做法，能夠延長食物的保質期，提供更好的風味、色澤和質地。然而，過多地使用熱加工會損害食物的營養成分。熱敏性維生素和植物化學物質會被破壞，食物成分會發生相互作用，降低它們的消化率並產生新的、有時甚至對健康有害的化學物質。
美拉德反應是加熱時發生的一個重要反應，這是食品加工過程中還原糖與胺基酸經過一系列複雜的反應，最終形成類黑素的過程。晚期糖基化終末產物就是通過美拉德反應等途徑形成的穩定聚合產物。蛋白質以及脂質和核酸的糖基化也在人體內自然發生。當血液中的晚期糖基化終末產物水平過高時，將對健康極為不利，它們要麼來自內源產生的，要麼是從食物中吸收的。晚期糖基化終末產物主要有兩種致病機制：第一，使身體蛋白質糖基化，改變它們的結構和功能；第二，與晚期糖基化終末產物受體結合，調節炎症反應。胰島素抵抗、糖尿病、體重增加、血管問題、類風濕和骨關節炎等都與晚期糖基化終末產物介導的炎症反應有關。
關於晚期糖基化終末產物對腸道菌群影響的研究很少，但是正越來越受到關注。腸道對食物來源的晚期糖基化終末產物的吸收只有大約10-30%，此外，在美拉德反應之後，蛋白質的消化率會嚴重降低。因此，晚期糖基化終末產物的絕大部分都進入到結腸，從而可能對腸道菌群產生影響。研究發現，攝入富含晚期糖基化終末產物的食物以後，腸道中雙歧桿菌和乳酸菌的數量顯著降低。另有研究發現，經過加熱處理的富含晚期糖基化終末產物的飲食會降低腸道菌群多樣性，增加腸道通透性。因此，加工食品中的晚期糖基化終末產物也是腸道菌群的干擾因素之一，從而可能對人類健康產生影響。
總而言之，加工食品的所有這些特徵都可能在某種程度上與肥胖、代謝綜合徵和非傳染性疾病有關。微量營養素缺乏與代謝綜合徵中出現的氧化應激、胰島素抵抗、瘦素分泌等有關，非營養性人工甜味劑與胰島素抵抗有關，食品乳化劑似乎會加劇腸道炎症，果糖攝入過多可能會影響肝臟健康。此外，在食品加工熱處理過程中形成的晚期糖基化終末產物與全身炎症、動脈粥樣硬化和骨關節炎有關。
加工食品的所有這些特徵也都已被證明或多或少地影響或干擾腸道菌群，破壞腸道菌群功能。而腸道菌群作為飲食與人類健康、肥胖和非傳染性疾病之間的聯繫的重要性已經得到了證實。因此，腸道菌群的破壞可能是加工食品與代謝綜合徵相關的一個重要機制。
加工食品都是有害的嗎？
如果我們把所有加工食品都給扣上「垃圾食品」「有害」的標籤，似乎是有失公允的。我們所吃的任何已經包裝好的，改造過的食物都算是加工食品。可能是烹飪過的、可能是冷凍過的、可能是罐裝包裝過的，可能經過防腐處理，也可能經過其它處理，總之對於食物的任何形式的處理的都算是在加工，所以說並不是所有的加工食物都是對健康有害的。
食品加工過程改變了食品的營養價值，對健康造成影響。為了更客觀地評估加工食品與健康的關係，為了幫助我們選擇更健康的食品，我們應該對加工食品進行明確的分類，明確營養價值與健康影響之間的聯繫。
人們一直在嘗試對加工食品進行分類，其中最有名的是2010年發表的NOVA分類系統，它根據食品加工的程度將加工食品分為4類。NOVA分類系統已經受到了嚴格的審查，世界糧農組織和泛美衛生組織已將它視為一種寶貴的加工食品營養評價工具。大多數關於超加工食品的攝入與人類健康問題聯繫起來的調查研究也都是基於該分類系統。
根據NOVA分類系統，可以將食物分為：
第1組：未經加工或最低加工的食品：未加工的食物包括天然的植物種子、果實、葉子、根莖，動物的肉、內臟，蛋、奶以及菌菇、藻類和水；最低加工的食品指通過乾燥、粉碎、過濾、巴式殺菌、冷藏、冷凍等方法，使這些天然的食物更易於保存或保證食用安全。
第2組：經過加工的烹飪原料：是指通過壓榨、精鍊、研磨等工藝從第1組食品中獲得，包括烹飪用油、鹽等。
第3組：加工食品：包括瓶裝蔬菜、罐頭、糖漬水果、新鮮麵包等，這些食物大都是第1或第2組一起烹飪而成，使這些食物更耐儲存或更好吃。
第4組：超級加工食品：包括軟飲料、咸甜的包裝小吃、加工過的肉製品，這些食物幾乎已經看不到天然食物的影子，甚至不含有天然食品的成分，還可能添加各種食品添加劑等日常烹調中較少使用的原料。
其實，在現代社會，我們想要完全不沾加工食品，幾乎很難辦到。但是，大多數比較加工食品與健康關係的研究都是關於超級加工食品的。超級加工食品通常能量密集、飽含不健康的脂肪、精製澱粉、游離的糖和鹽以及蛋白質，但膳食纖維、微量營養元素卻相對缺乏，絕大部分是「不健康」食品的典範。然而，這些食物通常又非常好吃、保質期長、價格便宜，吃起來也很方便，真是讓人又愛又恨。為了我們的健康，我們應該儘可能避免超級加工食品，而選擇那些加工程度較低的食品。
食品工業也應該開始專注於提供更多的低能量密度和最佳微量營養含量的食品，食品加工過程中某些有害的加工過程應該加以修訂和廢除，或者由一些破壞性較小的加工過程所取代。對於食品添加劑的使用我們也應該重新評估，特別是應該評估其對腸道菌群的影響。相信通過對食品加工行業的改革，我們可以在很大程度上延緩各種非傳染性慢性疾病發病率的持續上升。
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