综述：用于生产后生物制品的新兴非热技术

《COMPREHENSIVE REVIEWS IN FOOD SCIENCE AND FOOD SAFETY》：Emerging Nonthermal Technologies for the Production of Postbiotics

　　后益生菌的定义、分类、健康效应及生产技术研究进展，比较了传统热处理与新兴非热技术（如高压处理、脉冲电场、超声波等）的优缺点，评估了其在保持生物活性、安全性及工业化应用中的潜力，并探讨了当前面临的挑战与监管需求。

　　非热技术在生产后生元方面展现出了广阔的应用前景，相较于传统的热处理方法，这些技术不仅能够保持后生元的生物活性，还能够减少对产品感官特性和营养成分的负面影响。后生元，即非活性微生物细胞及其成分，被定义为对宿主有益的物质，其作用机制涉及免疫调节、肠道屏障增强、抗炎等多种生物活性。这种新型功能食品成分在生产过程中对稳定性和安全性有独特的优势，同时具备较强的配方适应性，这使得其在食品工业中的应用前景更加广阔。

传统热处理方法虽然在微生物灭活和生物活性物质提取方面效果显著，但同时也带来了诸如烧焦味、免疫调节分子变性、功能代谢物损失等缺点。这些缺点限制了热处理方法在某些精细成分提取中的适用性，也影响了产品在市场上的接受度。因此，探索和开发非热技术成为当前后生元研究的重要方向。非热技术包括高压处理（HPP）、脉冲电场（PEFs）、超声波、冷等离子体、超临界二氧化碳（Sc-CO2）和辐照等。这些技术在工业规模的应用潜力及其对后生元稳定性、生物活性和功能价值的影响是本研究关注的核心内容。

非热技术的核心优势在于其对热敏性生物活性物质的保护。例如，超声波技术通过声空化效应，能够有效地破坏微生物细胞壁，释放细胞内成分，同时避免高温对营养和感官特性造成破坏。研究表明，超声波处理不仅能够提高后生元的生物活性，还能够改善其功能特性，如抗氧化、抗菌和抗炎活性。此外，超声波技术能够显著降低能耗，支持可持续发展，这符合现代消费者对清洁标签和低加工食品的偏好。在工业应用中，超声波技术能够提高生产效率，同时减少资源消耗，为大规模生产提供了新的可能性。

高压处理（HPP）是另一种非热技术，它通过高压作用在微生物细胞上，达到灭活效果，同时避免高温对生物活性成分的破坏。HPP技术在工业中的应用已显示出其在保持食品感官和营养特性方面的优势，特别是在婴幼儿配方食品和营养补充剂的生产中。其非热特性避免了传统热处理方法可能产生的化学副产物，如呋喃类化合物，从而提升了食品安全性。然而，HPP技术在工业规模化应用中仍面临高初始投资成本和处理条件控制的挑战，需要进一步的技术优化和成本效益分析。

脉冲电场（PEF）是一种精准的非热处理方法，其通过短时间的高电压脉冲作用于微生物细胞膜，使其暂时形成孔洞，从而释放细胞内的生物活性物质。这种技术在食品工业中具有较高的应用潜力，特别是在乳制品和饮料的生产中。PEF能够减少微生物污染，同时保持产品的营养和感官特性，为食品加工提供了新的解决方案。然而，PEF在实际应用中仍面临设备成本高、处理参数优化难度大等挑战。

冷等离子体技术通过生成活性物种（如氧气和氮气）来破坏微生物细胞膜，从而达到灭活效果。这种方法在保持生物活性成分的结构和功能方面具有显著优势，尤其适用于需要精准灭活和高生物活性的后生元生产。然而，冷等离子体技术在大规模生产中仍需解决设备复杂性、操作参数标准化以及生产成本等问题。

超临界二氧化碳（Sc-CO2）作为一种绿色、无毒的提取介质，能够在低压条件下有效提取微生物细胞内的生物活性成分。这种技术不仅能够提高提取效率，还能够减少对环境的影响，符合可持续发展的趋势。然而，Sc-CO2在实际应用中面临设备成本高、处理过程复杂等挑战，需要进一步的技术优化和成本效益评估。

尽管非热技术在后生元生产中展现出诸多优势，但其在大规模应用中的标准化、经济可行性和与不同食品基质的兼容性仍然是需要克服的挑战。这些技术的推广需要跨学科的合作，包括微生物学、食品工程和生物技术等领域，以确保其在工业应用中的安全性和有效性。同时，监管机构需要制定明确的指导方针和标准，以支持非热技术在后生元生产中的广泛应用。

非热技术在食品加工中的应用前景广阔，其能够提供更加安全、高效和环保的生产方式，满足消费者对天然、健康食品的需求。随着技术的不断发展和成熟，这些方法有望成为后生元工业生产的主流技术。然而，目前仍需更多的研究和实践来优化处理参数，提高生产效率，并确保产品质量的一致性和安全性。此外，建立全球统一的监管框架和标准化的生产流程，将有助于非热技术在后生元生产中的广泛应用，推动其在功能食品和药用领域的进一步发展。