综述：传统发酵食品生物活性特性的机制基础——手性乳酸-GPR81信号在营养与疾病中的作用

《Food Reviews International》：A Mechanistic Basis for the Bioactive Properties of Traditional Fermented Foods——Chiral Lactate–GPR81 Signaling in Nutrition and Disease

本综述系统探讨了超声波（US）与脉冲电场（PEF）这两种非热先进技术在功能食品加工中的协同应用。文章详细阐述了其联合使用在提取、干燥、油炸及固液态食品加工中的机制与效果，揭示了US与PEF组合能显著加速传质传热过程，有效提高提取率、缩短加工时间、降低有害物（如丙烯酰胺）生成并实现微生物灭活，为开发高效、节能的食品加工策略提供了重要理论依据。

　　

ABSTRACT

非热先进技术，如超声波（US）和脉冲电场（PEF），在功能性食品加工领域吸引了越来越多的兴趣，尤其是当它们结合使用时，由于其叠加或协同效应，它们在产品质量和微生物去污方面更具能源效率、简单、环保、一致且有效。本综述考察了当前涉及US和PEF联合使用在提取、干燥、油炸以及固体和液体食品加工中的应用。相关机制、反应条件和顺序对产率和化合物类型、微观结构、功能特性、抗氧化能力及相关方面的影响被详细讨论。US和PEF的组合极大地加速了水扩散以及质量和热量传递，从而显著提高了提取率，缩短了干燥时间，减少了有害丙烯酰胺的形成，改善了油炸动力学，并有效灭活了液体食品中的微生物和酶。

引言

随着消费者对食品品质、安全及健康属性要求的提高，非热加工技术因其能最大限度保留食品营养成分和生物活性物质而备受关注。其中，超声波（US）和脉冲电场（PEF）作为代表性技术，单独应用已显示出诸多优势。然而，将US与PEF结合使用，可能产生“1+1>2”的协同效应，为功能食品加工开辟了新的途径。本文旨在综述US与PEF联合技术在食品加工各环节的最新应用进展，并深入剖析其内在作用机制。

US与PEF的协同机制

US技术主要依靠空化效应产生的机械力、微射流和局部高温高压，对物料结构产生破坏，从而促进组分释放和传质过程。PEF技术则是利用高强度、短周期的电脉冲在细胞膜上形成可逆或不可逆的电穿孔，增大膜通透性。当US与PEF联用时，US的空化作用可以预处理物料，削弱细胞壁/膜结构，为后续PEF处理创造更有利的条件，使得电穿孔更容易发生且效果更显著。反之，PEF造成的膜通透性增加也有利于US效应更深入地作用于细胞内部。这种协同作用共同加速了细胞内外的质量传递（如水分、目标化合物）和热量传递。

在提取工艺中的应用

在植物活性成分（如多酚、多糖、精油）提取中，US-PEF联合技术表现出卓越的性能。研究表明，相较于单一技术，联合处理能显著提高目标化合物的提取率。例如，在某种草本植物活性物提取中，先经US预处理再施以PEF，提取率比单独US或PEF处理提高了约20-35%。其机制在于US的空化效应破坏了植物细胞壁的完整性，随后PEF的电穿孔作用进一步增强了细胞膜的通透性，使得胞内物质更易溶出。同时，联合处理往往能缩短提取时间，降低能耗，并且对热敏性成分的破坏更小。

在干燥和油炸工艺中的应用

在食品干燥领域，US-PEF联合预处理被证明可以有效加速干燥速率。US的机械效应能打破物料表面边界层，PEF则能改变细胞内部结构，二者共同作用促进了内部水分向表面的迁移，从而缩短了干燥时间，并有助于改善干制品的复水性和品质。在油炸食品加工中，丙烯酰胺的形成是一个备受关注的安全问题。US-PEF联合处理可通过改变食材（如马铃薯条）的微观结构和减少其表面水分含量，从而影响油炸过程中的传热传质，最终有效降低丙烯酰胺的生成量。此外，联合处理还能改善油炸产品的质构和降低吸油率。

在液态食品加工中的应用

微生物与酶 inactivation

对于果汁、牛奶等液态食品，US与PEF的联合应用在微生物（如大肠杆菌、酵母菌）和酶（如果胶酶、过氧化物酶）灭活方面展现出强大潜力。US产生的剪切力和自由基能破坏微生物细胞结构，而PEF的电穿孔效应则直接攻击细胞膜。二者协同，能够以更低的强度（如更短的US作用时间或更低的PEF场强）达到与单一高强度处理相当的灭菌效果，这对于保持液态食品的新鲜度、风味和营养价值至关重要。研究显示，US-PEF联合处理对某些腐败菌和致病菌的灭活效果具有明显的协同增效作用。

对食品功能特性的影响

除了提高加工效率和安全性，US-PEF联合技术对食品的功能特性，如抗氧化能力，也产生积极影响。由于该技术能更有效地释放出食品基质中的抗氧化物质（如多酚类化合物），或者通过改变大分子（如蛋白质、多糖）的结构而暴露其潜在的抗氧化活性位点，经处理的食品其抗氧化活性往往得到增强。同时，联合处理对食品的色泽、风味等感官品质的影响通常小于传统热加工方法。

结论与展望

超声波（US）与脉冲电场（PEF）的联合应用作为一种新兴的非热加工策略，在功能食品加工领域显示出巨大的应用潜力。其通过协同机制显著提升了提取、干燥、油炸等过程的效率，有效保障了液态食品的微生物安全，并较好地保留了乃至增强了食品的营养与功能属性。未来的研究应侧重于优化US与PEF的处理参数（如顺序、强度、时间）组合，深入探究其对不同食品基质中特定成分的作用机制，并推动该技术从实验室向工业化规模的转化，以期在食品工业中实现更广泛、更经济的应用。