综述：水开菲尔中风味形成：微生物的代谢作用及其调控途径

《Food Reviews International》：Flavor formation in water kefir: metabolic roles of microorganisms and their regulatory pathways

本综述系统阐述了超声波（US）与脉冲电场（PEF）这两种非热先进技术在功能食品加工中联合应用的潜力。文章详细探讨了US与PEF协同作用在提取、干燥、油炸及液态/固态食品加工中的机制与效果，包括其对化合物得率、微观结构、功能特性及抗氧化能力的显著提升，并强调了其在加速传质传热、提高效率及保障微生物安全方面的独特优势。

　　

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引起了越来越多的关注，尤其是当它们结合使用时，由于其叠加或协同效应，这些技术更节能、简单、环保、稳定，并且在产品质量和微生物去污方面更有效。本综述考察了当前US和PEF联合使用在提取、干燥、油炸以及固态和液态食品加工中的应用。相关机制、反应条件和操作顺序对化合物得率与类型、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的结合极大地加速了水分扩散以及质量和热量的传递，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，并有效灭活了液态食品中的微生物和酶。

引言

随着消费者对高品质、高营养且安全的食品需求日益增长，食品工业正不断寻求创新加工技术。非热加工技术因其能最大程度保留食品原有风味、营养和功能成分而备受青睐。其中，超声波（US）和脉冲电场（PEF）作为两种代表性的非热技术，单独应用已显示出诸多优势。然而，将US与PEF联合使用，可能产生“1+1>2”的协同效应，为功能食品加工开辟了新途径。

US与PEF的作用机制

超声波（US）在液体介质中传播时会产生空化效应，即液体中微小气泡的形成、生长和剧烈崩溃过程。这一过程伴随产生局部高温、高压、冲击波和微射流，从而破坏细胞壁、增强物质传递。脉冲电场（PEF）则是将食品置于高强度、短持续时间的脉冲电场中，其基本作用机制是电穿孔，即在细胞膜上形成可逆或不可逆的微孔，增加膜通透性。当US与PEF结合时，US的空化作用可以预处理物料，使细胞结构更松散，从而增强PEF的电穿孔效果；反过来，PEF造成的膜通透性增加也有利于US效应物质更深入地渗透到细胞内部。这种协同作用共同加速了水分的扩散以及质量和热量的传递。

在食品提取中的应用

在植物活性成分（如多酚、黄酮、色素）的提取过程中，US与PEF的联合应用表现出卓越的性能。研究表明，与传统方法相比，US-PEF协同处理能显著缩短提取时间，提高目标化合物的得率。例如，在提取葡萄籽中的原花青素时，联合技术不仅提高了提取效率，还有助于保留热敏性成分的生物活性。其机理在于，US的空化效应破坏了植物细胞壁结构，而PEF进一步增强了细胞膜的通透性，使得溶剂更容易进入细胞内部，目标化合物也更易溶出。

在食品干燥和油炸中的应用

干燥是食品保藏的重要环节，但传统热风干燥往往耗时耗能，且可能导致产品品质下降。US-PEF预处理被证明可以有效缩短后续热风干燥或真空干燥的时间。US产生的机械效应有助于去除物料表面的水分边界层，而PEF则通过电穿孔作用破坏了细胞膜，降低了内部水分向外迁移的阻力，从而加速了干燥过程。在油炸食品领域，丙烯酰胺的形成是一个备受关注的安全问题。US-PEF预处理马铃薯条等食材，可以通过改变其微观结构和降低初始水分含量，有效减少油炸过程中丙烯酰胺的生成，同时改善产品的色泽和质构，提升油炸动力学效率。

在液态食品加工中的应用

对于果汁、牛奶等液态食品，微生物和内源酶是影响产品货架期和安全性的关键因素。US和PEF均已被证明具有非热杀菌和酶失活的能力。当两者结合时，对微生物（如大肠杆菌、酵母菌）和酶（如果胶酶、过氧化物酶）的灭活效果显著增强。US的空化作用可以破坏微生物细胞壁的完整性，使其对后续的PEF处理更为敏感；而PEF的电场效应则能直接作用于细胞膜和酶蛋白的空间结构，导致其失活。这种联合处理能够在相对温和的条件下实现有效的微生物控制，更好地保持液态食品的新鲜度、营养价值和感官品质。

对食品品质的影响

除了提高加工效率和安全性，US-PEF联合技术对食品最终品质的影响也至关重要。在多数研究中，经过适度US-PEF处理的食品，其功能特性（如蛋白质的溶解性、乳化性）、抗氧化能力（如DPPH自由基清除能力）均得到保持甚至提升。微观结构分析（如扫描电子显微镜观察）显示，联合处理能形成更均匀、多孔的结构，这有利于营养物质的释放和消化吸收。然而，处理参数的优化至关重要，过强的处理强度也可能对某些敏感成分造成不利影响。

结论与展望

超声波（US）与脉冲电场（PEF）的协同应用为功能食品加工提供了一种高效、节能且环保的新策略。其在加速传质传热、提高提取率、缩短加工时间、改善产品安全和品质方面的潜力已得到初步证实。未来的研究应更深入地揭示US与PEF在不同食品基质中的具体相互作用机制，优化联合处理的工艺参数和顺序，并进一步评估其对食品复杂组分（如维生素、风味物质）的长期影响。随着技术的不断成熟和成本的降低，US-PEF联合技术有望在食品工业中获得更广泛的应用，为消费者带来更健康、更优质的产品。