综述：光学显微镜技术在食品结构表征中的进展

《Food Structure》：Advances in optical microscopy for food structure characterization

本综述系统介绍了超分辨率显微镜（SRM）、时间分辨显微镜及无标记成像等先进光学显微技术，重点阐释了其在突破衍射极限（达纳米级）、捕捉动态过程（如时间序列成像）及解析化学成分（如共聚焦拉曼显微镜、CARS、SRS）方面的优势，为食品微观结构（如分子分布、相变行为）与宏观特性（如消化性、营养功能）的关联研究提供了强大工具。

　　

超分辨率显微镜：突破衍射极限的纳米视野

传统光学显微镜受阿贝衍射极限限制，分辨率通常仅达数百纳米。超分辨率显微镜（SRM）技术通过特殊光学机制（如STED、PALM/STORM）打破这一限制，将空间分辨率提升至纳米尺度，使食品中脂滴、蛋白质聚集体的亚细胞结构及其界面相互作用得以清晰呈现。例如，在乳状液或凝胶体系中，SRM可精准定位乳化剂在油水界面的分布状态，为稳定性调控提供直接证据。

时间分辨显微镜：捕捉动态过程的“高速摄像机”

时间分辨显微镜通过时间序列成像（Time-lapse）记录样品随时间的变化，适用于研究食品加工（如剪切、加热）、口腔加工及消化过程中的结构演化。高速共聚焦系统可追踪淀粉糊化时颗粒溶胀的实时动力学，而荧光寿命成像（FLIM）则能通过荧光信号衰减差异反映局部微环境变化（如pH、粘度），为食品相变过程提供定量参数。

化学与非线性光学显微镜：无标记成像的化学探针

共聚焦拉曼显微镜（Confocal Raman）、相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）和受激拉曼散射（SRS）等无需荧光标记即可探测分子振动信号，直接解析食品成分（如脂类、蛋白质、碳水化合物）的空间分布。例如，SRS技术对C-H键的高灵敏度使其能清晰区分油脂结晶区与非晶区，而CRS技术可实时监测脂质氧化过程中双键含量的变化，为食品劣变机制研究开辟新途径。

从图像到数据：定量分析的挑战与策略

先进显微镜产生的高维数据（如三维结构、多光谱信息、时间序列）需借助图像处理算法（如深度学习分割、形态计量学）提取定量特征。例如，通过颗粒尺寸分布统计可关联乳化稳定性，而纤维网络拓扑分析能预测凝胶强度。数据标准化与开源工具（如ImageJ插件、Python库）的整合是推动显微镜从描述性工具向定量分析平台转型的关键。

结论：迈向理性食品设计的微观基石

先进光学显微镜通过提升空间分辨率（SRM）、时间分辨率（动态成像）及化学特异性（无标记技术），实现了对食品多尺度结构的精细化解析。这些技术不仅揭示了微观结构与宏观功能（如质构、营养释放）的内在关联，更为替代蛋白、3D打印食品等新兴领域的材料设计提供了底层支持。未来，多模态联用（如SRM-SRS）与人工智能分析的结合，将进一步推动食品微观研究从表征向预测跨越。