抗菌食品保鲜技术的绿色智能升级：从传统抑制到精准协同控制

《Food Bioscience》：Green and Intelligent Upgrading of Antimicrobial Food Preservation Technologies: From Conventional Inhibition to Precision Synergistic Control

　　•绿色与智能保鲜被整合在一个统一框架内。
•提出了一种“感知—判断—响应—协调”的保鲜循环。
•食品基质适应性对于可靠的抗菌性能至关重要。
•提出四条证据链以评估应用成熟度。
•以场景化验证作为产业化转化的优先路径。

引言

微生物污染和腐败在食品生产、储存、运输、零售和消费全过程中持续构成严峻挑战（Ibrahim et al., 2025）。易腐食品，包括新鲜果蔬、肉类、水产品、乳制品和即食食品，极易受到腐败微生物和食源性致病菌（如沙门氏菌、致病性大肠杆菌、单核细胞增生李斯特菌、金黄色葡萄球菌、酵母菌和霉菌）的侵染（Liang et al., 2023）。腐败菌和致病菌的生长与代谢活动会加速营养降解、产生异味、劣变质地、引起变色，在某些情况下还会产生毒素，最终缩短货架期并增加食品安全风险（Karanth et al., 2023; Mafe et al., 2024）。因此，抗菌保鲜不仅是延长储存时间的技术手段，更是保障食品安全、维持感官与营养品质、减少食物损耗以及提升食品供应链可持续性的关键策略。

传统抗菌保鲜技术，包括冷藏、冷冻、热处理、化学防腐剂、真空包装和气调包装，长期以来为现代食品体系提供了技术基础（Nájera et al., 2021）。这些方法为大规模食品生产和流通作出了重大贡献。然而，在当今对高品质、清洁标签、低碳和环境友好型食品体系的需求下，其局限性日益凸显（Lisboa et al., 2024）。化学防腐剂可能引发残留、法规限制和消费者接受度方面的担忧（Gokoglu, 2019）；热处理会损害热敏性营养素、风味化合物、色泽和质地（Zia et al., 2024）；冷藏和冷冻高度依赖连续的冷链基础设施，且能耗较高（Karacan et al., 2023）；传统石油基包装主要提供被动保护，同时增加环境负担。因此，食品保鲜面临的关键挑战已从“如何抑制微生物”转变为“如何在确保安全、品质保持、环境友好性和工艺精准性的同时实现有效抗菌控制”。

在这些挑战的驱动下，抗菌保鲜技术正在经历绿色化和智能化的双重升级。绿色保鲜策略旨在减少对合成防腐剂、高热负荷、过度能源消耗和不可降解包装材料的依赖（Hussain et al., 2024; Lisboa et al., 2024）。代表性方法包括源自植物、微生物和动物的天然抗菌剂；高压处理、脉冲电场、冰温贮藏和微冻等绿色物理技术；以及基于壳聚糖、淀粉、明胶、聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯和其他生物基聚合物的可降解抗菌包装。与此同时，智能保鲜强调状态感知、风险评估、响应性干预和供应链协同。活性及刺激响应型抗菌包装可实现抗菌剂的受控释放，而智能包装则利用指示剂或传感器来监测和传达食品品质变化（Hou et al., 2023; Osmólska et al., 2022）。同时，基于物联网的冷链系统和人工智能辅助的货架期模型有助于实现连续数据采集、预测性品质评估和更明智的保鲜管理（Bouzembrak et al., 2019; Cui et al., 2023）。

然而，绿色与智能保鲜技术的实际转化仍面临挑战。在体外表现出强活性的天然抗菌化合物，在实际食品基质中可能因挥发性、氧化、溶解性差或与蛋白质和脂质的相互作用而失效（Gómez-Llorente et al., 2025）。可降解包装材料仍可能存在机械强度不足、耐湿性差、阻隔性能欠佳和加工相容性不足等问题（Nilsen-Nygaard et al., 2021）。智能标签或传感器可能外观引人，但若其信号与微生物安全性或剩余货架期相关性差，则并不可靠。此外，“天然”并不意味着“安全”，“可降解”也不一定意味着“低碳”。因此，下一代抗菌保鲜技术不仅应以微生物抑制能力来评价，还应考察食品基质相容性、品质保持、食品接触安全性、环境可持续性、数据可靠性、法规接受度和产业可行性。

近年来的综述分别聚焦于天然抗菌剂（A. Kumar et al., 2025）、非热加工（Safwa et al., 2024）、可降解包装、活性包装（Xie et al., 2024）、智能标签与智能包装（Osmólska et al., 2022）或食品冷链监测与管理（Mustafa et al., 2024）。这些综述大大推动了各自领域的发展，但其范围主要限于技术或功能层面。因此，绿色替代、智能感知与响应、基于证据的应用评估和产业转化之间的联系在文献中仍较为零散。本综述的增量贡献因此不仅仅是更广泛的技术覆盖，而是整合三个互补视角。第一，绿色保鲜技术的评价不仅关注抗菌效能，还结合食品基质相容性、品质保持和可持续性。第二，智能保鲜被组织为一个“感知—判断—响应—协调”的闭环，将监测与保鲜导向的干预和供应链行动联系起来。第三，一个四维证据链框架整合了性能、安全性、环境可持续性和可行性，以支持特定应用场景的评估和产业转化。为弥补这些空白，本文采用批判性叙述综述方法，从传统抑制、绿色替代、智能调控、证据链评估和产业转化等角度整合关于食品抗菌保鲜技术绿色与智能升级的相关文献（图1）。首先，讨论传统保鲜技术的应用基础和升级驱动力。其次，批判性审视绿色升级策略，包括天然抗菌剂、绿色物理保鲜技术、可食用抗菌膜和可降解活性包装。再次，分析智能升级策略，包括响应性包装、视觉新鲜度监测、基于物联网的冷链监测、人工智能辅助货架期预测、追溯系统以及多栅栏保鲜。最后，利用证据链框架整合保鲜性能、安全性、环境可持续性和可行性，并讨论关键瓶颈和未来方向。

章节概要

传统抗菌保鲜技术：应用基础与升级驱动力

传统保鲜技术因其成熟的效能、可扩展性和与现有加工体系的兼容性，仍是食品安全和货架期管理的产业基础。然而，其主要局限性日益来源于真实供应链条件下微生物控制、品质保持、环境可持续性和工艺精度之间的权衡取舍。本节因此聚焦于这些权衡以及由此产生的升级驱动力。

绿色升级：从合成输入依赖到基于自然和低损伤的保鲜

绿色升级代表了食品抗菌保鲜的重大转型，整合了天然抗菌剂、低损伤物理技术和可降解活性包装。这一转型并不意味着完全摒弃传统技术，而是旨在减少化学残留、热损伤、能耗和塑料废弃物（Jadhav & Choudhary, 2024）。因此，绿色升级需要对抗菌效能、品质保持和环境可持续性进行综合评价。

智能升级：从被动抑制到闭环调控

绿色升级主要解决合成输入、热损伤、能耗和包装相关的环境负担。智能升级则解决传统保鲜的另一个根本局限：无法感知、解读和响应食品品质的动态变化。传统保鲜系统通常在预定条件下运行，如固定贮藏温度、防腐剂浓度、包装气氛或保质期。

绿色与智能抗菌保鲜技术的证据链评估

产业转化应依据预定义的应用特定标准，通过四条证据链进行评估：性能、安全性、环境可持续性和可行性（图5）。对于每项技术，应预先明确目标食品、相关危害或劣变终点、操作条件、对照物和接受标准。若存在正式标准，应优先遵循。例如，抗菌性能可针对特定目标进行评估。

产业转化的未来展望

未来研究应优先关注三个相互关联的产业化方向：基质适应性保鲜系统的开发、在真实食品和供应链条件下的验证，以及标准化、应用特定的实施策略。以下章节将讨论这些优先方向。

结论

所综述的文献突出了食品抗菌保鲜的两个互补方向：绿色升级解决食品基质相容性和品质保持型抗菌干预，而智能升级将食品状态监测和预测信息与保鲜导向的行动相连接。二者的有效整合需要超越单一技术功能和受控实验室条件的证据。

本综述提出：

CRediT作者贡献声明

Yong-Ping Wen：项目管理。Xu Zhang：正式分析。Yu-Huan Cen：调查。Xue-Feng Ma：写作—审阅与编辑。Xiao-Gang Zhou：写作—审阅与编辑。Wan-Xing He：写作—原稿。Kwang-Pyo Kim：写作—审阅与编辑。

未引用文献

Kumar et al., 2025; Wang et al., 2024; Wang et al., 2024; Wang et al., 2024; Wang et al., 2022; Zhang et al., 2024; Zhang et al., 2026.

利益冲突声明

作者声明，他们不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，可能影响本论文所报告的工作。

数据可用性

本研究未生成新数据。本综述完全基于已发表的文献，因此不适用数据共享。

资助

本工作得到了成都市龙泉驿区科技计划项目（2025LQYF0029）、西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室开放课题（SKL-KF202311）和四川省中枢神经系统产品研发重点实验室、四川克里特药业有限公司（260001-01SZ）的资助。

利益冲突声明

? 作者声明，他们不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，可能影响本论文所报告的工作。

致谢

无。

Wan-Xing He|Kwang-Pyo Kim|Xu Zhang|Yu-Huan Cen|Xue-Feng Ma|Xiao-Gang Zhou|Yong-Ping Wen