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乳浊液杀菌技术综述：分析热处理（巴氏杀菌、UHT、微波/射频）与非热处理（HPP、超声波、PEF、UV/PL、scCO?）对微生物灭活、乳浊液稳定性及质量的影响，提出需平衡杀菌效果与乳滴结构、界面膜及营养成分的保存，并探讨组合工艺优化路径。
李一典|唐世康|比马尔·奇特拉卡尔|王涛|王学娇|郭朝凡|易俊杰
昆明理工大学食品科学与工程学院，中国昆明650500
摘要
背景
乳液是食品及相关行业各种配方的基础，但富含营养的水连续体系容易滋生微生物。因此，虽然需要采取抑菌/杀菌措施，但这些措施存在独特限制，因为提高微生物安全性的干预措施可能会同时干扰液滴间的相互作用和界面膜，从而影响乳液的稳定性和功能性。
研究范围与方法
本文综合评估了热处理（巴氏杀菌、超高温灭菌/回流灭菌、射频/微波）和非热处理（高压处理、超声波、脉冲电场、紫外线/等离子体、scCO2）方法，并提出了实际的应用方案。在各种技术中，我们将微生物控制指标（如菌落形成单位/对数减少量、孢子及耐药性微生物的抑制情况）与乳液/界面特性（液滴尺寸分布、ζ电位、界面/胶体流变学以及宏观不稳定性如聚集和相分离）以及质量和成分变化（营养成分/生物活性保留、挥发性物质变化、氧化指标）进行了关联分析。
主要发现与结论
热处理方法能有效控制病原体，但过高的热负荷或不均匀加热会导致乳液稳定性下降，表现为界面减弱、液滴生长/相分离、氧化引起的风味变化以及热敏性营养成分的损失。因此，本文提出的热处理改进措施包括控制加热均匀性、优化时间-温度曲线、采用真空辅助加热以及微胶囊化保护技术，以减少不必要的质量损失。非热处理方法虽然能减轻热损伤，但仍高度依赖于具体参数和基质类型，可能导致乳液稳定或聚集/不稳定的现象，且孢子及耐药性微生物的存在及放大效应仍是其应用中的关键限制因素。此外，我们还讨论了通过配方优化（如选择合适的乳化剂和设计预处理步骤）以及合理的组合工艺来更好地平衡微生物控制与乳液质量。
引言
乳液是由不相溶的油相和水相通过乳化剂稳定形成的非均质分散体系，广泛应用于食品、化妆品、药品和农产品中。在许多水连续体系中，富含营养的水相为腐败菌和致病菌（如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌）提供了生长条件，这使得在加工过程中而非后处理阶段必须实现微生物控制，从而带来安全与合规性挑战（de Almeida Campos等人，2024年）。然而，乳液的处理存在特殊限制：改善微生物安全性的干预措施可能同时破坏液滴间的相互作用和界面膜，导致乳液稳定性下降。
乳液抑菌需要平衡微生物安全性和结构完整性。热处理能有效灭活病原体，但通常会因蛋白质变性（通常需超过80°C）、相分离和营养成分降解而损害热敏性体系，这体现了安全性与功能性的权衡（Zabbia等人，2012年）。热处理还可能加速美拉德反应和脂质氧化，导致挥发性化合物流失及产生不良风味物质，从而影响感官品质。相比之下，非热处理技术（如高压处理、脉冲电场、超声波）能在减少热损伤的同时实现微生物灭活；但越来越多的证据表明，这些技术仍可能引起食品生物聚合物的分子级变化，进而影响乳化行为和界面膜的形成。高压处理可能破坏氢键和疏水相互作用，导致蛋白质结构改变；超声波则根据强度不同影响蛋白质二级结构（例如，低功率处理会降低大豆蛋白中的α-螺旋结构，而高功率处理会增加α-螺旋结构）。这些非热处理技术还可能改变蛋白质的聚集行为：低强度脉冲电场会干扰氢键和静电相互作用，从而改变蛋白质聚集状态；中等强度（约300–400 W，10分钟）的超声波可破坏现有聚集体、减小颗粒尺寸并促进界面吸附；而低功率或长时间处理（如200 W或超过20分钟）可能导致疏水基团暴露和二硫键形成，从而增加蛋白质聚集。总体而言，这些技术需要确定既能保证微生物灭活又能最小化乳液质量损失的处理条件。
基于上述背景，越来越多的研究关注热处理和非热处理方法在微生物控制中的应用，同时乳液科学也在揭示导致乳液不稳定的机制和界面/胶体特性方面取得了进展。然而，这两方面的研究在实践中的应用往往缺乏紧密联系：微生物灭活效果通常作为主要指标单独报告，而没有结合胶体/界面失效模式（如聚集、聚集和相分离）以及相关的成分变化（如热敏性营养成分和生物活性物质的损失、氧化引起的质量下降和感官品质下降）进行讨论。鉴于抑菌/杀菌作用会影响乳液的多个层面（从界面膜和液滴相互作用到成分保留和感官品质），因此需要一种综合性的、以指标为导向的分析方法，明确不同处理方式下的安全性-稳定性-质量权衡。本文逐一探讨了热处理、非热处理及其组合方法，解答了两个核心问题：（1）不同方法是否达到所需的微生物灭活效果；（2）它们如何影响乳液的稳定性和品质。在可能的情况下，我们使用可比的评估指标（如对数减少量、液滴尺寸分布/变化及宏观不稳定性表现、代表性品质/成分指标）总结了相关研究结果。图1总结了从处理强度到微生物灭活效果、乳液稳定性和成分变化的路径，并提出了实用的技术优化手段（温度-时间建模、真空处理、功能性添加剂、预处理、微胶囊化和HLB优化）。本文综合评估了各种热处理、非热处理及组合处理方法对乳液的影响，指出了关键问题及未来研究方向。
乳液的基本组成
乳液由油相、水相和乳化剂三大主要成分组成，根据相连续性可分为油包水（O/W）或水包油（W/O）体系。它们广泛应用于食品乳液（如牛奶、调味品）、化妆品膏体、药物载体和农业喷雾等产品中。为满足功能性和保质期要求，商业产品中可能添加增稠剂等辅助成分。
乳液的热处理与工艺优化
热处理是确保乳基食品微生物安全的基本方法。低温长时间（LTLT）、高温短时间（HTST）和超高温（UHT）处理能有效杀灭致病菌和腐败菌，延长产品保质期。例如，72°C、15秒的HTST处理可将牛奶的保质期延长至2–3周；酸性饮料中的高温与低pH值联合使用可进一步提高稳定性。高压处理
高压处理（HPP）通常在400–600 MPa的压力范围内进行，被认为能在有效灭活微生物的同时保持乳液的物理和化学稳定性。最新研究表明，HPP在减少脂质氧化和美拉德反应方面表现优异，从而优于传统的热巴氏杀菌方法（Mohamad等人，2018年）。此外，在中等压力下...综合抑菌与工艺优化
对于混合处理方案，第3.5节中的热处理措施仍适用；本章重点讨论跨处理单元的整合方法（非热协同效应、预处理工程和添加剂稳定性改进）。结论
评估乳基食品中的抑菌效果时，应综合考虑微生物效力、品质/营养、风味及乳液/界面完整性，因为这些指标往往随处理强度的变化而变化。热处理方法（巴氏杀菌、UHT和射频/微波加热）能提供可靠的病原体控制，但过高的热负荷或不均匀加热可能通过破坏界面网络影响产品质量。作者贡献声明
李一典：方法学研究、数据整理、资金获取、初稿撰写、审稿与编辑；唐世康：方法学研究、数据整理、审稿与编辑；比马尔·奇特拉卡尔：概念构思、数据整理、审稿与编辑；王涛：数据可视化；王学娇：数据可视化；易俊杰：结果验证、审稿与编辑；...资源协调、项目监督、项目管理；郭朝凡：资源协调、项目监督、资金获取、撰写
利益冲突声明
作者们声明不存在利益冲突。
致谢
本研究得到了云南省“繁荣云南人才支持计划”（XDYC-QNRC-2022-0569）、云南省国际科技使者计划（个人项目，项目编号202303AK140019和202303AK140021）、云南省科技项目（202102AE090050和202302AH360003）、云南省科技 Commissioner项目（202204BK090390）、云南省自然科学基金（202401CF070092）等项目的支持。
