茶饮料是以茶叶的水浸提液或其浓缩液、茶粉等为原料，经过滤、调配、灭菌和灌装等加工工序制作而成的饮品，具有茶的成分及风味（图1A）。其pH值通常维持在5～7范围内，呈弱酸性，且营养组成丰富，为微生物的生长繁殖提供了有利条件，导致其易发生品质劣变。因此，为了保证茶饮料的安全性，加工过程中必须实施有效的灭菌工艺，使其达到商业无菌标准。
在饮料的加工生产中，有诸多杀菌方式，根据作用原理可分为热力杀菌和非热杀菌两大类（图1B）。热力杀菌主要包括湿热灭菌、干热灭菌和流通蒸汽灭菌等传统方法；非热杀菌则涵盖化学法、生物法和物理法等技术。目前，热杀菌技术仍是茶饮料加工中应用最广泛的杀菌方法，但由于茶体系具有热不稳定性，高温往往会导致其感官品质和功能成分的显著变化，例如，挥发性芳香物质发生转化，儿茶素类物质降解和差向异构化，汤色加深等。
在非热杀菌技术中，化学法（如二氧化碳、臭氧处理）和生物法（如植物提取物、微生物酶及其代谢产物应用）通常需要引入外源物质，从而会改变茶饮料的pH值或化学成分组成。相比之下，非热物理杀菌技术因其低温处理、无化学添加等优势，近年来受到食品科学领域的广泛关注，且在饮料加工领域的探索也取得显著进展。这类技术不仅能有效保持饮料的天然品质，还符合现代食品加工对绿色、安全的要求。
目前，非热物理杀菌相关研究集中于技术参数的优化、应用效果评估及产业化可行性分析，不同技术在茶饮料领域的发展程度差异显著。基于此，中国农业科学院茶叶研究所的石月、陈建新、尹军峰*等人本文系统综述多种非热物理杀菌技术的原理及特征，总结其在茶饮料中的应用研究进展，并剖析其中存在的瓶颈与挑战，旨在为茶饮料加工工艺优化提供理论依据和技术参考，同时为非热杀菌技术在食品工业中的拓展应用提供新思路。
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茶饮料工业化加工中的非热物理杀菌技术
在茶饮料加工领域，超高压灭菌和膜过滤冷除菌技术已成功实现产业化应用。其中，超高压技术不仅能有效灭菌，还可显著促进茶多酚、氨基酸等茶叶功能成分的溶出；而膜过滤技术通过物理筛分机制，在实现微生物截留的同时，可选择性去除茶汤中的胶体颗粒和大分子蛋白质，使其在茶汤澄清方面展现出独特优势。
1.1 超高压杀菌
超高压技术首创于20世纪世纪90年代，由日本明治屋食品公司研发；2001年美国食品药品监督管理局（FDA）正式批准超高压技术应用于果蔬汁加工，标志着其安全性获得权威认证。该技术在品质保留与安全控制方面具有双重优势，已被列为最具发展前景的食品加工新技术之一。
1.1.1 作用机制
超高压处理是一种在室温或低温条件下施加100～1 000 MPa压力的非热加工技术。该技术通过多靶点作用杀灭微生物：首先，超高静压会破坏微生物的细胞结构，导致细胞膜和细胞壁受损，进而引发其内部生理与代谢功能的紊乱；此外，超高压会促使蛋白质、碳水化合物等生物大分子立体结构中的非共价键断裂：当压力超过300 MPa时，可引发酶蛋白的不可逆变性失活，并干扰遗传物质复制，最终导致细胞死亡。
1.1.2 技术特点
由于超高压仅作用于非共价键而不破坏共价键，因此对食品化学成分影响较小，能较好地保留产品的感官品质与营养成分。同时，其加压时间短（通常几分钟），能耗低于传统热加工。超高压杀菌效果受到多种因素的影响，包括压力大小、保压时间、温度、微生物种类、酸碱环境等。在一定范围内，杀菌效果与压力、保压时间和温度呈显著正相关。不同微生物对超高压处理的敏感性存在显著差异。其中，酵母菌和霉菌最为敏感；革兰氏阳性菌（如芽孢杆菌、单核细胞增生李斯特菌）因细胞壁较厚且能形成芽孢，其抗压性强于革兰氏阴性菌；球菌的抗压性也普遍高于杆菌。此外，超高压的灭菌效果还受食品本身性质影响，例如pH值。酸性环境可通过质子化作用破坏微生物细胞膜完整性并诱导蛋白质变性，从而降低杀灭微生物所需的压力阈值。
1.1.3 在茶饮料中的应用研究进展
超高压技术应用于茶饮料加工的相关研究结果表明，该方式在灭菌的同时，可有效保持其风味品质。对于绿茶饮料中的细菌，经过超高压灭菌，可达到商业无菌要求；且经300 MPa和500 MPa处理后，对绿茶中残留的多酚氧化酶、过氧化物酶等也有灭活作用，避免了色香味的变质，从而获得了营养价值和风味品质接近原茶的优质绿茶饮料。经过超高压处理后的乌龙茶茶汤中，菌落总数、大肠杆菌、霉菌和酵母菌数都明显降低，达到了商业无菌的要求；并且在一定的压力和时间范围内，超高压处理可有效改善冷萃乌龙茶茶汤的感官品质。
此外，超高压技术通过物理破壁效应，可显著提升茶叶活性成分提取效率与品质，适用于高附加值成分生产及废弃物高值化利用。在针对冷泡白茶的研究中发现，高压处理在降低总咖啡碱含量的同时提升了总酚水平与总抗氧化活性，表明该技术可通过调控关键健康成分，有效优化产品综合品质。Šeremet等比较了超高压对五大茶类（绿茶、黄茶、白茶、乌龙茶和红茶）中生物活性成分的提取效果，发现在200 MPa、10 min条件下，白茶乙醇提取物中的表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）、没食子儿茶素没食子酸酯及咖啡因等单体含量最高。由此可见，超高压技术在茶饮料加工中具有双重优势，不仅可以规避传统热加工导致的化合物降解风险；而且通过参数调控能实现目标成分的选择性富集，为在功能性食品开发中高效利用茶叶生物活性物质提供了强有力的技术支撑。
1.1.4 应用局限性
虽然超高压技术展现出良好的应用前景，并已在茶饮料加工中实现工业化应用，但仍存在若干亟待解决的现实问题。例如，与热灭菌技术相比，超高压处理仅能部分灭活或钝化酶活性，残留酶在贮藏期间仍可能催化氧化反应，导致茶饮料色泽褐变、风味劣化及营养成分损失，从而影响产品品质稳定性。同时，超高压对耐压性强的芽孢杆菌杀菌效果不理想。而茶饮料属于弱酸性食品，这为脂环酸芽孢杆菌等耐酸耐热菌的生存提供了有利条件，该类菌的芽孢在经受高压处理后仍能存活，随后萌发并恢复其代谢活性，最终在茶饮料中繁殖，从而引发产品变质与食品安全风险。此外，在规模化生产中，设备成本高昂、加压容器容量受限、生产连续性差以及关键部件寿命短等问题，也制约了该技术的经济性和普及性。
未来，除需持续突破核心技术和升级关键设备外，还要针对不同茶类的特异性成分体系，深入研究其在超高压作用下的溶出规律和稳定性变化，建立差异化的超高压处理标准，以平衡灭菌效果与品质保留的关系。同时，还应重点开发协同灭菌工艺体系，通过多技术联用构建高效的多靶点灭活机制，以实现对茶饮料中关键酶类的完全钝化和耐压芽孢杆菌的彻底杀灭。研究表明，压力与温度的协同作用能更有效地杀灭芽孢杆菌的芽孢，其效果显著优于同温条件下的单纯热处理，且提升压力与温度均可进一步增强该协同杀菌效应；而低温高压处理则会显著减缓嗜酸耐热菌孢子的失活速率，降幅可达90%。
1.2 膜过滤冷除菌
自20世纪60年代起，在国家科技计划支持下，我国逐步构建了完整的膜技术研发体系，推动了该技术在食品加工、生物制药、环境工程等领域的产业化应用。如今，膜过滤冷除菌技术的发展历程已完成了从基础研究到产业化应用的关键跨越。
1.2.1 作用机制
膜过滤冷除菌技术是一种基于选择性物理分离原理的非热杀菌方法，通过具有精确孔径分布的人工合成或天然的薄膜为分离介质，在压力差、浓度差、电位差等驱动力的作用下实现微生物的有效截留。该技术主要依靠三重协同机制：1）尺寸排阻效应：通过膜孔径（0.22～3 μm）的物理筛分作用截留相应尺寸的微生物（如0.45 μm截留细菌，1.2 μm截留酵母孢子）；2）表面吸附作用：利用膜材料的表面特性增强对亚微米级微生物的捕获；3）深层截留机制：借助不对称膜结构的三维孔道实现深度过滤。
1.2.2 技术特点
膜过滤冷除菌技术是一种高效的物理分离方法。与传统热杀菌相比，该技术在最大限度保留饮料有效成分的同时，通过耦合微滤、超滤等工艺，可实现99.99%以上的微生物截留率，且无任何化学残留风险。该技术具备显著的工艺优势，其纯物理分离机制避免了相变过程，可在常温条件下实现高效除菌，从而大幅降低能耗；同时，通过调节膜孔径和材质，可灵活应用于不同分子质量范围的物质分离，并易于实现自动化控制，具有广泛的适用性。
1.2.3 在茶饮料中的应用研究进展
该技术最初应用于果蔬汁的澄清和灭菌处理，能够有效保留其原有风味、色泽和营养成分。利用该技术对茶汤灭菌的研究表明，采用0.3 μm微滤膜对乌龙枸杞茶提取液进行除菌处理，可在避免传统热杀菌对茶汤品质影响的同时，实现良好的除菌效果。刘建力等比较了不同孔径的中空纤维聚偏氟乙烯微滤膜与截留分子质量为50～80 kDa的超滤膜对茶汁的处理效果，发现微滤膜能有效去除胶体、颗粒物和微生物，显著提升茶饮料在保质期内的澄清稳定性。另有研究对比了不同膜材料在乌龙茶澄清中的应用效果，结果显示陶瓷膜会导致茶汤香气损失和滋味品质下降；而采用30H（孔径0.8 μm）与10H（孔径1.0 μm）两种规格的3M膜处理不仅能更好地保持茶汤典型风味，其关键理化指标也维持在较优水平。
在茶饮料生产的初始研究中，发现该技术可实现商业无菌，同时能保留茶饮料原本的感官品质，对氨基酸、咖啡碱的影响较小，但对大分子茶多酚有一定的截留作用。随后，通过对工艺进行改良，并结合国外相关技术，建立的首条膜过滤冷除菌/无菌灌装茶饮料工业化生产线，显著提升了产品质量，在灭菌处理后，产品的风味品质保持稳定，茶多酚、氨基酸、咖啡碱等主要功能性成分以及pH值和色泽等关键指标的变化均控制在极低范围内。
1.2.4 应用局限性
膜过滤冷除菌技术在产业化应用中的首要问题在于膜孔径的选择需要精确平衡除菌效果与产品品质之间的关系，过小的孔径虽能提高除菌率，却可能导致营养物质损失和感官特性改变。其次，该技术对环境要求较高，在连续操作过程中，表面残留的不溶性微粒、蛋白质、微生物等会造成膜的污染、阻塞，导致其通量降低，影响分离效率。对于茶饮料的过滤处理中，膜的堵塞问题与茶汤中特定的化学成分及其相互作用密切相关：茶多酚与蛋白质可通过氢键和疏水相互作用形成茶乳酪复合物，这类复合物易在膜表面沉积并堵塞膜孔；同时，茶汤中的大分子多糖（果胶、茶多糖等）属于天然聚合物，其组成复杂且分子质量较高，容易在膜表面发生聚集，也是导致膜污染的重要因素。此外，该技术还面临经济性方面的挑战，包括初始投资成本以及因频繁的清洗维护所带来的能耗增加，这些因素都在一定程度上制约了其在工业生产中的大规模应用。
未来，需重点突破新型复合膜材料的开发应用，在确保高效除菌效果的同时保留茶汤中的营养物质。同时，为控制茶汤中易引起膜污染的大分子物质，可采用酶解预处理方法进行有效干预。例如，利用单宁酶特异性水解酯型儿茶素中的酯键，破坏茶乳酪的形成基础，从而减少其在膜表面的沉积。在膜维护方面，可通过开发低能耗冲洗技术与环保型清洗剂配方，实现膜组件的高效再生，显著降低运行成本。例如，采用错流过滤模式可利用高速料液产生的剪切力抑制污染物沉积；同时，基于跨膜压力反向作用，周期性反冲洗滤膜，可物理性清除积聚的膜污垢，延长膜的使用寿命。
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茶饮料基础研究中的非热物理杀菌技术
在茶饮料领域，辐照、高压脉冲电场、微波、超声、脉冲强光及低温等离子体杀菌技术目前主要处于灭菌工艺的基础研究阶段。其中，微波、超声和低温等离子体技术因其独特的物理效应在促进茶叶功能成分溶出方面表现突出；而辐照、高压脉冲电场和脉冲强光技术则能够通过调控茶叶组分含量和转化途径，显著影响茶叶品质形成的过程。
2.1 辐照杀菌
辐照技术的发展始于19世纪末60Co-γ射线的发现，由美国在二战期间率先应用于食品保鲜。该技术凭借其高效的杀菌、杀虫与保鲜功能，在易腐食品保藏方面展现出显著优势。
2.1.1 作用机制
辐照技术是一种利用电离辐射（γ射线、10 MeV以下的X射线、电子束）进行非热处理的方法。该技术通过辐照能量与物质相互作用产生的物理化学效应，实现抑制发芽、杀虫灭菌和延缓成熟等功效。其杀菌机理包含直接和间接两种途径：直接作用可使蛋白质、核酸等生物大分子发生断裂或交联，从而不可逆地改变其构象与活性，导致功能丧失；间接作用则主要依靠辐照诱导产生的活性氧破坏细胞结构。研究表明，羟自由基引发的DNA损伤是导致微生物死亡的关键因素。不同微生物对辐照的敏感性存在显著差异，通常革兰氏阴性菌更易被灭活。
2.1.2 技术特点
食品辐照技术具有多重技术优势，其核心特点在于高能射线的强穿透性，可实现对包装食品的均匀杀菌，有效避免二次污染。该技术具有广泛适用性，能处理各类物态（固态、液态）和不同含水量的食品，且在常温或冷冻条件下即可完成杀菌过程，最大程度保持食品的感官品质和营养成分。在技术参数方面，γ射线因其较强的穿透力而成为最常用的辐射源，可以到达食品内部。而X射线和电子束的能量需分别控制在5 MeV和10 MeV以下以确保处理安全性。此外，辐照还可以降低食品过敏原致敏性，并能降解农药残留和真菌毒素等有害物质。
2.1.3 在茶饮料中的基础研究进展
在我国，辐照保鲜技术在食品、农产品领域已得到广泛应用，但该技术尚未延伸至茶饮料的工业化加工，现有成果大多集中于茶叶原料本身。根据NY/T 1206—2006《茶叶辐照杀菌工艺》对茶叶辐照技术的规范要求，不同茶叶类型对辐照的适用剂量范围不同，通过明确辐照剂量阈值，也为茶叶贮藏保鲜工艺提供了科学依据和安全保障。利用γ射线对红茶进行照射后，发现其可以完全去除微生物，且对茶汤的颜色无太大影响。绿茶经4 kGy剂量辐照后，细菌与霉菌总量明显降低，结合0～4 ℃冷藏贮藏，可有效维持新茶风味特征达12个月。采用60Co-γ辐照处理安化黑茶后，其菌落总数和霉菌、酵母菌数均显著降低。采用4 kGy剂量辐照处理茯砖茶，证实了辐照技术对其中的发花菌及相关微生物具有高效抑制作用，可使霉菌数量降低90%以上，同时细菌总量亦同步锐减。
辐照处理在灭活微生物的同时，对茶叶特征成分也会产生一定影响。不同剂量60Co-γ射线照射红碎茶的研究发现，其对红碎茶水浸出物和氨基酸含量未产生明显影响，但能引起茶多酚和咖啡碱含量减少，可溶性糖含量增加。同时，60Co-γ射线也会导致儿茶素降解。另有研究表明，60Co-γ辐照技术通过调控各物质含量，不仅可提升阿萨姆红碎茶有益成分（如水浸出物、可溶性糖等），优化综合品质；还能促进普洱茶内含物转化，加速陈化。此外，辐照技术还可以有效降低茶叶中的毒素及农药残留量。
2.1.4 关键限制因素与产业化挑战
辐照杀菌技术具有利用率高、规模大等优势，但是该技术的安全性仍存在很大争议。同时，不同食品成分对辐照处理的敏感性存在显著差异。在常规剂量辐照作用下，维生素（尤其是VB、VC等水溶性维生素）与脂类物质因化学键能较低，易发生电离解离或氧化反应，对射线辐射较为敏感。而高剂量辐照则可能造成茶叶中很多化学成分降解、性状改变等。此外，食品特有的香气在辐照处理后会有部分损失，还会产生来自于脂肪氧化腐败的“辐射臭”气体。未来辐照杀菌技术要实现更好发展，必须着力解决安全性和品质保持两大核心问题。
2.2 高压脉冲电场杀菌
自1967年Sale等首次揭示高压脉冲电场通过非热效应破坏细胞膜的杀菌机制以来，该技术的杀菌机制已逐步明确，并走向工业化应用。目前，德国Elea、荷兰Pulsemaster等公司已推出处理能力达5 000 L/h的工业化设备，我国也正积极推动该技术在食品加工等领域的产业化发展。
2.2.1 作用机制
该技术是将液态饮料等作为电介质，使其置于或者连续流过杀菌室两电极之间，同时在电极上加适当强度和频率的脉冲电场，最终达到灭菌效果。关于灭菌机理，如今主要有6种学说，包括电穿孔理论、电崩解理论、臭氧效应、电解产物效应、电磁机制模型、黏弹极性形成模型。其中，普遍得到认可的是电穿孔和电崩解理论。电穿孔假说指出，电场使细胞膜形成亲水性孔道并损伤膜蛋白，增强其通透性，导致胞内物质外泄，最终致使微生物死亡。电崩解假说则将细胞视为电容器模型，外加电场使膜两侧积累相反电荷，通过静电吸引力导致膜厚度减小，而高强度电场会不可逆地击穿膜结构，同样引发内容物泄漏，从而实现杀菌。
2.2.2 技术特点
高压脉冲电场杀菌技术能在常温常压下实现毫秒级瞬时杀菌，具有广谱高效、低能耗、无化学残留及二次污染的核心特点。研究表明，该技术在液态食品杀菌领域应用前景广阔，已成功应用于橙汁、苹果汁及牛奶等食品体系，可有效灭活其中的枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和沙门氏菌等常见致病菌。与超高压灭菌类似，该技术的杀菌效能受多重因素调控，主要包括处理参数和微生物特性。在设备参数方面，电场强度、脉冲宽度、频率及处理时间等关键变量共同决定了微生物的灭活率，其协同作用直接影响杀菌效果。
2.2.3 在茶饮料中的基础研究进展
在绿茶研究中，高压脉冲电场技术能更好地保留茶汤中多酚、儿茶素、游离氨基酸等生物活性成分及颜色，但若电压与时间超过临界水平，则可能导致挥发性风味物质的损失。在普洱茶研究方面，高压脉冲电场处理可同步优化感官品质、微生物安全性及理化组分，如有研究表明，在适宜参数下高压脉冲电场处理对云南8个产区普洱熟茶的细菌灭菌率近100%（对霉菌及黑曲霉无影响），并能提升水浸出物、茶多酚、氨基酸、咖啡碱及香气活性物质含量，调节总灰分平衡。另外，该技术还可促进普洱生茶中醇类香气生成并缩短陈化时间，同时使熟茶中的醇类、有机硫化物和短链烷烃类香气成分显著增加，并在一定程度上提高茶多糖与茶多酚的抗氧化活性。由此可见，高压脉冲电场灭菌技术在实现高效杀菌的同时，亦会对茶饮料的多种成分产生一定影响。
2.2.4 关键限制因素与产业化挑战
高压脉冲电场杀菌技术虽然具有非热加工、能耗低、处理时间短等优势，但目前同样存在一些关键性技术缺陷亟待突破。首先，在高压脉冲放电过程中易产生电弧放电现象，一方面会引发介质液体局部过热，导致气泡生成，不仅会降低电场分布的均匀性从而影响杀菌效果，还可能诱发食品组分的劣变，进而影响产品品质；另一方面，反复的电弧放电会加速电极的电化学腐蚀，显著缩短高压脉冲发生装置的核心部件使用寿命，增加设备维护成本；此外，该技术对微生物的灭活效果受处理对象本身性质影响较大，特别是对芽孢和某些耐压菌株的杀灭效率有限，这些因素都制约着该技术在食品工业中的规模化应用。未来在开发抗电弧的电极材料和智能调控系统的同时，还应研究相关协同灭菌工艺，以实现对芽孢杆菌的彻底杀灭。
2.3 微波杀菌
微波技术是一种基于0.3～300 GHz电磁波的加工技术，随着微波理论的深化与工艺设备的改进，该技术已成功应用于食品灭菌领域，其杀菌作用兼具热效应与非热效应。
2.3.1 作用机制
微波通过电磁波作用于介质内部，此时，介质（如液体饮料）中的水、脂肪、蛋白质、碳水化合物等极性分子在交变电场的作用下产生剧烈振荡，从而引发强烈的摩擦生热，实现电磁能-热能的转化，该现象为微波的介电感应加热效应。与此同时，微波还具有非热杀菌效应。相关研究发现，微波能够破坏微生物机体，并改变细胞膜的电位分布，从而影响细胞膜的通透性，使细胞组织营养不良，最终导致微生物灭活。因此，通过控制微波对食品的处理时间，可以实现连续灭菌生产的同时，不影响原有的风味和营养成分。另外，由于其穿透性好，也可用于包装后杀菌。
2.3.2 技术特点
微波灭菌技术具有升温迅速、操作简便、时间可控等特点。在液态食品加工中，该技术不仅能大幅缩短处理时间，还能有效保留营养成分。研究表明，微波处理的梨汁褐变程度最低，透光率最高。该技术的环境效益也尤为突出，相较于传统罐装杀菌，微波杀菌可减少40%～60%的能源消耗。然而，微波穿透深度与食品介电特性密切相关，会随着水分含量的增加而降低。
2.3.3 在茶饮料中的基础研究进展
目前，在各类新型杀菌技术中，微波杀菌是唯一获得美国FDA的认可，并可用于长货架期食品工业化生产的方法。在茶叶加工中，微波处理凭借其快速高效的加热特性，在杀青环节能够迅速钝化酶活性，有效保持茶叶的天然色泽；在干燥阶段则因其加热均匀、速度快的特点，显著提升了干燥效率，有助于改善成品茶的品质。
在饮料工业中，该技术主要应用于原料提取、杀菌等环节。尽管其在茶饮料杀菌方面具有低温、快速的优点，能够通过内部加热作用在较短时间内完成灭菌，但不足之处在于需要严格控制时间，以避免微波热效应影响茶饮料成分。利用不同的灭菌方法对金花散茶饮料进行处理后，发现微波杀菌对茶汤影响较大，杀菌之后的茶汤颜色明显加深，且一定程度影响茶汤的香气。这也反映出该技术在茶饮料灭菌中的应用仍存在局限性，尚未完全适用于工业化生产。另一方面，在茶多酚等活性成分的提取中，微波技术通过分子振动与深层加热效应高效破坏植物细胞壁，且具备强穿透性，能够大幅缩短提取时间并提高得率。相关实验通过工艺参数优化，证实了微波法提取绿茶茶多酚可行、高效，具有良好的应用前景。
2.3.4 关键限制因素与产业化挑战
微波技术在杀灭果汁微生物及维持其品质方面展现出良好效果，凸显了其在饮料杀菌领域的应用潜力。然而，在茶饮料加工中，该技术仍存在明显局限，尤其在工业化推广过程中，为追求生产效率而采用的大功率快速加热方式容易加剧热处理不均匀性，进而导致产品出现批次间品质波动，这也成为其目前主要停留在实验研究阶段、尚未实现规模化应用的关键制约因素。为推动微波杀菌技术在茶饮料行业的工业化进程，未来应重点研究提升微波处理均匀性的方法，并加强适用于茶饮料特性的专用微波杀菌设备研发，以充分发挥微波杀菌优势。
2.4 超声杀菌
超声波是指频率超过20 kHz的声波，自20世纪30年代以来，研究者就提出了其单独或协同应用的灭菌方法。目前，该技术已广泛应用于饮用水消毒、食品加工及医疗卫生等领域。
2.4.1 作用机制
与微波杀菌类似，超声杀菌也是一种伴随热效应的非热物理杀菌技术。超声杀菌的核心效力源于其空化效应及伴随的一系列物理化学作用。当高强度超声波在液体中传播时，声波振动形成周期性压缩与稀疏区域，诱发空化气泡核的生成与剧烈振荡。这些气泡在绝热坍塌的瞬间，可产生约5 000 ℃的高温与50 000 kPa的高压，同时伴随强烈的冲击波、微射流以及自由基等活性物质的形成。上述多重机制的协同作用，能有效破坏微生物细胞结构，灭活细菌、病毒，甚至穿透较小微生物的细胞壁，从而实现高效杀菌与颗粒去除。
2.4.2 技术特点
超声波灭菌具有波长短、频率高的特点，其穿透力强且方向性好。然而，超声杀菌通常作用范围有限，在食品加工过程中，利用单一的超声灭菌处理，效果不佳；如果联合其他杀菌技术，效果比单一杀菌好，且在液体制品加工中优势明显。其中，超声和微波联合方式处理，可提高效率，并保持最终产品的营养价值和质量，在食品行业具有广阔的应用空间。
2.4.3 在茶饮料中的基础研究进展
在对超声波联合超高压处理冷泡茶的研究中发现，其可完全灭活静态浸泡冷泡茶中的总需氧菌、酵母及霉菌，实现商业无菌；并且在8 d贮藏期内，能有效维持茶多酚含量、pH值、色泽、抗氧化活性及浊度稳定性，证实该联合技术在冷泡茶产业中具备工业化应用潜力。超声联合其他技术还用于对茶叶成分的提取利用。其中，超声波-脉冲电场协同提取技术相较于传统热水浸提、单一脉冲电场或超声辅助提取法，可显著提升绿茶中茶多酚及儿茶素的提取率，同时制备的速溶绿茶粉呈现平均粒径最小、比表面积最大、溶解时间最短等特性，综合速溶性能最优。
2.4.4 关键限制因素与产业化挑战
超声杀菌技术虽然在茶饮料加工中展现出一定的应用潜力，但仍存在显著局限性。与微波杀菌类似，为避免热效应对茶叶热敏性成分的破坏，必须严格控制处理时间，但这种时间约束往往导致灭菌效率降低，特别是对耐受力较强的微生物灭活不充分，使其目前仅能作为辅助灭菌手段与其他杀菌技术协同使用。同时，该技术也普遍存在能量分布不均问题，直接制约了工艺参数的标准化制定，也成为阻碍其工业化应用的关键技术瓶颈。未来可能需要通过优化反应器设计、开发智能控温系统以及探索与其他非热技术的协同灭菌机制以突破这些限制。
2.5 脉冲强光杀菌
脉冲强光也被称为脉冲紫外光、高强度宽光谱脉冲光、脉冲白光等，自1996年获得美国FDA批准应用于食品工业以来，已逐渐成为备受关注的非热杀菌技术之一。
2.5.1 作用机制
脉冲强光杀菌技术是通过在极短时间（微秒级）内释放高强度宽光谱白光脉冲，实现微生物的瞬时灭活。该技术产生的光谱波长与太阳光相似，但光强可达太阳光的103～104 倍，光谱组成主要包含3个关键区域：紫外线（100～400 nm，含短波紫外线（UV-C）、中波紫外线（UV-B）和长波紫外线（UV-A））、可见光（400～700 nm）和近红外线（700～1 100 nm）。该技术的杀菌机制是多效应协同作用的过程，主要包括光化学效应、光热效应和机械冲击效应3个方面。光化学效应主要源于紫外波段（200～280 nm）的作用，其通过诱导DNA胸腺嘧啶二聚体形成破坏微生物遗传物质，同时引发膜蛋白光解和活性氧积累；光热效应则由可见光和近红外波段产生，瞬时高温会导致细胞膜脂质相变、关键酶失活及胞内水分汽化；而极短时间内脉冲产生的机械冲击则会直接破坏细胞壁结构完整性。研究表明，这3种效应存在显著协同作用。然而，其中具体的协同作用机制仍有待系统阐释。
2.5.2 技术特点
脉冲强光技术已广泛应用于食品表面杀菌领域，其高穿透性源于微秒级脉冲释放的高峰值功率和宽光谱特性，能使微生物数量降低4～5个数量级，特别在果蔬、肉制品、水产品等食品的灭菌处理中展现出显著优势。该技术同时具有显著的广谱杀菌效果，通过优化脉冲参数（强度、次数及照射距离）可快速灭活各类微生物（包括营养细菌、芽孢、霉菌孢子和酵母等），同时有效抑制食品腐败酶活性。
2.5.3 在茶饮料中的基础研究进展
脉冲强光杀菌技术较多应用于果汁等方面，在茶饮料加工方面的应用相对较少。脉冲强光灭菌技术在灵芝复合茶饮料中的应用研究显示，其灭菌效率虽略低于传统热力杀菌，但处理后产品的细菌菌落总数、酵母和霉菌数等关键微生物指标均符合国家卫生标准，同时饮料澄清度接近未杀菌样品，且几乎未出现褐变现象。类似地，在红茶浸提液的脉冲紫外线处理研究中，尽管样品色泽发生一定变化，但其总酚含量与抗氧化活性保持稳定；响应面法优化结果进一步证实，该技术能有效保留茶汤中的功能成分，可作为巴氏杀菌的辅助手段，应用于多酚类液体食品的加工。
紫外作为脉冲强光技术的核心波段，研究表明，不同波段的紫外线在茶饮料加工中均展现出独特的调控潜力：UV-C对绿茶饮料的辐照处理未显著降低儿茶素含量，显示出替代巴氏杀菌的潜力。同时，UV-C还能显著加速茶叶陈化，如在普洱茶中可增强香气丰富度、降低涩味，形成更顺滑柔和的口感。UV-B处理则能有效增强白茶与绿茶的香气和滋味，并对乌龙茶香气品质有提升作用，尽管其对茶汤颜色与亮度存在一定影响。
2.5.4 关键限制因素与产业化挑战
相较于传统紫外杀菌，脉冲强光的宽光谱特性可避免光复活现象，且低温特性避免了热敏成分的破坏，对食品的感官品质、营养成分影响较小。但是，过长的处理时间可能引发多酚类物质的氧化聚合，导致茶汤色泽加深和特征风味损失。此外，由于光波在液体中的穿透深度有限，其实际灭菌效果往往难以达到商业无菌要求。加之高能氙灯等核心组件损耗快、系统维护成本高昂，这些因素共同制约了该技术在茶饮料工业化生产中的推广应用。未来需要通过开发脉冲-流动协同处理系统、优化光谱匹配方案以及降低关键部件成本等途径提升技术的经济可行性。
2.6 低温等离子体杀菌
等离子态作为物质的第四态，是在气体电离后形成的包含电子、离子、自由基及中性粒子的混合体系。根据热力学平衡状态，可将其分为高温与低温两类。其中，低温等离子体灭菌技术利用部分电离、电子温度高而气体温度接近室温的特性，实现有效的微生物灭活，已广泛应用于食品加工领域。
2.6.1 作用机制
低温等离子体的发生方式主要包括介质阻挡放电、电晕放电、大气压等离子体射流和微波放电等。输入能量（常用电场强度5～30 kV/cm）后，电子在电场中加速并与气体分子碰撞，当电子能量超过电离阈值时，会产生电子-离子对，也就是等离子形成的核心。基于此，该技术产生多模态协同灭菌组分，包括活性氧（·OH、H2O2等）、活性氮（NO、NO2、HNO2等）、高能电子/离子及紫外光，共同构成物理-化学耦合的灭菌机制：高能带电粒子轰击微生物表面导致电荷积累与电穿孔，紫外光子则直接引起DNA光解损伤；同时，活性氧与活性氮凭借强氧化能力攻击细胞膜脂质，引发脂质过氧化链式反应，穿透细胞后继续氧化胞内蛋白质、核酸等生物大分子，造成DNA断裂、氢键破坏、蛋白质二硫键断裂及脱氧核糖氧化等一系列不可逆损伤，最终导致微生物结构崩解与代谢功能丧失。
2.6.2 技术特点
低温等离子体技术作为一种非热杀菌方法，凭借其高效、低能耗、无化学残留及环境友好等特点以及其创新优势，在食品加工与安全领域备受研究者青睐。并且，通过调节气体成分、气压、功率、处理时间等参数，可以优化灭菌效果并减少对材料的潜在影响。研究表明，该技术在鲜切果蔬、果蔬汁保鲜中表现出显著效果，可显著延长其货架期，同时对pH值、色泽和营养成分的影响较小。
2.6.3 在茶饮料中的基础研究进展
低温等离子体杀菌技术在石榴汁、梨汁、甘蔗汁等果蔬汁中的研究证实了其在食品灭菌领域的应用可行性。低温等离子体处理绿茶粉的研究表明，微生物灭活效果呈电压-时间依赖性，25 kV、8 min时可实现大肠杆菌与粪肠球菌完全灭活；但总酚、总黄酮及抗氧化活性随处理强度增加而降低。在茶酒中的应用显示，经低温等离子体处理的样品茶多酚含量高于未处理及紫外线处理组，且在贮藏期间醇类与酯类相对含量最高，有效增强了茶酒的果香与甜感。该技术还能提高茶叶提取效率并保留生物活性物质，如Fathi等研究发现，经适宜强度低温等离子体处理的绿茶，其总酚、总黄酮及儿茶素含量均达峰值，提取效率与茶汤亮度得到同步改善。此外，相关机制研究进一步揭示，等离子体照射可诱导EGCG分子构象变化，从而增强其氧化产物对消化酶的抗性。
2.6.4 关键限制因素与产业化挑战
低温等离子体技术在应用过程中仍面临处理均匀性不足、活性物质时空分布不均、穿透力较低等问题，尤其在处理大量或深层液体时，如何使等离子体活性组分有效且均匀地作用于整个液体体积，是当前亟待解决的关键工程难题。同时，不同微生物对等离子体作用的敏感性差异进一步增加了处理过程的不确定性。另外，处理时间过长可能导致负面效应，例如引发植物组织损伤、表面破裂、萎缩及硬度下降，蛋白质等成分结构可能受损，同时伴随内源性自溶素释放和多糖降解。本团队曾利用该技术对绿茶饮料进行灭菌研究，结果表明，低温等离子体处理会显著影响茶饮的风味，导致苦涩味凸显、鲜爽度下降、香气熟闷且汤色加深；理化分析进一步表明，儿茶素与氨基酸等关键风味成分含量下降。因此，参数优化仍需针对茶饮料特性进行精细化调控。
3
尚未广泛应用于茶饮料灭菌研究的非热物理杀菌技术——脉冲磁场技术
脉冲磁场技术的杀菌效应研究最早可追溯至1975年前苏联学者的相关研究，该团队将脉冲磁场技术应用于含大肠杆菌的回用水处理系统，可使水体中细菌总量降低达80%，这为脉冲磁场技术在微生物控制领域的应用奠定了重要实验基础。近年来，尽管脉冲磁场技术在果蔬汁杀菌领域已取得较多基础研究成果，但值得注意的是，其在茶饮料体系中的杀菌研究至今仍鲜见文献报道。基于现有研究进展，本部分将系统梳理脉冲磁场技术的灭菌机理与特点，总结磁场技术在茶叶中的相关研究，并探讨其应用潜力及面临的发展瓶颈。
3.1 作用机制
脉冲磁场技术的核心装置由输液管道和外部螺旋线圈构成，当液态食品流经磁场区域时，微生物在多重物理效应作用下被灭活。目前其具体灭菌原理尚不明晰，主要存在以下几种理论解释：细胞质膜理论认为，磷脂双分子层中的抗磁性分子在磁场作用下会发生重新定向排列，这种分子排列变化会影响膜蛋白离子通道的构象，进而干扰K+、Na+等离子的跨膜运输，最终影响微生物的生长繁殖；洛伦兹力效应理论认为，强磁场约束带电粒子的运动轨迹，显著缩小其拉莫半径，干扰细胞内电子传递和酶活性；此外，变化的脉冲磁场能在细胞膜上产生强烈的振荡效应，破坏膜结构的完整性；在量子层面，磁场可能通过干涉结合态Ca2+的电子云分布，从而影响细胞内钙离子平衡。而这些机制共同作用，最终导致微生物生理功能的紊乱和死亡。
3.2 技术特点
脉冲磁场杀菌技术兼具广谱杀菌功效，1 μs单次脉冲持续时间，通过5～10次脉冲处理，即可实现食品中细菌数降低2个数量级；结合毫米级穿透精度以及脉冲电源的毫秒级启停响应能力，更易于控制，可对物料实现深度灭菌。相较于传统杀菌方式，其突出优势在于处理过程中升温不超过5 ℃，在实现高效杀菌的同时，完整保留食品的组织结构、营养成分和感官品质。该技术还具备良好的外场安全性，其外延磁场强度随传播距离呈指数衰减，在2 m外已接近地磁场水平。除直接杀菌外，该处理还可引起酶蛋白结构的解折叠与失活，从而进一步协同延长食品货架期。
3.3 在茶饮料中的研究进展
脉冲磁场灭菌技术较多应用于乳制品、果蔬类饮品等，相关研究表明，脉冲磁场处理可以将其中的细菌数量保持在非常低的水平，且对其品质基本没有影响。但在茶饮料灭菌中的研究鲜有报道。除灭菌保鲜外，磁场技术还可应用于成分提取。在无有机溶剂条件下，磁-温双响应系统可实现从绿茶粗提物中高选择性提取多酚，其对表儿茶素的选择性高于90%，且纯化产物中未检测出咖啡因与茶碱。
适宜强度磁场可通过调控微生物的基因表达、跨膜营养运输、氧化还原电子转移及酶活性等途径，显著影响其代谢活动，从而应用于食品发酵领域。黑茶作为一种后发酵茶，其品质的形成依赖于黑曲霉、酵母菌等核心微生物。这些微生物所产生的丰富酶系驱动了一系列氧化、降解与糖基化反应，从而实现了茶叶化学成分的定向转化，并塑造了其独特的风味品质。研究表明，静磁场处理可显著上调黑曲霉中与糖代谢和氨基酸代谢相关的基因，进而促进蛋白酶、脂肪酶及果胶酶等多种水解酶的表达。类似地，外源磁场也能有效增强酿酒酵母中过氧化物酶的活性与增加合成量。这些研究表明，磁场技术能够通过靶向调控发酵过程中的功能微生物与酶活性，优化发酵进程，并最终在提升发酵茶及相关饮品品质方面展现出重要潜力。
3.4 脉冲磁场技术应用于茶饮料灭菌的关键挑战
尽管脉冲磁场技术已在营养肉汤和缓冲液体系中证实对微生物和酶具有显著灭活效果，但在茶饮料等复杂多相体系中的应用仍面临诸多挑战。首先，复杂基质中的营养成分会与电磁场产生复杂的相互作用，导致杀菌效率下降，难以满足商业无菌标准的要求。同时，该技术的实际应用效果高度依赖关键工艺参数的精准调控，并根据不同基质，需要进行针对性优化，而目前针对茶饮料体系的参数优化研究仍属空白。此外，大规模高场强设备的制造成本高、能耗较大。以上因素共同制约了该技术在茶饮料工业化生产中的研究进展和应用推广，未来亟需建立针对茶叶基质的专用参数体系，并开发经济型脉冲磁场发生装置以突破现有技术瓶颈。
表1汇总了茶饮料非热物理杀菌技术关键因素对比。
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结语
由于茶汤在受热条件下容易发生品质劣变，这使得非热物理杀菌技术在茶饮料加工中展现出独特的应用潜力。目前，该类技术在果蔬汁、乳制品等饮料中的应用较为广泛和成熟，而在茶饮料领域仍面临双重挑战：一方面需突破技术本身的灭菌局限性；另一方面还需在实现有效灭菌的同时最大限度保留茶汤的特征成分。当前，用于茶饮料的非热物理杀菌技术呈现多元化发展态势，少部分技术已实现产业化应用（超高压灭菌、膜过滤冷除菌技术）；大多数技术（辐照、高压脉冲电场、微波、超声、脉冲强光及低温等离子体杀菌技术）仍处于基础研究阶段，尚存在一定的局限与不足，未能实现工业化推广；其他技术（脉冲强磁场杀菌）在茶饮料灭菌中的研究尚不充分，应用潜力有待进一步挖掘。这些非热杀菌技术在灭活微生物的同时，也可能对茶叶中的化学成分产生影响，因而在实际应用中需综合评估其影响与适用性。
综合评估各非热物理杀菌技术在灭菌效果、风味成分保留、成本效益及设备要求等方面的表现，超高压与膜过滤冷除菌作为已有工业化应用的技术，在对茶饮料风味物质的保留上领先。其中，超高压效果受茶汤pH值和微生物种类等因素影响，需建立茶类专属工艺体系，同时其设备投入成本高、对压力要求严格，不利于微小型食品工厂推广；膜过滤冷除菌虽初始投资较低，但对环境洁净度要求严格，后期膜组件维护与清洗成本显著，且可能导致乳茶等含大分子风味物质的茶饮料产生成分损失。
处于基础研究阶段的技术中，辐照杀菌食品安全性仍存争议，易引发“辐照味”，改变茶饮料香气成分；且需投入大型辐射源与安全防护设施。高压脉冲电场技术虽灭菌效率高，但杀菌效果受到微生物种类等多因素影响，且参数超限可能破坏茶汤成分；设备对电导率敏感且易因电弧放电增加维护成本。微波与超声杀菌均需严格控制热效应与处理均匀性，以兼顾灭菌效果与茶饮料品质保持。二者的设备成本均相对较低，其中，微波技术在果汁灭菌领域已有应用，而超声技术目前多作为辅助手段与其他灭菌技术联用。脉冲强光对茶饮料风味存在潜在影响，且在饮料中的灭菌效果有限，核心部件维护成本较高。低温等离子体则对茶汤风味具有显著影响，设备成本高、处理效率低，导致单位体积灭菌成本更高。此外，脉冲磁场技术尚处于原理探索阶段，作用机制不明确；灭菌效果高度依赖工艺参数的精准调控与物料适应性优化，且对茶饮料的灭菌研究数据匮乏，实际应用潜力有待进一步验证；加之工业级高场强设备成本高、能耗较大，实际推广面临诸多挑战。
综上所述，随着茶饮料工业的不断发展，未来需持续加强非热物理杀菌技术的基础研究，推动技术向产业化过渡，以延长产品货架期，满足生产与消费需求，并为茶饮料工业进一步发展提供助力。本文系统梳理了各类非热物理杀菌技术的原理、特点及在茶饮料中的应用现状，剖析技术优势与应用局限，不仅可为茶饮料灭菌工艺的改进提供理论依据，也为系统评估各类非热物理杀菌技术在茶饮料加工中的应用潜力、拓宽该类技术在食品工业中的应用范畴提供了科学参考。
通信作者：
尹军峰，男，中国农业科学院茶叶研究所二级研究员，博士生导师，国家茶叶产业技术体系茶饮料与食品岗位科学家，中国农业科学院“茶深加工与多元化利用团队”首席科学家，中国茶叶学会茶饮食专业委员会主任，浙江省茶叶学会茶叶深加工专业委员会主任，享受国务院特殊津贴，浙江省劳动模范、浙江省第十四届党代表。近年来主要从事茶产品风味化学与加工利用技术研究，主持农业部重大专项、国家自然科学基金、浙江省杰出青年基金、科技部成果转化项目、浙江省重大科技攻关项目、国家攻关子专题等项目20多项，获得浙江省科技进步一等奖1 项，中国发明协会发明创新一等奖1 项，省部级科技进步二等奖6 项、专利奖3 项，国家发明专利60余项。发表论文260余篇，其中SCI论文80余篇，主编著作5 部。先后入选浙江省新世纪“151”人才第一层次、浙江省“万人计划”科技创新领军人才和中国农业科学院农科英才，获得浙江省有突出贡献中青年专家、浙江省农业科技先进工作者、浙江省自主创新青年标兵、全国优秀茶叶科技工作者等称号。
第一作者：
石月，女，博士，中国农业科学院茶叶研究所助理研究员。本科毕业于山西医科大学药学专业，硕士毕业于天津大学药学专业，博士毕业于天津大学应用化学专业。主要研究方向为微生物发酵及天然产物开发。以第一或通信作者在Journal of Advanced Research、Journal of Natural Products、Bioorganic Chemistry等国际期刊发表多篇论文，主持中国农业科学院科技创新工程项目1 项。
引文格式：
石月, 陈建新, 张建勇, 等. 非热物理杀菌技术在茶饮料中的应用: 原理、进展与挑战[J].食品科学, 2026, 47(4): 395-407. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250827-186.
SHI Yue, CHEN Jianxin, ZHANG Jianyong, et al. Application of non-thermophysical sterilization technology in tea beverage: principles, progress and challenges[J]. Food Science, 2026, 47(4): 395-407. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250827-186.
实习编辑：辉煌；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网
为对标农业农村部2035年科技规划及“十四五”“十五五”发展方向，推动农产品加工与储运的工程化、智能化、绿色化升级，由湖南省农业科学院、湖南农业大学、北京食品科学研究院、国际食品科技联盟（IUFoST）、中国农业大学、岳麓山工业创新中心、湖南欧美同学会主办，湖南大学、中南林业科技大学、长沙理工大学、湖南中医药大学、湘潭大学、岳麓山实验室、木本油料资源利用全国重点实验室协办，中国食品杂志社、洞庭实验室、湖南省食品科学技术学会、湖南省农产品加工与质量安全研究所、湖南农业大学食品科学技术学院、Springer Nature-《Agricultural Products Processing and Storage》杂志承办的“第二届农产品加工与食品制造国际学术研讨会—创新引领绿色智造，AI赋能科技进步”，将于2026年9月19-20日（9月18日会议报到）在中国 湖南 长沙召开。
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