Thermal processing—pasteurization, sterilization, cooking—has been the backbone of food safety for over a century. Heat kills pathogens reliably. But heat also degrades vitamins, denatures proteins, alters flavor, and changes texture. For consumers who demand food that is simultaneously safe, nutritious, fresh-tasting, and minimally processed, thermal methods face an inherent trade-off: the more you kill pathogens, the more you damage the food.

Non-thermal technologies aim to break this trade-off by inactivating microorganisms through mechanisms other than heat—ionized gas, high-energy electrons, pressurized carbon dioxide. The field has matured considerably in recent years, moving from laboratory curiosity to commercial application for selected food categories.

The Research Landscape

Comprehensive Overview

Lisboa et al. (2024), with 127 citations, provide the most widely referenced review, covering the full spectrum of innovative preservation techniques aligned with sustainability goals. The paper examines both non-thermal methods (high-pressure processing, pulsed electric fields, UV-C, cold plasma) and hybrid approaches (combining thermal and non-thermal treatments for synergistic effects).

Key findings from their comprehensive analysis:

• High-pressure processing (HPP) is the most commercially mature non-thermal technology, with applications in juices, deli meats, and guacamole already at industrial scale. HPP inactivates vegetative bacteria effectively but is less effective against bacterial spores.
• Pulsed electric fields (PEF) show promise for liquid foods (juices, milk) but face challenges with solid foods where electric field distribution is uneven.
• Cold plasma and electron beam irradiation are emerging technologies with broader applicability but face regulatory and consumer acceptance hurdles.

The sustainability dimension is significant: non-thermal technologies generally require less energy than thermal processing, produce less waste, and can reduce the need for chemical preservatives. Lisboa et al. note that energy consumption varies substantially across non-thermal technologies and applications, with some approaches (such as HPP and PEF) offering meaningful energy reductions compared to equivalent thermal treatments—though precise savings depend on the specific technology, product, and processing conditions.

Cold Plasma

Sharma, Nath, and Rustagi (2025), with 14 citations, focus specifically on cold plasma—ionized gas generated at near-ambient temperature that contains reactive species (ozone, hydroxyl radicals, UV photons) capable of inactivating microorganisms on food surfaces.

Cold plasma has several attractive properties for food processing:

• Surface treatment: Particularly effective for decontaminating fresh produce, meat surfaces, and packaging materials where pathogens reside on the surface rather than inside the food.
• No chemical residues: Unlike chemical sanitizers (chlorine, peracetic acid), plasma treatment leaves no residual chemicals on the food.
• Low temperature: Treatment occurs near room temperature, preserving heat-sensitive nutrients and flavors.
• Low carbon footprint: Plasma generation requires electricity but no water, chemicals, or heat—making it one of the most environmentally friendly decontamination methods.

Limitations include: inconsistent efficacy depending on food geometry (smooth surfaces respond better than rough or porous ones), limited penetration depth (plasma treats surfaces, not interiors), and the need for standardized treatment protocols that currently vary across research groups.

Electron Beam Irradiation

Alizadeh Sani et al. (2025), with 9 citations, review electron beam irradiation (EBI)—the use of high-energy electron beams to sterilize food products. EBI is faster than gamma irradiation (the traditional food irradiation method) and does not require radioactive sources, making it more suitable for commercial deployment.

The review finds that EBI effectively reduces pathogen loads (Salmonella, E. coli, Listeria) in meat, poultry, seafood, and spices without significantly altering sensory or nutritional properties at recommended doses. The technology is already approved for food use in over 60 countries, though consumer acceptance remains a barrier—the word "irradiation" triggers negative associations despite the technology's strong safety record.

Supercritical CO₂

Veiga, Mafaldo, and Barão (2024), with 18 citations, examine supercritical carbon dioxide (SC-CO₂) as a non-thermal pasteurization technology. At supercritical conditions (above 31°C and 73 atm), CO₂ becomes a powerful solvent that penetrates cell membranes and inactivates microorganisms through multiple mechanisms (pH reduction, membrane disruption, enzyme inactivation).

The technology is particularly suited to liquid foods (juices, dairy, beverages) where the CO₂ can dissolve uniformly throughout the product. Quality retention is excellent: SC-CO₂-treated orange juice retains more vitamin C, carotenoids, and flavor compounds than thermally pasteurized juice.

The primary limitation is cost: high-pressure equipment is expensive, and the technology is currently economical only for premium products where quality retention commands a price premium.

Critical Analysis: Claims and Evidence

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Claim	Evidence	Verdict
Non-thermal technologies can reduce energy use vs. thermal processing	Lisboa et al.'s multi-technology comparison	✅ Supported — magnitude varies by technology and application
Cold plasma effectively decontaminates food surfaces	Sharma et al.'s review of efficacy studies	✅ Supported — for smooth surfaces; variable for rough/porous foods
EBI does not significantly alter food sensory or nutritional properties	Alizadeh Sani et al.'s review	✅ Supported — at recommended doses
SC-CO₂ retains more nutrients than thermal pasteurization	Veiga et al.'s comparative studies	✅ Supported — for liquid foods

Open Questions

Consumer acceptance: How can the food industry communicate the safety and benefits of non-thermal technologies to consumers who are wary of "processed" food and especially "irradiated" food?

Regulatory harmonization: Different countries have different approval statuses for non-thermal technologies. International harmonization would accelerate adoption.

Combination treatments: The future likely lies in combining multiple technologies (e.g., mild heat + cold plasma) for synergistic effects. How should these combinations be optimized?

Cost reduction: Most non-thermal technologies have higher capital costs than thermal alternatives. At what production volume does the quality advantage justify the cost premium?

What This Means for Your Research

For food engineers, the evidence supports cold plasma for surface decontamination and HPP for premium liquid and ready-to-eat products as the most commercially ready non-thermal technologies.

For food safety regulators, the expanding evidence base for EBI and SC-CO₂ suggests that regulatory review and harmonization are timely.

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면책 조항: 이 게시물은 정보 제공 목적의 연구 동향 개요이다. 학술 연구에서 인용하기 전에 구체적인 연구 결과, 통계 및 주장을 원본 논문과 대조하여 검증해야 한다.

열처리를 넘어서: 안전성과 품질을 재편하는 비열 식품 가공 기술

저온살균, 멸균, 조리 등의 열처리 공정은 한 세기 이상 식품 안전의 근간을 이루어 왔다. 열은 병원균을 안정적으로 사멸시킨다. 그러나 열은 비타민을 분해하고, 단백질을 변성시키며, 풍미를 변화시키고, 질감을 바꾸기도 한다. 안전하고 영양가 있으며 신선한 맛을 지닌 최소 가공 식품을 원하는 소비자에게 있어, 열처리 방법은 본질적인 상충 관계에 직면한다. 즉, 병원균을 더 많이 사멸시킬수록 식품은 더 많이 손상된다.

비열 기술은 이온화 가스, 고에너지 전자, 가압 이산화탄소 등 열 이외의 메커니즘을 통해 미생물을 불활성화함으로써 이러한 상충 관계를 극복하는 것을 목표로 한다. 이 분야는 최근 몇 년간 실험실 수준의 연구에서 일부 식품 범주에 대한 상업적 응용으로 발전하며 상당히 성숙해졌다.

연구 동향

종합적 개요

Lisboa 등(2024)은 127회 인용을 기록하며, 지속 가능성 목표에 부합하는 혁신적 보존 기술의 전 범위를 다루는 가장 널리 참조되는 리뷰를 제공한다. 해당 논문은 비열 방법(고압 처리, 펄스 전기장, UV-C, 저온 플라즈마)과 복합 접근법(상승 효과를 위한 열처리와 비열 처리의 병합)을 모두 검토한다.

종합 분석의 주요 연구 결과:

• 고압 처리(HPP)는 가장 상업적으로 성숙한 비열 기술로, 주스, 델리 미트, 과카몰레에 대한 적용이 이미 산업 규모에서 이루어지고 있다. HPP는 영양 세포 상태의 세균을 효과적으로 불활성화하지만, 세균 포자에 대해서는 효과가 낮다.
• 펄스 전기장(PEF)은 액상 식품(주스, 우유)에 대한 가능성을 보이지만, 전기장 분포가 불균일한 고형 식품에서는 어려움이 있다.
• 저온 플라즈마와 전자빔 조사는 더 넓은 적용 가능성을 지닌 신흥 기술이나, 규제 및 소비자 수용성 측면에서 장벽에 직면해 있다.

지속 가능성 차원도 중요하다. 비열 기술은 일반적으로 열처리보다 에너지를 적게 소비하고, 폐기물을 덜 발생시키며, 화학 방부제의 필요성을 줄일 수 있다. Lisboa 등은 비열 기술과 적용 분야에 따라 에너지 소비량이 상당히 다양하며, 일부 방법(HPP 및 PEF 등)은 동등한 열처리와 비교했을 때 의미 있는 에너지 절감을 제공한다고 언급한다. 다만 정확한 절감량은 특정 기술, 제품 및 처리 조건에 따라 달라진다.

저온 플라즈마

Sharma, Nath, Rustagi(2025)는 14회 인용을 기록하며, 저온 플라즈마에 특히 초점을 맞춘다. 저온 플라즈마는 상온에 가까운 온도에서 생성되는 이온화 가스로, 식품 표면의 미생물을 불활성화할 수 있는 반응성 물질(오존, 수산화 라디칼, UV 광자)을 포함한다.

저온 플라즈마는 식품 가공에 있어 몇 가지 매력적인 특성을 지닌다:

• 표면 처리: 병원균이 식품 내부가 아닌 표면에 존재하는 신선 농산물, 육류 표면, 포장재의 오염 제거에 특히 효과적이다.
• 화학 잔류물 없음: 염소, 과아세트산 등의 화학 살균제와 달리, 플라즈마 처리는 식품에 잔류 화학물질을 남기지 않는다.
• 저온: 처리가 실온에 가까운 온도에서 이루어지므로 열에 민감한 영양소와 풍미가 보존된다.
• 낮은 탄소 발자국: 플라즈마 생성에는 전기만 필요하며 물, 화학물질, 열이 필요하지 않아, 가장 친환경적인 오염 제거 방법 중 하나이다.

한계점으로는 식품의 형태에 따른 불균일한 효능(거칠거나 다공성인 표면보다 매끄러운 표면에서 더 효과적), 제한적인 침투 깊이(플라즈마는 내부가 아닌 표면만 처리), 현재 연구 그룹마다 다른 표준화된 처리 프로토콜의 필요성이 있다.

전자빔 조사

Alizadeh Sani et al. (2025)은 9회 인용으로, 전자빔 조사(EBI)—식품 살균을 위해 고에너지 전자빔을 사용하는 기술—를 검토한다. EBI는 (전통적인 식품 조사 방법인) 감마선 조사보다 빠르며 방사성 물질을 필요로 하지 않아, 상업적 배치에 더 적합하다.

이 리뷰는 EBI가 권장 선량에서 감각적·영양적 특성을 크게 변화시키지 않으면서 육류, 가금류, 해산물, 향신료의 병원균(Salmonella, E. coli, Listeria) 부하를 효과적으로 감소시킨다는 것을 발견한다. 이 기술은 이미 60개국 이상에서 식품 사용이 승인되어 있으나, 소비자 수용성은 여전히 장벽으로 남아 있다—"조사(irradiation)"라는 단어는 기술의 강력한 안전 기록에도 불구하고 부정적인 연상을 유발한다.

초임계 CO₂

Veiga, Mafaldo, Barão (2024)은 18회 인용으로, 비열 살균 기술로서의 초임계 이산화탄소(SC-CO₂)를 검토한다. 초임계 조건(31°C 및 73 atm 이상)에서 CO₂는 강력한 용매가 되어 세포막을 침투하고, 다중 메커니즘(pH 감소, 막 파괴, 효소 불활성화)을 통해 미생물을 불활성화한다.

이 기술은 CO₂가 제품 전체에 균일하게 용해될 수 있는 액상 식품(주스, 유제품, 음료)에 특히 적합하다. 품질 보존이 탁월하다: SC-CO₂로 처리된 오렌지 주스는 열 살균된 주스보다 비타민 C, 카로티노이드, 향미 성분을 더 많이 보유한다.

주요 한계는 비용이다: 고압 장비는 비싸며, 현재 이 기술은 품질 보존이 가격 프리미엄을 정당화하는 프리미엄 제품에서만 경제적이다.

비판적 분석: 주장과 근거

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주장	근거	판정
비열 기술은 열처리 공정 대비 에너지 사용을 줄일 수 있다	Lisboa et al.의 다기술 비교	✅ 지지됨 — 규모는 기술 및 적용에 따라 다름
저온 플라스마는 식품 표면을 효과적으로 오염 제거한다	Sharma et al.의 효능 연구 리뷰	✅ 지지됨 — 매끄러운 표면에 대해; 거칠거나 다공성 식품에서는 가변적
EBI는 식품의 감각적·영양적 특성을 크게 변화시키지 않는다	Alizadeh Sani et al.의 리뷰	✅ 지지됨 — 권장 선량에서
SC-CO₂는 열 살균보다 더 많은 영양소를 보유한다	Veiga et al.의 비교 연구	✅ 지지됨 — 액상 식품에 대해

미해결 질문

소비자 수용성: 식품 산업은 "가공된" 식품, 특히 "조사된" 식품을 경계하는 소비자들에게 비열 기술의 안전성과 이점을 어떻게 전달할 수 있는가?

규제 조화: 국가마다 비열 기술에 대한 승인 현황이 다르다. 국제적 조화는 도입을 가속화할 것이다.

복합 처리: 미래는 시너지 효과를 위한 다중 기술의 조합(예: 온화한 열처리 + 저온 플라스마)에 있을 가능성이 높다. 이러한 조합은 어떻게 최적화되어야 하는가?

비용 절감: 대부분의 비열 기술은 열처리 대안보다 초기 자본 비용이 높다. 어떤 생산량에서 품질 우위가 비용 프리미엄을 정당화하는가?

연구에 대한 시사점

식품 공학자들에게, 근거는 상업적으로 가장 준비된 비열 기술로서 표면 오염 제거를 위한 저온 플라스마와 프리미엄 액상 및 즉석 섭취 제품을 위한 HPP를 지지한다.

식품 안전 규제 기관에게, EBI 및 SC-CO₂에 대한 확장되는 근거 기반은 규제 검토 및 조화가 시의적절함을 시사한다.

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