世界正面临诸多挑战，包括全球变暖、健康流行病和人口增长，每一个都对我们的星球生态系统的稳定性和可持续性构成重大威胁。这些问题共同导致了农业生产力的降低，同时伴随着基本商品需求的增加和成本上升。这一严峻形势需要更多可持续的环境、社会和技术解决方案。氢气（H₂）已被提议作为我们能源需求以及许多健康、农业和食品应用的“绿色”解决方案。在农业中补充H₂可能代表一种新颖且低碳的生物技术策略，适用于农食品链中大量生产作物、蔬菜和果实。H₂是传统化肥的潜在绿色替代品。使用富含氢气的水灌溉系统也可能提供其他与健康相关的好处，即减少作物中重金属的积累。通过采用H₂策略，农作物生产者、食品加工商和决策者可以为面对气候变化、传染病流行病和不断增长的人口等全球挑战做出可持续的解决方案贡献。H₂在农业和更广泛的食品工业中的多功能应用，使其成为解决当今重大挑战的独特适宜方法，有可能促进更好的作物生产并积极影响农食品链。本文综述及时地结合了关于H₂在农业和食品工业潜在应用的最新知识，从农场到餐桌。

1 引言

鉴于作物、水果和蔬菜的易腐性，这些天然食品在采后储存和分配过程中会经历显著的质量损失。据报道，每年有超过13亿吨的食物被浪费，其中水果和蔬菜的腐烂几乎占了这些损失的40%。因此，储存新鲜农产品是一个重大挑战，因为其快速发生的生理变化和对微生物污染及腐烂的易感性。正在考虑或使用的多种采后保存方法包括化学处理、臭氧应用、控制气氛和创新包装材料，包括抗菌包装、涂层和蜡。其他方法，包括非热技术，例如冷等离子体和高压处理，正在探索以应对采后损失。用于保持食品质量的方法之一获得认可和重视的是H₂的应用。

H₂是一种无色、无味的简单双原子气体，由两个氢原子组成。它已成为跨学科科学研究的引人入胜的主题，包括能源研究、太空探索、气候变化、地质学、微生物学、生物医学、农业和食品技术（图1）。关于H₂在绿色能源领域的应用研究遮蔽了其在生物医学和农业用途上的研究。然而，值得注意的是，过去16年里关于H₂在生物医学和农业益处的研究呈指数级增长。

图1. 自2007年以来发表的关于H₂的科学文章（A）涵盖了各种学术领域（B）。

食品安全是当今时代的主要挑战之一。提高作物和食品生产及储存的可持续技术必须成为未来的优先事项。这并不是第一次提出H₂作为基于化学的农业系统的绿色替代品。然而，这是一个快速发展的领域，特别是在中国和日本，因此及时回顾文献并讨论相关问题是适时的。尽管许多报告已经探讨了H₂在农业中的潜在用途，但关于H₂在食品产品和技术中潜在用途的文献却相对缺乏。

本综述的新颖之处在于探索H₂作为应对食品和农业当代挑战的多方面且可持续的解决方案。本研究的具体目标和目的是：

背景/氢研究：为了提供氢（H₂）研究的全面概述，突出其在不同领域的新兴角色，我们回顾了H₂研究的历史发展、当前进展以及氢气正在变得有影响力的主要领域。

氢气在农业中的应用：在这里，我们探讨了氢气在农业实践中的应用，并评估了H₂在提高作物产量、改善土壤健康和减少农业实践环境足迹方面的潜力。

氢气在食品加工和包装中的应用：评估氢气在食品加工和包装行业的利用，使我们能够分析H₂如何改善食品保存、延长保质期，并确保在加工和包装过程中的食品安全。

氢气在食品废物增值中的作用：调查氢气在食品废物增值中的作用，探索将H₂用于将食品废物转化为有价值产品的方法，可以帮助我们确定一个有价值的资源，以确保减少浪费并提高食品工业的可持续性。

氢的生物活性：通过回顾现有的经验和理论研究，我们检查了氢在生物系统中的效果及其对增加收获产量和保存食品的潜在益处。

氢气的法规、毒性和安全性：在这里，我们提供了当前法规的概述，评估了H₂的安全性概况，并确定了其应用中的任何潜在风险，强调了与氢气相关的毒性和安全考虑。

研究现状和未来展望：为了识别现有文献中的空白，提出未来的研究机会，并预测氢气应用在不同领域的可能轨迹，我们总结了氢气研究的现状和成本，并讨论了未来的方向。