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[转载]粮食加工学科发展研究(2):国内外研究进展及其比较

已有 1122 次阅读 2022-3-11 16:35 |个人分类:科研报告|系统分类:科研笔记|文章来源:转载

1、国外研究进展

1.1 稻谷加工学科的国外研究进展

国外研究着力发展免淘洗γ-氨基丁酸大米、功能性预涂层大米。推广图像纹理分析技术对稻谷品质进行分析,利用过热蒸汽加工技术延长稻谷储藏期,通过建立网络数据包络分析模型对碾磨处理后的稻谷进行品质评价。采取清洁生产模式,有效减少稻谷加工所产生的废弃物对人类和环境的污染;研发碎米、米糠等稻米加工副产物综合利用新技术。


1.2 小麦加工学科的国外研究进展

技发展主要体现在以下几个方面:①降低面粉微生物含量的小麦安全加工技术:②基于营养特性的小麦加工控制技术,通过控制加工技术和参数,尽量能保留小麦籽粒中的营养成分成为加工重点,如分层碾削技术、小麦发芽制粉技术、控制加工过程升温技术,控制淀粉粒损伤和蛋白变性技术等;③基于保留传统小麦及制品的加工技术,研发保留面粉风味的新碾磨技术、传统发酵剂制作发酵面制品技术、鲜湿面加工及品质控制技术等:④适合蒸煮类面制品的小麦及面粉品质评价正逐步得到重视。美l国、加拿大、澳大利亚等小麦主产国越来越重视适应馒头、面条等蒸煮类面制品的小麦品种选育、品质评价及加工技术研发;⑤小麦胚和小麦麸皮等小麦加工副产物在食品中的应用技术越来越得到重视;⑥新型小麦淀粉和谷朊粉分离技术及改性技术正逐步得到重视。


1.3 玉米深加工学科的国外研究进展

以美国为代表的玉米深加工领域的发达国家仍然保持着较强的创新力度,特别是在节能、节水、节约原料,以及提高产品质量、安全性、降低生产成本和降低环境污染的生产和技术工艺等方面,主要包括:①大力发展高胚芽保存率的干法脱胚技术,降低玉米加工过程的水耗、能耗;②玉米加工产品不断向精深化、高值化、功能与营养化、健康化方向迈进;③在氨基酸等产品的发酵生产过程中,引入膜分离生物发酵反应器耦合的技术,实现目标产品的高效连续分离和增产;④不断研发加工副产物的综合利用技术,如将玉米醇溶蛋白应用于塑料和膜包装工业,提高玉米加工产业的综合效益。


1.4 杂粮加工学科的国外研究进展

以美国堪萨斯大学、加拿大多伦多大学等为代表的机构,系统研究了燕麦、荞麦、红小豆、豌豆等杂粮活性组分在籽粒中的分布、加工过程中的损失、活性组分的提取、结构及其对“三高”、癌症和肠道微生态的影响。杂粮精制及专通用装备取得显著进展,以瑞士布勒集团公司为代表的杂粮脱壳、脱皮、分级、制粉、挤压等加工装备代表了国际同领域的领先水平。如瑞士布勒集团的燕麦脱皮机,通过转子与罩壳之间的相互作用温和去除燕麦的最外层表皮,可显著减少其污染和营养损失。美国Wenger公司、德国WP公司、意大利帕万马布公司和法国克莱斯特罗公司等已将食品挤压机广泛应用于谷物早餐食品、膨化休闲食品等产品的生产中。在政府、科学界、产业界的共同努力下,有关全谷物食品的认知和消费在不断提升。据英敏特统计,2016年,全球约有7533种的全谷物食品进入市场,这一数据相比2000年的218种,增长超过3000%。


1.5 米制品加工学科的国外研究进展

在研究稻谷原料和米饭、米粉、米糕、汤圆、粽子等大米食品指纹图谱基础上,采用主成分分析、聚类分析和回归分析等方法,探讨大米食品综合品质与原料成分的关系,建立基于食品风味品质和理化特性等综合品质的数学模型及其加工型稻谷品种的快速筛选技术,同时,通过专用菌种分离鉴定、专用发酵剂制备、发酵米食品质调控,建立了米发糕、甜米酒等发酵米制品以及米面包、米蛋糕等新型发酵产品的生产技术体系。


1.6 面条制品加工学科的国外研究进展

日本、韩国等国家与地区,在小麦面粉品质指标体系,面粉组分及之间交互作用,面粉与添加物之间作用,和面、熟化、压延、干燥条件与面条品质等亚洲面条加工理论及加工过程精准控制技术、加工面条质量标准体系等方面的研究,处于国际领跑地位。瑞士布勒公司西方大宗面制品加工技术与装备、谷物制品加工装备研发与制造领先企业。日本当前关注的产品形式主要为冷冻面与半干面加工新技术,以及仿手工生产装备开发。意大利面的研究热点为Gluten-free(无麸质)面条,其原料多为玉米、马铃薯、大米、高粱或来自这些原料的淀粉,并通过添加胶、乳化剂或淀粉预糊化来改善面条品质。


1.7 发酵面食学科的国外研究进展

国际上如美国、德国、意大利、日本等发达国家,在发酵面食领域已形成产品创新、原料供应、生产加工、食品添加剂修饰、生物发酵、机械制造、标准评价、科技创新等为一体的庞大产业体系。

在天然先进的保质保鲜技术研发、发酵面食的储藏和运输存在风味改变、品质劣化、口感变差和微生物繁殖甚至腐败等问题的研究上都取得重要进展。仅以冷冻食品为例,美国有2700多种、日本有3100多种,是我国的6倍。并建立了现代冷链物流体系,采用先进的管理手段实现产品流通中的动态管理,确保产品质量安全。


1.8 粮油营养学科的国外研究进展

对营养组分的作用机制及量效关系研究更为深入。研究不同谷类食品的特征性生物活性因子及代谢产物,考察全谷物在机体内的吸收与代谢过程,以及与特定健康指标是否存在量效关系;从体外研究、模式生物、人群干预等探究膳食纤维、谷维素、酚酸、花青素等成分在能量平衡、糖脂代谢、癌症预防等方面的特定作用或协同增效作用;基于对大规模人群全谷物摄入与多种慢性疾病发病风险及危险因子的相关性分析,建立了适合不同人群的摄入量参考标准。

基于健康大数据的精准营养研究成为未来重要的发展方向。精准营养的特色研究手段包括在数据搜集阶段对可穿戴设备等新技术的应用,以及对基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等组学数据和大数据分析方法。通过研究基因与环境的交互作用,从而提高疾病风险预测的精度,并促进个体化且精准的膳食营养、生活方式干预和疾病预防。

通过建立可持续的粮食系统促进营养改善。联合国粮农组织和世界卫生组织联合倡导,为应对营养不良给公共卫生和经济发展造成的巨大影响,目前采取相关行动的切入点主要包括:①增加获得健康饮食途径的供给侧政策措施;②帮助消费者选择健康饮食和增加消费者获得健康饮食的渠道;③利用制度措施增强粮食系统内部的问责制和公平性。


2、我国相关研究与国外的差距

2.1 稻谷加工学科国内研究存在的差距

我国稻谷加工技术、装备等虽已取得令人瞩目的成就,但仍然存在很多问题。与强国相比,稻谷加工可追溯系统有待完善,在技术装备尤其是专业仪器的原创开发、机械装备的外观、稳定性、使用寿命等方面尚有一定差距。企业研发能力不足,科学技术投入较少,加工创新意识较为薄弱。


2.2 小麦加工学科国内研究存在的差距

我国小麦加工业与国外相比存在的主要差距体现在以下几方面:①小麦加工产业链基础研究薄弱、科技对产业的支撑不够,我国蒸煮类面制品的小麦品种、品质评价指标体系及加工技术体系方面缺乏系统的理论支撑,加工过程的选择和控制较多基于经验,理论不足;②加工产品过分提高精度,对营养和健康重视不够;③设备制造精度差,智能化程度不够,目前我国小麦加工业虽已实现工业化和自动化,但无法实现加工过程的智能化和数字化;④面条、馒头等传统面制品及面包等的加工技术和装备比较落后;⑤深加工程度低,新产品开发滞后,附加值低;⑥产品质量标准体系、质量控制体系和卫生安全监督有待完善。


2.3 玉米深加工学科国内研究存在的差距

玉米深加工领域科研投入仍然偏低,企业科研力量薄弱。玉米深加工基础理论研究有待加强。我国玉米深加工科学技术领域基础研究层次偏低,仍停留在采用现有玉米原料辅以配方改良、工艺改进的阶段,没有从分子层面等阐明产品加工品质及食用特性形成的机制,未能够形成指导技术创新以解决共性关键问题的理论体系。在玉米组分功能特性、玉米淀粉分子结构、变性淀粉改性机制、玉米生物转化过程及调控机理等方面的科学理论研究均存着一定的差距,并进一步影响了在下游深加工技术领域技术的发展。


2.4 杂粮加工学科国内研究存在的差距

缺乏加工专用品种选择依据的研究理论支撑。我国杂粮和薯类的品种多、来源复杂,原料品种、年份、产地各异,产品品质控制难度较大,应将选种、育种与食品加工有效关联起来,为加工适宜性良好的专用品种的优化筛选提供基础和应用基础研究支撑。

杂粮和薯类加工技术水平较低。整体来看,近年来推出的一系列杂粮和薯类精深加工产品依然存在加工水平较低、加工企业小而分散等问题,市场上能够满足改善膳食需求和营养需求的相关产品较少,且大多缺乏标准规范。同时,因为杂粮存在口感差、制作不方便、色泽不好看、不易储存等问题,加之消费者对其健康益处了解不深、选择有限,导致我国消费市场与科学研究脱节,最新的科学研究进展难以与市场实现有效对接和转化。因此加强产学研合作,大力发展杂粮和薯类精深加工科学研究是首要任务。


2.5 米制品加工学科国内研究存在的差距

我国米制品加工产业布局不够全面。发达国家已通过施肥等种植环节强化大米及米制品的营养机制,而国内则主要是在加工环节强化米制品的营养品质,成效不足。年糕、米线、元宵、米面包、点心、松饼、饮料、宠物食品等米制品主要以米粉为原料加工而成,国内米制品专用粉的生产远远落后于小麦粉加工或国外相关行业。因此,围绕不同米制品品质要求和工艺技术特点,开展大米微观结构、理化特性、加工品质、营养特性等方面的基础研究和技术创新,对于米制品加工业的发展尤为重要。

我国米制品新技术研发缓慢。布勒帝斯曼公司、美国PATH公司、菲律宾 SuperlativeSnack公司、哥斯达黎加的Vigui公司等国外公司持续优化挤压技术等米制品加工新技术,利用这些技术生产和碎米等原料,生产系列新型营养大米产品,产生了显著经济效益,国内相关技术的研发有待进一步强化。在米制品营养品质评价方面仍存在一定差距,例如对于米制品中GABA、二甲双胍等营养组分功能和富集技术的研究和应用还缺乏系统性。


2.6 面条制品加工学科国内研究存在的差距

①我国对面条内在质量标准缺乏系统的研究,面条质量的标准严格地说应分为两个层面,一是国家或行业规定的检验标准,二是企业根据产品特性制定内在质量标准,而内在质量标准是企业建立质量标准的基础,是开发新产品和制定新工艺的必需手段,要尽快缩小这种差距;②缺乏系统的制面研究方法和面条适口性评价的检验方法;③多加水工艺和新产品开发滞后;④制面机械性能亟待提高。


2.7 发酵面食加工学科国内研究存在的差距

①天然先进的保质保鲜技术研发滞后;②发酵面食的储藏和运输存在风味改变、品质劣化、口感变差和微生物繁殖甚至腐败等问题,保鲜技术特别是抗老化技术是保证发酵面食品质和延长货架期的首要因素,也是关系到其能否实现商业化与工业化生产的关键技术之一;③机械化、规模化、标准化水平有待提高;④我国面制品加工机械的技术研发的力量和设备不足,与世界先进水平有一定的差距;⑤我国面食发展的难点是缺乏相对标准及其制定方法的研究,影响科学合理的新产品的开发和新工艺的制定。


2.8 粮油营养学科国内研究存在的差距

粮油食品营养品质及健康作用的基础性数据积累相对薄弱。一方面,对于我国特有优势品种的主粮、杂粮杂豆、薯类、植物油等粮油食品的营养成分以及与健康相关的植物化合物含量缺乏系统全面的数据库。另一方面,以粮油食品为基础的膳食模式与健康结局的关系方面缺乏高质量大规模人群队列以及随机化对照试验研究,在制订人群膳食指南和营养素摄入量参考值时仍需依赖国外研究结果。然而不同人群在遗传背景、饮食习惯、生活环境等方面存在很大差异。因此,亟须加强我国粮油食品营养主要成分指纹图谱数据库、国民营养健康大数据监测及改善等基础性研究工作;对于粮油食品加工健康升级的关键共性技术方面缺乏系统性研究。我国在粮油食品加工方面过度追求精细化和更好的口感,造成营养成分大量流失和资源浪费。这一问题已经引起政府部门、研究机构和社会大众的关注,旨在引导科学的谷物加工和消费的产业政策逐步出台。

目前还缺乏对于粮油食品加工过程中主要组分结构与功能关系及食用品质改良的研究,缺乏合理适度的加工模型及技术标准、综合评价体系和评价方法,缺乏在全谷物货架期及稳定化加工技术、活性保持技术等方面的突破性成果,这些都在一定程度上制约了绿色健康粮油食品的产业化推广。


3、产生差距的原因

3.1 交叉学科建设与高层次科技创新人才培养机制不完善

尽管“十三五”期间国家在学科建设和人才方面采取了新的举措,也吸引和培养了一些高学历人才,然而粮食加工学科底子薄、起点低,有影响力的学科带头人等顶级人才还很缺乏。当前的人才队伍已不能满足实际需求和未来发展的需要,亟待提升交叉学科建设和高层次科技创新人才引进培养水平,解决制约我国粮食加工科技创新的瓶颈问题。以粮油营养领域为例,需要具备食品营养、食品加工、分子生物学、流行病学等多学科背景的复合型人才队伍,而目前食品行业从业人员更关注在食品本身营养特点及加工过程对于营养成分影响方面,而对营养成分及其相互作用在人体的代谢过程和对人体健康、生长发育和疾病风险影响的研究相对薄弱。


3.2 基础研究层次偏低

粮食加工学科的研究较多的停留在采用现有原料辅以配方改良、工艺改进的阶段,没有从基础研究层面等阐明产品加工品质及食用特性形成的机制,从而不能够形成指导技术创新以解决共性关键问题的理论体系;粮食加工企业在科技研发方面的资金投入和重视力度不够,产学研结合程度有待提升,导致新技术开发能力、产品创制能力以及工程化能力明显不足,从而导致了技术系统集成创新能力差,不少有价值的成果不能高效地转化为市场产品;粮食加工产业的结构升级有待深化,原料损耗及生产能耗大,新型绿色加工技术应用不足。


3.3 科研与实际成果转化脱节

目前,我国粮食加工学科的成果转化率及对于产业发展的贡献不甚理想。造成这一局面的原因很大程度上是由于我国的科学研究方向和成果与产业需求脱节,科研成果难以有效转化为实际生产力。由此也进一步加剧了企业对于科研产出的信心不足,相应的经费投入难以得到保障。产学研紧密结合的良性粮油营养科技创新体系亟待进一步培育和完善。

近年来,我国政府陆续出台各项鼓励产学研对接和科研成果转化的政策和机制,但进一步落实过程中却未能及时、有效地形成办法或条例,导致有益于学科发展的政策未能有效落实。


3.4 成果转化平台不足

粮食加工学科缺乏有行业影响力的国家级平台,造成成果转化效率不足的局面。目前平台的转化能力跟不上行业的发展,加工成果转化和产业化、工程化平台缺乏,难以促进学科高层次科技创新、成果转化与推广;基础科技创新平台缺乏,致使原创性科技创新能力不足。

作者:中国粮油学会食品分会姚惠源等

本文摘自《2018-2019粮油科学技术学科发展报告》(中国科学技术出版社,2020年7月,第85-91页)



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