作者:郑金武 来源:中国科学报 发布时间:2021/1/12 11:31:36
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非热加工让食品味美色鲜

 

一包果汁能够长久保存,且依然原汁原味、味美色鲜,以往一般用的是高温杀菌方法。但现在,食品非热加工技术,正在改变果蔬等食品保鲜保质的传统模式。

中国农业大学食品科学与营养工程学院食品非热加工北京市重点实验室,在国内率先提出食品非热加工研究方向基础上,围绕食品非热加工关键技术及相关理论开展科研攻关,至今已取得一系列技术进展,并有多项成果实现转移转化。

一手抓基础研究,引领产业技术创新;一手抓成果转化,服务经济社会发展——中国农业大学食品科学与营养工程学院院长廖小军教授带领的团队,秉持“有创新源头、有成果孵化、有资本支持、有转移转化、有社会服务”的发展理念,努力推动我国食品非热加工技术的研究,为果蔬加工产业提质增效和制品高端化发展作出了积极的贡献。

实验室努力推动成果转化和产业化。郑金武摄

突破传统的食品杀菌模式

在食品行业,为了让牛奶、果汁、水果罐头等食品能够保存较长的时间和保证食品安全,一般要用到高温杀菌技术。然而,对于一些热敏性强的食品,利用高温杀菌技术时,往往会导致这些食品营养破坏和变色变味。

例如,对许多水果进行高温杀菌时,会极大造成水果中维生素-C含量的损失。这导致虽然前端收获了品质很好的水果,而到后端加工成果汁、果酱等产品时,高温杀菌却使食品的品质降低,严重影响产品质量,阻碍食品行业的高端化发展。

“既然高温杀菌不行,那么能不能不用高温,而是采用‘非热加工’的技术来杀菌呢?”早在1997年,廖小军就针对食品行业的现实问题,结合国外食品杀菌发展趋势,在国内率先提出了食品非热加工的研究方向。“采用物理加工的方式,例如采用超高压、超声波、电场、磁场等技术进行消毒杀菌。”

超高压非热加工技术,是廖小军带领实验室团队研究最深入、成果取得最丰硕的领域。

研究发现,当食品加工的压强达到100兆帕(相当于1000个大气压)时,就可以对果蔬制品等起到杀菌的作用,且能使其保持较好的品质。而现实生产中,往往采用400兆帕的压强进行杀菌。

“我们研究的正是这些问题。”廖小军介绍,“例如针对不同的食品,采用多大的压强能达到最佳的杀菌效果,即超高压杀菌的有效性问题。”

那么,超高压杀菌的机制和过程是怎样的?超高压杀菌过程中,食品品质会有哪些变化?“这涉及超高压杀菌的动力学机制问题和食品品质变化机制问题。探索这些问题,既是学科研究的重要方向,也会对食品行业发展起到重要的推动作用。”廖小军说。

关键问题抓住了,也有了明晰的研究方向,辅之以科研的耐心和坚定,目标自会变得水到渠成。“非热加工对枯草芽孢杆菌芽孢的杀菌动力学和杀菌机制的研究”、“超高压协同胞壁肽和温度对芽孢的杀灭及机理研究”等一系列研究进展和成果,彰显了实验室的创新力。

把技术真正用到生产实践中

“从现实需求中来,到现实需求中去,把论文写在祖国的大地上”,是廖小军和团队的科研理想,也是实验室不变的发展信念。

“我们很希望自己的研究成果和技术能够转化或产业化,为食品加工行业作出点贡献。”廖小军说,多年来,实验室把科研成果转化和产业化作为重要的工作内容。目前,实验室已有多项科研成果转化应用,取得了显著的社会效益和经济效益。

此前,内蒙古一家企业利用当地的沙棘资源提取SOD酶(超氧化物歧化酶),并开发了口服液等相关产品。但在临床过程中,却发现口服液中SOD酶活性不够高,产品品质和效果一般。

在上网检索相关专利信息时,该公司了解到实验室申请了食品非热加工的相关专利技术,便立即与中国农业大学和实验室进行了联系对接。

在对接过程中,实验室了解到该公司在提取SOD酶、开发口服液产品过程中,也利用了高温杀菌技术,而高温正是导致SOD酶容易灭活的原因。

针对该公司产品开发中的关键问题,实验室为其导入了超高压非热加工技术,使产品中SOD酶的活性提高了45%。同时,实验室还为其导入膜分离技术,在从沙棘中提取SOD酶时,通过膜浓缩方法,大大提高了提取物中SOD酶的浓度。

2017年,实验室开发的“一种具有高SOD酶活力的口服液及其制备方法”等3项发明专利,以专利转让的方式转让给该公司,转让金额200万元。这一系列技术使该公司产品中SOD酶的活性整体提高了4倍,极大提升了其产品品质,已经建成了中试生产线。

刺梨是贵州地区的一种特色山果资源,其含有丰富的维生素-C、黄酮、SOD酶等营养成分。为了开发利用刺梨资源,贵州春归科技有限公司(简称“春归科技公司”)引入实验室的食品超高压非热加工技术,开发刺梨果汁产品。

“企业原先也是采用高温加工的方式,但高温很容易破坏刺梨中的营养成分。”廖小军介绍,“采用超高压非热加工技术后,大大提升了刺梨产品的品质和功能。”

2016年,春归科技公司与实验室开展技术服务合作,并建成了第一条生产线。至2019年,第二条生产线正在建设过程中。春归科技公司已成为亚洲最大的超高压非热加工技术应用的企业。

在新疆、河北等地,实验室的超高压非热加工技术也在助力当地的果蔬资源开发。“在新疆,企业利用我们的技术,可以把胡萝卜、杏等果蔬加工成婴幼儿食品;在河北,企业也是利用我们的技术把苹果加工成高档果汁。”廖小军说,“在这些果品丰富地区,有了好技术,可以把资源变成更多的好产品。”

瞄准产业发展所需的关键技术问题,实验室以已所长,快速将科研成果转移转化,帮助企业提质增效,助力产业高端化发展,生动体现了实验室作为科技创新基地的社会责任。

服务产业高质量发展

2012年,第七届世界草莓大会首次落地中国,并在北京昌平举办。在此前夕,为推动北京草莓产业高端化发展,北京市科委积极部署重点研究项目,组织相关单位开展超高压非热加工技术在果品深加工领域的应用研究。

承担这一项目的正是廖小军团队。“北京农业产业近年来积极践行新发展理念,深化农业供给侧结构性改革,促进农业高质量发展。”廖小军表示,这样的产业发展思路,为农业科技的发展应用带来了机遇;而实验室的科技创新,也将助力首都农业产业高质量发展。

项目实施过程中,廖小军团队与北京天翼生物工程有限公司(简称“天翼生物公司”)等单位合作,利用超高压非热加工技术,把草莓加工成草莓汁等产品,丰富了北京草莓产业多元化发展内涵,提升了草莓产业发展的水平。

在北京市科委和廖小军团队支持下,天翼生物公司建成了草莓果汁超高压非热加工生产线,并取得了较好的效益。至2015年,北京沛时果汁公司购买了这条生产线,用于各种果蔬汁产品的加工生产。

同样以技术服务的方式,实验室还与北京和聚网络科技有限公司(简称“和聚网络公司”)开展合作,助力其开发功能性果汁饮料产品。利用实验室的超高压非热加工技术,和聚网络公司的果汁品质大幅度提高,其开发的“Hey juice”果汁品牌,深受青少年客户的喜爱。

食品非热加工技术为农产品生产方式带来变革的同时,也带动了食品行业装备制造的研发替代。在实验室支持下,北京速原中天科技股份公司等企业开发了国产超高压设备,设计思路全部来源于实验室。这些国产超高压设备正在全面替代进口超高压设备。

2020年初,突如其来的新冠肺炎疫情,使全球各行各业都遭受了深重的影响。6月份以来,我国进口冷链食品中,频频检测出新冠肺炎病毒阳性,给我国疫情防控带来了新挑战。

战胜疫病离不开科技支撑。针对冷链食品疫情防控和病毒消杀的迫切需求,北京市科委在梳理科技资源库时发现,实验室廖小军研究团队研发的用于食品加工的高压CO2非热加工技术,或许对冷链食品新冠肺炎病毒消杀有效。为此,北京市科委迅速部署相关研究项目,推动该技术研发应用。

“我们已于今年7月份启动了该项目的研究。”廖小军介绍,“实验室正与中国医学科学院展开合作,一同就高压CO2用于冷链食品新冠肺炎病毒的杀灭问题进行协同攻关。”

 
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