学科发展研究(2012-2013)分述
食品科学技术
2014年04月02日

  一、引言

  2012-2013年间,我国食品工业依旧保持快速发展,经济效益进一步提高,融合带动了农业、流通服务业和相关制造业的发展。科学技术进步是食品工业发展的动力和源泉,大力推进科技创新,提升食品科学技术水平,是培养创新人才、开拓创新知识、储备创新技术、转化创新成果,支撑和引导食品产业向可持续方向发展的必然选择。因此,加快提升我国食品科学技术水平,不仅是推进食品工业现代化进程、提高产业竞争力的迫切需要,也是转变发展方式、实现食品工业和谐、快速发展的迫切需要,更是维护食品安全、保障人民群众身体健康的迫切需要。

  为归纳我国食品科学与技术领域取得的新进展,分析当前食品科技工作中存在的问题,提出未来食品科学技术的发展趋势,并为制定今后我国食品科学技术相关政策提供依据,本学科报告从最新研究进展、国内外研究进展对比、趋势与展望三个方面对当前我国食品科学与技术发展水平与趋势进行全面分析。

  二、本学科近年来最新研究进展

(一)食品科学与技术研究逐步深入

  随着我国食品科学与技术研究的不断深入,在食品安全检测与风险评估技术、功能效物质、微生物等领域均取得了重要突破和显著成效。

  1.食品安全检测与风险评估技术取得新突破。食品安全检测在保障食品安全中发挥着越来越重要的作用,如传感器法和免疫速测法等简单快速的检测技术已成为广大学者关注的热点。目前,酶传感器、免疫传感器、基于适配体的传感器、组织传感器等都已应用于纳米生物传感器方面的研究。免疫速测法又出现了大量新的免疫分析技术,如流动注射免疫层析等。与此同时,近年来食品安全风险评估技术不断改进,并且食品中重金属污染风险评估研究和农药暴露研究也引起了人们的高度重视。

  2.功能性成分与功能性食品的研究集中于多酚物质、抗氧化肽和多糖随着人们生活水平的不断提高,营养、安全、健康已经成为食品开发的主题,研究食物功能性成分、开发功能性食品已成为国内外食品研究的热点。目前,功能性成分研究集中于多酚物质、抗氧化肽和多糖。多酚物质的研究集中于各个植物中酚类物质的种类、含量、结构,并且它们的代谢途径、互作方式、基因调控模式等方面的研究正在全面进行和逐步深入。此外,随着现代提取工艺技术的不断改进,多酚物质的提取效率和纯度也不断提高;抗氧化肽方面的研究主要集中于抗氧化肽的活性及抗氧化机制、抗氧化肽的结构与其功能的相关性、抗氧化肽与食品其他成分的相互作用等方面。目前为止,大部分对于蛋白水解物或者抗氧化肽的研究仅止步于体外化学测定法,并不能证实这些肽究竟在人体中是否也有着抗氧化活性;以多糖为重点的糖工程研究是本学科的科学前沿之一。天然多糖的活性及构效关系方面的研究主要集中于多糖对于增强机体免疫功能及抗病能力、抗氧化降血糖、调血脂、抗病毒等方面作用,以及多糖结构与抗肿瘤活性、抗病毒活性、降血糖活性、抗尿路结石活性之间的关系。

  3.食品微生物制造将进入后基因组时代。食品微生物制造过程优化原理与技术是食品微生物制造领域的研究热点之一,主要体现为食品制造微生物生理机制的解析、食品制造微生物代谢功能的阐释、食品微生物制造过程优化控制技术等。随着重要食品微生物全基因组序列的公布或即将公布以及高通量数据的不断积聚,食品微生物制造将进入后基因组时代。此外,益生菌高效筛选、功能解析与应用是目前微生物领域的另一研究热点,该方面的研究主要集中于功能性益生菌的高效筛选与功能评价、益生菌微生物学性质和功能特性的解析、益生菌生物加工关键理论与技术等。

  4.营养基因组学成为营养学研究的新前沿。近年来,随着基因组学、生物信息学在生物技术领域研究取得的巨大进展,营养基因组学(nutrigenomics)应运而生,并迅速成为营养学研究的新前沿。营养基因组学研究主要集中于营养素作用机制、膳食健康效应以及营养干预的有益作用、营养素功能等方面。

  5.高分子材料制造的研究集中于多糖和蛋白质材料。生物大分子具有低毒性、生物可降解性、可循环再生等优点,被广泛运用于医用、食品包装以及工程塑料等行业。目前,大分子材料方面的研究主要集中于多糖和蛋白质材料。与此同时,复合膜(纤维素和玉米蛋白、纤维素和大豆蛋白)也逐渐被应用到生物医学的研究中。

  (二)学科发展速度与科研水平双向提升

  近几年食品学科的规模和科研水平进一步提升,为食品工业发展提供了坚实的创新动力和支持。

  1.人才培养的规模和质量不断提高。我国食品学科发展迅猛,设置食品专业的高校数量也迅猛增加,由20世纪80年代的几十所高校迅速增加到2010年的235所。我国食品学科的毕业生人数由2007年的633744人增长为2011年的884542人,增长了39.6%;招生人数由2007年的890510人增长为2011年的1134270人,增长了27.4%。同时,从学位论文质量、教学与教材质量和优秀学生情况看,我国食品学科人才培养的质量水平得到显著提高。

  2.科学研究水平逐渐提升。2012年,国内食品科学与工程学科具有“博士一级”、“博士二级”和硕士授权的共51所高等院校参加了新一轮的学科评估。评估结果表明食品高校的代表性学术论文、科研获奖、专利转化和科研项目研究等科学研究水平进一步提升。

  (三)本学科最新进展在产业发展中取得重大应用

  食品学科在科学与技术领域取得的最新研究进展不仅拓宽了科学研究的广度和深度,而且在产业中得以运用并取得了重大进展,产生了良好的经济效益。

  1. 农产品高值化挤压加工与装备关键技术。以挤压技术为出发点,研究了分流冷却和整流控压的稳态化物料成型技术,在国内首次完成了配合营养米和速溶首乌颗粒的工业化生产,并形成了多条高品质全脂大豆的挤压生产线,建立了挤压与酶反应生物转化或化学催化相结合的加工技术,实现了工业化生产。

  2.大豆精深加工关键技术的创新与应用。突破了大豆蛋白生物改性、醇法连续浸提大豆浓缩蛋白、可控酶解制备大豆功能肽等大豆精深加工共性关键技术,申请国家专利32项,研发新技术装备在全国18家企业得到推广应用,建立生产线45条,累计创经济效益64亿元。

  3.稻米深加工高效转化与副产物综合利用。构建了高活力、超高耐温复合酶制剂和酶助剂,显著提高酶活力30%以上,淀粉转化率97%以上;以米渣为原料,提制蛋白含量95%以上的高纯度、高水溶性米蛋白,申报了73项专利,发表论文325篇,技术先后在30多家企业推广应用。

  4. 高效节能小麦加工新技术。主要包括高效节能小麦加工技术、蒸煮类小麦专用粉生产新技术、高效节能挂面生产新技术等内容,在全国600多条生产线应用,大幅度提高了面粉出率,累计节电数十亿度。

  5. L-乳酸产业化关键技术研究与应用。开发了高产乳酸生产菌株JD-076L的选育、L-乳酸高浓度发酵工艺的应用与优化、L-乳酸的耦合分离提纯新技术的发明与应用等关键技术,应用于工业化生产后,玉米原粮效益提高3倍,彻底改变了我国L-乳酸生产技术被国外垄断的状况。

  6. 食品安全危害因子可视化快速检测技术。实现了多目标菌的高通量同时检测和现场快速检测,开发了7项具有自主知识产权的可视化快速检测核心技术和70余种食品中有害物可视化快速检测产品,技术指标达到了国际先进水平,获得国家发明专利13项。

  7. 果蔬食品的高品质干燥关键技术。由真空脱水、冻干及其联合干燥、热风及其联合干燥、特种脱水等四大类果蔬干燥技术组成,获得授权国家发明专利33项,发表SCI论文78篇,成果通过在10家行业或地方龙头企业的实际应用,显著提高了企业竞争力。

  三、本学科国内外研究进展比较

  尽管我国食品学科发展迅猛,但与发达国家相比依然有一定的差距。本报告从研究热点、发表论文、科学和技术水平三方面差异分析食品学科的国内外研究进展,为确定我国食品学科未来发展方向提供借鉴。

  (一)学科国际研究热点集中在食品营养、食品安全和食品加工三大领域

  在食品营养方面,国际研究的焦点已逐步从提供基本能量和物质的一般性食品转向富含生物活性成分的功能食品,相关研究拟解决以下几方面的问题:益生菌筛选和非乳品益生菌饮料的开发、生物活性物质的来源、活性分析与作用机制、提高益生菌和生物活性物质的生物利用率。同时食品安全研究的重要性日益凸显,主要包括食品中危害因子的评估,如合成化学品与重金属对食品的污染、病原菌污染与益生菌潜在危害等;食品中危害因子的先进检测技术,如合成化合物与金属离子的检测、食品中危害因子的消除等。而食品加工方面的研究主要集中在:食品组分与功能性质的分析,包括食品原产地分析、组分对食品功能性质的影响、物理加工对食品功能性质的影响等;食品加工过程控制,包括提取技术、干燥技术、在线检测技术等;食品保藏技术,包括食品包装技术、高静水压等非热保藏技术等。

  (二)国内外食品领域高质量论文各有优势

  从发表论文的数量来看,美国在食品领域发表论文数在世界遥遥领先;中国与日本的发文量相当,但中国发文量占世界的比例呈上升趋势。从发表高质量论文的情况来看,美国在《Journal of Agricultural and Food Chemistry》上的发文量高于中国和日本,而中国在《Food Chemistry》上的发文量在各年度均高于美国和日本。从不同子学科的情况看,中国、美国和日本均在生物化学与分子生物学(Biochemistry Molecular Biology)和药理药剂学(Pharmacology Pharmacy)两个子学科有较高的研究水平,而中国和美国则分别在化学(Chemistry)和营养学(Nutrition Dietetics)这两个子学科具有显著的优势。

  (三)中美食品工业科学与技术发展水平尚存在较大差异

  美国食品工业R&D经费投入强度远高于我国,2011年R&D经费投入强度是我国食品工业的2.5倍。从2009至2011三年间,美国平均每个食品工业企业的专利申请数和授权数分别为0.74%和0.29%,远远超过我国的0.39%和0.10%。不仅如此,我国食品科技进步对食品工业增长的贡献整体小于美国。

  四、本学科发展趋势及展望

  (一)全球食品学科发展前景

  未来食品学科的国际发展前景将主要集中在:1)深入解析生物活物质的作用机制,提高生物利用率;2)加强食品功能性质研究,促进功能性质与营养价值有机整合;3)开发和应用以快速、准确、非破坏性为特点的食品检测新技术;4)加快以低营养损失为特点的食品加工新技术的工业化;5)开发和应用以环保、高强度、高抑菌活性为特点的新型食品包装技术;6)进一步拓展组学技术在食品科学研究中的应用;7)更加关注环境变化对食品安全带来的重要影响;8)开发可持续性食品,确保食品供给安全。

  (二)本学科在我国未来的发展趋势

  未来食品学科在我国的发展趋势将表现在:1)学科领域以食品为中心,向功能营养发展,基于现有对食品组分的了解,融合生命科学的最新进展,探究食品成分在人体内的变化及产生的各种效果;2)基础研究以健康为目标,向学科交叉发展,营养健康相关研究已经成为学术界、产业界和政府的共识,并且越来越强调与生命科学、医学、营养科学、生物学、先进材料等学科的交叉与合作;3)技术开发以创新为驱动,向可持续发展。可持续发展是食品产业发展的不变方向,因此采用高新技术改造现有工艺技术,实现质量安全、高效利用、节能生产、清洁环保,是食品技术创新研发的指导方针;4)成果转化以效益为主导,向高性价比发展,在同样的研发投入下,要进一步提高成果转化率、形成批量生产和产业化规模;5)人才培养以学以致用为宗旨,向多元化变化,学术研究型人员、应用研究型人员、工程化技术人员、产品设计与营销人员等专门人才将是培养的典型目标;6)平台队伍以高端人才为领军,向优专精建设,继续实施创新团队和人才推进计划,培养一批科技领军人才、优秀专业技术人才和青年科技人才。

  (三)未来研究方向

  基于上述研究进展的分析,未来食品科学与技术的研究方向应该集中在:1)以满足加工要求和市场需求为特性的新食品资源的开发,针对目前高新技术应用频繁,以营养、方便、新颖为特征的新食品需求旺盛,开发寻找能满足加工和市场要求的新食品资源是值得重点发展的方向之一;2)以营养健康和方便快捷为导向的新食品设计开发,针对国家在人口与健康方面的重大需求,开展基于我国居民特色的营养设计与健康调控研究,控制慢性病,提高人群素质和健康水平;3)以生命科学和生物科学技术为核心的新食品技术,生物加工技术具有清洁、安全、节能的优点,是食品制造可持续发展的重要内容,以生物加工为核心的系统新食品技术体系,将是我国食品技术升级的核心趋势;4)以智能集成和核心成套技术为目标的食品装备研发制造,针对我国食品加工装备水平较低、创新能力不足、低水平重复、产品结构不合理等问题,运用现代高新技术,促进食品装备技术升级,开发新型的食品装备产品;5)以主动保障和全程控制为核心的食品安全体系建设,揭示食品生境和加工过程中危害因子迁移、转化和交互作用本质,开拓基于健康保障为目的的食品安全研究新领域,建立食源性危害因子主动干预体系和控制策略;6)以电子平台和通讯技术为支撑的食品物流系统升级,构建智能食品物流技术及装备、食品物流交易平台。

  

  Food Science and Technology 

  From 2012 to 2013 years, China’s food industry still maintains a rapid development. The economic efficiency of food industry improves. Food industry promotes the development of agriculture integration,circulation service industryand relative manufacturing industry. The progress of science and technology is the power and source for the development of food industry, and will cultivate innovative talents, develop innovation knowledge, reserve innovation technology, transfer innovation achievements, support and guide the development of food industry to the sustainable direction. Therefore, it is the urgent need to improve the level of China’s food science technology, not only to improve the process of modernization and industrial competitiveness, but also change the mode of development, realize the rapid development of food industry, safeguard food safety, and protect the people’s physical health.

  The report analyzes development level and trend of China’s current food science and technology from three aspects namely the latest research progress, comparison of research progress at home and abroad, and trends and prospectsof China’s food science and technology. The report sums up new progress of food science and technology in China, analyzes the existing problems in the work of food science and technology, puts forward the future development trendof food science and technology, and provides the basis for the formulation of policies related to food science and technology in China in the future.

  In the recent 5 years, some research areas have achieved new breakthroughs, such as China’s food safety testing and risk assessment techniques, polyphenols and highly efficient separation, physiological activity and antioxidant mechanism and functional peptide preparation research, optimization theory and technology of microorganisms in food manufacturing, efficient screening probiotics, analysis and application, the function of natural polysaccharides and their structure activity relationship, and macromolecular materials research.

  The scale andthe level of scientific research of food subject are further enhanced, providing a solid innovation impetus and support for the development of food industry. Food Science subject develops rapidly in China, the number of university with food major increased rapidly from dozens of universities in the last century eighty’s to 235 in 2010. The number of graduates of Food Science in China increased from 633744 in 2007 to 884542 in 2011, up 39.6%. The number of enrollment grew from 890510 in 2007 to 1134270 in 2011, up 27.4%. At the same time, in the aspect of the quality of graduation theses, teaching material and teaching quality and outstanding student, the quality and level of talent cultivation in food science have been improved. In 2012, the domestic academic evaluation results showed that the level of scientific research like representative academic papers of Food Science College, scientific research award, patents, and scientific research project has further improved.

  The new progress andbreakthrough in the study of food science and technology of our country not only expand the breadth and depth of scientific research, but also can be used in the industry, and has good economic benefits. For example, agricultural products of high value application of extrusion process and the key technology, innovation and application of key technologies of deep processing of soybean, transformation of rice deep processing and comprehensive utilization of by-products, application of high efficiency and energy saving of wheat processing technology, key technology research and application of L- lactic acid industry, visual quick detection technology and application of hazards factors in food safety.

  However, compared with developed countries like the United States, China’s development of food science and technology level is still fall behind. Judging from the number of published papers, the United States of America published papers in the field of food is ahead in the world and the paper published by China and Japan is almost the same, but the proportion of paper published by China accounting on the world is on the rise. In the aspect of the publication of high quality papers, the number of paper published in Journal of Agricultural and Food Chemistry by the United States of America is higher than that of China and Japan. From the highly cited essays, high cited papers published by Cornell University and University of California,Davis are more, which means that the innovation ability in food research is higher in the USA. From the level of development of science and technology of food industry, in 2011, the R&D investment intensity of food industry in the United States is 2.5 times of that in our country. The number of patent applications and authorization of average food industry enterprises in the USA were 0.74 and 0.29, far more than 0.39 and 0.10 of ours. Not only that, the contribution of progress of food science and technology to the growth of food industry in our country is less than that of the USA.

  International development prospect of food subject in the future will focus on: in-depth analysis of mechanism of biological activity material, and raise the utilization rate of biology; to strengthen the study on the properties of functional food, and promote the integration of functional properties and nutritional value; develop and apply new food detection technology with fast, accurate, non-destructive characteristics; speed up the industrialization of new food processing technology with low nutrient losses; develop and apply new food packaging technology with characteristics of environmental protection, high strength, high antibacterial activity; further extend the application of proteomic technologies in food science research; pay more attention to the important impact of change of environment on food safety; explore sustainable food, to ensure food safety.

  The future research direction of food science and technology in our country should focus on: develop new food resource to meet the processing requirements and market demand; new food design and development oriented by the nutritional health and convenience; new food technology with the core of life science and biological science; R&D and manufacture of food equipment in order to develop intelligent integration and sets of key technology; developed system guarantee food safety and full-range control; upgrade the food logistics support system supported by electronic platform and communication technology.