粮油食品加工过程安全控制理论与技术的基础研究

粮油食品加工过程安全控制理论与技术的基础研究粮油食品加工过程安全控制理论与技术的基础研究 一、一、项目概况：项目概况： 食品工业连接农副产品生产、流通和消费，承载着人类健康与 社会发展。2010 年全国食品工业总产值达 6.3 万亿元，同比增长 27.5%，占国民总产值 14.8%，在国民经济与社会发展中占有重要地 位。近年来，重大食品安全事件频发，成为影响人类健康、行业发 展与社会稳定的全球性重大问题。国家中长期科学和技术发展规划 纲(2006-2020)着重强调了食品安全的重要性，并将其作为公共安全 的首要任务。 除人为添加非法化学品如苏丹红、三聚氰胺等外，大部分食品 安全问题，如丙烯酰胺、反式脂肪酸和氨基甲酸乙酯等，都是在加 工过程产生的，特别是在易发生美拉德反应的高蛋白食品、易产生 油脂异构化的高油脂食品和易产生胺(氨)类代谢物的发酵食品这三 类典型加工体系中尤为严重。这三类加工体系在食品工业产值中的 比例达 52%。在政府高度重视食品安全监管的同时，加大针对上述 典型加工过程食品安全重大基础科学问题研究、完善安全理论和控 制技术体系迫在眉睫。 对加工过程食品安全基础科学问题研究不足，使得对复杂食品 组分和加工过程体系中危害物产生的分子机制、危害物甄别与测定、 预测与干预、优化与控制等理论与技术严重不足。突破上述瓶颈的 核心在于解决以下关键科学问题：(1)危害物产生途径和转化规律的 分子基础，(2)加工食品安全性预警机制与风险等级确定依据，(3) 食品安全加工全程优化原理与控制策略。 本项目粮油食品典型加工过程为研究对象，提出全局调控指导 安全食品制造过程的策略，发展实时监测-预测预警-动态反馈-调控 优化的全过程优化与调控理论和技术体系，将开拓食品加工过程中 重要危害物阻断、抑制、控制和消除新途径，实现食品安全从被动 应付型向主动保障型的转变，为提升我国加工食品安全水平和国人 健康水平提供关键理论支持。 二、二、技术路线：技术路线： 本项目所涉及的技术途径如(图 1)所示。以各种全面而系统的 离线组学手段和在线实时检测与预警手段为主线，选择易发生美拉 德反应的高蛋白食品、易产生油脂异构化的高油脂食品和易产生胺 (氨)类代谢物的粮油食品等典型加工体系为主要对象，由实验分析 手段结合计算模拟，完成从加工过程危害物生成分子机制、行为效 应、毒理学特征、人群暴露水平到加工全过程表征的解析、认识与 优化。 利用基于分离(色谱)结构鉴定(质谱)化学计量学数 据处理方法相组合的高通量组学分析技术，阐明食品加工过程典型 化学危害物的产生途径及其行为效应，确定控制食品加工过程中有 害因子产生的目标加工单元、途径及位点；通过添加自由基阻断因 子、调控关键酶定向设计，以及植物活性成分创造竞争性抑制环境 等，研究靶向控制美拉德反应、烷基分子自由基淬灭、阻断具活性 羰基的 LPOs 与蛋白质交联、干预小分子醛类重组等方法，获得加工 食品中多目标危害物阻断、抑制、控制和消除策略，实现加工全过 程多元危害物真实生成路径和控制网络的重建。 利用微纳米技术、电化学和光谱学技术、多元识别信息融合 技术以及集成智能化全分析系统，构建“感知加工”在线检测网络， 建立有害物质的产生、积累、消减过程监测模式，结合危害因子分 子分型数据库，实现对食品加工过程从原料到产品的全程安全性的 诊断和预警。以代谢组学与计算生物学方法，构建基于基因、细胞 和蛋白质水平代谢网络的食品安全组学毒理分析平台，通过研究加 工危害物在人群膳食中的暴露水平，建立基于危害评估的我国人群 膳食中危害物的风险阈值和预警技术体系，为限量标准的制订提供 数据基础和科研依据。 图图 1 1 建立组分变化状态模型、食品品质评价模型、单一和多元有害 物生成和迁移转化的系统动力学及实时预测模型，预测控制危害物 生成和积累的关键节点。以发酵食品、美拉德反应食品体系以及易 发生油脂双键异构化食品体系为对象，对食品制造过程进行多层次、 多阶段、多目标及多模式的解构分析与反馈调节，在集成上述食品 危害产生机制、抑制途径、过程控制和优化技术等理论和技术基础 上，研究食品制造单元操作和组分设计、组装、优化和改造的策略， 构建全程安全控制的食品制造过程设计与构建体系，并开发多目标 多阶段食品安全综合控制优化系统，从食品制造角度提升中国粮油 食品的安全水平。 三、三、研究内容：研究内容： 目前国际上开展的食品加工过程安全研究，大多集中在危害物 发现和检测方法探索方面，关于危害物控制方面也只主要集中在模 拟体系研究、单一危害物的生成机制和阻断途径等方面。由于食品 体系的复杂性，导致现有方法无法指导实际食品加工过程中的危害 物控制，更无法实现预期目标，食品安全控制处于被动应付境地。 本项目在设计项目过程中，始终坚持以实现主动保障型加工体系为 目标，设计基于模拟和实际体系相结合的研究对象，全过程动态解 析和优化调控的研究方法，危害物发现、危害评估和控制并重的研 究模式，为实现食品安全控制由被动应付向主动保障转变提供科学 技术基础。 1、开发食品加工过程中多种危害物的同时阻断、抑制、控制 和消除的新途径。现有文献报道国内食品产品中丙烯酰胺、反式脂 肪酸、氨基甲酸乙酯、生物胺和亚硝胺等典型的食品加工过程生成 有害物的含量，普遍显著高于美国、日本和欧洲等国家的同类产品 水平。本项目通过设计基于阻断生成危害物的化学/生化反应途径、 抑制危害物生成、控制反应速率/方向以及消除已生成的危害物四个 角度，研究食品加工过程中多目标危害物同步控制的新途径，提出 针对性、可操作性更强的食品加工过程优化控制新策略，在提高食 品制造安全水平方面取得重大突破。 2、形成粮油系列食品产品的安全制造新体系。食品加工过程会 产生很多新物质，这些物质有些是有益于食品品质的，但也有些是 对人体健康不利的。在目前已有的食品加工体系中，普遍只考虑如 何提升产品的风味色泽、质构以及生产效率，很少考虑体系中危害 物的控制。从全面提高加工食品安全性并保持食品应有品质的理念 出发，加工过程产生的所有危害物都应该被充分控制，同时不损害 食品品质。本项目通过设计基于新监测指标体系、新工艺条件、新 控制体系、新加工和产品标准体系，建立高蛋白食品、高油脂食品 和发酵食品三类典型粮油食品的安全加工新体系，将惠及国内 52% 的食品加工行业，大幅提升我国加工食品安全水平，提高我国食品 工业的可持续发展能力和国际竞争能力。 四、四、 具体研究计划安排进度：具体研究计划安排进度： 研究不同加工单元对食品重要组分结构性质的影响；基于多层 次分子立体结构变化解析，研究脂肪氧化产物活性羰基与蛋白质、 碳水化合物等多种分子之间的交互作用，探讨食品复杂体系的各类 微环境对危害物产生的影响规律。 研究氨基甲酸乙酯、生物胺、亚硝胺及其前体物质积累的动力 学特性；建立氨基甲酸乙酯、生物胺、亚硝胺及其前体物质的快速 定量检测方法；对典型食品生物制造过程中的微生物进行全基因组 测序；针对食品加工中产生的主要危害因子，采用纳米生物传感、 近/中红外光谱、电化学分析、免疫技术、表面增强拉曼等技术，结 合现代化学计量学，探索危害物与快速判别模式，建立有害物质的 来源快速识别与含量测定；根据有害物质的理化性质及已有毒性实 验资料，选择合适敏感测试细胞；构建食品加工过程产生的主要危 害物代谢转化规律研究的人体细胞培养体系；开展人群膳食丙烯酰 胺、氯丙醇脂肪盐酸酯、氨基甲酸乙酯等危害物的污染监测，研究 人体暴露量；确定实验中食品加工危害物的暴露剂量范围；食品加 工过程单一有害物产生迁移转化规律的检测分析研究，主要进行模 拟体系中单一有害物的检测分析，以及相应的神经网络模型的开发 研究。 大宗传统发酵制品中氨基甲酸乙酯和生物胺等的形成和抑制机 制及关键控制点研究；高温加工的食品体系中美拉德反应伴生化学 污染物形成与控制的关键节点研究；研究在植物油镍催化氢化、精 炼油高温脱臭、高温反复油炸等加工过程中阻断反式脂肪酸产生的 关键作用位点和技术手段。 五、五、预期成果预期成果 特别强调针对食品加工过程，以三大类食品体系(易发生美拉德 反应的高蛋白食品、易产生油脂异构化的高油脂食品和易产生胺(氨)类 代谢物的发酵食品)中普遍存在的五种典型危害物(丙烯酰胺、杂环 胺、晚期糖基化终末产物、反式脂肪酸和氨基甲酸乙酯)为对象，在 模拟和实际体系中生成的分子机制、行为效应、监测预警和全程优 化控制方法，结合风险评估，打造系列食品产品的安全制造新体系， 从而实现我国加工食品安全从被动应付到主动保障。 根据我国目前食品安全事件频发、特别是食品加工过程领域由 于缺乏基础研究而导致的标准缺失(国际贸易技术壁垒)、控制手段 有限、国际公司竞争挤压以及消费者对食品安全问题的心理恐慌等 实际情况，将危害物变化规律、甄别和检测方法、人群膳食暴露水 平、过程优化等结合，开发多组分危害物同时阻断、抑制、控制和 消除综合技术，通过模拟体系与实际体系研究相结合、单一机制与 全过程动态优化相结合、以及危害物的发现、评估和控制并重的研 究模式为食品安全控制从被动应付到主动保障转变提供科学与技术 基础，具有较强的前瞻性。 本项目围绕食品加工过程中危害物形成机制、检测评估和干预 控制，从导致加工过程食品危害物产生的物质基础、行为效应、定 向干预分子机制，到针对不同加工体系系统开展食品加工过程全程 模拟和安全控制研究，提出动态调控方法，将形成一套完整的加工 过程食品危害物防控理论和方法；进一步针对不同危害物以及多种 危害物联合危害效应，