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陈建设:物性学研究从质构入手解密食品品质
时间:2019-01-16 14:59:48 来源:中国食品报

   本报讯 (本报记者 罗 晨) 在去年11月由浙江工商大学在杭州举办的“食品科学与营养大学联盟:青年科学家国际论坛”上,记者注意到,不同于传统的食品科学研究,多位演讲的国内外科学家将注意力集中在食品流变性能、胶体等物性学研究范畴,并在口腔咀嚼、消化道分解吸收等领域有了更加细微的研究成果。为何如此?记者于近日对论坛发起人之一——浙江工商大学食品与生物工程学院副院长陈建设教授进行了专访。


陈建设教授指导学生进行体外摸拟食品口腔摩擦实验

  食品软物质研究与胶体理论受重视

  陈建设介绍,一直以来,国内的食品科学多按照食品的商品属性来进行划分,也就是按照乳制品、肉制品、果蔬等不同商品类别来进行研究。这样的分类在食物短缺、需要高效的食品加工、生产与新品研发以满足饱腹需求的时代是适宜的,但随着研究深入,研究人员发现不同的食物虽然其种类不同、成分各异,其实存在许多科学共性,因而可以应用类似的理论或研究方法来指导它们的工业技术应用。于是,非常有必要将同一类的科学问题形成一个大的研究主题,形成从技术个例到科学共性的跳跃。应该说,与国际水平相比,我国食品学界在这方面还有一定欠缺。

  陈建设介绍,均匀混合的胶状分散体系被称为胶体,其分散质粒子的大小介于浊液与溶液之间。胶体和胶体行为在食品中非常重要和普遍,豆奶和牛奶是其中两种最典型的胶体食品。我国有历史悠久的以豆奶、豆浆、豆腐、豆腐干为代表的豆制品饮食文化,欧洲有以牛奶、酸奶、奶酪为代表的乳制品文化。我国食品学界一直致力于豆制品制作的工艺,只限于对生产工艺的琢磨和技术的传承,而缺少对豆制品胶体行为的科学本质的研究。例如对豆制品中脂肪、蛋白质、酶等微粒间相互作用及整体稳定性的研究。而对其的研究成果将可为肉制品、乳制品等同为胶体体系的食品提供新的研发思路。而以英国利兹大学教授Eric Dickinson 和荷兰瓦赫宁根大学已故教授Peter Walstra为代表的欧洲食品科学家们,最早在上世纪80年代提出了食品乳状液和食品胶体理论。经过30多年的演变,食品胶体科学已经成为食品科学中最为活跃的研究领域之一。食品胶体理论不仅研究胶体食品的流变性、稳定性,也对食品的饮食感官、消化和吸收等一系列现象作出机理阐释。

  陈建设认为,当下,我国食品科学学科的专业设置与学科分类,乃至自然科学基金学科分类,还是明显地以商品属性、商品种类为主线,以至于本科教育的学科设置也受这个思路的影响,更多强调技术和工艺过程等,这与多年来我国食品工业以促进生产、提高生产效率为主要指导思想的现实状况分不开,而这种模式也确实在过去很多年为我国食品工业的快速发展提供了种类与产量的支撑。然而,随着时代发展,消费市场已经不再满足于产量而更为关注质量、营养与健康,因而技术研究的局限性和理论研究的重要性就逐步体现出来。软物质(soft matter)是指处于固体和理想流体之间的物质,又称软凝聚态物质,近年来,其对外界微小作用的敏感和非线性响应、自组织行为、空间缩放对称性等的特殊性能正受到物理、化学、生物等学界关注。在食品科学理论研究中人们发现,包括肉制品、乳制品、豆制品、蛋制品等这些在过去研究中被划分在不同类别的软物质,看起来互不归属,没有关联。其实它们具有基本相同的胶体性质,同样的胶体理论可以解释不同的现象、解释不同的产品在不同的加工生产过程当中的物理化学变化。这样的理论研究不仅能让我国的基础理论研究水平与国际接轨,更能为未来食业的跨界、科学界的融合打下基础,有助于食品科学的理论成果应用于化妆品、药品等“跨界”领域、“纳百家之长”产生新的思路。

  陈建设认为,我国食品工业已从多年前的“如何吃饱”阶段、近年来的“种类与产量提升”阶段进入新的“营养与健康”时期,我国食品学科未来的发展应当从技术参数和工艺流程的研究逐渐转向食品结构、消化过程与营养吸收以及食品产品与人体相互作用研究,这既是学科发展的规律,也符合国家提出的大健康战略与满足消费者新的需求。

  物性学研究让不同学科更好融合

  陈建设提到,加强对食品结构与物性的研究,除了有助于提升理论水平,还能让食品加工与营养研究的衔接更加紧密,消除目前有关食品营养的许多误解。他说,虽然因行业或学科背景的不同,不同领域营养研究的手段和技术也会有些不同,但是随着越来越多的学科交叉与融合,食品科学与医学营养正在相互渗透,边界也变得越来越不清晰。在这个背景下,各种所谓的营养信息矛盾百出,既误导了消费者,更给食品营养研究带来负面的影响。存在这些问题除了媒体不负责任的断章取义外,主要的根源在于当前一些所谓的营养研究在立论和方法学上偏离了科学的逻辑。总结起来,大致可以概括为三个误区。陈建设解释,这里的三个误区分别指脱离了食品载体谈食品营养、离开了饮食情景谈营养效果、以关联指代因果。例如苹果与苹果汁,苹果汁是通过物理压榨的方法从苹果制得,从热量和营养成分含量的角度讲,除了纤维素外两者没有太大的区别。但是从营养效果的角度讲,两种食品因其物理形态和结构的不同,它们的食用方式不同,因而愉悦感是不一样的。另外因为载体的结构不同,营养成分的存在状态不同,使得食物的口腔饮食行为不同、在消化道中的滞留时间不同、释放和被吸收的效率也不同,所以两种看起来营养成分相同的食品,可能会有不同的感官愉悦效果和营养效果。类似的例子还有很多,例如鲜奶和酸奶、冷奶和煮沸过的牛奶,营养成分相同,而营养效果各异。这已为许多研究所证实。而如果忽视食品消费(或营养物获取)的情景效应,研究者所提出的研究假设和所得到的研究结果很可能会出现偏差而导致误解甚至错误的结论。

  陈建设认为,我国食品产业应当更向“精细化”发展,例如食品加工生产的环境污染最少化、环境代价最小化,这是可持续发展的需要。因为目前的食品加工业的用水量和能耗等环境代价还是很高的,是难能持续的。再如研发的食品品质,其结构、性质、效能,能够真正符合消费者需求;能达到最佳的营养效果,最合理的能量释放和最佳的感官愉悦,也就是健康又可口。要达到这样的效果,食品的物性研究和食品软物质研究十分重要和关键。近年来,《食品物性学》正在成为高校食品系的重点课程之一,该课程重点讲述食品和食品原料的物理性质和工程特性,如力学特性、流变学特性、质构、光学特性、介电特性和热特性等。这些特性与食品的流变性、黏弹性、凝聚性、附着性、质构和口感,某些组分的扩散性、松弛性和质量稳定性等都有关联。

  此外,陈建设还表示,目前,国内有食品科学学科的高校应当创造更多“走出去”和“引进来”的机会,让学生多接触国外科研成果,拓宽视野,开启思维。“从2018年11月举办的青年科学家论坛上可以看到,国外科学家和国内科学家的报告内容,无论从研究的内容、设计思路、科学问题的解决等都还是有差别的。”对此,浙江工商大学从2016年开始,联合英国利兹大学、新西兰梅西大学、荷兰瓦赫宁根大学共同举办“食品科学四校联盟”,每年引入国外优秀的食品科学家到浙江工商大学进行食品科研成果演讲,同时向国外同行展示相关研究课题,让在校学生参与交流,使他们充分受益。2018年,该联盟新吸引加拿大圭尔夫大学、日本京都大学与美国麻省大学加入,联盟也更名为“食品科学与营养大学联盟”。联盟成立三年来成功举办三次论坛,论坛的主题围绕食品软物质、食品材料与结构,食品口腔加工与感官,食品消化与营养,食品功能与功能食品等四个方面。陈建设表示,这样的主题设置与传统的食品科学会议有较大区别,主要是要打破食品类别界限,以学科的高度研究食品在原料、加工、包装、储藏、消费和消化过程中共性的科学问题。三次的联盟会议取得的效果和影响都非常好,2019年联盟还将计划举办学术活动。他期待未来能有更多的高校加入该联盟,共同分享交流食界新思想、新成果,为提升中国食业科研水平共同努力。