食品综合加工的科技“魔法”

文|本刊记者 杨阳

馅料自动输送系统

民以食为天。改革开放特别是进入二十一世纪以来，我国的食品工业阔步向前，不仅食品科技自主创新能力和产业支撑能力显著提高，硬件设施、工艺流程、产品质控的整体水平也迅速提高，与发达国家食品工业的差距显著缩小。“十三五”期间，我国食品产业集群呈现良好发展态势，截至2020 年底，全国规模以上食品企业主营业务收入已突破15 万亿元，形成了一批具有较强国际竞争力的知名品牌、跨国公司和产业集群。食品产业已成为区域经济发展新的增长点，是推动实施乡村振兴战略、提高产业竞争力、实现跨越式发展的重要方式。

食品加工业的健康发展事关全民营养健康和国计民生,日益成为国家关注、百姓关心的民生产业。为了突破我国食品工业的瓶颈问题，2016 年国家重点研发计划“现代食品加工及粮食收储运技术与装备”重点专项（以下简称“食品专项”）启动实施。项目实施五年来，食品专项在食品综合加工多方面取得突破性成果。

高水分挤压的“植物肉”

植物基牛肉汉堡，虽然名称中有“牛肉”二字，并非传统意义上的肉类汉堡，而是由植物蛋白做成的“肉饼”。2019 年，植物基牛肉汉堡成功入选在《麻省理工学院技术评论》上发布的全球十大突破性技术。

植物基肉制品，是以花生蛋白、大豆蛋白、小麦蛋白、豌豆蛋白等植物蛋白为主要原料，采用挤压技术加工而成。

植物基肉制品产业发展对有效缓解因人口增加带来的动物肉短缺、改善居民营养健康等具有重要意义。2020 年全球植物基肉制品市场规模约139亿美元，消费市场需求强劲，未来5～20 年将占据肉类市场的10%～25%，并将成为碳达峰与碳中和的新先锋。

“植物基肉制品采用的挤压技术分为低水分挤压技术和高水分挤压技术两种，前者主要用于肉制品添加物，而后者则具有丰富的纤维结构和类似动物肉的质地。”食品专项“食品加工过程中组分结构变化及品质调控机制研究”项目首席科学家中国农业科学院农产品加工研究所王强研究员向记者介绍，“高水分挤压技术是国内外备受关注的制备新型植物基肉制品的前沿热点技术。但高水分挤压过程中蛋白质多尺度结构变化与纤维结构形成的分子调控机制尚不明确，加工制造装备发展严重滞后，导致相关产品的质构、风味与营养等品质仍无法实现有效精准调控，国内外尚无高水分挤压植物基肉制品产品上市，仍然停留在试验摸索阶段。”

为了开发适合我国消费者需求的新型植物基肉制品，王强带领项目团队联合多位国际知名专家，经过多年努力，攻克了植物基肉制品研发过程中涉及的原料、工艺、装备、产品以及机理机制等诸多方面的科学与技术难题，建立了高水分挤压技术国际合作平台。项目团队掌握了高水分挤压-酶法改性联用、在线调色调味、一体化成型等系列关键核心技术，创制出适合中国人消费习惯的植物基手撕肠、植物基牛肚、植物基鸡块（鸡柳）、植物基鸡丁、植物基鸡丝、植物基风干牛肉等新型植物基肉制品产品10 余个，攻克了高水分挤压法制备新型植物基肉制品的质地、风味难以精准调控及营养不均衡的难题，产品蛋白质含量高达30%以上（猪肉的3 倍），氨基酸比例均超过FAO/WHO 推荐值（理想蛋白质模式），脂肪含量低于传统动物肉制品且多为不饱和脂肪酸，具有零胆固醇、零激素、零反式脂肪酸、零抗生素，富含人体必需氨基酸等特点。

“我们从挤压能量输入的角度，明确了高水分挤压过程中不同挤压能量输入组合物理场带来的系统响应参数变化及对新型植物基肉制品的纤维结构品质调控作用，这在国际上还是首次。在这基础上，我们创新了高水分挤压关键工艺技术与核心装备。”王强介绍道。

项目团队进一步通过采用X-射线显微成像技术、纳米红外技术等蛋白多尺度结构解析先进手段，全面揭示了高水分挤压促使植物蛋白形成网络状纤维结构的分子构象变化过程，阐明了基于TG酶诱导和多糖改性途径的植物蛋白纤维结构改善过程的分子机制。

“我们通过研究发现，蛋白质凝胶堆积和层状交联是量变到质变的临界点，从而形成类似动物肉的纤维结构取向。我们率先提出高水分挤压过程中蛋白纤维结构形成的‘分层叠变’这一理论。”王强说道。

通过分层增广主成分分析法，项目团队构建了基于三种建模途径的高水分挤压过程系统分析方法，将错综复杂的挤压过程进行了数字化关联，创建了国内外首个涵盖数据库系统、动态仿真系统和虚拟现实系统的新型植物基肉制品“制备过程-蛋白结构变化-品质精准调控”可视化平台，为实现精准调控和智能制造奠定了基础。

在国家农业综合示范区潍坊食品科学与加工技术研究院，项目团队成立了植物蛋白挤压与精准营养配餐创新中心，探究高水分挤压新型植物基肉制品产业化示范。通过产业化示范，新型植物蛋白肉高效绿色制备技术与传统低水分挤压工艺相比更绿色高效，生产效率提高50%以上，能耗降低66.7%以上，营养损失减少20%左右。

据王强介绍，相关技术成果已经在良品铺子股份有限公司、丰益（上海）生物技术研发中心有限公司、湖南富马科食品工程技术有限公司等企业转化应用。相关技术成果将有力指导植物蛋白高效利用，填补我国在植物基肉制品高效制造领域的技术空白，对延长植物蛋白加工产业链，带动区域经济发展，提高全民健康生活水平具有深远意义。

工业化标准化的臭鳜鱼

臭鳜鱼，是我国徽州地区的传统自然发酵食品，具有悠久的历史、丰富的营养价值、独特的风味，在《中国徽菜标准》中排在第一位。臭鳜鱼具有独特的发酵风味，闻起来“臭”，吃起来“香”，且肉质成独特的蒜瓣状。

自古以来，鳜一直是我国特有的淡水名贵鱼类，因其肉质鲜美、无肌间刺等特点，深受国内外消费者青睐，通过“桃花流水鳜鱼肥”诗句便可见一斑。

那臭鳜鱼是如何而来呢？相传是古时鱼贩为防止鲜鱼变质，采用一层鱼洒一层淡盐水的办法装桶，并经常上下翻动。如此保存七八天抵达徽州各地时，鳜鱼的鱼鳃仍是红色，鳞不脱、质未变，只是表皮散发出一种似臭非臭的特殊气味，但洗净后经热油稍煎、细火烹调后，非但无臭味，反而鲜香无比，“臭鳜鱼”便成为脍炙人口的佳肴。

臭鳜鱼作为我国传统发酵食品，相关生产企业的加工方式大部分依然停留在传统自然发酵，未向规模化、集约化生产转变，特别是缺乏相应的地方标准、行业标准和国家标准对臭鳜鱼产业进行约束，导致市面上流通的臭鳜鱼产品品质不稳定，良莠不齐，制约了臭鳜鱼产业的快速发展。食品专项“中华传统食品工业化加工关键技术研究与装备开发”项目通过挖掘鳜鱼传统发酵工艺，科学量化特征气味、滋味和口感，在明确优势菌作用规律的基础上，重点开展专用发酵装置创制和工业化工艺流程优化，以及发酵产品的标准化，开发出安全、营养、保真的风味发酵鱼，实现了臭鳜鱼加工工艺技术和产品的标准化。

臭鳜鱼产品

“我们主要是实现了‘两个标准化’，一是发酵工艺标准化，二是产品品质标准化。”项目团队成员、大连工业大学教授级高级工程师李冬梅向记者介绍。

成果集成原料鱼冻存、机械化饬杀、固液分离、厌氧发酵、杂菌抑制、新型包装、熟化加工和危害物控制关键环节设备与技术，使工业用盐量降低67%以上，发酵时间缩短29%，次品率低于0.5%。

针对臭鳜鱼这个发酵鱼产品，项目团队做到特征感官指标、理化指标和安全指标的量化。产品感官品质与传统产品相似度超过80%，质构品质(弹性、咀嚼性和黏着性)显著提升(P<0.05)，生物胺降低49.00%-83.54%至安全水平。

“这一成果的核心是在优势发酵剂。我们分离出优势菌，并制备出臭鳜鱼的专用发酵剂，在应用后，使产品品质和安全性得到显著提升。同时，我们解决宰杀和发酵环节的装备应用问题，提升了装备应用率和产能，降低了成本，促使效益提升。”李冬梅介绍道。

目前，我国鳜鱼人工养殖关键技术逐步成熟，从孵化培育到成鱼养殖，鳜鱼养殖业已具有一定的生产规模和较稳定的产量。《中国渔业统计年鉴2020》的统计数据显示，2019 年我国鳜鱼总产量为337082 吨。每斤鳜鱼的市场售价超过30 元，鳜鱼产业产值超过200 亿元。而臭鳜鱼这一我国传统发酵鱼产品及其产业，加工产值也是可观的。项目团队通过科企合作以及政府资金引导，共同攻关行业技术难题，有效促进成果转化落地。

项目团队加快核心技术和专用发酵剂的应用示范，推动新技术在产业中转化。安徽黄山地区是发酵鳜鱼加工的聚集区，项目团队已经在安徽3 家臭鳜鱼加工企业进行应用示范，辐射带动40 多家加工企业，促进黄山地区臭鳜鱼加工业产值达到了30 亿元，产生了显著的经济效益和社会效益。

食之有“味”的速冻米面制品

随着我国经济的快速发展，人们生活节奏的加快，人们的饮食习惯逐渐向简便、省时靠拢，速冻米面食品因此成为消费者青睐的食品。

速冻米面制品，是指以小麦粉、大米、杂粮等谷物为主要原料，或同时配以肉、禽、蛋、水产品、蔬菜、果料、糖、油、调味品等单一或多种配料为馅料，加工成型（或熟制），经速冻工艺加工制备的食品。

针对我国速冻面米制品质量稳定性差、加工装备与工艺技术落后，速冻产品品种少等行业共性问题，食品专项“预制调理食品制造关键技术与新产品研究及新型速冻技术装备开发”项目团队从产品劣变机理、速冻装备创制、加工工艺提升及新产品开发等方面攻关，建立了速冻面米制品品质提升及绿色节能降耗技术。

项目团队成员、江南大学副教授吴凤凤向记者介绍，速冻面米制品品质提升及绿色节能降耗技术“是有理论、有设备、有技术、有产品。”

针对速冻食品品质劣变本质不明，速冻食品组分特性变化导致产品工艺不稳定，技术参数难以控制等问题，项目团队开展速冻米面制品冻藏过程品质劣变机理的研究，揭示了速冻食品主要成分（蛋白、淀粉、水分等）变化引起冷冻面团品质劣变作用的机理和速冻发酵面制品中酵母引起冷冻面团品质劣变作用的机理，建立速冻食品组分与储藏及食用品质的关系，为寻找延缓品质劣变的解决方法，有效稳定和提升产品品质提供较为系统的理论。

“我们发现，谷蛋白大分子聚合体解聚是冷冻面制品中面筋蛋白和谷蛋白弹性下降的主要原因。”吴凤凤说道。“基于理论，我们开发了液氮沉浸和用混合工质节流制冷等速冻新技术，使产品内冰晶更小，分布均匀，实现了含馅面米破损率降低30%，有效提高了速冻面米制品的品质。”

自动真空和面设备

全自动下卸料连续自动脱水机

针对我国速冻食品由于加工装备性能低导致产品品质差、加工成本高及存在交叉污染等技术难题，项目团队创新了核心部件与结构，研制了高性能的速冻装备，提高了我国速食食品装备的稳定性与卫生安全，延长了连续工作时间、降低了故障率与加工能耗，为高效生产高品质速冻面米食品提供硬件保证。

“我们将间段式变片距技术、实时融霜技术、与风机结构和速冻装备自控系统优化相结合，显著提高了蒸发器和风机的能效，使单位产量速冻面米制品的生产能耗降低了12%-17%。”吴凤凤说道。

项目团队针对我国自堆螺旋速冻设备技术研究与国外先进技术存在差距，工业冷冻装备存在高能耗、速度慢和卫生条件差等突出问题，研究了输送带自堆积传动、网带运行监测、自控系统及远程诊断系统、蒸发器实时融霜系统、CIP 自动清洗系统，突破了高效风道结构优化设计和实时除霜技术、输送带自堆积传动技术、CIP 程序化原位清洗技术，开发了新型高效节能自堆螺旋速冻设备：通过高效风道结构优化设计和实时除霜技术，实现改善气流组织状态优化从而提升送风与热交换效率；采用输送带自堆积传动机理简化设备内部钢结构和引入CIP 程序化原位清洗系统，减少卫生死角实现设备的自洁功能，达到冷冻食品加工过程中节能、高效、高品质的目标。

高效节能自堆螺旋速冻设备适应高效冷冻（速冻）食品旺盛的市场需求以及现代食品安全、卫生、绿色化要求，能保证农产品品质的优良性和产品的安全性，有助于促进农产品主产区形成加工产业集群，推动农产品初加工、农产品精深加工相关产业发展。

基于劣变机理研究与设备性能改善，项目团队创新延缓速冻面米食品品质的新工艺和新技术，提升了行业的自动化水平，提高了产品的品质，创制了生制、熟制、油炸等系列速冻米面食品，丰富了速冻食品的品种，并且有效的降低了生产成本，保障了食品安全，促进我国速冻米面食品产业的技术进步和快速发展。

“我们通过自动真空和面、连续蔬菜预处理系统、馅料连续输送系统及连续醒发装备的开发及应用，实现了速冻饺子、包子等包馅产品的连续化、自动化生产，极大的提高了生产效率。”吴凤凤说道。

项目团队研发的品质提升技术及自动化生产线已在郑州思念有限公司内进行了转化，产品品质得到显著提升。项目团队开发的多个速冻面点与速冻休闲系列新产品已成功上市，累计产生经济收益达1.59 亿元。