营养健康食品开发技术发展趋势探析
健康食品研发 2024年12月16日 08:50 北京
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一、营养健康食品功能因子开发技术
营养健康食品作为具有重大发展潜力的新兴领域之一,经过二十年的快速发展, 共性通用技术如高效食品粉碎技术、分离提取技术、干燥技术、杀菌技术等已得到广泛应用。新的科技成果不断涌现,如营养功能因子的稳态化保持及靶向递送技术、功能因子高效分离与高活性制备技术、特定功能因子的生物制备及低碳生产技术等方面取得了显著成效,不断加深人们对相关功能因子的认识,为营养健康食品的设计开发提供了必要的技术支撑。

营养健康食品功能因子的分类与功效

开发各种不同功能特性、能够促进人类健康的食品原辅材料新资源的功能因子是当今食品工业的热点,也是营养健康食品的灵魂,对于改善人们的整体营养健康状况有着重大意义。功能因子按照其化学结构分类,主要包括活性多糖、功能性低聚糖、功能性单双糖、功能性脂类、糖醇类、膳食纤维类、氨基酸、肽与蛋白质、维生素和维生素类似物、矿物元素、植物活性成分、益生菌、低能量食品成分等。
功能因子种类和结构不同,对健康的促进作用也不同、例如,天然产物来源的多糖具有较好的免疫调节、抗肿瘤、降血糖、抗氧化和肠道菌群调节等生理功能,食药用真菌多糖具有调节机体免疫的功能,白茶多糖、桑叶多糖、枸杞多糖在预防肥胖方面具有一定功效;黑灵芝水溶性膳食纤维具有显著的抗氧化作用;黄酮类化合物具有抗氧化、抗炎、保护心血管和抗癌等生物学作用;植物多肽具有提高免疫力、抗衰老作用;海洋生物中二十二碳六烯酸(docose hexaenoie acid, DHA)和二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid, EPA)等不饱和脂肪酸在促进生长发育、降低心脑血管疾病发病率、降低血脂与血压、免疫调节、抗炎等方面具有显著作用。含有这些功能因子且具有食用开发潜力的资源均可作为原辅材料新资源用于营养健康食品,尤其是利用我国动植物、食药同源、海洋生物、菌物资源、昆虫蛋白优势挖掘具有民族特色和地域特色的食物、食药同源资源、海洋和菌物资源的功能因子,开发具有特色和技术竞争力的营养健康产品,推进营养健康食品产业发展。

功能因子高效分离与制备技术

推广采用现代高效分离纯化技术,包括超微粉碎技术、萃取分离、物态转化分离、膜分离技术及联用技术;拓展食品生物制造技术,包括酶工程、基因工程及发酵工程技术;开展食品质构重组技术研究,包括超高压技术、食品挤压技术、超临界流体萃取技术和酶法改性技术;开发食品新型杀菌技术,包括高温瞬时杀菌技术、超高压杀菌、超声波杀菌、辐照杀菌、臭氧杀菌、酸性电解水杀菌技术、低温等离子体杀菌技术和高效热杀菌技术;应用新型食品干燥技术,包括高效物理场干燥技术、智能化精准干燥技术和高效组合干燥技术。通过高新技术的应用推广,提高功能因子的高效分离与制备技术。

功能因子稳态化保持及精准靶向递送技术

营养健康食品加工过程中特征组分结构变化、相互作用大多会形成多相态的复杂体系, 未来研究亟待从关键结构域的形成、保持、转化等角度,揭示典型营养功能因子加工过程中食品品质功能形成与保持、损耗与劣变机制,阐明新型加工技术对功能食品品质及功能的提升机制。建立稳态化靶向递送体系,有助于改善功能因子的稳定性并提高其生物利用度,实现体内的靶向作用位点控制释放,为精准营养提供营养干预途径和方法。具体研究内容包括:通过研究油溶、水溶、乳化及干燥等食品体系中功能因子的稳定性及其影响因素,建立功能因子活性稳态化和增效配方模型及其动态稳定监控技术;研究功能因子的多重组装包埋保护技术,通过制备多重乳状液和多重组装纳米粒形成脂溶性和水溶性功能因子的双包埋和分步释放;研究功能因子的微乳化包埋保护技术,制备纳米级的功能因子胶束,形成功能因子的保护和靶向递送。利用纳米技术和纳米材料靶向或控制活性成分的释放。采用小尺寸效应、pH响应特性和电荷变化来促进活性物质的吸收和黏附,保证其活性,并提高其生物利用度。
国内外研究中已将纳米凝胶、胶束、脂质体、纳米乳液、多重乳液等技术成功应用于多酚、维生素、β胡萝卜素等营养成分及益生菌等的体内递送,使功能因子的生物利用度大大提高。

特定功能因子的生物制备及低碳生产技术

以多糖为例,通过遗传学的手段提高微生物多糖产量,促进其产业化,可从以下几方面入手:一是从自然界中筛选适合发酵的原始菌株或者通过诱变育种的手段来获得优良的发酵菌种;二是加强对多糖生物合成过程的关键酶的研究,加强微生物代谢工程研究,强化表达关键酶的基因或者改变代谢流,从而对现有生产菌进行遗传改造;三是对菌种发酵工艺进一步优化,来提高多糖的产量和质量。加强真菌多糖结构分析、构效关系、药理活性和临床应用等方面的研究,使更多真菌多糖实现工业化生产。

二、营养健康食品功能评价技术
营养健康食品评价包括毒理学评价、卫生学评价以及功能学评价。营养健康食品的营养评价,应重点包括营养成分、非营养成分和抗营养物质等的组成,以及在储藏、加工、烹调过程中营养素的变化,采取措施最大限度保护营养素,提高其营养价值。功能评价体系是营养健康食品不断发展的关键点,为营养健康食品发展提供理论支撑。

中医药特色功能评价体系

我国大多数营养健康食品是以中药材为原辅材料,由于中药理论不同于西方,因此在其功能评价体系方面还没有国际认可标准。营养健康食品功能评价体系的完善必须考虑我国中医药特色,将实用性和前瞻性并重,加强对营养健康食品领域基础研究,从微观水平上掌握营养健康食品的具体功效成分及其作用机制,从根本上把握新产品开发的自主能力,这样才能保障我国营养健康食品走出国门,走向国际。

营养基因组学技术

人类功能基因组学、蛋白质组学、代谢组学和微生物组学等组学的发展使营养研究发生革命性变化。将功能基因组学应用于营养研究中为阐明营养成分在调节基因表达、蛋白质合成和代谢中的作用提供了新的方法和技术,从以前的由营养缺乏损害健康追溯某种营养成分的重要性转变为直接研究营养—基因组的相互作用。利用蛋白质组学检测食品组分对蛋白质表达的影响。发展营养代谢组学以监测饮食介入后人体的生化变化和遗传修饰食品对食品安全的影响。基于微生物组学深入了解人体肠道微生物与人体和食品密切相关的生理和代谢活动。了解疾病与基因和食品组分的关系,进而更有针对性地开发各种营养健康食品,更好地预防疾病,保护身体健康。

营养健康食品新功能评价

随着食品营养学的快速发展,越来越多食品成分(未在标示范围内,例如活性多糖、功能性脂类、活性多肽、植物化学物等)被证明与人体健康有密切关系。因此, 积极探索新功能评价方法和应用研究非常必要,包括新的结构功能因子、新的功能、新的作用机制以及老成分的新功能等。实现新功能的许可审批之前,首先要对新功能存在的必要性、评价方法的标准化和稳定性及其实际应用开展系列研究。在“以人为本, 健康优先”的思想指引下,明确营养健康食品产品开发的主要任务,以市场需求为牵引、价格为导向,高度重视体制和机制创新,开发真正健康安全、环境友好、资源节约、绿色低碳的营养健康食品产品。

营养健康食品通用性指标

参考药品检测指标的要求,完善营养健康食品通用性指标,增加相关基础指标,体现营养健康食品的功能因子或标志性成分与检测指标的对应性,对主要的功能性成分或者标志性成分进行筛选,建立包括指纹图谱、成分组成比例等内容的质量控制指标,同时鼓励企业在制定企业标准时强调人体食用验证和科学文献依据的评估标准。研究建立与药物评价方法不同的临床评价体系和社会评价体系,使其与功能食品的实际情况更加匹配,具有更严谨的科学性和更高的可操作性。

三、营养健康食品产品开发技术
我国地域辽阔、农产品供给充足、食源丰富,应充分发掘我国丰富的传统食品资源和食药同源资源,根据疾病谱、慢病谱和营养谱的变化,大力发展天然、安全、绿色的功能食品,开发适合不同人群的营养食品、营养强化食品、特殊膳食食品;结合传统中医药和养生保健理论,利用我国特有动植物资源和技术开发具有民族特色的营养健康食品和特殊医学用途膳食食品,不断满足和引导健康消费需求。

精准化和个性化营养设计

以“个体”健康状态为着眼点的“精准营养”将成为新的研究热点。未来功能食品产品开发将越来越具有针对性,针对不同人群、不同性别、不同年龄段开发功能食品是必然趋势,如针对孕妇、婴幼儿、老人、军队人员、运动员等的功能健康食品将越来越受到消费者的青睐。针对这些人群的营养需求,结合传统养生保健理论,从我国丰富的天然资源中筛选出特定营养和功能性食品素材,研究其在肠道内的代谢特点、作用剂量及其协同作用,设计开发功能食品,确定生产技术参数。同时针对健康新需求,开发新功能食品和特殊医学用途的配方食品,开发打造中国特色的特殊膳食产品,建立产业化示范生产线,促进食品产业结构的改善及产业布局的合理化,并在相关龙头企业进行产业化示范,推进培育优势品牌,提升产品的国际竞争力。

营养健康食品功能化与休闲化

营养健康食品原料供应、产品研发及销售相关企业应明确营养健康食品发展趋势,了解消费者喜好和市场走向,挖掘具有特殊功能成分的新资源,延伸营养健康食品研发领域,发展被消费者接受和认可的新资源、新功能、多类别的营养健康食品。如功能性蛋白、生物活性肽功能食品的研发,功能性膳食纤维、益生菌类食品开发研究,功能性油脂、功能性糖原的食品研发,新食品原料、药食同源类功能食品开发,运动营养健康食品、营养补充类功能食品开发,功能性乳制品、功能饮料、膳食补充剂、口服美容品和体重管理等不同种类的营养健康食品开发。

新一代营养健康食品研发

新一代营养功能食品的功效经动物和人体实验证实,功能因子的结构、作用机制清晰,含量明确,并且活性成分能够在食品中保持生理活性,更易受到消费者的认可。新一代营养健康食品的开发应着眼于有利于健康成长为目标的儿童市场,如适合儿童的强化维生素、矿物质等系列食品、能量强化食品和提高智力的产品等;提高生活质量为目标的成人市场, 如提供能量、保持体重、提高视力、增强免疫力的产品等; 以辅助药物为功效,减轻症状、降低患病风险的功能食品,如降低心血管病、癌症、糖尿病、骨质疏松患病风险,增进肠胃健康的产品等。

工艺创新与装备成套化

为适应营养健康产业工业化的生产需求,必须基于大工业化和现代化生产的特征和需求,采用新技术和技术集成的方法,改造和创新食品生产工艺,开发适应现代食品生产和包装的新工艺、新方法、新技术、新装备及生产线,提高装备的技术水平和生产效率,实现食品生产装备的成套化和智能化。
重点开发离心分离、膜分离、萃取分离等新技术配套的新设备,将功能因子最大限度从原辅料中分离出,应用于营养健康食品开发中。开展高速离心机关键技术的研究和关键零部件的设计与制造,开发高速碟片离心机和卧式离心沉降分离机,实现国产化替代进口。开展膜分离技术的研究,开发新型的膜分离过滤材料, 提高膜分离关键部件的技术水平,开发高效智能的膜分离装备及自动清洗系统。开发酶膜反应器及其配套设备,形成成套装备系统,加强推广应用。
研制功能因子制备的集成工艺配套装备。通过开展功能因子制备装备的优化设计及自动控制系统理论研究,包括功能食品装备关键材料的适用性、可靠性、安全性和加工过程自动控制系统理论等基础性研究,实现具有自主知识产权的智能化、数字化、规模化、自动化、连续化、工程化和成套化核心功能因子制备装备与集成技术开发,提升功能食品专用型关键装备集成与成套装备开发能力。

多学科融合

多学科交叉融合创新是未来食品科技的核心竞争,全球食品科技创新已从单一环节的创新转变为全产业链的链条式交叉融合创新。大数据、云计算、物联网、人工智能、区块链、基因编辑等多学科深度交叉融合,推动了未来食品科技形成以食品组学、食品感知学、食品合成生物学和食品纳米科学为代表的基础科学,产生细胞工厂、智慧厨房、智能制造和精准营养4大新兴业态。

四、总结与展望
在国家相关政策的大力支持下,我国的营养健康食品产业已处于转型升级发展新阶段,营养健康产业科技创新能力建设已踏上新征程。新原料开发、新功能开发、精准营养、临床营养等成为营养健康产业发展重点领域,基于食品功能因子靶向递送的精准营养研究是未来食品科技发展的重要方向;营养健康产品开发趋向精准化与个性化,绿色低碳加工成为必然趋势,可持续营养助力人类命运共同体可持续发展;食品科学、营养学、生物工程、药理学、毒理学、免疫学、代谢组学等多学科交融构建未来食品产业发展新生态;国产关键装备与智能化成套装备是营养健康产业高质量发展的保障。
在共性关键技术升级发展的同时,应重点突破功能(食疗)食品营养功能因子稳态化保持及靶向递送技术及新型高效营养功能因子提取、制备方法及工艺;利用现代生物学等实验手段,研究营养功能因子的量效关系及其安全用量, 阐明营养功能因子的代谢途径和作用机制,为营养功能因子的筛选、发现、评价及应用提供依据和借鉴。
加强食品营养因子分离制备技术的研究, 着重营养功能因子高效提取技术、高纯度制备技术、工业化连续分离技术和绿色低成本生产技术的开发; 加强关键技术、关键设备和优化分离工艺与技术集成的研究,特别注重结合生物、化工分离领域的一些新兴技术如酶工程、物理场强化提取技术等, 突破营养因子分离、制备和利用共性关键技术瓶颈,最终形成“食药同源”食品的高效、低能耗和环境友好型关键制造技术。
此外, 在功能因子和功能食品资源的开发和利用,特别是民族特色和地域特色的食物与中药材资源尚未充分挖掘与开发;功能声称的规范与标准化工作尚需进一步完善,功能因子与其剂量、安全性、稳定性、递送系统, 以及价格之间的关系待进一步探索。
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