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[转载]粮食加工学科发展研究(1):研究内容及取得的成果

已有 1217 次阅读 2022-3-11 09:53 |个人分类:科研报告|系统分类:科研笔记|文章来源:转载

1、粮食加工学科基本概况


粮食加工学科是我国农产品加工学科中建立最早的学科之一,目前总体技术水平已达国际先进水平。中华人民共和国成立后,为适应我国粮食生产快速发展和对粮食加工科技人才急切需求的形势,1954年原粮食部会同教育部决定在南京工学院(现东南大学)食品工业系创建了我国第一个粮食加工本科专业。我国粮食加工学科创建65年来得到了快速发展,目前,我国约有146所高校设置与粮食加工相关的食品科学技术与工程专业学士学位,约38所高等学校具有硕士学位授予权,15所高等学校具有博士学位授予权。

随着我国经济建设的快速发展,社会主义建设进入新时代,粮食产量取得12年连续增产,2018年我国粮食总产量达到6.58亿t,连续四年保持在6.5亿t以上。我国人民对口粮的要求已由“吃得饱”向“吃得好”转变,人们对美好生活的向往与供给侧的结构性矛盾日益突出,因此粮食加工已由以前的粗加工向营养、健康、美味的精准加工转变。当前我国粮食加工业以大宗粮食和杂粮、薯豆类及其加工副产品为基本原料,应用粮食加工科学与技术原理和营养学原理,生产各种米、面主食及主餐食品、方便食品、焙烤食品、营养健康食品和婴儿食品及相关的粮食加工装备,旨在有效利用粮食资源,提高饮食的营养效价,改善膳食结构,提高居民的健康水平和身体素质。粮食加工学科为适应粮食加工业的新需求,在以往稻谷、小麦、玉米加工学科的基础上相继延伸了玉米深加工、米制品加工、发酵面制品加工、面条加工、杂粮全谷物食品加工、粮油营养等,目前已形成8个分支学科。

稻谷加工学科是研究稻谷加工理论与技术的学科。稻谷是世界上最重要的谷物之一,其产量居各类谷物之首。稻谷在我国是种植面积最大、单产最高、稳定性最好、总产最多的粮食作物,在我国具有举足轻重的地位。我国稻米产量占世界总产量的31%,居世界首位,近五年我国稻谷的产量稳定在2亿t左右,占我国粮食总产量的30%以上,其中约85%的稻米作为主食食品供人们消费,全国有近2/3的人口以稻米为主食。近三年来稻谷加工学科在稻谷脱壳的砻谷机、糙米去皮的碾米机方面取得新的技术突破,“十三五”国家重点研发项目“大宗米制品适度加工关键技术装备”的研究取得重大进展。

米制品学科是研究以稻米为主要原料,经过加工制得的方便米线、方便米饭、米粥、米发糕、粽子、汤圆、糍粑、年糕等米制食品的一门科学技术。米制品加工学科是大米加工学科的延伸,是以研究米制品加工利用理论与技术为主的综合性应用学科。

小麦加工学科是研究小麦加工成各种食品的科学理论和生产技术。小麦是世界上最重要的粮食之一,小麦适应性强、分布广、用途多,其分布、栽培面积及总贸易额均居粮食作物第一位。全世界35%的人口以小麦为主要粮食。小麦产业几乎是所有发达国家农业的支柱,小麦食品也是这些国家餐桌主食的核心。小麦提供了人类消费蛋白质总量的20.3%,热量的18.6%,食物总量的11.1%,超过其他任何作物。无论从营养价值还是加工性能看,小麦都是世界公认的最具有加工优势的谷类作物。由于具有独特的面筋蛋白和丰富的营养成分,使其在人类的饮食文化中发挥着其他粮食不可代替的作用。小麦也是粮食中最重要的贸易商品,它在世界粮食总贸易量中的比重为46%左右。我国小麦平均年总产量为1亿多吨,约占世界总产量的18.5%,居于世界首位。

发酵面食学科是由小麦加工学科延伸分支学科,主要研究以面粉为主要原料、以酵母菌为主要发酵剂生产蒸煮类的面制食品,如馒头、包子和花卷等产品的理论和技术,有别于西方发酵的面包等烘焙食品学科。发酵面食在我国有很大的市场,目前发酵面食的面粉用量已占到面粉总量的40%左右,最近几年我国发酵面食工业化生产水平越来越高,相应的冷链物流配送体系、食品安全检控体系建设更加完善。

面条加工学科是小麦加工学科所延伸的分支学科,该学科与发酵面食学科的基本差别在于各种面条都无须用酵母菌等发酵剂。我国面条加工是支撑国民主食消费市场的主要产业。挂面是中国传统干面的主食产品,2018年中国挂面年产量约为800万t。随着我国连锁快餐店和面馆的快速发展和我国食品“冷链”物流网络的形成,家用电冰箱、电磁炉、微波炉等设备的普及,为适应新的市场需求,近年来我国生鲜面和半干面发展迅速,相应的科学技术理论也应运而生,特别是在国家“十三五”“大宗面制品适度加工关键技术装备”重大科技专项的研究已取得重大进展。

玉米深加工学科主要是研究玉米转化为食用和非食用的高附加值产品的科学理论和生产技术的一门学科。玉米是世界三大粮食作物之一,2017年世界玉米总产量达10.39亿t,其中美国为3.86亿t,中国2.15亿t。玉米是加工程度最高的粮食作物,发展玉米加工业是21世纪人类的一个重要战略。

杂粮(含全谷物食品)学科是重点研究各种小品种杂粮理论与生产技术的一门新兴学科。我国杂粮分三类:一是杂粮类,如荞麦、糜子、高粱、燕麦、谷子、大麦、黑麦、青稞等;二是食用豆类,如蚕豆、芸豆、绿豆、红小豆、扁豆、鹰嘴豆、豌豆等;三是薯类,主要指红薯、马铃薯等。

杂粮在我国已有7000多年的栽培历史,主要分布于生态条件相对较差的高寒、干旱半干旱的高原地区。我国杂粮不仅品种资源丰富,具有相对低廉的成本优势和独特的保健功能,而且是旱地农业理想的作物。杂粮产量约占粮食总产量的10%,播种面积约占16%。发展杂粮产业,对于保护耕地、减少水土流失、培肥地力、建设生态农业、促进农业可持续发展、生产健康食品具有重要意义。

粮油营养学科主要是研究粮油及其制品的营养因子与人体健康的关系及其对人体健康的调节机理和相应的调控技术。本学科近几年来不断优化粮油产品适度加工技术,对粮油食品在加工过程中营养组分的动态变化规律进行系统性研究,为最大限度地保留食品的营养价值、不断优化和推广适度加工技术提供了坚实的科学依据;从营养学的角度指导粮油食品的加工、销售环节,最大限度地保留粮油加工产品中的有效成分不被破坏或流失,提高其营养价值;引导公众树立健康消费观念,促进均衡膳食习惯的形成和巩固;建议合理膳食结构,降低相关慢性代谢性疾病的发病风险,促进全民健康等。


2、主要研究内容及取得的成果

2.1 稻谷加工的研究内容及取得的成果

我国研发的回砻谷净化技术,是国际上首次引用色选机对回砻谷进行净化,可以将回砻谷含糙米降低到非常低的程度,从而降低爆腰率3%~5%,降低糙碎率1%~2%;发明的留胚米和多等级大米的联产加工的方法,是国际上首次引用色选机分离含胚米粒和不含胚米粒、分离不同加工精度的米粒,一条生产线可以同时生产留胚米以及不同加工精度的几种产品;发明全自动砻谷机,使其具有占地面积小、自动调换快慢辊的优点,保证砻谷效果和效率;生产的第三代碾米机-低能耗低破碎自动米机与普通米机相比,可降低碾米工段增碎、单位电耗和米粒温升各50%以上,经评价总体居国际领先水平;我国生产的色选机不仅可以依据颜色的不同分离异色粒、垩白粒,还可依据形状不同分离其中碎米、小碎米,依据米粒表面残留米胚和糠层的面积分离不同精度的米粒。

稻米检测方面,机器视觉技术和近红外光谱技术的快速检测准确率得到提高[1-3]。在稻米加工设备控制方面,开发出一套能保证设备在最佳工况下工作的工艺控制系统[4]。在云制造方面,“云智能稻谷加工平台”在实现稻谷加工的资源共享、远程监控等功能上取得一定突破[5]。在碾米机方面,研究出超大型立式砂辊碾米机且单双电机动力配备有突破,可提高糙米处理量和降低能耗[6]。稻谷副产物综合利用创新技术和早籼稻产后精深加工关键技术应用取得突破[7]。在砻谷机方面,对自动化控制技术得到突破[8,9],新型全自动变频高效砻谷机,自动调换快慢辊,且变频调速,以适应辊径的变化,保持设定的线速差和线速和等技术参数,保证砻谷效果和效率。富硒留胚米加工技术及碾米机优化取得重大进展[10]。在稻谷粉碎方面,超微粉碎技术及应用有所突破[11-12]。在稻米制品加工基础理论和关键生产技术研究更加完善。

稻谷加工学科积极承担国家“十三五”重点研发计划项目“大宗米制品适度加工关键技术装备研发及示范”、农业和粮油行业公益专项以及国家自然科学基金项目。重点研究:大米适度加工关键技术、品质评价体系研发与示范;营养大米、专用米等加工关键技术设备研发与示范;全谷物糙米制品营养保全及品质改良关键技术装备研发与示范;糙米米粉(线)加工与保鲜连续化关键技术装备研发与示范;稻米加工副产物的食品化利用新技术与新模式。

2.2小麦加工的研究内容及取得的成果

在小麦及面粉加工方面,热处理对小麦和小麦粉中的害虫的杀灭效果的影响研究、水分调节对小麦及面粉品质的影响机理方面取得突破[13],也开发出相应的设备。在小麦制粉检测方面,基于快速分析的在线检测、自动化检测及其与关键设备、工艺控制系统的融合取得了重大进展[14]。开发了新型振动筛和新型振动打麸机等,生产效率得到提高。基于面粉品质的磨粉机磨辊动力学、热力学研究取得了一定的基础理论研究成果。开发的小麦色选机智能化程度高、产量大(10~24t/h),能彻底解决小麦中多种异色粒及霉变粒的剔除难题。尤其是基于国家重点课题,在小麦加工领域取得很多成果和进展,如通过对农业部行业公益项目“传统粮食加工制品加工关键技术及装备研发”,开发了适合我国传统面制品的小麦粉加工技术及装备,可以实现我国传统面制食品(面条、馒头)用面粉的标准化生产。目前正在进行的国家重点研发计划“大宗面制品加工关键技术与装备”主要基于提升面制品营养需求的小麦加工技术进行研究,目的是开发全麦粉加工技术、适度面粉加工技术。通过项目研究开发的关键技术、装备、标准等,有力地推动小麦加工学科的进步。

2.3 玉米深加工的研究内容及取得的成果

随着肉类和乳制品消费的不断扩张,中国对包括玉米在内的谷物类产品需求激增。为了进一步开发新型玉米深加工技术、提高玉米生产地区的经济水平,国家正在大力扶植发展玉米深加工行业,涉及玉米淀粉、玉米油、玉米蛋白、变性淀粉、淀粉糖和糖醇、乙醇、有机酸、聚乳酸、糖醇等玉米制品行业以及酶工程、发酵工业、饲料工业等相关衍生行业,对于提升玉米深加工行业技术水平、促进玉米深加工行业结构优化和区域经济的发展、打通从玉米粮食生产到食用化、高值化、功能化应用的经济链条有着重要的推动作用。

“十三五”以来,玉米深加工学科在产品开发、技术创新、装备制造和人才培养等方面取得了诸多成就,对于推动玉米深加工产业的健康有序发展起到了至关重要的作用,玉米深加工涉及的主要产业都获得了不同程度的发展。在完全自主的大型化、自动化加工装备领域,其发展水平已可与发达国家的先进水平持平,且开始向国外出口成套技术及装备,淀粉糖的国产装备自给率已达90%以上。在国家重点研发项目及重大科技转型研究家重点研发计划和“方便即食食品制造关键技术开发研究及新产品创制”经费的支持下,我国玉米深加工领域承担了“现代食品加工及粮食收储运技术与装备”国家重点专项,突破了全普养组配与协同增效、组合式挤压耦合匀化脱水、挤压微体化-协同风味修饰和超高压限制性酶等关键技术:开发了全营养即食面、冲调方便粥和全营养玉米饼等即食健康新产品。

2.4 杂粮加工的研究内容及取得的成果

本学科在2015-2019年间完成了国家“十二五”科技支撑计划项目“粗粮及杂豆食用品质改良和深度加工关键技术研究与集成示范”“现代杂粮食品加工关键技术研究与示范”和“甘薯主食工业化关键技术研究与产业化示范”的结题工作。

项目通过对杂粮、杂豆食用品质改良及深度加工关键技术研究,有效改变杂粮及杂豆“有营养、不方便”的局面,转变杂粮、杂豆产业经济增长方式,培育新的经济增长点。拉动杂粮及杂豆全产业链发展,带动西部发展,促进居民食物结构调整,增进国民营养与健康。解决了以高淀粉甘薯和紫薯甘薯为原料工业化生产新型绿色加工食品的关键技术问题,为加速我国甘薯食品加工业的产业发展提供了科技支撑。

本学科承担“十三五”国家重点研发计划项目“传统杂粮加工关键新技术装备研究及示范”和“薯类主食化加工关键新技术装备研发及示范”、国家自然科学基金项目及省部级科研项目多项。目前杂粮和薯类生产技术、加工工艺、加工装备等领域的研究均已取得良好进展,为杂粮加工学科的发展起到推动作用。

2.5 米制品加工的研究内容及取得的成果

米制品学科在烘焙、挤压膨化、功能性、发酵、蒸煮微波等类型米制品的基础理论、新技术与新产品、工程技术与产业化、全链条质量安全保障等领域取得了重大进展。

近两年来,从大米蛋白水解产物中分离鉴定出的生物活性肽包括抗氧化肽、抑菌肽、降血压肽、免疫调节活性肽、金属螯合肽、降血脂肽、多功能阳离子肽等。大米多酚类物质提取技术及其功能性研究日益增加。发酵米制品营养品质研究不断深入,发酵米制品现代加工技术持续进步。鲜湿米粉是工业化生产的代表性发酵米制品,“十三五”期间鲜湿米粉等发酵米制品产品的质量标准和生产技术体系不断优化,产品的标准化、规模化生产不断加强。鲜湿米粉、米发糕、红曲米、醪糟、米酒、米醋等传统发酵米制品已经受到研究者和工业界的普遍关注,发酵工艺的可控性持续优化。

米制品稳态化挤压、干燥等技术有所突破,方便米饭烹制技术、无菌化处理技术和常温保鲜等方面提升明显。方便米饭的快速干燥、加压微波或高能电子束等杀菌技术的研究,有力推动我国蒸煮米制品的发展。

2.6 面条制品的研究内容及取得的成果

随着国内居民的饮食结构变化,面条加工逐渐向注重产品低热量、均衡营养、方便多样化、安全化的方向发展,新型杂粮、全谷物营养面条、方便面条的新产品成为产品开发的热点,湖南裕湘、今麦郎、益海嘉里、克明面业等先后开发出第二代方便面和高添加杂粮挂面,取得了加工技术和产品创新方面的突破,并取得了良好的市场反响。在技术研发方面,面向产品精准制造的相关技术装备成为热点,先后开发出多种技术装备,并逐渐应用于市场当中。

在科学研究方面,承担国家重点研发计划3项,包括大宗面制品适度加工关键技术装备、传统杂粮加工关键新技术装备、方便即食食品制造关键技术开发研究及新产品创制。

2.7 发酵面制品的研究内容及取得的成果

随着人们物质生活水平的提高,人们不仅仅满足于发酵面食品的主食功能,更希望其能带来营养功能和保健功能,因此近年来关于营养健康发酵面食方面的研究日益增加。发酵面食品品质改良剂(食品添加剂)的研究向绿色安全方向发展,严格控制食品添加剂中化学制剂含量,推进天然绿色食品添加剂的研发成为主流趋势。各类以发酵面食为主食的新兴中餐连锁企业遍地开花,并积极走出国门。

发酵面食品品质评价标准体系逐步建立。关于馒头和面包制作过程及感官评价方法的国家标准《GB/T 3599-2018粮油检验 小麦粉馒头加工品质评价》和《GB/T 35869-2018粮油检验 小麦粉面包烘焙品质评价 快速烘焙法》都已经发布并实施。上述标准方法的研究和建立,解决了馒头和面包用小麦品质评价的关键技术,为我国小麦育种、生产、收储及加工等提供了科学、合理的标准,为加强我国粮食生产,确保粮食安全,促进传统蒸煮和烘焙面制品产业化发展,提供了技术支持。

2.8 粮油营养的研究内容及取得的成果

目前粮油产品的营养工作主要是控制加工过程对粮油食品中营养物质的影响,实现成品粮油中的营养成分保留,做到“注重纯度,控制精度”[15]:推广强化粮油产品及其制品,达到帮助人们补充一些微量营养素的目的;提倡按科学配比组织生产米、面、油产品合理配比粮油加工的部分产品,有利于满足人们营养所需和饮食健康。


3、本学科发展取得的成就

3.1 科学研究成果

3.1.1 获奖及专利成果

近五年,本学科在获奖项目、申请专利、发表论文、制定修订标准、开发新产品等方面成果显著。加速了粮食加工学科的发展,有力推动了粮食加工产业的技术进步。

(1)获奖项目:稻谷加工学科获得中国粮油学会一等奖1项,省一等奖2项;杂粮加工学科荣获国家科技进步奖二等奖1项,中国粮油学会一等奖2项,省一等奖5项;玉米深加工学科获省部级科技奖励6项;米制品学科获得中国粮油学会一等奖2项,湖南省科技奖励一等奖1项;粮油营养学科获得国家科技发明奖二等奖2项,中国粮油学会科学技术奖27项(其中特等奖1项,一等奖6项)。

(2)申请专利:稻谷加工学科申请及授权专利366项;小麦加工学科共申请专利4217项;玉米深加工学科共申请专利3374项,专利申请总量远超美国;杂粮加工学科申请国家发明专利20余项,其中10余项已获授权;米制品学科申请专利50余项;面条制品学科共申请专利2281项,其中发明专利1587项;发酵面食学科申请中国发明专利1780余项;粮油营养学科共申请发明专利644项,获得授权543项。

(3)发表论文:小麦加工学科共发表中文论文947篇,SCI论文928篇;玉米深加工学科发表的SCI论文总数达3781篇;杂粮加工学科发表文章100余篇;米制品加工学科出版相关著作、教材、手册和学术论文100余篇(部);发酵面食方向发表中英文学术论文700余篇;粮油营养学科在国内外期刊发表学术论文400余篇,其中被SCI/EI收录论文100余篇,出版著作5部。

(4)制定修订标准:小麦加工学科制(修)订标准22项,其中国家标准7项,行业标准15项;杂粮加工学科制(修)订标准18项;发酵面食方面学科进行了发酵面制品具有中国特色饮食文化的客观评价,共发布并实施2项关于馒头和面包制作过程及感官评价方法的国家标准,3项仪器法测定小麦粉面团流变学特性的国家标准,3项在研行业标准;粮油营养学科制(修)订粮油食品国家标准和行业标准64项。

(5)开发新产品等方面成果:稻谷加工学科开发生产的加工机械装备新产品主要有自动砻谷机、自动碾米机、云色选机、全自动包装机等,开发生产的产品主要有富硒留胚米、冲调米胚、冲调米糠粉等;小麦加工学科围绕小麦专用粉、面粉预混粉、面粉深加工产品以及副产物综合利用等研制了一系列新型产品,如拉面专用粉、烩面专用粉、常温熟面专用粉、冷冻熟面专用粉、乌冬面粉、老面发酵馒头专用粉、食用小麦麸皮、速溶胚芽粉等新型产品;玉米深加工学科开发了玉米专用粉及玉米主食产品,创制全玉米重组米、玉米降压肽、高分支慢消化糊精等;杂粮加工学科开发新产品包含针对目标人群的杂粮挂面、杂粮馒头等主食品,方便化主食品,杂粮精制米和杂粮专用粉等;米制品加工学科开发了米发糕、益生菌米乳、米面包等系列发酵米制品,速冻米粉、速冻米饭等速冻米制品,糙米卷等挤压膨化米制品,米片、米线、固体饮料等营养米制品,及稻米分离提取物或富集浓缩物等新产品10余种;面条制品学科相关企业开发出第二代方便面和高添加杂粮挂面,其中,第二代方便面极大提升了非油炸面饼复水效果和食用品质,燕麦、荞麦等高添加杂粮面条及全麦粉面条产品的开发取得了良好的市场反响;发酵面食学科涌现出众多添加药食两用成分的功能性发酵面制品:如养胃、抗疲劳、助消化等配方馒头制品,在加强馒头的营养成分的同时,通过丰富的多糖、脂类及其他成分的加入,使产品具有清香回甘的特点,此外,中西结合式发酵面食也在创新中不断涌现,如中式夹心汉堡、水果馅包子、新型烤馒头等;粮油营养学科开发了全麦挂面、苦荞挂面、糙米米粉米线、速食糙米粥等营养和口感俱佳的优质产品。

3.1.2 实施重大科技专项

粮食加工科学技术学科在“十三五”期间承担的国家级科技计划项目主要包括:大宗米制品适度加工关键技术装备研发及示范、大宗面制品适度加工关键技术装备研发与示范、传统粮食制品加工关键技术与装备、传统杂粮加工关键新技术装备、方便即食食品制造关键技术开发研究及新产品创制、特殊保障食品制造关键技术研究及新产品创制、中华传统食品工业化加工关键技术研究与装备开发、粮食收储保质降耗关键技术研究与装备开发、现代食品加工及粮食收储运技术与装备、大宗粮食分类收储及超标粮食分仓储存技术标准研究、薯类主食化加工关键新技术装备研发、传统杂粮加工关键新技术新装备研究及示范、全谷物糙米粉食制品加工共性关键技术研究与示范、全谷物加工共性关键技术研究与重大产品创制、淀粉豆类方便即食食品制造关键技术研究新产品创制、粗粮及杂豆食用品质改良及深度加工关键技术研究与示范、碾米制粉制油节能减损技术指标研究与制定、基于挤压重组技术的方便杂粮主食品加工关键技术装备研制及示范、农产品加工与食品制造关键技术研究与示范、中式自动化中央厨房成套装备研发与示范、食品安全大数据关键技术研究、中地区大学农业科技服务技术集成与示范、稻谷玉米淀粉代谢及黄变机制、食品风味特征与品质形成机理及加工适用性研究等。

3.1.3 科研基地与平台建设

在国家发展和改革委员会、科技部和有关省政府的关心支持下,粮食加工科研基地与平台建设取得重大进展。

2017年12月,经科技部批准,食品营养与安全国家重点实验室以天津科技大学“食品科学”“发酵工程”等传统特色专业为依托,成立省部共建食品营养与安全国家重点实验室,围绕食品质量安全与食品营养健康研究的前沿和热点领域开展理论创新和应用基础研究。

经国家发改委批准,建立了“稻谷及副产物深加工国家工程实验室”“粮食发酵工艺与技术国家工程实验室”“小麦和玉米深加工国家工程实验室”和“粮食加工机械装备国家工程实验室”,由原国家粮食局批准建立的“国家粮食局谷物加工工程技术研究中心”“国家粮食局粮油资源综合开发工程技术研究中心”和“国家粮食局粮油食品工程技术创新中心”,为科研创建了基地与平台。

中粮营养健康研究院是中粮集团的核心研发机构,于2014年入驻未来科学城,是集聚粮油食品创新资源的开放式国家级研发创新平台,是国内首家以企业为主体的、针对中国人的营养需求和代谢机制进行系统性研究以实现国人健康诉求的研发中心。

3.1.4 理论和技术突破

(1)稻谷加工领域,2015年通过中国粮油学会组织鉴定的“镉大米安全加工利用关键技术”和2016年通过中国粮油学会组织鉴定的“年处理5万t镉超标大米镉消减产业化实施方案”,在镉超标大米的安全利用方面取得了重大突破,总体技术为国际先进水平。实现整米镉(0.25mg/kg以下)去除率30%,米粉(0.25mg/kg以上)去除率可达到93%以上,成品得率90%~93%,淀粉破损率低于10%,除镉成本低于100元/t。该生产线也可在生产食品级大米蛋白过程中用于除镉。总体技术水平:2016年8月通过中国粮油学会组织评价的“低破碎低能耗自动碾米机”,水平达到国际领先,在碾米室结构、自动化运行等方面取得了重大突破。首创实时调整碾米机转速和进出口流量,在人工设定碾米精度前提下实现碾米机的自动运行,与普通碾米机相比,吨米电耗降低15.98kW·h,增碎率降低8.4%,温升降低13℃,节能减碎效果显著。

(2)小麦加工学科,在适合我国传统蒸煮类食品小麦专用粉生产方面的新技术取得突破。通过对在制品理化特性、面团流变学特性与面制品品质相关性研究,将品质控制、产品研发有机融入小麦加工过程,按(理化、流变或蒸煮)功能特性对在制品进行分离,并按照不同面制食品对面粉品质需求进行重组,改变了传统以粉流配制为主导的专用粉生产技术,创新基于在制品配制为主导的专用粉生产技术,满足馒头、面条、饺子等不同蒸煮类食品品质需求,使优质馒头、面条、饺子等专用粉出粉率提高20%以上,更加适合我国蒸煮类食品质量要求。

在低品质小麦加工转化利用技术方面,针对穗发芽、赤霉病浸染以及无机械加工能力等低品质小麦的质量特点,研发了小麦发芽损伤程度识别技术,建立了赤霉病小麦近红外光谱鉴别模型;研发将发芽损伤小麦以及无机械加工能力的小麦通过热处理、超微粉碎、微波处理等物理技术,改善面粉的食用品质,创新芽麦和无机械加工能力小麦的加工和利用技术;创新基于剥皮、分选、色选的小麦赤霉病粒去除技术,可使赤霉病菌污染小麦籽粒去除率可达到60%以上,赤霉病小麦中真菌毒素削减60%~70%;研发穗发芽和赤霉病浸染小麦分级利用新思路,即将发芽损伤程度较轻的小麦以及赤霉病粒和呕吐毒素超标的小麦经处理后达到国家标准的可以加工成面粉作为食品应用,将发芽损伤程度严重的小麦以及经过处理后没能达到国家标准的小麦用作工业应用(淀粉、酒精等产品生产),实现了低品质小麦的合理生产与利用,有效提高小麦资源的利用效率。

2019年1月,通过中国粮油学会组织评价的“FBGY系列小麦剥皮机的研制与应用”项目整体技术达到国际领先水平,在总结传统打擦碾脱皮设备的结构特点基础上大胆创新,采用原创的“多元渐压旋剥原理和方法”发明专利技术,达到小麦表皮清理和轻度剥皮目的,明显改善了小麦表面清理效果和效率。将传统的高速打击谷物改变为柔性摩擦、磨削、搓剥及涡流旋转作用,使小麦在处理过程中的破碎率大幅下降,解决了传统碾剥设备普遍存在的动耗大、谷物温升高等问题。简化了传统的小麦清理工艺,清理设备减少30%以上,动力配置降低50%。提高了小麦表面清理效率和效果,入磨小麦灰分下降0.03%~0.07%,小麦增碎率下降80%,节能减碎效果显著。而且对小麦赤霉病菌和微生物污染具有一定的消减作用,通过一道剥皮能使小麦的呕吐毒素(DON)含量下降30%,微生物菌下降50%。主要构件使用寿命比传统的打麦设备延长5~8倍。

(3)玉米深加工的技术开发,已经从对以玉米为原料的组分初步分离精制和食用性开发发展到利用基因工程技术对玉米原料修饰改性,发酵工程对玉米制品进行功能性深化,以及新型加工装备和技术对玉米原料进行综合加工、绿色生产的阶段。“十三五”期间,我国玉米淀粉、淀粉糖醇和玉米发酵等产业的能耗和资源消耗持续降低,玉米淀粉及淀粉糖市场份额占有率52%,稳居世界第一位;玉米发酵类产品及糖醇类,包括山梨醇、赖氨酸、味精、苏氨酸、麦芽糖醇、柠檬酸以及葡萄糖和糖浆等分别占据市场份额50%、60%、68%、76%、85%、61%和35%,不仅产量稳居世界第一位,产品收率和产品质量也达到了国际领先水平;在完全自主的大型化、自动化加工装备领域,发展水平已可与发达国家的先进水平持平,且开始向国外出口成套技术及装备,淀粉糖的国产装备自给率已达90%以上。

(4)杂粮学科,在杂粮与主粮营养复配、杂粮主食品食用品质改良、加工过程中杂粮活性物质的保存与调控基础理论方面取得突破。创新杂粮精制制粉、多谷物营养复配、杂粮主食化、杂粮食品的风味调控、杂粮食品的保藏等核心技术,以及杂粮活性组分的活性保持与调控技术取得突破。通过灭酶新技术突破杂粮粉的储藏和保鲜难题;创新研制燕麦专用碾米设备与燕麦、荞麦直条速食面挤压熟化成型设备,通过谷物原料主成分构成优配、高温二次α化与粥体复水微孔洞加工、粥胚质构重组加工关键及速食粥风味调节与稳定化调控关键技术,被中国食品科学技术学会鉴评为国际先进水平。营养代餐食品创制关键技术及产业化应用项目获得2015年国家科技进步奖二等奖,该项目发明了高溶解、高乳化和耐盐蛋白及免疫活性短肽和多糖等营养配料的高效制备与应用技术,创建了以谷物为基质的临床营养代餐食品加工关键技术,突破了全谷物浓浆和复合植物蛋白营养乳加工技术装备瓶颈,创制出全谷物冲调食品品质改良成套技术装备,显著改善了产品的营养结构;整体技术水平达到国际先进水平,并在全国多家龙头企业推广,取得显著的社会经济效益。

(5)发酵米制品的现代化加工新技术在国内取得突破,形成了传统发酵米制品优势菌种分离鉴定技术、专用发酵剂生产技术、专用粉加工技术、米制品品质调控技术等系列关键技术,在湖北、湖南等稻谷主产区米制品加工企业推广应用,实现了米糕、米酒等传统发酵品的绿色高效现代化加工,取得了显著的经济效益、社会效益和生态效益。

(6)我国面条加工装备自主研发能力逐渐增强,主要集中在绫织式复合压延、分层嵌入式复合压延、半干面自动上杆脱杆、脱水缓苏一体化技术、智能化干燥系统、挂面超声波切断、智能化控制系统等方面的技术取得突破,已应用于国内市场。

(7)发酵面食方面,从发酵菌种中抽提风味物质研究、产品开发与产业化方面获得巨大进步。如安琪酵母研发成果呈味增鲜酵母抽提物生产关键技术及应用,通过研究滋味活性物质结构与滋味关系及协同复合酶解技术,开发出高谷氨酸、高核苷酸、高呈味肽酵母抽提物系列产品;通过酵母抽提物为主料与不同原料组合的热反应技术,开发系列风味化酵母抽提物,该成果于2017年12月获得湖北省科技进步奖一等奖。

2018年2月,安琪伊犁公司与安琪股份公司、三峡大学、湖北工业大学联合申报的“发酵用面包酵母浸出物产业化关键技术”项目获得新疆维吾尔自治区科技进步奖一等奖。

(8)粮油营养方面取得了一系列重要的理论和技术突破。培育了9个营养品质优良的玉米新品种和1个新品系。该项目成果将基础研究、技术发明与育种实践紧密结合,达到国际领先水平,社会经济效益显著。该项目开发的分子标记在国内外育种单位展开应用。

培育甜玉米新品种累计推广354.14万亩(1亩≈666.7㎡),农民累计新增产值28.33亿元,企业累计新增利润4424.4万元,社会经济效益显著。

3.2 学科建设

目前,我国约有146所高校设置与粮食加工相关的食品科学技术与工程专业学士学位,约38所高校具有硕士学位授予权,15所高校具有博士学位授予权。

江南大学、河南工业大学、武汉轻工大学、南京财经大学、南昌大学、天津科技大学、华中农业大学是业内以粮食加工、食品营养为优势特色学科的高校。

高校中设置的粮食加工学科涉及的本科专业有粮食工程、结构工程、食品科学与工程等,在硕士生培养层次有粮食、油脂及植物蛋白工程、农产品加工与储藏工程、土木工程、粮食信息学等。其中江南大学已是以粮食加工为优势特色学科的“211”重点建设高校和“985”平台建设高校,2019年国内综合排名第52位,拥有博士和博士后授予权。河南工业大学粮食加工学科长期致力于粮食产后领域的加工基础理论及工程技术研究,构建了集储运、加工、装备、信息、管理等于一体的完整学科体系;拥有全国最完整的粮油食品加工学科群;拥有博士学位授权一级学科,硕士学位授权一级学科;粮食加工学科和专业为国家特色专业建设学科和专业,国家卓越工程师培养学科;“粮食产后安全及加工”学科群入选河南省首批优势特色学科建设工程;“粮食工程”为国家级综合改革试点专业、国家级卓越计划专业、河南省名牌和特色专业。


4、粮食加工学科取得的重大成果

4.1 稻谷加工学科

“大型绿色节能稻谷加工装备关键技术与创新”荣获2016年中国粮油学会一等奖。项目成果已在3家粮机单位生产,累计获经济效益16051万元。先后建立了数十条稻谷加工生产线,创造了巨大的经济效益和社会效益。“稻谷加工副产物和油料皮壳高值化利用技术及应用”荣获2016年湖北省科技进步奖一等奖。

4.2 小麦加工学科

研究开发高效节能小麦加工新技术、清洁安全小麦加工新技术、传统面制食品加工技术、副产物利用技术等,开拓出了多项具有中国特色的小麦湿法和干法加工工艺,如磨撞均衡出粉的制粉新技术、特殊物料分级新技术、三相小麦淀粉分离新技术等,并在近千家新建或改造企业运用,提高了产品得率,降低了能耗,优化了产品结构,取得了丰硕的成果,获得了巨大的经济效益和社会效益。

4.3 玉米深加工学科

在玉米淀粉及变性淀粉领域,完成了水、物及蒸汽的完美闭环工艺的转变,推动了生产技术朝向绿色、低碳、环保、循环、高效和优质的方向发展壮大;在淀粉糖及糖醇技术领域,采用汽爆加氢技术、酶解与微生物方法联用以及真空连续结晶等技术,推动了木糖醇和阿拉伯糖等产品收率和产品质量达到国际领先水平。

4.4 杂粮加工学科

研究开发的燕麦灭酶技术与装备、燕荞全粉加工技术与关键设备、燕麦脱皮机、薏仁米加工关键设备和成套生产线等10余项设备,荣获国家科技进步奖二等奖及中国粮油学会、中国食品科学技术学会等多项奖励,在贵州、内蒙古、甘肃等地建成年加工2万t薏仁米、6000~10000t藜麦生产线多条,成功推广杂粮加工设备70余台套。开发的米伴侣、五彩面等产品已成功在全国范围内销售,其中,高杂粮含量(51%)营养健康挂面技术成果被中国食品科学技术学会鉴评为国际先进水平。

4.5 米制品加工学科

营养主食米制品生产关键技术创新成果在湖南、湖北等省市近20家企业推广应用,累计新增销售298.06亿元,新增利润17.45亿元,产品成功出口到新加坡、欧洲、美国等10多个国家和地区。围绕米饭、米粉、发芽糙米、米糕、汤圆等大米主食工业化生产中存在的科技问题,研发基于产品综合品质的加工型稻谷原料快速筛选技术,确保加工用原料的优质低耗;研发出湿热(酶)调控淀粉大分子构象技术,开创性地为大米主食品质控制提供了理论支撑;研发大米主食加工高效装备及配套工艺技术,确保加工产品的安全性和高效性。实现了主食米制品生产连续性、高效性,确保安全生产。

4.6 面条制品加工

通过挂面产业优势技术集成创新,实现了“小麦收储、制粉、挂面加工、产品储运一体化和自动化模式”;设计了原粮自动检测分级系统,创新了连续真空和面、干燥双排柔性上架、节能降耗干燥、挂面自动送料和分料包装等技术,该集成技术对于挂面产业的提升意义重大。此外,尚宝泰(昆山)机械有限公司自主研发的1600型超大产量面机在益海嘉里(昆山)公司成功应用,为国际最大产能的挂面生产单机设备。国内主要大型面条加工厂商投入大量资金和人力研发营养型荞麦、燕麦、全麦、马铃薯等高添加杂粮面条。

4.7 发酵面制品方面

依靠科技进步,我国发酵面食的工业化、连锁化程度越来越明显:主要表现为原料更加规格化、生产工艺的标准化、生产设备的智能化等。通过制定政策和标准支持推进发酵面食等主食制品的工业化生产、社会化供应等产业化的经营方式,大力发展方便食品、速冻食品;通过开展主食产业化示范工程建设,认定一批放心主食示范单位,推广“生产基地+中央厨房+餐饮门店”“生产基地+加工企业+商超销售”“作坊置换+联合发展”等新模式;保护并挖掘传统主食产品,增加发酵面食的花色品种;通过加强传统发酵面食产品与其他食品的融合创新,开发出众多个性化功能性发酵面食产品。

4.8 粮油营养方面

一是针对营养强化粮油食品的开发。针对营养素不平衡的状况,开发营养强化型粮油食品,并已在国内广泛推行。强化谷物、强化食用油技术成熟,已实现工业化生产。此外,通过现代生物技术与传统育种技术相结合,培育富含微量营养素的作物新品种,从而解决我国人群普遍存在的“隐性饥饿”问题。

二是倡导“全谷物食品”及“适度加工”,促进粮油加工副产物综合利用。围绕全谷物加工适宜性品质评价及技术优化、适度加工精度与营养品质评价开展深入研究,建立基于适度加工思想的食用油加工技术体系,为引导粮油食品行业的升级和转型提供了科学依据和基础数据。


作者:中国粮油学会食品分会姚惠源等

本文摘自《2018-2019粮油科学技术学科发展报告》(中国科学技术出版社,2020年7月,第70-85页)






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