国家自然基金标书-食品加工过程安全控制理论与技术的基础研究.DocVIP

项目名称： 食品加工过程安全控制理论与技术的基础研究 首席科学家： 陈坚 江南大学 起止年限： 2012.1-2016.8 依托部门： 教育部 江苏省科技厅 一、关键科学问题及研究内容 1. 拟解决的关键科学问题 食品组分、外源添加物和加工过程的多样性，使得危害物产生过程复杂多变，同时，高效实时检测手段和快速评价体系的缺乏，造成目前食品加工过程危害物甄别与测定、追踪与回溯、预测与干预、优化与控制等理论与技术严重不足。突破这一瓶颈的核心在于理解以下关键科学问题：(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。 危害物产生途径和转化规律的分子基础 食品加工过程中有害物产生的机理与主要途径是食品加工过程安全控制研究的基础。由于食品组分和加工过程的复杂性，组分与组分之间、组分与加工条件之间、组分与功能之间的关系又因过程中存在着动态化学和生物学变化，导致危害物影响食品安全性和健康性的分子基础及其行为效应至今难以阐明，如：食品原辅料和添加剂的种类、结构和交互作用，如何在分子水平上驱动食品加工过程中危害物的产生和演变？高温、挤压、发酵等加工因素，如何影响危害物的转化和积累？条件参数、微环境、化学干预如何实现危害物阻断、消减和控制？不同因素之间是否存在影响危害物种类和生成量的耦合作用？如果不能从分子水平了解食品加工过程中危害物-原辅料组分、危害物-加工过程、危害物-危害物、危害物-食品质构之间的相互作用关系，就无法精确地对造成危害物生成的加工模式和原料组成进行有效的定向调控。 加工食品安全性预警机制与风险等级确定依据 食品对人体健康的危害程度由食品本身含有的危害成分的量和摄入水平决定。从危害物形成角度看，目前尚无可行的对食品加工过程进行实时监测和动态反馈的技术，对以下问题缺乏基本的了解：如何才能在复杂食品体系和高温高压-动力扰动耦合作用下对多种有害物进行快速识别并进行海量数据采集？如何系统解析食品加工过程中危害物生成前体物质、关键作用因子、中间产物和危害物本身的结构特征数据特征？从摄入水平角度看，不同人群不同膳食摄入模式对人群的健康水平有着本质的影响。不同食品中含有的危害物的种类/量的不同，各种危害物对人体的损伤模式也不同，尚需解决以下基本问题：中式食品加工模式中是否存在目前尚未知晓的危害物？我国特有膳食模式下食品加工过程危害物的人群暴露水平，以及中国人群膳食中多种危害物的联合毒性作用如何确定？这些问题无法妥善解决，将难以在理论上设计出具有针对性膳食的健康阈值、风险等级和限量标准。 食品安全加工全程优化原理与控制策略 食品加工过程不仅改变食品组分的结构和功能，生成有利于风味和色泽甚至健康的新物质，同时也生成各种危害物，但是迄今为止，尚未建立基于复杂食品体系和复杂加工过程的食品品质和新物质形成和演化的量化方法。为了实现食品安全加工过程全程控制，需要解决一系列典型食品加工过程中的关键科学问题：如何模拟食品加工过程组分、危害物以及品质的变化，并得出温度、时间、挤压力等关键参数对危害物形成作用的动力学规律？如何在各种复杂加工条件和食品组分等不确定背景下，完成加工食品组分变化、食品品质、危害物产生、以及食品组分-加工方法-危害程度互作的数值模拟？如何综合组分变化和危害物生成的精确测量结果与过程在线实时监测结果，建立考虑原辅料组成、加工单元操作以及多目标优化控制策略的加工过程全局模型？ 综上所述，发现和认识加工过程危害物生成的分子基础、互作关系及调控机制，为全程安全控制的食品制造过程设计和构建奠定理论基础；建立食品加工过程感知网络，为全程监控食品加工过程、提升加工食品安全性提供了技术可行性；评估加工食品危害物的风险、调查人群膳食暴露水平，为提升加工食品安全性提供基础数据和科研依据；在此基础上，确定食品加工过程中单一和多元危害物阻断、抑制、控制和消除策略，发展出多方法、多手段综合集成的食品加工过程安全的时空预测-监测预警-动态反馈分析-调控优化的全过程优化与调控理论，实现食品制造过程的理性重构与食品产品功能的优化，最终使食品制造过程全程安全控制成为可能。 2. 主要研究内容 针对科学问题1：采用分子结构分析和显微技术等多种结构生物学新技术，解析不同加工单元中食品组分多层次分子结构变化以及多元分子间的交互作用；基于高通量筛选和多维色谱-质谱联用技术，研究由美拉德反应、具有活性羰基的脂过氧化合物(LPOs)与蛋白质交联以及小分子醛类重组生成杂环胺、丙烯酰胺、蛋白质末端糖基化衍生物、反式脂肪酸等典型危害物过程中前体与产物之间的数量特征；采用碳组标记技术(CAMOLA)和15N2同位素示踪技术，研究各级活性中间体碳链结构变化和自由基裂解反应进程，揭示危害物形成关键控制