CB720800 食品加工過程安全控制理論與技術的基礎研究[方案]

1、工程名稱：食品加工過程平安控制理論與技術的根底研究首席科學家：陳堅 江南大學起止年限：依托部門：教育部 江蘇省科技廳一、關鍵科學問題及研究內(nèi)容1.擬解決的關鍵科學問題食品組分、外源添加物和加工過程的多樣性，使得危害物產(chǎn)生過程復雜多變，同時，高效實時檢測手段和快速評價體系的缺乏，造成目前食品加工過程危害物甄別與測定、追蹤與回溯、預測與干預、優(yōu)化與控制等理論與技術嚴重缺乏。突破這一瓶頸的核心在于理解以下關鍵科學問題：(1) 危害物產(chǎn)生途徑和轉(zhuǎn)化規(guī)律的分子根底，(2) 加工食品平安性預警機制與風險等級確定依據(jù)，(3) 食品平安加工全程優(yōu)化原理與控制策略。(1) 危害物產(chǎn)生途徑和轉(zhuǎn)化規(guī)律的分子根底食品

2、加工過程中有害物產(chǎn)生的機理與主要途徑是食品加工過程平安控制研究的根底。由于食品組分和加工過程的復雜性，組分與組分之間、組分與加工條件之間、組分與功能之間的關系又因過程中存在著動態(tài)化學和生物學變化，導致危害物影響食品平安性和健康性的分子根底及其行為效應至今難以說明，如：食品原輔料和添加劑的種類、結構和交互作用，如何在分子水平上驅(qū)動食品加工過程中危害物的產(chǎn)生和演變？高溫、擠壓、發(fā)酵等加工因素，如何影響危害物的轉(zhuǎn)化和積累？條件參數(shù)、微環(huán)境、化學干預如何實現(xiàn)危害物阻斷、消減和控制？不同因素之間是否存在影響危害物種類和生成量的耦合作用？如果不能從分子水平了解食品加工過程中危害物-原輔料組分、危害物-加工

3、過程、危害物-危害物、危害物-食品質(zhì)構之間的相互作用關系，就無法精確地對造成危害物生成的加工模式和原料組成進行有效的定向調(diào)控。(2) 加工食品平安性預警機制與風險等級確定依據(jù)食品對人體健康的危害程度由食品本身含有的危害成分的量和攝入水平?jīng)Q定。從危害物形成角度看，目前尚無可行的對食品加工過程進行實時監(jiān)測和動態(tài)反響的技術，對以下問題缺乏根本的了解：如何才能在復雜食品體系和高溫高壓-動力擾動耦合作用下對多種有害物進行快速識別并進行海量數(shù)據(jù)采集？如何系統(tǒng)解析食品加工過程中危害物生成前體物質(zhì)、關鍵作用因子、中間產(chǎn)物和危害物本身的結構特征數(shù)據(jù)特征？從攝入水平角度看，不同人群不同膳食攝入模式對人群的健康水平

4、有著本質(zhì)的影響。不同食品中含有的危害物的種類/量的不同，各種危害物對人體的損傷模式也不同，尚需解決以下根本問題：中式食品加工模式中是否存在目前尚未知曉的危害物？我國特有膳食模式下食品加工過程危害物的人群暴露水平，以及中國人群膳食中多種危害物的聯(lián)合毒性作用如何確定？這些問題無法妥善解決，將難以在理論上設計出具有針對性膳食的健康閾值、風險等級和限量標準。(3) 食品平安加工全程優(yōu)化原理與控制策略食品加工過程不僅改變食品組分的結構和功能，生成有利于風味和色澤甚至健康的新物質(zhì)，同時也生成各種危害物，但是迄今為止，尚未建立基于復雜食品體系和復雜加工過程的食品品質(zhì)和新物質(zhì)形成和演化的量化方法。為了實現(xiàn)食品

5、平安加工過程全程控制，需要解決一系列典型食品加工過程中的關鍵科學問題：如何模擬食品加工過程組分、危害物以及品質(zhì)的變化，并得出溫度、時間、擠壓力等關鍵參數(shù)對危害物形成作用的動力學規(guī)律？如何在各種復雜加工條件和食品組分等不確定背景下，完成加工食品組分變化、食品品質(zhì)、危害物產(chǎn)生、以及食品組分-加工方法-危害程度互作的數(shù)值模擬？如何綜合組分變化和危害物生成的精確測量結果與過程在線實時監(jiān)測結果，建立考慮原輔料組成、加工單元操作以及多目標優(yōu)化控制策略的加工過程全局模型？綜上所述，發(fā)現(xiàn)和認識加工過程危害物生成的分子根底、互作關系及調(diào)控機制，為全程平安控制的食品制造過程設計和構建奠定理論根底；建立食品加工過程

6、感知網(wǎng)絡，為全程監(jiān)控食品加工過程、提升加工食品平安性提供了技術可行性；評估加工食品危害物的風險、調(diào)查人群膳食暴露水平，為提升加工食品平安性提供根底數(shù)據(jù)和科研依據(jù)；在此根底上，確定食品加工過程中單一和多元危害物阻斷、抑制、控制和消除策略，開展出多方法、多手段綜合集成的食品加工過程平安的時空預測-監(jiān)測預警-動態(tài)反響分析-調(diào)控優(yōu)化的全過程優(yōu)化與調(diào)控理論，實現(xiàn)食品制造過程的理性重構與食品產(chǎn)品功能的優(yōu)化，最終使食品制造過程全程平安控制成為可能。2.主要研究內(nèi)容針對科學問題1：采用分子結構分析和顯微技術等多種結構生物學新技術，解析不同加工單元中食品組分多層次分子結構變化以及多元分子間的交互作用；基于高通量

7、篩選和多維色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術，研究由美拉德反響、具有活性羰基的脂過氧化合物(LPOs)與蛋白質(zhì)交聯(lián)以及小分子醛類重組生成雜環(huán)胺、丙烯酰胺、蛋白質(zhì)末端糖基化衍生物、反式脂肪酸等典型危害物過程中前體與產(chǎn)物之間的數(shù)量特征；采用碳組標記技術(CAMOLA)和15N2同位素示蹤技術，研究各級活性中間體碳鏈結構變化和自由基裂解反響進程，揭示危害物形成關鍵控制點與行為效應；通過自由基淬滅及植物活性抗氧化成分干預創(chuàng)造競爭性抑制環(huán)境等，探索阻斷脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物與蛋白質(zhì)交聯(lián)、干預小分子醛類重組等靶向控制美拉德反響、控制不飽和脂肪酸雙鍵異構化等的相關機制和方法。針對科學問題1：從原料成分、微生物胞內(nèi)代謝網(wǎng)絡、微生物與

8、環(huán)境相互作用、微生物群落效應等層面，利用系統(tǒng)生物學技術研究生物危害物積累的分子根底及其全局調(diào)控機制；建立關聯(lián)微生物生理特性與生物危害物的原理與技術，研究營養(yǎng)物質(zhì)、工藝條件變化和微生物自身代謝網(wǎng)絡調(diào)控、微生物群落效應之間的相互作用對生物危害物產(chǎn)生的影響；通過基因組工程手段構建食品級代謝工程體系，消除生物危害物產(chǎn)生的分子根底；通過混菌系統(tǒng)微生物群落結構操作，在保持食品風味不發(fā)生顯著改變的前提下，實現(xiàn)平安的食品生物制造過程。針對科學問題2：針對多源性危害物生成、遷移和轉(zhuǎn)化的關鍵問題，以微納米技術探索危害物結構特征與敏感結構的識別、放大和降低基體干擾的作用機制，開展微納米尺度上集成和優(yōu)化危害物檢測體系

9、，建立性能穩(wěn)定、重現(xiàn)性好的檢測器陣列，構建感知加工檢測網(wǎng)絡；根據(jù)針對典型食品加工過程中的關鍵控制點，結合危害因子分型數(shù)據(jù)庫，建立食品平安敏感性指標；海量采集檢測數(shù)據(jù)，利用特征抽提、數(shù)據(jù)融合和模式識別理論，實時反映食品加工過程中由原料至產(chǎn)品的品質(zhì)變化，實現(xiàn)智能化監(jiān)測、診斷、預警與精準溯源，保障食品質(zhì)量平安。針對科學問題2：以敏感測試細胞、大鼠、線蟲等為研究模型，用代謝組學技術手段分析和篩選危害物及其體內(nèi)羥基化或環(huán)氧化過程中產(chǎn)生的DNA加成或血紅蛋白加成應激產(chǎn)物；結合多種組學技術，研究多種危害物的劑量和時間-效應關系，建立多種危害物協(xié)同作用的高通量毒理學評價模型和分析平臺；分析人群膳食中丙烯酰胺、

10、氯丙醇、末端糖基化衍生物等新型熱點危害物的污染分布，建立暴露劑量和效應反響模型；采用流行病學方法研究人群估計攝入量，建立基于危害評估的我國人群膳食中危害物的風險閾值和預警體系；通過風險特性評估，定性和定量推斷食源性危害的風險等級，為限量標準制訂提供科學依據(jù)。針對科學問題3：針對典型危害物的形成，如高溫淀粉食品中丙烯酰胺、油炸食品中反式脂肪酸以及高溫蛋白食品中雜環(huán)胺等，在不同加工條件下建立危害物的形成與關鍵變量之間的定量關系模型，預測危害物的產(chǎn)生規(guī)律；基于加工過程中多種危害物可能同時形成的特點，建立多尺度關聯(lián)加工條件與危害物消長規(guī)律的系統(tǒng)動力學模型，準確預測過程條件的最大信任度區(qū)間和多元危害物濃

11、度變化的動力學模型；建立以食品品質(zhì)最正確和危害因子水平最低為優(yōu)化指標的多目標函數(shù)，建立最優(yōu)控制策略。針對科學問題3：選擇易發(fā)生美拉德反響的高蛋白食品、易產(chǎn)生油脂異構化的高油脂食品和易產(chǎn)生胺(氨)類代謝物的發(fā)酵食品等典型加工體系，有機整合系統(tǒng)生物學、食品組分變化狀態(tài)模型、微生物群落結構操作、危害因子分型數(shù)據(jù)庫實時追蹤、形成/消除動力學調(diào)控模式、集成多元危害物的監(jiān)測/診斷和預警系統(tǒng)、食品品質(zhì)表征因子模型系統(tǒng)控制、食品加工單元操作的靶向性設計及重組等技術，構建全程平安控制的食品制造過程設計與保障體系。二、預期目標從對解決國家重大需求的預期奉獻，在理論、方法等方面預期取得的進展、突破及其科學價值，優(yōu)秀

12、人才培養(yǎng)和基地建設等方面分別論述。1總體目標以實現(xiàn)食品平安保障從被動應付向主動保障轉(zhuǎn)變?yōu)閼?zhàn)略目標，選擇易發(fā)生美拉德反響的高蛋白食品、易產(chǎn)生油脂異構化的高油脂食品和易產(chǎn)生胺(氨)類代謝物的發(fā)酵食品等典型加工體系為研究對象，針對造成加工食品中長期存在的重大和潛在危害物誘發(fā)條件、生成演化分子機制、預測預警與動態(tài)調(diào)控方法開展根底研究，從分子水平揭示多元危害物或健康不良因子的形成途徑和轉(zhuǎn)化規(guī)律，確定加工食品平安性預警機制與風險等級確定依據(jù)，說明食品加工過程中對目標危害物干預、阻斷與控制的相關機制；構建食品加工過程平安的實時預測-監(jiān)測預警-動態(tài)反響分析-調(diào)控優(yōu)化的全過程優(yōu)化與調(diào)控理論體系，解決我國加工食品

13、制造、產(chǎn)品標準制定、檢驗檢疫、人群膳食指導等領域涉及食品平安風險預測預報和防控的關鍵科學問題，形成以食品加工全程的平安評價研究為根底、以食品加工過程優(yōu)化理論與控制技術為核心、以平安控制的食品制造過程的設計和構建為目標的“導向預防新理論和技術體系，為實現(xiàn)食品加工過程平安控制從被動應付向主動轉(zhuǎn)變提供科學與技術支撐，全面提升我國加工食品平安水平和中國人群健康水平。2五年預期目標實現(xiàn)加工食品平安性關鍵科學問題的重大突破，揭示典型食品制造過程的優(yōu)化調(diào)控機制，實質(zhì)性地提高加工食品平安性預警與風險評估能力，形成耦合式的食品組分-加工方法-危害物關聯(lián)模型，重組優(yōu)化重要產(chǎn)品的制造途徑，奠定全程優(yōu)化控制食品加工過

14、程的根底，促進食品平安制造平臺的形成。(1)突破加工食品平安性關鍵科學問題：針對1014種典型食品的加工過程，在分子水平揭示加工過程中組分結構變化與危害物產(chǎn)生關聯(lián)機制；構建適用于食品復雜反響體系的基于多維色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術的多層次潛在危害物分子特征標識分析方法和分析模型12套；針對1620種典型危害物，建立食品加工過程危害物生成的化學動力學反響機制和關鍵節(jié)點，形成基于反響熱力學、反響動力學或代謝網(wǎng)絡動力學的食品加工過程危害物生成自由基阻斷機制和抗氧化成分抑制機制和方法模型46套。在此過程中，系統(tǒng)說明典型加工過程中危害物形成的分子根底和調(diào)控機制，發(fā)現(xiàn)新危害物和潛在危害物的生成途徑和轉(zhuǎn)化規(guī)律，明確

15、食品加工過程中對目標危害物干預、阻斷與控制的關鍵分子機制，解析食品加工過程中食品組分-加工條件-危害程度的相互作用規(guī)律，提高加工食品平安性預警和風險評估能力，獲得單一和多元危害物生成規(guī)律的動力學模型，說明以發(fā)酵食品、高蛋白質(zhì)、高油脂加工食品為代表的加工過程中危害物的生成及其調(diào)控機制。(2)提升食品平安制造檢測預警能力：突破中近紅外光譜、拉曼光譜、傳感器及生物分析譜等加工過程化物結構信息實時在線檢測技術；開展810種適用于食品體系的在線檢測的環(huán)境友好型納米增敏材料制備方法；研制基于微納效應的危害物在線檢測設備，建立加工過程多源平安嫌疑物形成的食品平安預警體系；建立國內(nèi)第一個關于主要食品組分加工過

16、程危害因子分型數(shù)據(jù)庫；建立23種典型加工食品體系的多源危害物信息全程監(jiān)控信息網(wǎng)絡系統(tǒng)；針對加工過程中產(chǎn)生的新型潛在危害物研究其在生物體內(nèi)轉(zhuǎn)運機制，篩選出生物標志物和應激產(chǎn)物指標1020種；篩選危害物生物損傷機制，完成高靈敏DNA損傷檢測技術23套；完成高靈敏、高通量無標記細胞毒性快速篩查技術510套，獲得510個用于評價食品多種毒素復合效應的敏感生物標志物；建立暴露評估模型和風險表征模型23套，獲得25個新型熱點危害物的風險評估的中國國家數(shù)據(jù)并被國際組織采納。在此過程中，建立高容量危害物分子靶標和分型數(shù)據(jù)庫，形成食品加工過程感知網(wǎng)絡，實現(xiàn)食品加工全程監(jiān)控，建立新型和潛在危害物高通量組學篩查模型

17、，獲得食品中多種危害物協(xié)同作用的高通量毒理學分析平臺，建立基于暴露評估的我國人群膳食中危害物的風險閾值和預警體系，提升加工食品平安性預測預警能力。(3)奠定食品平安加工全程控制技術的根底：獲得23個關鍵危害因子產(chǎn)生與消除的預測和干預模型；提出23個典型食品加工過程的最正確控制策略；建立12種基于多尺度多傳感數(shù)據(jù)分析以及多變量統(tǒng)計過程診斷的食品加工過程控制技術；開發(fā)34個典型食品加工過程的系統(tǒng)控制軟件包；完成58項針對油炸食品食品加工過程中多元危害物全程控制關鍵技術；設計與優(yōu)化無氨基甲酸乙酯積累的啤酒等傳統(tǒng)發(fā)酵食品制造流程，并應用推廣；建立以植物黃酮為核心成分的天然食品添加劑在焙烤食品加工過程中

18、丙烯酰胺阻斷關鍵技術34項，并形成標準或技術標準。在此過程中，建立交互式多尺度優(yōu)化控制系統(tǒng)，開發(fā)出耦合式的食品組分-加工方法-危害物關聯(lián)模型，優(yōu)化再造發(fā)酵食品、油炸/烘焙高淀粉體系、加工油脂等重要食品的加工體系，徹底解決末端糖基化衍生物、生物胺、丙烯酰胺、反式脂肪酸、蛋白質(zhì)高級氧化產(chǎn)物等食品中長期存在的重大潛在危害物問題。(4)形成全程控制的食品平安技術平臺：通過上述研究，構建針對典型食品加工單元過程的食品平安研究平臺，開發(fā)針對食品加工過程產(chǎn)生危害物的毒理學信息數(shù)據(jù)庫，開展基于多學科交叉消除導致食品平安的危害物的理論體系，建立針對化學危害物和生物危害物的單一/多種危害物生成/積累模型與動力學模

19、擬、潛在危害物毒理學評估與危害等級分析、食品加工過程在線實時檢測、平安食品加工過程設計等一系列新技術，為解決食品加工過程導致的食品平安問題提供理論依據(jù)與技術參考。(5)發(fā)表論文200篇(包括在食品平安相關領域較有影響力的雜志上發(fā)表SCI論文160篇以上，其中影響因子10的文章35篇)；申請創(chuàng)造專利5060項，出版專著35部，制訂食品行業(yè)國際/國內(nèi)平安標準1618項。(6)培養(yǎng)4050名博士，100120名碩士，新世紀優(yōu)秀人才4-6人，杰青2-3人，形成一支在國際食品平安和人體健康領域產(chǎn)生重要影響并具有重要學術地位的研究團隊，構建支撐食品平安創(chuàng)新研究的國際先進的基地和中心。三、研究方案1總體研究

20、思路和工程研究的技術路線及可行性(1) 總體研究思路食品加工過程危害物的產(chǎn)生具有動態(tài)性、實時性、多目標性、非線性以及不確定性等復雜特點，因此在研究認識加工過程危害物產(chǎn)生和控制規(guī)律的過程中，必須要正確認識和把握這種多層次的復雜性，才能全面綜合反映眾多危害物與其產(chǎn)生底物以及加工過程之間的互動關系。然而，過去的研究通常只局限于某一反響或者有限的幾個影響因素進行定量研究，相應的研究結果必然也只能表現(xiàn)為對食品加工過程危害物問題的定性描述或者定量特解，從而難以了解和抓住其內(nèi)在成因與規(guī)律。本工程提出平安食品加工全程控制的概念，以復雜食品加工體系中各個組分和加工過程進行細致的解構分析為根底，以開展食品加工過程

21、平安的實時預測-監(jiān)測預警-動態(tài)反響分析-調(diào)控優(yōu)化的全過程優(yōu)化與調(diào)控理論和技術體系為目標，結合定向阻斷，控制加工過程危害物形成與轉(zhuǎn)化的外因途徑以及綜合風險評估和限制膳食暴露水平的內(nèi)因途徑，組織食品科學、發(fā)酵工程、分析化學和毒理學等優(yōu)勢力量，開展多學科優(yōu)勢綜合集成研究。通過對復雜食品加工體系中危害物生成途徑與危害程度的發(fā)現(xiàn)、認識和創(chuàng)新，即發(fā)現(xiàn)危害物在復雜體系中生成的關鍵因素、途徑、危害性以及在典型人群膳食中的暴露水平，解析食品制造從原料到產(chǎn)品的加工過程中危害物與食品組分和加工方法互作的機理和規(guī)律，解析食品加工過程中危害物的阻斷、抑制、控制和消除的分子機制，構建食品加工過程感知網(wǎng)絡，通過全程監(jiān)控食品

22、加工過程，獲得加工過程全程重組和優(yōu)化創(chuàng)新策略和食品加工創(chuàng)新模式，建立食品中多元有害物控制的普適制造過程設計與優(yōu)化模型(圖1)。圖1 學術思路(2) 技術途徑以各種全面而系統(tǒng)的離線組學手段和在線實時檢測與預警手段為主線，選擇易發(fā)生美拉德反響的高蛋白食品、易產(chǎn)生油脂異構化的高油脂食品和易產(chǎn)生胺(氨)類代謝物的發(fā)酵食品等典型加工體系為主要對象，由實驗分析手段結合計算模擬，完成從加工過程危害物生成分子機制、行為效應、毒理學特征、人群暴露水平到加工全過程表征的解析、認識與優(yōu)化。利用基于別離(色譜)結構鑒定(質(zhì)譜)化學計量學數(shù)據(jù)處理方法相組合的高通量組學分析技術，說明食品加工過程典型化學危害物的產(chǎn)生途徑及

23、其行為效應，確定控制食品加工過程中有害因子產(chǎn)生的目標加工單元、途徑及位點；通過添加自由基阻斷因子、調(diào)控關鍵酶定向設計，以及植物活性成分創(chuàng)造競爭性抑制環(huán)境等，研究靶向控制美拉德反響、烷基分子自由基淬滅、阻斷具活性羰基的LPOs與蛋白質(zhì)交聯(lián)、干預小分子醛類重組等方法，獲得加工食品中多目標危害物阻斷、抑制、控制和消除策略，實現(xiàn)加工全過程多元危害物真實生成路徑和控制網(wǎng)絡的重建。利用微納米技術、電化學和光譜學技術、多元識別信息融合技術以及集成智能化全分析系統(tǒng)，構建“感知加工在線檢測網(wǎng)絡，建立有害物質(zhì)的產(chǎn)生、積累、消減過程監(jiān)測模式，結合危害因子分子分型數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對食品加工過程從原料到產(chǎn)品的全程平安性的診

24、斷和預警。以代謝組學與計算生物學方法，構建基于基因、細胞和蛋白質(zhì)水平代謝網(wǎng)絡的食品平安組學毒理分析平臺，通過研究加工危害物在人群膳食中的暴露水平，建立基于危害評估的我國人群膳食中危害物的風險閾值和預警技術體系，為限量標準的制訂提供數(shù)據(jù)根底和科研依據(jù)。以模糊神經(jīng)網(wǎng)絡和遺傳規(guī)劃方法，建立組分變化狀態(tài)模型、食品品質(zhì)評價模型、單一和多元有害物生成和遷移轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)動力學及實時預測模型，預測控制危害物生成和積累的關鍵節(jié)點。以發(fā)酵食品、美拉德反響食品體系以及易發(fā)生油脂雙鍵異構化食品體系為對象，對食品制造過程進行多層次、多階段、多目標及多模式的解構分析與反響調(diào)節(jié)，在集成上述食品危害產(chǎn)生機制、抑制途徑、過程控制

25、和優(yōu)化技術等理論和技術根底上，研究食品制造單元操作和組分設計、組裝、優(yōu)化和改造的策略，構建全程平安控制的食品制造過程設計與構建體系，并開發(fā)多目標多階段食品平安綜合控制優(yōu)化系統(tǒng)，從食品制造角度提升中國食品的平安水平。(3) 取得重大突破的可行性分析1) 理論可行性：本工程針對食品平安加工過程中的三個關鍵科學問題，即危害物產(chǎn)生途徑和轉(zhuǎn)化規(guī)律的分子根底、加工食品平安性預警機制與風險等級確定依據(jù)和食品平安加工全程優(yōu)化原理與控制策略，以典型食品加工過程為研究對象，分析加工過程中的組分結構變化，揭示食品物理和生物加工過程中危害物形成機制，進行加工過程平安性評價及危害物風險評估，建立全程多源平安在線檢測與預

26、警體系，提出食品平安加工最優(yōu)控制策略，最終獲得基于全程平安控制的食品制造過程，具有充分的理論可行性。本工程預計可在食品加工過程中危害物形成與消長、危害效應評價與危害等級評估、在線檢測與實時預警、阻斷與抑制、控制與消除等方面取得重大突破。2) 技術可行性：由于對食品平安問題的日益重視，國內(nèi)食品平安及相關的交叉領域的研究獲得了較大的開展，完全具備了開展食品加工過程平安性研究所需的技術條件，在典型的食品加工過程及與食品危害物產(chǎn)生相關的食品加工過程、食品微生物、食品級代謝工程、計算平臺、基因芯片、功能基因組、蛋白質(zhì)組和代謝物組分析平臺等方面都具有了良好的研究條件，已經(jīng)形成了支撐研究內(nèi)容的先進實驗平臺，

27、為解決食品加工過程中典型危害物的形成、積累與調(diào)控等相關科學問題奠定了技術根底。3) 研究根底可行性：本工程組織了國內(nèi)從事食品平安加工領域的優(yōu)勢單位，擁有開展本課題研究的所有設備，包括實時熒光定量PCR儀、HPLC、二維電泳、核磁共振分析儀、LC/MS、GC/MS等。同時本工程的主要研究人員在食品加工過程、食品生物技術、代謝組學分析技術、蛋白質(zhì)組學技術等方面已經(jīng)有堅實的研究積累，在國際國內(nèi)相關領域均具有一定影響；這支研究隊伍和我國食品行業(yè)的龍頭企業(yè)已經(jīng)形成良好的產(chǎn)學研合作關系，通過根底研究獲得的研究成果有望盡快進入產(chǎn)業(yè)開發(fā)階段。2創(chuàng)新點和特色(1)創(chuàng)新點：1) 新思路：以實現(xiàn)被動應付到主動保障為

28、目標，設計工程總體研究方案。目前國際上開展的食品加工過程平安研究，大多集中在危害物發(fā)現(xiàn)和檢測方法探索方面，關于危害物控制方面也只主要集中在模擬體系研究、單一危害物的生成機制和阻斷途徑等方面。由于食品體系的復雜性，導致現(xiàn)有方法無法指導實際食品加工過程中的危害物控制，更無法實現(xiàn)預期目標，食品平安控制處于被動應付境地。本工程在設計工程過程中，始終堅持以實現(xiàn)主動保障型加工體系為目標，設計基于模擬和實際體系相結合的研究對象，全過程動態(tài)解析和優(yōu)化調(diào)控的研究方法，危害物發(fā)現(xiàn)、危害評估和控制并重的研究模式，為實現(xiàn)食品平安控制由被動應付向主動保障轉(zhuǎn)變提供科學技術根底。2) 新途徑：開發(fā)食品加工過程中多種危害物的

29、同時阻斷、抑制、控制和消除的新途徑。現(xiàn)有文獻報道國內(nèi)食品產(chǎn)品中丙烯酰胺、反式脂肪酸、氨基甲酸乙酯、生物胺和亞硝胺等典型的食品加工過程生成有害物的含量，普遍顯著高于美國、日本和歐洲等國家的同類產(chǎn)品水平。本工程通過設計基于阻斷生成危害物的化學/生化反響途徑、抑制危害物生成、控制反響速率/方向以及消除已生成的危害物四個角度，研究食品加工過程中多目標危害物同步控制的新途徑，提出針對性、可操作性更強的食品加工過程優(yōu)化控制新策略，在提高食品制造平安水平方面取得重大突破。3) 新體系：系列食品產(chǎn)品的平安制造新體系。食品加工過程會產(chǎn)生很多新物質(zhì)，這些物質(zhì)有些是有益于食品品質(zhì)的，但也有些是對人體健康不利的。在目

30、前已有的食品加工體系中，普遍只考慮如何提升產(chǎn)品的風味色澤、質(zhì)構以及生產(chǎn)效率，很少考慮體系中危害物的控制。從全面提高加工食品平安性并保持食品應有品質(zhì)的理念出發(fā)，加工過程產(chǎn)生的所有危害物都應該被充分控制，同時不損害食品品質(zhì)。本工程通過設計基于新監(jiān)測指標體系、新工藝條件、新控制體系、新加工和產(chǎn)品標準體系，建立高蛋白食品、高油脂食品和發(fā)酵食品三類典型食品的平安加工新體系，將惠及國內(nèi)52%的食品加工行業(yè)，大幅提升我國加工食品平安水平，提高我國食品工業(yè)的可持續(xù)開展能力和國際競爭能力。(2)特色：1) 針對性：特別強調(diào)針對食品加工過程，以三大類食品體系(易發(fā)生美拉德反響的高蛋白食品、易產(chǎn)生油脂異構化的高油脂

31、食品和易產(chǎn)生胺(氨)類代謝物的發(fā)酵食品)中普遍存在的五種典型危害物(丙烯酰胺、雜環(huán)胺、晚期糖基化終末產(chǎn)物、反式脂肪酸和氨基甲酸乙酯)為對象，在模擬和實際體系中生成的分子機制、行為效應、監(jiān)測預警和全程優(yōu)化控制方法，結合風險評估，打造系列食品產(chǎn)品的平安制造新體系，從而實現(xiàn)我國加工食品平安從被動應付到主動保障。2) 前瞻性：根據(jù)我國目前食品平安事件頻發(fā)、特別是食品加工過程領域由于缺乏根底研究而導致的標準缺失(國際貿(mào)易技術壁壘)、控制手段有限、國際公司競爭擠壓以及消費者對食品平安問題的心理恐慌等實際情況，將危害物變化規(guī)律、甄別和檢測方法、人群膳食暴露水平、過程優(yōu)化等結合，開發(fā)多組分危害物同時阻斷、抑制

32、、控制和消除綜合技術，通過模擬體系與實際體系研究相結合、單一機制與全過程動態(tài)優(yōu)化相結合、以及危害物的發(fā)現(xiàn)、評估和控制并重的研究模式為食品平安控制從被動應付到主動保障轉(zhuǎn)變提供科學與技術根底，具有較強的前瞻性。3) 系統(tǒng)性：本工程圍繞食品加工過程中危害物形成機制、檢測評估和干預控制，從導致加工過程食品危害物產(chǎn)生的物質(zhì)根底、行為效應、定向干預分子機制，到針對不同加工體系系統(tǒng)開展食品加工過程全程模擬和平安控制研究，提出動態(tài)調(diào)控方法，將形成一套完整的加工過程食品危害物防控理論和方法；進一步針對不同危害物以及多種危害物聯(lián)合危害效應，系統(tǒng)開展危害物在線實時檢測、在人群中的膳食暴露水平和風險等級評估，將為加工

33、食品平安性的預測預警提供扎實根底；在加工過程食品平安控制研究中，以為主要研究對象，將過程全局優(yōu)化控制理論與三大食品加工體系中五種典型危害物的阻斷、抑制、控制和消除進行有機結合，將根底研究與技術應用緊密結合。整個工程研究融合多學科交叉優(yōu)勢，通過系統(tǒng)性研究，可使工程獲得的創(chuàng)新理論和方法真正對提升加工食品的平安性發(fā)揮科學的指導作用。3課題設置與各課題間相互關系圍繞典型食品加工過程中的食品平安問題關鍵根底科學問題：(1) 危害物產(chǎn)生途徑和轉(zhuǎn)化規(guī)律的分子根底，(2) 加工食品平安性預警機制與風險等級確定依據(jù)，(3) 食品平安加工全程優(yōu)化原理與控制策略，以對國民經(jīng)濟和社會穩(wěn)定具有重大影響的典型食品加工過程

34、(高脂肪、高蛋白、發(fā)酵食品)為研究對象，以食品加工過程中的發(fā)現(xiàn)認識創(chuàng)新為主線，從危害物產(chǎn)生危害物實時監(jiān)測-預測預警危害物風險評估危害消除動態(tài)反響-調(diào)控優(yōu)化食品平安全程控制控制與優(yōu)化等角度分段設置6個研究課題(圖2)：課題一：食品加工過程組分結構變化及危害物產(chǎn)生機理課題二：發(fā)酵食品生物危害物的形成機制與消除策略課題三：食品加工全過程多源平安在線檢測與預警體系課題四：食品加工過程平安性評價及危害物風險評估課題五：食品加工過程優(yōu)化理論與控制策略研究課題六：食品平安全程控制的食品制造過程設計與構建圖2 課題設置思路各課題通過解決的科學問題實現(xiàn)有機關聯(lián)，通過各自的研究目標組成了食品加工過程根底科學問題的

35、研究網(wǎng)絡。其中，課題1、2為其它課題提供根本原理，課題3和課題4為其它課題提供方法學依據(jù)，課題14中產(chǎn)生的理論知識在課題56中實現(xiàn)最終整合，為構建食品平安全程控制的食品制造過程設計與構建提供充分的理論與實踐依據(jù)。課題一：食品加工過程組分結構變化及危害物產(chǎn)生機理主要研究內(nèi)容針對食品加工過程中重要組分結構變化深入解析，探討化學危害物形成的物質(zhì)根底，基于熱(動)力學原理和結構生物學新技術，研究多元組分交互反響過程及其行為效應，分析確定影響危害物形成的關鍵節(jié)點，探索多種危害物或健康不良因子的形成途徑和變化規(guī)律，從分子水平揭示食品加工過程中多源危害物形成與干預、阻斷與控制的相關機制。(1) 食品加工過程

36、中組分結構變化和規(guī)律解析研究不同加工單元 (熱效應、物理場、超高壓等)對食品重要組分(碳水化合物、蛋白質(zhì)、酶及脂肪酸等) 結構性質(zhì)的影響，基于多層次分子立體結構(鏈結構、聚集態(tài)結構和空間構象)變化解析，研究脂肪氧化產(chǎn)物活性羰基與蛋白質(zhì)、碳水化合物等多種分子之間的交互作用，探討體系微環(huán)境 (團簇效應、供/受電子基團、空間位阻)對危害物產(chǎn)生的影響規(guī)律；基于組學高通量篩選和多維色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術，加工過程產(chǎn)生的新化合物，說明雜環(huán)胺、丙烯酰胺、蛋白質(zhì)末端糖基化衍生物等典型有害化合物的主要生成途徑、旁路、中間體結構以及關鍵前體物質(zhì)，從分子水平上獲得現(xiàn)代食品加工中食品組分的結構變化誘導危害物形成的機制。(

37、2) 加工過程中多元化學危害物的生成途徑及行為效應采用現(xiàn)代儀器分析技術對多目標危害物及其各級中間產(chǎn)物進行分子特征標識，研究食品加工條件(溫度、水分活度、離子強度、物理場等)對末端羰基衍生物等危害物形成焓變、熵變、反響能級和生成速率的影響，揭示食品加工過程中危害物產(chǎn)生的熱(動)力學反響機制；結合碳組標記技術(CAMOLA)和15N2同位素示蹤技術，跟蹤各級活性中間體碳鏈結構的變化，采用自旋電子共振波譜技術對危害物生成過程中的活性羰基進行跟蹤監(jiān)測，找出反響過程中危害物形成的關鍵節(jié)點，描述食品加工過程典型化學危害物的產(chǎn)生途徑及其行為效應。(3) 加工過程中危害物定向干預的分子機制通過添加自由基阻斷因

38、子、調(diào)控關鍵酶定向設計，以及植物活性成分創(chuàng)造競爭性抑制環(huán)境等，研究靶向控制美拉德反響、羥基分子自由基淬滅、阻斷具活性羰基的LPOs與蛋白質(zhì)交聯(lián)、干預小分子醛類重組等方法，并探索建立危害物產(chǎn)生過程中組分與組分相互作用、組分與加工條件的相互作用，確定控制食品加工過程中有害因子產(chǎn)生的目標加工單元、途徑及位點，揭示靶向控制、阻斷和降低危害物生成的分子機制。預期目標： (1) 針對46種代表性食品加工過程，揭示組分和加工過程變化條件下的組分結構變化與危害物產(chǎn)生關聯(lián)機制；(2) 構建適用于食品復雜反響體系的基于多維色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術的多層次潛在危害物分子特征標識分析方法和分析模型12套；(3) 針對101

39、5種典型危害物，建立食品加工過程危害物生成的化學動力學反響機制和關鍵節(jié)點；(4) 針對78種和潛在危害物，形成基于反響熱力學和反響動力學的食品加工過程危害物生成自由基阻斷機制和抗氧化成分抑制機制和方法模型2-3套；(5) 在SCI期刊上發(fā)表論文2025篇，申請專利810項，培養(yǎng)68名博士研究生，1520名碩士研究生，出版食品熱加工過程產(chǎn)生的食品平安問題專著1部。主要承當單位：華南理工大學、中科院大連化學物理研究所課題負責人：李琳經(jīng)費比例：1 %課題二：發(fā)酵食品生物危害物的形成機制與消除策略主要研究內(nèi)容深入研究食品發(fā)酵過程中關鍵生物危害物形成的分子根底及其調(diào)控機制。以此為根底，課題針對由于微生物

40、代謝導致的食品平安問題，通過構建食品級代謝工程操作體系消除其分子根底，并在不改變微生物群落結構的情況下，實現(xiàn)單個微生物的原位置換，為在不影響食品風味的前提下實現(xiàn)的發(fā)酵食品全程平安制造提供理論依據(jù)。(1) 食品發(fā)酵過程中生物危害物形成的分子根底及其調(diào)控機制基于對典型食品發(fā)酵過程中關鍵微生物的全基因組測序結果，構建其全基因組規(guī)模代謝網(wǎng)絡，并通過發(fā)酵過程生理生化特性表征對代謝網(wǎng)絡模型進行修正，分析與關鍵生物危害物形成密切相關的代謝途徑及其調(diào)控網(wǎng)絡。通過RNASeq技術、iTRAQ等高通量的組學手段，從碳、氮代謝物阻遏效應等全局調(diào)控機制入手，分析發(fā)酵過程關鍵微生物遺傳背景與典型生物危害物的相互關系及其

41、關鍵控制基因，系統(tǒng)說明原料組分、工藝條件和微生物群落結構對發(fā)酵過程典型生物危害物(氨基甲酸乙酯、生物胺、亞硝胺等)的合成、積累與降解的影響及其調(diào)控機制。(2) 基于代謝工程技術的發(fā)酵食品生物危害因子消減策略利用系統(tǒng)生物學技術在關鍵食品微生物基因組中迅速鑒別出基因工程操作必需的元件：野生型質(zhì)粒的復制起點/相關蛋白、具不同特性啟動子/終止子體系、密碼子偏愛性、轉(zhuǎn)錄/翻譯調(diào)控因子、抗性或其他可作為篩選表型及其基因，并找出適宜的異源基因轉(zhuǎn)化方法。系統(tǒng)整合上述信息，構建無外源基因引入的食品級代謝工程操作體系。根據(jù)系統(tǒng)生物學技術確定的改造位點，通過食品級代謝工程操作消除關鍵生物危害物形成的分子根底，開展出

42、針對傳統(tǒng)發(fā)酵食品微生物的食品級代謝工程方法。(3) 食品發(fā)酵過程中微生物群落效應與干預機制在傳統(tǒng)發(fā)酵食品混菌系統(tǒng)中，主要的發(fā)酵過程和生物危害物的產(chǎn)生通常都是由一種微生物主導的。其他的一系列混合微生物雖然不參與主體營養(yǎng)物質(zhì)的代謝，但對于產(chǎn)生特定的風味是必不可少的。因此，針對一種或有限的幾種微生物的代謝工程操作，通常無法在提高發(fā)酵食品平安性的根底上保證最終發(fā)酵食品的風味。因此，利用噬菌體特異感染技術、差異性生長區(qū)分、特異底物刺激、微生物群落全微生物別離-耦合技術開發(fā)一系列能夠?qū)崿F(xiàn)代謝工程菌株-野生型菌株置換的微生物群落操作技術，在不改變食品風味的前提下，顯著提高傳統(tǒng)發(fā)酵食品平安性。預期目標：(1)

43、 在基因組水平和代謝網(wǎng)絡水平系統(tǒng)說明46種重要生物危害物及其直接前體在典型發(fā)酵食品制造過程中的形成和積累機制；(2) 建立針對68種食品發(fā)酵關鍵微生物的食品級代謝工程體系，通過代謝工程改造有效消除生物危害物積累的分子根底；(3) 在盡可能保持傳統(tǒng)發(fā)酵食品風味和營養(yǎng)成分不發(fā)生顯著改變的情況下，采用原位置換策略，得到不產(chǎn)生物危害物的傳統(tǒng)發(fā)酵食品混菌發(fā)酵體系；(4) 在Journal of Agricultural and Food Chemistry、Food Microbiology、Applied Environmental Microbiology、Metabolic Engineering

44、、Molecular Systems Biology等食品微生物與生物工程類國際權威SCI期刊上發(fā)表論文2530篇，申請專利1012項，培養(yǎng)68名博士研究生，1520名碩士研究生，出版食品生物加工過程產(chǎn)生的食品平安問題專著1部。主要承當單位：江南大學、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學課題負責人：陳堅經(jīng)費比例：22%課題三：食品加工全過程多源平安在線檢測與預警體系主要研究內(nèi)容本課題以“實時監(jiān)測診斷預警為主線，針對加工食品和發(fā)酵食品的有害物質(zhì)的生成、遷移和轉(zhuǎn)化的關鍵問題，以微納米技術和現(xiàn)代分析為危害物識別和信號增強手段，構建“感知加工在線檢測網(wǎng)絡，建立有害物質(zhì)的產(chǎn)生、積累、消減過程監(jiān)測模式，結合危害因子分子分型數(shù)據(jù)

45、庫，實現(xiàn)食品加工的在線自動監(jiān)測與計算機智能控制的完美結合，實時反映食品加工過程中由原料至產(chǎn)品的品質(zhì)變化，準確溯源危害因子，動態(tài)反響和預警平安信息，保障食品質(zhì)量平安。(1) 危害因子的識別機理與檢測信號增強方法針對三大類食品加工技術產(chǎn)生的主要危害因子，采用納米生物傳感、近/中紅外光譜、電化學分析、免疫技術、外表增強拉曼等技術，結合現(xiàn)代化學計量學，探索危害物與快速判別模式，建立有害物質(zhì)的來源快速識別與含量測定模型；設計并制備新型石墨烯復合物、肽納米管、多維納米SERS芯片等為代表的信號放大介質(zhì)，提高功能化載體信號增強效率，探索結構特征與與敏感結構的作用機制，構筑靈敏的識別與放大界面，降低基體干擾；

46、開展靈敏度高、特異性強的分析方法，微納米尺度上集成和優(yōu)化典型危害因子檢測體系，研制離線、單點檢測設備。(2) 多源在線檢測網(wǎng)絡的設計與構建采用多元識別信息融合技術，集成智能化全分析系統(tǒng)，建立性能穩(wěn)定、重現(xiàn)性好的檢測器陣列，兼容性集成傳輸電路，實現(xiàn)高通量的實時檢測分析，構建“感知加工檢測網(wǎng)絡；根據(jù)發(fā)酵體系、高溫肉制品體系以及烘焙體系的危害因子關鍵控制點，探索提高監(jiān)測效率的有效途徑；監(jiān)控加工環(huán)節(jié)產(chǎn)生危害因子，開展食品加工過程中平安檢測與監(jiān)控信息網(wǎng)絡，實現(xiàn)平安數(shù)據(jù)實時、在線的檢測與智能分析功能一體化的全分析系統(tǒng)。(3) 基于有效信息特征抽提與集成的監(jiān)測、診斷和預警系統(tǒng)圍繞典型加工過程中危害因子分子分

47、型根底數(shù)據(jù)庫，構建數(shù)據(jù)庫信息管理系統(tǒng)，建立食品平安敏感性指標，構建有害物質(zhì)快速鑒定和溯源模型；采用“感知加工監(jiān)測與分析系統(tǒng)，海量采集檢測數(shù)據(jù)，利用特征抽提、數(shù)據(jù)融合和模式識別理論，提取并集成有效信息，結合危害因子數(shù)據(jù)深度開掘體系，及時反映食品加工過程中由原料到產(chǎn)品的品質(zhì)變化，對危害因子進行在線跟蹤，實現(xiàn)智能化監(jiān)測、診斷和預警；通過反響線路，實現(xiàn)加工全過程的平安控制及產(chǎn)品質(zhì)量最優(yōu)化。預期目標：(1) 突破中近紅外光譜、拉曼光譜及傳感器、生物分析譜等加工過程化學物結構信息實時在線檢測技術；(2) 開展810種適用于食品體系的在線檢測的環(huán)境友好型納米增敏材料制備方法，合成5060種新型生物兼容材料；

48、(3) 研制基于微納效應的氨基甲酸乙酯、生物胺、亞硝胺、丙烯酰胺、反式脂肪酸的在線檢測設備；(4) 建立國內(nèi)第一個關于主要食品組分加工過程危害因子分型數(shù)據(jù)庫；(5) 建立23種典型加工食品體系的多源危害物信息全程監(jiān)控信息網(wǎng)絡系統(tǒng)，建立加工過程多源平安嫌疑物形成的食品平安預警體系；(6) 在SCI期刊上發(fā)表論文2530篇，申請專利810項，培養(yǎng)68名博士研究生，1520名碩士研究生，出版食品平安新檢測技術專著1部。主要承當單位：天津科技大學、中國檢驗檢疫科學研究院、華南農(nóng)業(yè)大學課題負責人：孫遠明經(jīng)費比例：1%課題四：食品加工過程平安性評價及危害物風險評估主要研究內(nèi)容食品加工過程中危害物的危害識別

49、及其基于損傷機制的風險表征是制定食品限量標準的科學根底。課題針對食品加工過程中產(chǎn)生的和潛在危害因素，綜合運用組學和體外替代新技術，從分子、基因和蛋白質(zhì)三個層面探索毒性物質(zhì)的作用機制，開展生物學分子標志物(包括接觸性和效應性)，建立基于毒性通路的中國TT21C(21世紀毒理學測試技術)；說明危害物質(zhì)的早期生物效應產(chǎn)物與人體暴露水平的關系，建立化學危害物的風險評估新模型和新理論。(1) 識別新型危害物機體應激及分子生物標志物的建立針對食品加工過程中產(chǎn)生的新型和潛在危害物，建立敏感測試細胞、大鼠、線蟲等研究模型，探索危害物機體應激和內(nèi)源性代謝產(chǎn)物的形成、轉(zhuǎn)移過程；通過分子流行病學和代謝組學手段，研究

50、危害物及其早期羥基化或環(huán)氧化活性代謝物與內(nèi)源性大分子損傷的交互作用，分析和篩選體內(nèi)可能產(chǎn)生的DNA加或血紅蛋白加會物及其應激產(chǎn)物，探索危害物的接觸、效應及人群易感性分子生物標志物；運用現(xiàn)代組學技術，建立毒性物質(zhì)對體外毒性的基因/蛋白質(zhì)/代謝產(chǎn)物表達譜，獲得毒性損害的相關基因/蛋白質(zhì)/代謝產(chǎn)物，預測毒物在生物體內(nèi)遷移轉(zhuǎn)化的代謝規(guī)律。(2) 基于組學技術建立的高通量TT21C中國模型以敏感測試細胞為對象，結合多種組學技術，以DNA-損傷的經(jīng)典毒性通路(如p53-mdm-2和PPAR-受體)，建立典型危害物毒性作用和蛋白標志以及細胞代謝產(chǎn)物之間的聯(lián)系，探索在中國率先應用21世紀毒理學測試技術(TT2

51、1C)的技術路線圖；對加工過程中產(chǎn)生的新型危害物，通過分析其誘導敏感測試細胞的蛋白和代謝物圖譜變化，建立相關的蛋白組和細胞毒性數(shù)據(jù)庫；整合代謝組學與計算生物信息學，構建基于基因、細胞和蛋白質(zhì)水平代謝網(wǎng)絡的食品平安組學毒理分析平臺。(3) 新型熱點危害物暴露評估與食品平安風險表征開展食品平安風險暴露評估理論和方法，重點針對人群膳食中丙烯酰胺、氯丙醇脂肪鹽酸酯、氨基甲酸乙酯等新型國際熱點危害物的污染分布，開發(fā)人體暴露的概率性評估模型閾值通過基準劑量和暴露評估模型建立風險表征模型，定性和定量推斷食源性危害的風險等級，提出人群膳食風險控制措施，為限量標準的制訂，掌握食源性疾病的變化趨勢和制訂食源性疾病

52、控制對策提供重要依據(jù)。預期目標： (1) 針對加工過程中產(chǎn)生的新型潛在危害物研究其在生物體內(nèi)轉(zhuǎn)運機制，篩選出生物標志物和應激產(chǎn)物指標1020種。篩選危害物生物損傷機制，完成高靈敏DNA 損傷檢測技術23套；(2) 提出基于組學技術和毒性通路的21世紀毒理學測試技術(TT21C)的中國技術路線圖，完成高靈敏、高通量無標記細胞毒性快速篩查技術510套，獲得510個用于評價食品多種毒素復合效應的敏感生物標志物；(3) 建立暴露評估模型和風險表征模型23套，獲得25個新型熱點危害物的風險評估的中國國家數(shù)據(jù)并被國際組織采納；(4) 在SCI期刊上發(fā)表論文2025篇，申請專利810項，培養(yǎng)68名博士研究生

53、，1520名碩士研究生，制訂食品行業(yè)國際/國內(nèi)平安標準1618項。主要承當單位：中國疾控中心、上海交通大學課題負責人：吳永寧經(jīng)費比例：1%課題五：食品加工過程優(yōu)化理論與控制策略研究主要研究內(nèi)容基于對典型加工過程中食品組分的特定變化規(guī)律和多目標危害物的特征辨識方法，建立組分變化、品質(zhì)評價、危害物消長等系統(tǒng)模型，進行模型的魯棒性和容錯性分析，并結合加工體系中的流變特性、傳熱傳質(zhì)規(guī)律和過程動力學，確定危害物生成的單目標和多目標控制函數(shù)。在此根底上，探索在復雜加工條件下食品組分-加工條件-危害程度的相互作用規(guī)律，開展食品加工過程中危害物的阻斷、抑制、控制和消除策略。(1) 單一有害物在食品加工過程中生

54、成規(guī)律的模型化及過程模擬針對典型食品加工過程中危害物的形成，如高溫加工淀粉食品中丙烯酰胺、油炸食品中反式脂肪酸以及高蛋白食品中雜環(huán)胺等，在不同的流變特性、傳熱傳質(zhì)規(guī)律、反響動力學體系中，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡等方法建立描述危害物的形成與關鍵變量(如溫度梯度變化、時間動態(tài)遷移、前體及底物濃度分布等)之間的數(shù)學模型，進行模型參數(shù)的靈敏性和適用性分析，預測危害物(以丙烯酰胺、反式脂肪酸、雜環(huán)胺為代表)的產(chǎn)生規(guī)律。(2) 多元有害物生成和遷移轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)動力學分析及實時預測基于食品加工過程中可能存在多種危害物(丙烯酰胺、反式脂肪酸、雜環(huán)胺)同時形成的特點，利用多目標動態(tài)系統(tǒng)的特征標識法，多尺度關聯(lián)過程條件與危

55、害物消長，確定各種危害物產(chǎn)生和遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及模式；利用遺傳規(guī)劃建立基于SCP(統(tǒng)計過程控制)和FMECA(失效模式、影響及危害程度分析)方法的系統(tǒng)動力學模型，研究模型系統(tǒng)辨識方法及參數(shù)估計收斂條件的魯棒性、容錯性，最終獲得可準確預測過程條件最大信任度區(qū)間和多元危害物濃度變化的動力學模型。(3) 食品品質(zhì)及關鍵危害物的多目標優(yōu)化與控制策略以建立的食品加工過程中組分變化狀態(tài)模型、食品品質(zhì)評價模型、危害物產(chǎn)生和遷移轉(zhuǎn)化的實時預測模型為根底，深入解析關鍵加工參數(shù)對系統(tǒng)模型中食品品質(zhì)表征因子和危害物抑制因子的影響，建立以食品品質(zhì)最正確和危害因子水平最低為優(yōu)化指標的多目標、多因素函數(shù)，利用具有量子行為的粒

56、子群優(yōu)化算法進行參數(shù)尋優(yōu)，獲得最正確食品加工參數(shù)，確定最優(yōu)控制策略，為最終實現(xiàn)平安風險最小化和食品品質(zhì)最正確化奠定理論根底。預期目標：(1) 獲得23個關鍵危害因子產(chǎn)生與消除的預測和干預模型；(2) 提出23個典型食品加工過程的最正確控制策略；(3) 建立12種基于多尺度多傳感數(shù)據(jù)分析以及多變量統(tǒng)計過程診斷的食品加工過程控制技術；(4) 開發(fā)34個典型食品加工過程的系統(tǒng)控制軟件包；(5) 在SCI期刊上發(fā)表論文2025篇，申請專利810項，培養(yǎng)68名博士研究生，1520名碩士研究生，出版食品平安加工過程理論與技術專著1部。主要承當單位：中國農(nóng)業(yè)大學、南昌大學課題負責人：胡小松經(jīng)費比例：1%課題

57、六：食品平安全程控制的食品制造過程設計與構建主要研究內(nèi)容選擇易發(fā)生美拉德反響的高蛋白食品、易產(chǎn)生油脂異構化的高油脂食品和易產(chǎn)生胺(氨)類代謝物的發(fā)酵食品等典型加工體系，集成上述課題的研究成果，特別是食品危害產(chǎn)生機制、抑制途徑、過程控制和優(yōu)化技術等理論和技術，研究食品制造單元操作流程重構、設計優(yōu)化和定向控制的策略，構建全程平安控制的食品制造過程設計與保障體系。(1) 傳統(tǒng)發(fā)酵食品平安制造流程重構以消除和降低國內(nèi)大宗傳統(tǒng)發(fā)酵食品(如醬油、黃酒、發(fā)酵蔬菜等)中的典型生物危害物(氨基甲酸乙酯、生物胺等)為目標，通過系統(tǒng)生物學技術、食品級代謝工程操作體系、微生物群落置換方法等，結合對主要在研究胺(氨)類

58、及其前體物質(zhì)特征抽提、在線監(jiān)測與過程控制的根底上，應用原料代謝物阻遏消除動力學和食品組分變化狀態(tài)模型評價發(fā)酵產(chǎn)物綜合品質(zhì)，優(yōu)化和建立無/低生物危害物的傳統(tǒng)發(fā)酵食品制造過程關鍵條件參數(shù)，實現(xiàn)危害物脫除消減與風味物保存的綜合優(yōu)化目標，形成傳統(tǒng)發(fā)酵食品制造新工藝。(2) 食品加工體系美拉德反響全程優(yōu)化與控制基于天然抗氧化成分對美拉德反響及丙烯酰胺前體物質(zhì)生成的阻斷干預效應，以黃酮類食品抗氧化劑(竹葉抗氧化物和茶多酚)為研究對象，選取烤肉制品、油炸和烘焙淀粉類制品作為代表，應用危害因子分型數(shù)據(jù)庫實時追蹤加工過程，采用形成/消除動力學調(diào)控模式，獲得類黃酮在不同食品體系、不同加工過程中抑制美拉德反響危害物

59、形成的主要途徑和關鍵作用位點，結合抗氧化組分對上述有害物的抑制效應，探討加工單元操作的靶向性設計及重組，建立多元有害物控制的制造過程設計與優(yōu)化策略。(3) 食品加工油脂異構化全程防控工藝構建與優(yōu)化以控制油炸食品、糖果、植脂末等常見含氫化油或者精煉油的食品中反式脂肪酸含量為目標，針對氫化油鎳催化氫化、精煉油高溫脫臭、高溫反復油炸等主要產(chǎn)生反式脂肪酸的途徑，通過集成多元危害物的監(jiān)測、診斷和預警系統(tǒng)，結合油脂分段結晶、完全氫化、低溫乳化等組合技術，探討無/低反式脂肪酸的氫化油和精煉油的制造途徑，建立不同來源油脂原料反式脂肪酸阻斷技術工藝；通過食品品質(zhì)表征因子模型系統(tǒng)控制技術，進一步對起酥油、人造奶油

60、、烹調(diào)油等具有特定功能需求的油脂加工進行優(yōu)化與控制，構建食品加工中油脂雙鍵異構化全程防控工藝。預期目標：(1) 完成58項針對油炸食品食品加工過程中多元危害物全程控制關鍵技術，使起酥油等食品工業(yè)用油脂中的反式脂肪酸含量降低到油脂含量的2%以內(nèi)，使加工食品中的范式脂肪酸含量降低到1%以內(nèi)；(2) 設計與優(yōu)化無氨基甲酸乙酯積累的啤酒等傳統(tǒng)發(fā)酵食品制造流程，使氨基甲酸乙酯含量控制到0.2 mmol以內(nèi)，并應用推廣；(3) mg/kg以內(nèi)，并形成標準或技術標準；(4) 在SCI期刊上發(fā)表論文2025篇，申請專利810項，培養(yǎng)68名博士研究生，1520名碩士研究生，出版食品平安加工全程優(yōu)化理論與實踐專著