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【科学时报】打造食品香料的“中国味道”

 

从早期含硫香料的研究,到后来的肉味香精,再到脂肪调控氧化技术和原味浓缩肉汤的研究,中国工程院院士、北京工商大学教授孙宝国和他带领的研究团队一直在不断地前进,为了“让中国未来的食品更方便、更营养、更安全、更美味”的目标而不断奋斗。

古人云:民以食为天;俗话说:开门七件事,柴米油盐酱醋茶。由此可见,饮食本是人们生存的基本需求。而随着我国城市化、工业化、现代化建设步伐的加快和国民经济持续高速的增长,人民生活水平的提高和生活节奏的加快使得我国的食物需求和食品消费结构已发生了根本性的改变,人们不想在厨房花费太多的时间又想吃饱吃好。于是,以方便食品、肉制品、仿肉制品、速冻食品、膨化食品、调味品等为代表的工业食品所占比重在食物消费中正在快速增加。

整个食品产业也已经成为集农业、制造业、现代流通服务业于一体的最具活力和发展潜力的新的经济增长点,成为国民经济中产值最大、解决就业人口最多、发展速度最快,具有全局性和战略性的独立产业体系。我国食品工业已经连续15年保持了超过20%的增长速度,2009年产值近5万亿元人民币,已成为我国第一大制造业。

在食品工业发展中,食品添加剂起到了不可替代的积极促进作用,食品工业越发展,食品添加剂的应用范围越广泛,越是发达的国家,食品添加剂的品种越丰富,食品添加剂已经应用到几乎所有的食品工业产品当中,所以,“没有食品添加剂就没有现代食品工业”的理念越来越被人们所认识,而且这也是一个不争的事实。

在我国,食品添加剂分为22大类,食品香料从品种来说是最多的一类。“人类对食品香味的要求既多种多样又日益增长。食品中天然存在的香味物质和(或)在热加工过程中形成的香味物质难以满足人类对香味不断增长的要求,必须通过添加食品香精来实现。”我国高校第一位食品领域的中国工程院院士、北京工商大学教授孙宝国说。

从零起步打破国际垄断

在食物最基本的“色、香、味”三要素中,香占据其一。香学在中国乃至全世界饮食文化中也占有重要地位。我国是最早使用食品香料的国家之一,花椒、大料、桂皮等中国传统香料的使用有几千年历史。

但是,在科学技术的进步使人类能够发现并人工合成食物中的关键香味成分的时候,我国远远地落后了。现代香料香精工业起源于欧洲,法国的巴黎和格拉斯生产的香料、瑞士的食品香精、英国生产的调味香精都享有很高声誉。二战以后,美国和日本在香料香精领域以惊人的速度追赶欧洲。目前,欧洲、美国、日本已构成世界上最先进的香料香精工业中心。并且以香精为龙头产品带动天然香料和合成香料的发展。而通过控制关键香料的品种、技术来保持其领先地位并获得垄断利润,是世界香料大公司的普遍做法。

在上世纪80年代,我国食品工业的发展曾缺少重要的肉味食品香料2-甲基-3-巯基呋喃和甲基(2-甲基-3-呋喃基)二硫醚,它们都是从畜禽肉中被发现的关键肉香味物质,美国国际香料公司在上世纪70年代率先实现了商业化生产,卖价奇高。

“我国进口价曾分别高达9万元/公斤和14万元/公斤,跟当时黄金的价格差不多,由于西方的贸易保护主义,即使这样的高价也不一定能够买到,严重制约了我国食品工业的发展,影响了我国相关行业的生产和人民生活需要。”孙宝国回忆说。解决食品企业不得不从国外购买高价货的困境,成为当时轻工领域香料研制的重点,并且列入了国家“七五”攻关项目。

北京工商大学以及孙宝国关于香料的研究工作也正是从这时开始的。

香料的研制是一个极其复杂的过程,要成功合成这两种香料必须突破低温反应、中间体聚合等多个关键技术,而当时中国的合成香料技术还比较落后。孙宝国的研究相当于从零开始。另外,孙宝国在实验中用到的多是含硫有机物,臭味儿特别大。要做实验首先就必须要能忍受这个味儿。

年复一年、日复一日的探索中,北京工商大学的科研队伍以国内资源丰富的源于农副产品2-甲基呋喃等为起始原料,突破了2-甲基呋喃甲氧基化、中间体水解—加成一体化、2-甲基-3-巯基呋喃温和氧化等关键技术,经过6步反应实现了2-甲基-3-巯基呋喃和2-甲基-3-呋喃基二硫醚的国产化,核心技术获得3项授权发明专利,使我国成为迄今为止能够生产此类重要食品香料的两个国家之一,产品符合国际和国内标准,占据了全部国内市场和约50%的国际市场,原来价比黄金的香料从此走进了寻常百姓家。

此项研究成果奠定了我国3-巯基呋喃类食品香料制造的技术基础,1999年荣获国家科学技术进步奖二等奖。

接下来,在“八五”国家科技攻关期间,孙宝国和科研人员以食品香料甲基糠基二硫醚为突破口,以Bunte盐为中间产物,高选择性、高转化率地突破了不对称二硫醚食品香料制造关键技术,在此基础上,又突破了水解—不对称二硫醚化耦合技术,以远低于同类食品香料的成本合成了重要食品香料甲基(2-甲基-3-呋喃基)二硫醚,该核心技术获得了1项授权发明专利,产品符合国际和国内标准,同样占据了全部国内市场,更是远销东南亚、日韩等地,变进口为出口。该成果奠定了我国不对称二硫醚食品香料制造的技术基础,并在2005年荣获国家技术发明奖二等奖。

打造“中国味”的咸味香精

上世纪70年代以后,咸味香精的研究开发和生产都得到了很大的发展。分析设备和方法的进步。使得化学家们发现了各种阈值极低而香气独特的特征香味化合物,进而合成出这些香料用于咸味香精。应用氨基酸和糖类制备出各种热反应香精,也促进了咸味香精的发展。

我国咸味香精最早应用的领域是方便面调料,也正是由于方便面在中国市场的热销带动了中国咸味香精的快速发展。肉制品、鸡精也是咸味香精的主要应用领域。孙宝国指出,我国咸味香精应用的新领域是餐饮业,咸味香精对快餐和中餐的连锁化发展会起到重要推动作用。

事实上,中国咸味香精的发展一直得益于中国博大精深的饮食文化,尤其是中国菜肴的烹调技术和技巧。2200年前的《吕氏春秋·本味篇》是中国和世界上最古老的烹饪理论著作,其中的“凡味之本,水最为始。五味三材,九沸九变,火为之纪”的论点在中国咸味香精制造技术中得到了充分体现。

而中国咸味香精也将中国传统烹调技术、现代生物工程技术、热反应技术、调香技术、干燥技术等融合为一体,形成了完整的技术体系。

孙宝国指出,我国咸味香精近两年在一些共性关键技术方面取得了突破,主要表现在脂肪调控氧化技术和原味浓缩肉汤生产技术两个方面。

脂肪在烧烤、煎炸的过程中氧化会产生诱人的特征风味。脂肪调控氧化技术就是在模拟煎炸过程脂肪氧化的条件下进行的。脂肪调控氧化核心技术“一种脂肪控制氧化制备肉味香精前体物的方法”和“一种采用气升式环流反应器制备脂肪控制氧化产物的方法”分别在2006年和2008年获得了发明专利权。使用调控氧化脂肪为原料既可增强咸味香精特征性风味,又能减少脂肪的用量。该项技术已在国内多家咸味香精生产厂推广应用,较好地解决了当前热反应法生产的咸味香精整体香味强度偏弱、特征香味不明显、口感不饱满、留香时间短的问题,同时增强了产品的耐高温性,提高了产品的安全性。脂肪调控氧化技术是能够增强咸味香精特征风味的行业共性关键技术,在未来几年将得到普遍采用。

通过对肉汤和肉普通酶解物的飞行质谱分析,发现了导致普通热反应肉味香精和肉汤风味差别的主要原因。在此基础上研究开发的集脂肪调控氧化技术、肉类多级靶向酶解技术、低温快速热反应技术于一体的原味浓缩肉汤生产技术,使生产的原味浓缩肉汤系列产品,具有天然炖汤自然愉悦的肉的香气和协调醇厚的鲜味口感,实现了天然肉味香精生产技术和产品质的飞跃。

以“中国味”为特色的咸味香精已经引起了越来越多的企业家的关注。中国咸味香精生产企业的数量也在扩张。

随着经济的发展和消费水平的提高,高端消费群体对全天然咸味香精的呼声越来越高,研发和生产全天然咸味香精成为一些生产厂商关注的热点之一, 咸味香精也从中找到了返璞归真的感觉。孙宝国指出,中国全天然咸味香精1998年就实现了工业化生产,并且在一些肉制品中得到了应用。全天然咸味香精在今后会得到比较快的发展,并且会在咸味香精中占有一定的比例,但咸味香精不可能都是全天然的。目前,中国热反应法制造的咸味香精主体原料已经都是天然的,让全部咸味香精都成为全天然的既无必要,也无可能。对咸味香精而言,绝对要保证的是安全,始终要追求的是香味。

“味料同源”引领世界潮流

进入21世纪以后,人们的食物结构继续发生着重大变化。自给型食品消费比重逐年下降,一些营养、方便、休闲、绿色的新型工业化食品的需求逐年增长。消费者追求食品的健康、营养、卫生,同时亦看重时尚口味,不满足于以往的传统,市场需要更多的新口味来满足人们愈来愈挑剔的味觉。由此带来的食品高新技术与工程化,为食品添加剂的发展创造了难得的机遇。

这是因为虽然食品香精在食品配料中所占的比例很小,但却对食品风味起着举足轻重的作用。它可以给食品原料赋香,矫正食品中的不良气味,也可以补充食品中原有香气的不足,稳定和辅助食品中的固有香气。还有,如果在食品中添加合适的食品香精,其香气、口味都可能会有意想不到的改善。

同时,技术的发展和工程化食品的出现,为食品香精的发展提供了良好的发展机遇。工程化食品是指经过科学配方平衡营养,对农产品进行物种改造,从天然原料提取有效营养成分,根据消费者的需求,按照食品营养、风味和结构再重新组合成的食品。

国外肉味香精一般是通过食品香料调香或者以酵母提取物为主要原料经过热反应制造的,尽管产品香味浓郁,但像真性和特征性不强,缺乏地道的肉香味。

孙宝国带领北京工商大学的科研人员根据肉香味的形成机理,提出了“味料同源”的中国特色肉味香精制造新理念,并开发出天然级肉味香精制造技术。用真正的肉来制取肉味香精,这和当今世界追求自然健康食品的潮流是相符合的。

“味料同源”的核心是“肉源”。“制造牛肉香精就以牛肉为主要原料;制造排骨香精就以排骨为主要原料,以此类推。用肉为主要原料制造的肉味食品香精是天然级产品,符合食品工业天然、营养、安全、回归自然的世界潮流,实现了消费者完全放心的愿望。”孙宝国介绍说。

遵循“味料同源”的制造理念,孙宝国研究开发了以畜禽肉、骨为主要原料的天然级肉味食品香精制造技术,核心技术获得4项授权发明专利。突破了3项关键技术:一是酶解增香技术;二是脂肪调控氧化技术;三是液相热反应生香技术。该项成果奠定了我国天然级肉味食品香精制造的技术基础,2000年获得国家科学技术进步奖二等奖。

目前,孙宝国和科研人员研制的天然级肉味食品香精在方便食品、肉制品、仿肉制品、调味品、膨化食品、焙烤食品、速冻食品、罐头食品、菜肴及餐饮业中得到了广泛应用。

此外,孙宝国还提出了肉香味含硫化合物分子特征结构单元模型,初步揭示了含硫化合物分子结构与肉香味之间的关系,为通过分子设计定向合成肉味香料提供了理论依据。

从早期含硫香料的研究,到后来的肉味香精,再到脂肪调控氧化技术和原味浓缩肉汤的研究,孙宝国和他带领的研究团队一直在不断前进。

让中国未来的食品更美味

预计未来510年,我国食品工业和餐饮业仍将以15%20%的年均增长速度快速发展,食品产业将成为未来510年拉动内需、增加就业、保障民生和促进国民经济增长十分重要的支柱产业,也是保障国家食物安全的基础产业,更是承载着国民营养健康的民生产业。

因此,我国食品产业整体技术升级的重大科技需求已成为国家科技发展应当高度重视的战略性问题。必须迅速用现代高新技术改造传统产业来满足日益增长的“方便、营养、健康、美味、安全”的消费需求,与我国走新型工业化发展道路和实现城乡协调发展密切关联的“永不衰败的朝阳产业”和“民生工程”。

面向未来,我国食品产业面临着十分严峻的挑战。一方面,外国资本进入我国食品工业十分活跃,利用其技术和资金优势,争夺国内市场,提高市场垄断能力,对技术水平相对落后、资金实力不强的国内食品企业造成重大威胁;另一方面国际市场的技术性贸易壁垒越来越严重地影响了外向型食品产业的可持续发展。应当看到,我国食品产业存在着整体产业全面技术升级的重大科技需求,科技进步对支撑我国食品产业的高速、健康和可持续发展至关重要,我国食品产业自主创新能力的培育与提高,是关乎国计民生的战略问题。

我国食品添加剂的科技水平与国外发达国家也有很大差距,虽然许多产品在产量上已经居世界前列,但在质量上和技术上都有很多不足,在品种上、应用范围上以及在基础研究上都还有很大差距。

实践证明,依靠科技进步和技术创新,有效支撑我国食品产业的高速发展和产业技术水平的全面提高,已成为新阶段我国科技工作具有战略性和全局性的重要任务,食品产业的技术进步是我国国民经济发展中必须高度重视和长期支持的领域性大问题。

“我国食品产业已进入重要转型期和发展战略机遇期,需要解决一系列科学、技术和装备问题。”孙宝国指出,中国传统食品和菜肴工业化、中餐餐饮业连锁化将是我国食品产业的重要增长点之一,这需要解决风味的统一和稳定、风味料的标准化和工业化制备问题。

北京工商大学科研团队认识到:通过项目、人才和产业创新能力建设等统筹规划与整体实施,将有效整合已有的区域产业和资源优势;有效整合强势企业和优势科技的资源;有效整合部门间与社会的优势资源,充分发挥各方特色,有效提高食品产业的原始创新能力、集成创新能力和产业化示范能力,加速我国提高食品产业创新人才的培养能力,促进国际交流与合作,最终依靠科技进步和自主创新能力的提高,全面支撑和引领未来我国食品产业发展。

在食品添加剂全行业的共同呼吁和积极参与下,由北京工商大学牵头组建的“食品添加剂产业技术创新战略联盟”于64日在北京成立。“食品添加剂产业技术创新战略联盟”将整合食品添加剂研究、生产、应用和行业管理资源,建立产学研技术创新机制,构筑绿色食品添加剂产业技术创新平台。该联盟由北京工商大学、江南大学、天津科技大学、华南理工大学等9家代表我国食品添加剂科研水平的科研院所及中国食品添加剂和配料协会和21家食品添加剂行业骨干企业共同发起组建,涵盖了食品添加剂上游技术研发到下游产品应用的全部领域。

“‘食品添加剂产业技术创新战略联盟’的建立是行业深入加强产学研相结合的一次有效联合,是产业在技术创新领域新的良好开端,联盟全面整合了行业最具优势的技术资源,为形成具有竞争优势的产学研相结合的技术创新体系打下了一个最坚实的基础。”孙宝国对未来充满信心,并对“食品添加剂产业技术创新战略联盟”提出了自己的希望,“坚持以食品添加剂产业技术创新需求为导向,以形成产业核心竞争力为目标,以企业为主体,努力实现企业、大学和科研机构等在战略层面有效结合,共同突破食品添加剂产业发展的技术瓶颈。紧紧围绕食品添加剂产业技术创新的关键问题,开展技术合作,突破产业发展的核心技术,形成重要的产业技术标准。建立公共技术平台,实现创新资源的有效分工与合理衔接,实行知识产权共享。实施技术转移,加速科技成果的商业化运用。联合培养人才,加强人员的交流互动,为产业持续创新提供人才支撑。”

《科学时报》 (2010-6-8 E4 专题)