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油脂加工學科發展研究(2):取得的重大成果、國內外研究進展及國內外差距與原因

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1 油脂加工學科在產業發展中的重大成果

1.1 2015年度獲中國糧油學會科學技術獎項目

(1)新型植物油抽提溶劑開發與應用技術研究(一等獎)

岳陽金瀚高新技術股份有限公司、江南大學和中國農機院等單位以6號溶劑油為原料,突破加氫、多塔組合式精餾、分子篩吸附、精餾控制等關鍵技術,開發出以甲基戊烷為主成分的餾程60-63℃的新型植物油抽提溶劑,并在20余家浸出油廠得到應用,在安全、環保前提下實現高效生產,節能降耗,提高油和粕的品質。

(2)食用油脂質量安全控制關鍵技術研發與應用(一等獎)

河南工業大學等單位系統研究了油中多環芳烴、塑化劑、黃曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、重金屬等風險因子的影響因素及規律,確定了玉米胚AFB,控制與安全儲存技術、炒香型油脂PAHs可控炒籽技術、包裝油脂中PAEs控制與安全儲存技術;突破了炒香型油脂PAHs脫除的關鍵技術,PAHs脫除率達98%以上,實現了油脂中污染物的高效脫除與營養成分的高效保留。

(3)米糠油加工關鍵技術研究與產業化應用(一等獎)

武漢輕工大學等單位針對米糠資源加工利用中存在的技術難題,研究獲得了一整套米糠加工利用的關鍵技術,明顯改善了米糠儲藏性能,通過高真空、短時受熱、閃蒸脫酸/脫臭的物理精煉工藝,最大限度地保留了米糠油中谷維素等有益成分;自主研制的多級混合脂肪酸精餾分離裝置分離米糠油混合脂肪酸,使混合脂肪酸連續分離成較高純度的油酸和硬脂酸。

1.2 2016年度獲中國糧油學會科學技術獎項目

(1)食用油適度加工技術及大型智能化裝備開發與應用(特等獎)

針對我國食用油過度加工突出的問題,江南大學等單位系統研究食用油加工過程中營養成分變化規律、風險因子形成與遷移機制,開發出內源酶鈍化、兩步脫色、低溫短時脫臭等7項精準適度加工關鍵技術,成果在20余家大型企業應用,建成59條生產線,形成了由31項專利和13項操作規程支撐的食用油適度加工技術體系,開發重大產品2項。

(2)大宗低值油脂高值化關鍵技術及產業化示范(一等獎)

以天然大宗低值油脂為原料,研發生物酶法、化學法催化制備功能結構脂甘油二酯、食品乳化劑單甘酯關鍵技術和產品;以大宗低值油脂(酸化油、潲水油、地溝油)為原料,研發生物柴油、生物潤滑油等環境友好、新型化學品的高效催化轉化和清潔生產技術。核心技術已投入應用。

1.3 2016年度獲國家科學技術進步獎項目

油料功能脂質高效制備關鍵技術與產品創新(二等獎)

該項目解決了目前功能脂質產業存在的資源利用率低、功能素材單一、加工適應性差和產品創制滯后等共性問題;突破了微波調質壓榨-物理精煉制備功能脂質技術,實現油料細胞的微膨化,促進脂類伴隨物的高效溶出,脂質中總酚提高3倍,建立了多不飽和脂肪酸的超聲波預處理酶促定向酯化技術,創制的α-亞麻酸甾醇酯純度達96.9%,為產業升級換代作出突出貢獻。

1.4 2017年度獲中國糧油學會科學技術獎項目

(1)油茶籽加工增值關鍵技術創制及產業化應用(一等獎)

創建了油茶籽清理剝殼、破碎仁殼分離、調質和低溫壓榨制取油茶籽油新工藝;攻克了油茶籽油風味的化學基礎及制備濃香油茶籽油的關鍵技術;形成了油茶籽油安全生產控制體系;建立了油茶籽蛋白和蛋白肽的關鍵制備工藝和技術、水相非酶法制取油茶籽油關鍵技術,實現產業化應用,取得顯著的經濟和社會效益。

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(2)芝麻油適度加工與副產物高效利用創新技術研發應用(一等獎)

建立了適度炒籽控制多環芳烴技術、芝麻脫皮制油控制塑化劑技術、適溫壓榨提升芝麻油和芝麻餅品質技術、分級壓榨生產半脫脂食用芝麻產品技術、芝麻油多環芳烴高效吸附凈化脫除技術,由芝麻油腳提取富含芝麻木酚素的芝麻磷脂工藝技術,并集成應用。

1.5 2017年度獲中國商業聯合會科學技術獎

花生加工特性研究與品質評價技術創新與應用(特等獎)

自主創制了花生加工特性指標快速檢測新技術新設備,首次明確了我國花生加工特性指標與制品品質的關聯機制;首次按加工用途對我國花生品種進行了科學分類,篩選出加工專用品種,構建了花生專用品種與加工特性基礎數據庫,填補了國內外空白。

1.6 2018年度獲中國糧油學會科學技術獎項目

(1)大豆7S,11S蛋白質提取及低聚肽的研究和新型智能化裝備開發與應用(一等獎)

項目解決了傳統大豆分離蛋白存在的顏色不良、豆腥味重和溶解度低等問題,攻克了多級定向酶解、低聚肽分子量控制和功能性肽片段保留等關鍵技術,提高了大豆低聚肽的純度和透明度,解決了低聚肽生產成本高、耗能大、揚塵、沖溶性差、分子量不均勻、功能性不明確和食用安全等難題;實現了塔內富集、成粒。自主設計建成年產1500t低聚肽生產線,達到國際先進水平。

(2)核桃油加工關鍵技術創新及產業化(一等獎)

針對我國核桃油產品結構單一、資源利用率低和加工技術落后等難題,破解了鐵核桃剝殼分離難題,首創了核桃色選分離、調質和低溫壓榨關鍵制備技術與工藝,利用近紅外光譜技術快速檢測核桃成分,自主研發了核桃乳關鍵加工技術與設備,實現了產業化,經濟和社會效益顯著。

1.7 2018年度獲國家技術發明獎項目

生物法制備二十二碳六烯酸油脂關鍵技術及應用(二等獎)

該項目由南京工業大學等單位研發,發明了從菌種定向選育、發酵過程控制與放大到油脂提取精制的成套綠色工業化生產工藝,率先實現了裂殖壺菌來源的高品質DHA油脂的規?;a;同時突破了裂殖壺菌規?;aDHA的技術瓶頸,整體技術處于國際領先水平。油脂行業大力組織該項技術的推廣,取得很好成效,已在多家企業成功應用,產品遠銷海內外。

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2 油脂加工學科國外研究進展

近年來,新材料、農業生物技術、工程裝備等學科研究進展推進了油脂加工學科的進步。新技術、新裝備的應用有力推進了油脂加工技術的革新升級。

2.1 高效低耗的綠色制油技術革新不斷

(1)膜分離技術在油脂加工行業得到很好的應用

膜超濾技術的應用使脫膠和脫色工藝合二為一,省去了傳統工藝中的諸多工序,降低了脫色的白土用量,精煉得率大為提高。大豆卵磷脂膜分離技術的應用,較傳統的丙酮萃取工藝,能源消耗少、技術流程簡單。美國艾奧瓦大學發明了第一個用于分離脂肪酸的膜,這種膜根據脂肪酸雙鍵數目的多少決定分子半徑的原理,可以快速分離低純度順式混合脂肪酸或順式脂肪酸酯。該技術有望替代蒸餾,凍化尿素包合等分離手段用于脂肪酸分離。另外用膜生物反應器(MBR)技術處理油廠污水,可降低廢水生化需氧量(BOD)、化學需氧量(COD)和懸浮物(SS)含量。

(2)納米中和技術

納米中和技術不改變現有精煉生產線,只要在原有線路上做較小的改動后加裝高壓泵和納米反應器即可,原有精煉工藝和納米中和技術可以互相切換。采用納米中和技術后可以降低磷酸用量90%,降低堿液用量30%~50%,提高油脂精煉率0.2%~0.4%,降低硅藻土和白土用量,節省蒸汽。

(3)超臨界/亞臨界提取技術的應用

目前,全世界已有超過125家工廠使用超臨界技術,大多數使用的是超臨界CO2技術。亞臨界制油技術已實現了產業化。

(4)純CO2制冷代替氟利昂和氨為冷媒制冷在食品專用油脂生產中的應用

斯必克(SPX FLOW)流體公司旗下 Gerstenberg Schroeder 品牌的人造奶油起酥油生產設備,采用純CO2制冷的Nexus系列激冷機已在世界上推廣應用,大幅減少對大氣的污染,保障了生產安全。我國也分別于2017年和2018年在嘉里糧油(天津)有限公司和不二制油(肇慶)工廠進行了純CO2制冷的應用。

2.2 重視油脂安全和營養基礎研究,引領行業發展

目前北美油脂加工企業通過工藝和設備改進、生產規模的擴大及廢水再利用,用水量與20世紀相比較約減少了50%。針對反式脂肪酸、3-氯丙醇酯、縮水甘油酯、氧化聚合物、多環芳烴等進行了系統研究,制定了一系列檢測和控制方法并已投入應用。高效、高準確性、高通量的脂類化合物分析鑒定方法的研究突破,大大促進了脂質代謝、脂質生物功能和脂質營養研究。開發適度精煉技術,在消除不良組分的同時最大程度地保留了營養物質,開發出了多種物理和化學適度精煉技術,例如硅土精煉、生物精煉、膜精煉、混合油精煉等。

2.3 油脂生物制造技術長足發展,對產業發展產生深遠影響

隨著工業生物技術的發展,微生物油脂不但在發酵技術上,而且制煉油技術都在不斷取得新的進展,利用微生物生產功能性油脂已經成為當今產業一大亮點。微生物油脂除了作為嬰幼兒配方食品用油,在食用油脂市場上的占比也有變化,歐美和日本已有相關產品上市,產品的消費者從嬰幼兒等特殊人群擴展到了所有人群,帶來食用油行業和食品行業的新發展,正在形成一個大產業。

經過幾十年的努力,利用育種技術和基因技術培育高油酸的花生油、葵花籽油、菜籽油、紅花籽油均已經商業化。高油酸菜籽油、高油酸葵花籽油已在歐美發達國家被逐漸用于煎炸,如德國的Goodfry油、澳大利亞的Monola油。另外,全球高油酸大豆的種植面積、加工和貿易正在不斷擴大。

利用基因工程技術培育油料新品種取得進展。澳大利亞聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)和美國嘉吉利用基因技術,將海藻中的DHA、EPA基因轉移到油菜籽中,所開發的菜籽油DHA含量可達15%,超過魚油中DHA含量,并已進入測試和監管部門審批階段,預計2020年后進入市場;美國正在開展利用轉基因技術增加甘蔗和甜高粱的莖干和葉中油脂的積累來生產生物柴油。

2.4 基于生物技術的新型油脂加工技術逐步應用推廣

酶技術在油脂行業應用不斷擴大。酶脫膠技術已被廣泛用于植物油的精煉中,具有節能減排、提高油脂得率等諸多優勢;酶促酯交換技術的應用可提高脫酸油產品的得率,有利于環境保護。發明了適用于催化不同酸值油脂生產生物柴油的脂肪酶,可以將不同游離脂肪酸含量的低值油脂與甲醇反應生產生物柴油。

經過生物技術改造的微生物油脂得到推廣。富含ω-3脂肪酸的微生物油脂已實現了商業化生產,主要產品是富含EPA和DHA的油脂;適用于煎炸的微生物油脂也已實現了商業化生產。

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3 我國油脂加工學科與國外的差距及原因

3.1 基礎研究

脂質組學、脂質營養健康等基礎領域的研究近年來被國內研究者重視,大量研究表明,油脂的營養不但涉及能量、脂肪酸平衡,還與天然甘油三酯的結構、鏈長以及其中脂溶性微量伴隨物密切相關,與油脂加工業聯系不夠緊密。國內相關的研究者多為公共營養學背景,而國外相關研究多為油脂加工、營養衛生領域專家的合作研究,實驗更具針對性,結論更具權威性。

3.2 綜合利用

油脂加工企業在完成了規模發展后,綜合利用技術已成為企業發展的重要途徑之一。同時,綜合利用也是我國油脂行業可持續發展戰略的重要途徑。但我國對油腳、磷脂、脫臭餾出物、廢白土、油料皮殼、蛋白乳清、豆渣、胡麻膠等副產品的整體利用率不足10%。

大豆壓榨行業的主要產品大豆餅粕仍然以作為飼料原料為主,油料蛋白開發利用技術仍需加強。

我國花生加工中蛋白變性嚴重,雖然已經相繼建設了一些低溫制油和低溫脫溶花生蛋白生產線,但占比仍需提高。

3.3 產業鏈延伸、產品多元化

國外油脂加工企業大多擁有完整的產業鏈,以此增強競爭力。我國油脂加工業油料加工產品結構單一,主要為油脂和餅粕。我國雖有大豆蛋白、磷脂、脂肪酸、植物甾醇、天然維生素E、蛋白肽等綜合利用產品,但規模尚小且均存在品種和高附加值產品少、收率低、檔次低等問題。不少產品至今尚無完整、統一的質量標準,產品質量參差不齊。

食品專用油脂是食用油脂的深加工產品,我國食品專用油脂年產量已經達到300萬t,但存在品種品類不齊全的問題,相關核心技術、生產裝備仍被國外壟斷,尚無統一、完整的國家質量標準體系,產品質量也是參差不齊。

3.4 新材料、新技術的應用

與國外油脂加工業相比,新材料、新技術在油脂加工中應用相對滯后。國內大型油脂加工企業的消耗指標已經達到國際先進水平,但由于新材料、新技術的應用不夠,一些中小規模企業的消耗指標仍然過高。另外,除了己烷之外,更加安全、環保的新溶劑(如異己烷、異丙醇、乙醇等)、酶法制油、酶法精煉等雖然已獲得應用,但規模仍然不大。

3.5 機械裝備的智能化水平

我國食用植物油加工裝備總體水平有了很大提高,單線的生產規模得到快速提升,機械裝備達到和接近國外同類技術先進水平,但大宗油料和小品種油料的設備通用化現象突出,品種規格較單一,專用化設備開發滯后,自主創新能力不強,產品低值高損現象明顯,設備的運行穩定性和自動化、機電一體化尤其是智能化水平還有待進一步提高。

3.6 學科建設

油脂加工學科屬于大食品范疇,目前國內有食品院系及研究所300余所,涵蓋內容很廣,適合培養寬口徑全面型人才,但多數高校只是將油脂加工作為食品科學與工程專業中的一個方向,設置油脂加工學科的高校并不多,應用型人才培養難度較大,人才結構性矛盾比較突出。

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