第11届食品科学国际年会—会场二十二∣专题报告8：未来食品与纳米技术
2023-08-10作者：来源：责任编辑：食品界
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主持人
方亚鹏 教授
李斌 教授
华中农业大学研究生院 常务副院长
上海交通大学农业与生物学院 副院长
天然和加工食品中常常含有大量不同类型的纳米结构。这些纳米尺度的食品结构如何与人体相互作用没有引起研究人员的足够重视，这使得食品级纳米颗粒的安全性和生物效应仍然不清。本报告将介绍典型食品脂质颗粒进入结肠癌细胞的选择性内吞机制，诱导细胞自噬及其分子机制，以及对肿瘤发展的可能潜在影响。
中国农业大学食品科学与营养工程学院
近年来，消费者对含有健康促进作用的生物活性小分子和活性益生菌等的健康食品需求日益增长，但这些活性物质在加工、贮藏和体内消化道环境下稳定性差、吸收率低，降低了活性物质的健康效应。鉴于此，本实验室采用食品大分子多糖、蛋白和磷脂作为壁材，利用凝胶及纳米自组装技术构建系列微纳米递送载体平台，例如胶束、纳米管、脂质体、微球、微凝胶和微胶囊等。通过一系列实验发现纳米载体有效提高了脂溶性活性小分子的水溶性、稳定性和克服肠黏液屏障渗透的能力，实现了高效的细胞摄取和内化途径，最终有效提高了其生物利用率；基于益生元多糖的微凝胶载体有效提高敏感益生菌的体外和体内存活率，耐胃酸稳定性和肠道粘附定植，有效提高肠道活菌数和健康功效；并能够保持益生菌在食品加工和贮藏过程中的稳定性和存活率；进而通过载体的靶向修饰和响应性结构设计，实现了胃、小肠、结肠、肝脏、脂肪等部位的靶向递送，有效缓解了特定部位的炎症水平、抑制了局部致病菌感染和改善了病变部位微环境，抑制了疾病的发生和发展。最后基于靶向递送技术开发了液态、半固态和粉末状态的功能性食品，验证了载体在食品基质中的稳定性和兼容性，以及在食品体系中对人体的消化吸收和利用率的促进作用。因此，靶向递送技术将是生物活性物质精准营养干预的有效途径之一。
华中农业大学研究生院常务副院长
作为未来食品研究的主流方向之一，植物基模拟肉制品的开发已成为当前的研究热点。目前该领域的研究主要集中在植物基碎肉类制品（如植物基汉堡肉饼）和乳化肉类（如香肠、肉丸）的开发，主要包括模拟结构组分、质地、口感、风味和营养方面，但缺乏对消费需求潜力更高且与真实肉组织结构一致的植物基全肌肉模拟制品（plant-based whole muscle analog，PMA）的开发研究。这主要归因于制备植物基模拟肉纤维技术的限制。基于此，本研究创新性的借助湿法纺丝技术，基于大豆分离蛋白（soy protein isolate，SPI）和海藻酸钠（sodium alginate，SA）复合体系构建植物基模拟肉纤维结构，并探讨核心关键因素对纤维结构和性能的影响，通过多尺度结构表征阐明蛋白和多糖分子间互作形成纤维结构的机制；进一步，通过植物源蛋白和生物酶结合的方式整合植物基模拟肉纤维，构建出与真实肉质构特性无显著差异的PMA，并对其冻藏稳定性进行深入探究；最后，以真实肉作对照，对植物基全肌肉模拟制品的烹饪特性和胃肠道消化行为进行评价。本研究为PMA的“全链条”式产业化研究提供了理论依据和数据支撑。报告四
可食用昆虫的营养价值、健康益处和潜在安全问题
北京联合大学保健食品功能检测中心 主任
在现代生活中，高营养可持续的食物来源正变得越来越紧缺。因此，寻求替代传统食物来源的新型食品是人类实现可持续发展的必由之路，而昆虫可能是个良好的选择。人类食用昆虫的历史可追溯到7000年前，并且世界上可食用的昆虫品种可达2000多种。大量研究表明，使用来自昆虫的蛋白质，脂肪等营养素代替传统的营养物来源是可行的。当昆虫作为食品或饲料时，可以缓解人类对动物蛋白质的需求，进而缓解人类对自然资源的消耗。与其它食物来源相比，可食用昆虫不仅具有较高的营养价值，还具有美味，健康，环保，和可持续的特点。 可食用昆虫除了被用作食品之外，还被用作保健品或药品中来治疗人类疾病。来自昆虫的功能活性物质包括有各种氨基酸，多肽类，功能脂类，各种矿物质，维生素，纤维素以及次级代谢产物等。大量体内和体外的研究表明，这些活性成分具有保护胃肠健康，抗氧化和抗炎活性，抗菌活性，免疫调节作用，调节血糖血脂和降血压作用，以及降低心血管疾病发生的风险等功能。然而，食用昆虫也有一些潜在的安全问题亟待解决，例如常见的过敏反应，一些致病微生物的污染，农药残留，重金属含量超标，寄生虫和有害毒素等。因此，未来的研究应该在关注营养价值和健康益处的同时，更多考虑如何保证昆虫的食用安全性。相信不久之后，昆虫有可能被用作肉类替代品或膳食补充剂并且被越来越多的消费者所接受，从而为人类健康和环境带来巨大益处。报告五
基于玉米醇溶蛋白组装体的功能因子包埋、保护和递送研究
江南大学食品科学与资源挖掘全国重点实验室 食品蛋白与营养团队负责人
蛋白质可以组装生成不同结构的纳米/微米粒子，可以用于功能因子的单一和共包埋。玉米醇溶蛋白含有50%以上的疏水性氨基酸，易于聚集形成纳米粒子，可用作功能因子的潜在包埋载体。利用玉米醇溶蛋白对功能因子包埋作用，通过海藻酸钠和壳聚糖涂层，制备玉米醇溶蛋白/多糖实心核-壳粒子，可以改善多酚类白藜芦醇的稳定性和生物可及性。在玉米醇溶蛋白均一粒子中，依赖于功能因子的疏水性，功能因子进行不同的定位，疏水的ɑ-生育酚位于疏水内核，而更亲水的白藜芦醇则更接近于表面，可以同时改善两种功能因子的稳定性。利用以碳酸钠为牺牲模板的硬膜版法，制备玉米醇溶蛋白中空粒子，壳聚糖涂层的中空粒子具有更高的物理稳定性、对白藜芦醇更好的保护和缓释作用。进一步，利用碱热处理对玉米醇溶蛋白和乳清蛋白进行交联，联合硬膜版法，制备混合蛋白壳层的中空粒子，调控壳层的疏水性，可以有效地包埋姜黄素。研究结果对基于醇溶蛋白的功能因子载体设计和应用具有指导意义。
江南大学未来食品科学中心
透明质酸是由N-乙酰氨基葡萄糖和D-葡萄糖醛酸以β-1，3和β-1，4糖苷键连接的双糖单位重复连接组成酸性直链多糖，广泛分布于人体各个组织并应用于化妆品、食品和医药等领域。研究表明，透明质酸的生物学功能与其分子量大小密切相关。传统透明质酸发酵水平低、分子量控制难等问题严重制约了透明质酸产业的发展。随着全球透明质酸需求的剧增，如何实现不同分子量透明质酸的高效生物制造是一项艰巨的挑战。课题组针对当前透明质酸生物制造中存在的关键问题，从工业菌种创制、分子量调控以及发酵提取工艺升级等方面开展了系统研发。通过透明质酸分子量调控工具酶的挖掘与表达制备、透明质酸高效合成细胞工厂构建与发酵优化，实现了透明质酸可控分子量（超高、中高、低分子量以及寡聚糖）的高效生物制造。报告七
基于食品多糖和蛋白质超分子结构界面分布的高内相乳液形成及其稳态化类胡萝卜素机制研究
南京农业大学食品科学技术学院
如何依靠组分之间的相互作用构建食品，从而提高品质与营养价值是重要的科研问题。食品大分子（多糖、蛋白质）及其所形成的超分子结构与油脂在界面的相互作用对于稳定食品乳液体系至关重要。水包油（O/W）型乳液是食品的一种基础产品形式，同时也是脂溶性功能因子的重要载体。但是，目前常规的食品乳液中被包埋功能因子的载量普遍不高，制约了其在营养健康食品中的应用。高内相乳液（HIPE）是一种独特的乳液体系，其内相体积分数超过74%。这样的高内相体积比例赋予了HIPE提高脂溶性功能因子负载量的潜力。构建高效、安全的食品大分子界面稳定剂，取代合成小分子乳化剂是食品级HIPE研究关注的重点。本课题组最近研究了基于多糖、蛋白质有序自组装的超分子结构及其油水界面分布规律，从而探究了其稳定高内相乳液的机制。科研工作构建了基于改变构象的壳聚糖微胶可控制备方法；发现了壳聚糖微胶具有独特的乳化性能：与已有的化学合成多糖类双亲乳化剂相比，该壳聚糖微胶以低于百分之一的浓度实现了同样的乳化效果，具有100倍以上的剂量优势，有利于保证在食品中使用的安全性；揭示了壳聚糖微胶的界面分布规律：尺寸越小、形貌越均一，在油水界面分布的总能量平衡位置越接近于微胶球体直径所在平面，阐明了多糖微胶结构与高效乳化能力之间的构-效关系。关于蛋白质类的界面稳定剂，研究工作发现了纤维状的蛋白质有序聚集体能够稳定高内相乳液，并且这种乳化作用超过相对应的蛋白质单体。通过类黄酮、多糖调节界面蛋白质纤维的分布能够增强高内相乳液的稳定性。基于以上多糖微胶、蛋白质纤维体系稳定的HIPE，我们构建了脂溶性功能因子的高载量超浓乳液体系，将类胡萝卜素（β-胡萝卜素、叶黄素、番茄红素）的负载量提高了10-200倍，显著地提高了感官品质和加工稳定性；并且探明了类胡萝卜素的分子形态和分布位置对其负载量和稳定性的调节作用。本研究工作为阐明基于食品多糖、蛋白质超分子结构与油脂界面相互作用的乳化机制及其构建HIPE稳态化脂溶性功能因子提供了一定的理论基础与技术支持。报告八
短直链淀粉/玉米醇溶蛋白/果胶三元复合颗粒的制备与表征及其在稳定Pickering乳液中的应用
南京工业大学食品与轻工学院
本研究旨在通过控制玉米醇溶蛋白颗粒与短线性葡聚糖（SLG）和果胶之间的相互作用，通过操纵界面结构，调控复合颗粒界面自组装和堆积特性，构建稳定的Pickering乳液。成功开发出具有接触角从84°到87°的部分亲水性的SLG/玉米酸蛋白/果胶三元复合颗粒（SZPPs）。SZPPs在油水界面上发生不可逆的固定，形成强有力且有序的界面排列，这一点通过LB-SEM和CLSM技术的结合得到了确认。这种条件有助于形成渗透性的油滴三维网络，促进了具有粘弹性、杰出的流变性和长期储存稳定性的稳定Pickering乳液（PEs）的形成。PEs中的姜黄素有效地抵御了紫外辐射引起的降解，从而赋予PEs优异的氧化稳定性。这些经过工程改造的PEs在食品和制药领域具有很大的应用潜力。报告九
壳寡糖/鸭蛋蛋清肽递送钙体系的制备、表征及体内外促钙吸收机制研究
华中农业大学食品科学技术学院
钙缺乏是人体最常见的营养素缺乏之一，通常是由钙摄入不足和钙生物利用度低引起的。本课题组前期研究表明，脱盐鸭蛋清肽（desalted duck egg white peptides, DPs）具有优异的促钙吸收活性，但是DPs-Ca容易被胃蛋白酶降解，在到达肠道前就已经释放出Ca2+。因此，引入递送体系以提高钙载量并同时提高钙的生物利用率势在必行。本课题基于壳寡糖（chitosan oligosaccharide, COS）和DPs构建三种不同组装模式的递送钙体系：热诱导型DPs-COS共聚物螯合钙、谷氨酰胺转移酶（transglutaminase, TGase）诱导DPs-COS共聚物螯合钙、COS笼型分子包载DPs-Ca。通过红外光谱、粒度仪、差示扫描量热仪、扫描电镜、X射线衍射等手段对结构、特性与形貌进行表征。并采用体外模拟胃肠道消化、Caco-2单层细胞模型及低钙饲料诱导小鼠缺钙模型，研究其体内外促钙吸收活性。研究结果表明：三种递送钙体系显著提高了钙载量，且能够避免胃环境的消化作用，使更多Ca2+进入肠道，从而促进钙吸收。表征结果显示，递送体系具有更均一的粒径、优异的热稳定性和统一的结构。动物实验表明，隔日灌胃三种递送体系均能够促进机体小肠细胞对钙的吸收，从而降低骨质疏松的风险。此外，递送体系还能调节肠道微生物组成，促进短链脂肪酸的生成；改善小肠绒毛结构和相关基因的表达。综上，三种不同组装模式的COS/DPs递送钙系统可作为长效补钙剂，隔日使用，增加钙生物利用率的同时，调节肠道健康，为补钙剂的开发拓展了新视野。
郑州大学生命科学学院
多酚类化合物因自身结构特点导致其不良的水溶性和在环境刺激下的不稳定性，极大地阻碍了它们的应用。此外，疏水性多酚难以通过胃肠道屏障，导致其生物利用度较低。因此，如何有效提高此类物质的生物利用度，相应提高其体内生物活性，已成为当前多学科领域的研究热点。纳米运输体系能够改善多酚的口服生物利用度，促进其发挥生物活性，表现出巨大的应用潜能。值得强调的是，天然产物源纳米运输体系因其使用安全性及兼具自身生物活性等优势，可以消除长期使用合成纳米基载体带来的额外毒性风险，是理想的功能因子口服递送载体。课题组前期利用绿色制备手段建立多种天然产物稳定递送体系，重点利用天然活性萜类小分子及多糖类大分子的组装能力，制备疏水性功能因子的纳米剂型，解决功能因子水溶性和稳定性差、生物利用率低等问题，为疏水活性小分子的高效应用提供新的思路。报告十一
基于体外仿生胃肠系统的老年人胃排空和动态消化特性研究
苏州大学化工与环境工程学院
衰老通常伴随着老年人胃肠道生理功能的退行性改变，如胃pH升高、消化液和胃酸分泌减少、胃肠道蠕动减弱、消化酶活性降低等。然而，关于这些变化对食物消化和胃排空特性的影响的定量研究较为缺乏。本研究利用体外动态胃消化系统，分别模拟了老年人与年轻人胃生理环境；系统研究了脱脂奶和藏族主食糌粑（主成分为青稞）分别在模拟老年人与年轻人胃肠消化条件下的微观结构、流变特性、胃排空、淀粉/蛋白质水解等。结果表明，与年轻人相比， 老年人模型中由于胃液（包括胃酸和胃蛋白酶）分泌减少、胃蠕动收缩减弱，糌粑和脱脂奶食糜的微结构更加致密、粘度更高、颗粒团聚现象更显著，导致胃排空延缓（糌粑：103.4 min vs. 83.1 min；脱脂奶：26.5 min vs. 22.5 min）和蛋白质水解速率较低（糌粑：15.8% vs. 20.1%；脱脂奶：37.2% vs. 42.3%）。此外，牛奶蛋白，尤其是β-乳球蛋白，在老年人的消化环境下更不容易水解。本研究对今后开发更适合老年人的乳制品和青稞食品具有一定的指导意义。
