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近200年来，伴随着化学和生物学基础理论和现代技术的发展及其在食品科学中的深度应用，食品加工的科学化水平和食品工业的生产效率得到了大幅度的提升，进而形成了食品化学、食品微生物、食品酶学等一批交叉学科。相对于化学和生物学而言，食品领域的科学家们对食品加工中物理学现象的研究和对现代物理技术的引用相形见绌。近几十年来，越来越多的研究发现，物理学也在食品领域有着广泛的应用前景，“食品物理学”也应当作为食品科学的一个交叉学科在食品科学的发展中发挥其重要的支撑作用。

“食品物理学”包含“食品物理特性”和“食品物理加工”两大部分的内容。“食品物理特性”是指食品的声学、光学、电磁学和力学等特性，对食品物理特性的精准表征对食品加工的技术创新和食品的品质提升有着极其重要的价值。“食品物理加工”是食品加工与物理技术交叉的产物，已经被定义为利用具有生物学效应的声、光、电、磁、力等物理因子调控食品加工过程的一类新技术。食品物理加工突破了传统的以化学和生物学为理论基础的食品科学体系的局限性，减少对化学制品、生物制剂等生化产品的依赖，摆脱常规加工条件的束缚，促使食品工业快速地向着绿色、高效、智能的方向发展。

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类胡萝卜素具有抗氧化、保护视力等多种功能，但其溶解性低，在加工过程中不稳定，体内生物利用率低。果蔬是类胡萝卜素的良好来源。本文构建了果蔬类胡萝卜素综合数据库，揭示了典型果蔬中类胡萝卜素顺反异构及氧化降解规律，创建了异构体检测新方法，提出稳态控制关键点；探明果蔬细胞基质结构调控类胡萝卜素释放的机制，提出从分子递送途径调控其生物利用的理论，创新多工艺协同加工与自组装运载体系定向控释技术，创制了系列营养健康果蔬休闲食品。研究结果为果蔬中类胡萝卜素的挖掘利用与营养健康休闲食品创制提供理论基础和技术支撑。

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本文以冷榨脱脂花生粗蛋白粉、罗勒籽为原料，采用硫酸铵沉淀法制备花生球蛋白（arachin, Ara），利用刮擦技术和乙醇沉淀法提取、纯化罗勒籽胶（basil seed gum，BSG）。通过在花生球蛋白溶液（12%，m/v）中添加少量（0.05%-1%，m/v）罗勒籽胶形成热诱导蛋白-多糖复合凝胶，探究了罗勒籽胶对花生球蛋白凝胶特性的影响以及复合凝胶的结构和理化性质。此外，调节花生球蛋白-罗勒籽胶复合体系的pH值，添加不同浓度的CaCl₂或NaCl，研究了pH、盐离子种类及浓度对复合凝胶结构和理化性质的影响。并且在最适pH条件下，向花生球蛋白-罗勒籽胶复合体系中添加适当浓度的NaCl或/和转谷氨酰胺酶（transglutaminase, TG），探究了二者及其添加顺序对热诱导复合凝胶性能的改善效果。最后，利用蛋白-多糖复合凝胶体系包载维生素D₃（Vitamin D₃, VD₃），探究了VD₃的稳定性、体外消化过程中的释放情况和蛋白质在消化过程中的亚基变化。研究结果表明，（1）罗勒籽胶改善了花生球蛋白凝胶成型性和微观结构。花生球蛋白凝胶的凝胶强度、持水力、储能模量（G'）和耗能模量（G"）值随罗勒籽胶的浓度升高而增大。蛋白质溶解度结果表明，静电相互作用、疏水相互作用、氢键及二硫键对于维持复合凝胶结构稳定性方面具有重要作用。（2）当体系pH为9时，制备得到的复合凝胶具有较稳定的结构；低浓度的盐离子显著提高了复合凝胶的G'、G"、凝胶强度、持水力和冻融稳定性。适当浓度的盐离子（10 mM）增强了复合凝胶中的静电相互作用、疏水相互作用、氢键及二硫键的强度，促进了蛋白质二级结构中的α-螺旋转变成β-折叠，使得复合凝胶的微观结构变得更加致密。扫描电镜结果显示，高浓度（20 mM）的盐离子会破坏复合凝胶的结构，添加NaCl的复合凝胶表观形貌比添加CaCl₂的更平滑。（3）先添加NaCl有利于TG酶对蛋白质分子的交联作用，形成的复合凝胶（Ara-BSG-Na⁺-TG）具有较高的凝胶强度、持水力、G'值、更致密的微观结构和较好的凝胶冻融性。（4）先添加NaCl再添加TG酶所形成的热诱导复合凝胶对VD₃具有较好的保护作用，提高了VD₃在不同温度、紫外光照条件下以及储藏期间的稳定性。体外消化结果表明，VD₃经包载后，可以更多地在模拟肠液中释放。SDS-PAGE结果显示，花生球蛋白在模拟胃中消化后，主要条带依然存在，而在模拟肠液中消化结束后，只有小分子量的条带存在，这说明在模拟胃液中罗勒籽胶对花生球蛋白具有保护作用，有利于VD₃的缓释作用。

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国内外对亚麻籽的开发利用主要侧重于亚麻籽油，在健康生活方式趋势下，近年来，亚麻籽也越来越多地被直接食用或作为食物配料，亚麻籽中的一些功能成分，如α-亚麻酸、亚麻蛋白、膳食纤维、多糖、木酚素等也开始受到研究者关注，然而整体而言，关于亚麻籽的综合利用研究起步较晚，有许多未知领域和技术难题需要深入研究。基于此，本团队开展了亚麻籽综合利用技术研究，主要包括亚麻籽油稳定性研究，亚麻籽粉稳定性保持关键技术研发与系列产品开发，亚麻籽粕功能组分提取与鉴定等研究，研究成果成功转化河南森林假日食品科技发展有限公司，为其亚麻籽复合蛋白饮料、亚麻籽山药粉等系列产品提供了关键技术支持。

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汤文化历史悠久，承载着中国传统饮食文化的精髓，广东老火靓汤闻名遐迩，传承了华南地区饮食的精华。老火靓汤作为预制菜的一种典型代表，具有健康、营养和风味独特等优点，但广式老火靓汤中存在：嘌呤含量是否过高，有效成分溶出是否彻底、储存期品质是否保存完整、食疗功效尚无明确数据证实等问题。

课题组构建了汤品中嘌呤含量的快速准确检测技术，调查了市场上常见老火靓汤的嘌呤含量，并建立了标准化制汤工艺和添加食药材降嘌呤的方法；研究了五指毛桃鸡汤有效成分溶出规律及稳态化控制方法，利用转录组学和代谢组学技术解析了鸽汤改善大鼠围绝经期综合征的作用机理；采用生物酶法技术，提高了鸡汤中的营养成分溶出率，改良后的鸡汤不但保持了传统鸡汤的色、香、味，而且营养成分含量更高；开发了γ-谷氨酰肽的新型制备技术并应用于老火靓汤中，起到降盐増鲜的良好效果；建立了GC-IMS、GC-MS以及GC-O-MS技术的老火靓汤风味分析方法，并应用于鸡汤、鸭汤和鸽汤真实性评价。

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目前牛奶中常用的灭菌方法主要分为有较低热强度的巴氏杀菌和较高热强度的超高温灭菌，即巴氏奶和常温奶，巴氏奶营养成分损失较小，但保质期短且需冷链保存；常温奶保质期长并可常温保存，但营养成分损失较多。本研究采用新型非热处理技术超高射流技术（UHPJ）应用于鲜牛奶的杀菌中，旨在探索UHPJ对牛奶的杀菌效果的同时考察其对营养物质含量及酪蛋白结构的影响。通过采用不同压力（100~300 mPa）的UHPJ处理牛奶，发现低压条件（<200 MPa）样品的杀菌率较低，当射流压强达到200 MPa以上时，杀菌效率达到99.99%以上；UHPJ处理可一定程度上保留乳中的热敏性蛋白，但随着处理强度的升高，其保留率呈现下降趋势，当压强达到300 MPa时，β-乳球蛋白、乳铁蛋白及免疫球蛋白的保留率分别为22.22%、21.92%和40.63%。通过等电点沉淀法对乳中酪蛋白进行提取，探讨UHPJ对酪蛋白结构的影响。结果表明，随着压力的增加，游离巯基含量发生不规则变化，而二硫键含量从1.085 μmol/g增加到3.0944 μmol/g。在100~200 mPa压力范围下，酪蛋白中α-螺旋和无规卷曲含量减少，而β-折叠含量增加；然而当压力升高至250和300 mPa时却产生了相反的效果。酪蛋白胶束的平均粒径先减小至167.47 nm，然后增大至174.63 nm；Zeta电位的绝对值从28.33降低到23.77 mV。扫描电子显微镜分析表明，酪蛋白胶束在压力下破裂成扁平、松散、多孔的结构，而不是破裂成大的簇。综上所述，UHPJ是一种可用于鲜乳的新型冷杀菌方法，在杀灭微生物的同时可保留原乳中的热敏性蛋白，而酪蛋白结构的变化也预示着UHJP奶具有改善消化性和发酵性的应用潜力。

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本研究旨在利用热加工来增强鱼糜基质在口腔加工过程中的钠释放，从而改善咸味感知。分别采用一步法水浴加热、一步法微波加热、两步法水浴加热和水浴-微波联合加热来制备鱼糜凝胶，并比较了鱼糜凝胶的凝胶强度、蛋白质降解和微观结构等理化性质。借助¹H低场核磁共振和²³Na核磁共振对鱼糜凝胶的水分和钠迁移进行表征，进一步采用口腔加工过程中基质内的钠释放和咸味差异感官评价来验证热加工对咸味感知的增强作用。结果表明，水浴-微波联合加热通过减少肌球蛋白重链的降解来提高鱼糜的凝胶强度；微观结构观察表明，两步法水浴加热的凝胶具有相对粗糙和松散的微观结构，并分布着较多小沟壑，而水浴-微波联合加热的凝胶则呈现出更致密的微观结构；水浴-微波联合加热的凝胶中水分和钠的迁移率（T₂₁ 88.08 ms，D 6.68 ´ 10^-10 m²/s）显著高于两步法水浴加热的凝胶（T₂₁ 83.10 ms，D 6.35 ´ 10^-10 m²/s）；由于拥有致密的微观结构，水浴-微波联合加热的凝胶消除了水分和钠扩散的曲折效应，导致其钠的释放量为两步法水浴加热凝胶的1.12倍；感官三点检验结果也表明，水浴-微波联合加热的凝胶比两步法水浴加热的凝胶更咸，且达到了15%的减盐效果。本研究提供了一种较有前途的热加工方法，其通过增强口腔加工过程中钠的释放来增强鱼制品的咸味感知。

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食品做为一类生物材料，加工过程中常常伴随着复杂物理、化学和生物现象。当前，食品加工中生物、化学现象已被广泛关注和深入研究，与之相反，物理现象往往被忽略。物理变化不仅是诸多生物、化学反应的条件参数，且对食品加工节能、减损、提质、增效目标的实现具有意义。物理建模结合数值计算是探究食品加工中物理现象形成机制的重要手段，且物理建模有助于增加食品加工过程和装备放大的容错空间，降低放大成本。

报告人在食品加工过程仿真优化领域积累了丰富经验，将围绕食品加工中的典型物理现象展开汇报，包括果蔬干制过程中热质传递现象、果蔬组分分离过程中植物细胞壁吸附/解吸附现象、益生菌发酵果蔬汁过程中菌体吸附现象。通过构建上述物理现象的高精度数学模型，可可视化展示加工中物理现象的时空变化过程，揭示一些实验手段无法探知的新现象，帮助食品科技工作者从不同角度了解食品加工，丰富食品加工理论。

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食品极易受到真菌及其毒素的污染，造成巨大的经济损失，并威胁公众健康。与传统的食品加工方法相比，脉冲强光作为一种新兴的非接触式食品物理加工技术，可以有效地杀灭真菌和降解真菌毒素，而对处理后食品的功能、感官和营养特性的负面影响相对较小。采用脉冲强光处理农产品中常见的黄曲霉和碳黑曲霉，确定了脉冲强光的最佳处理条件。研究了脉冲强光杀灭曲霉孢子的作用机制，脉冲光抑制菌丝生长，增加细胞膜通透性，破坏细胞壁完整性，泄漏细胞内容物并导致电导率增加；通过转录组和qRT-PCR分析，脉冲光抑制真菌毒素生物合成基因和生长发育相关基因的表达。同时，建立了杀菌动力学模型，Weibull+Tail模型能够较好的描述在脉冲光杀菌模式下黄曲霉孢子的灭活特性。此外，脉冲强光可以有效降低AFB₁和OTA的含量，通过光化学和光物理效应破坏毒素的化学结构。脉冲强光技术为防控真菌毒素污染提供了一种新的方法，具有广泛的应用潜力。

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农产品的热风干燥过程为传热和传质互相耦合的过程。相对湿度对干燥过程的影响机制体现为：高相对湿度强化传热作用；低相对湿度促进传质作用。湿度控制热风干燥技术即为，干燥过程中通过阶段降低干燥介质相对会湿度的大小，来提高干燥效率和干燥品质的干燥方式。目前湿度控制干燥技术已成功应用于胡萝卜、山药片、西洋参、圣女果、杏子等农产品物料的干燥加工，且该干燥技术相对于现有的热风干燥技术能够显著的提高干燥效率和干燥品质。物料温度和干燥介质相对湿度是影响物料干燥过程传热和传质的两个重要因素，基于此提出基于监测物料温度的变化趋势来调控干燥介质相对湿度的优化调控策略。调控策略具体体现为：干燥前期设定为较高相对湿度；干燥中期根据物料温度的变化趋势来阶段降低相对湿度；干燥后期设定相对湿度为较低值以使物料处于连续排湿干燥。关于湿度控制干燥技术的适用性，基于Weibull分布函数中的形状参数β和毕渥数Bi建立了湿度控制干燥技术和物料适用性的判定关系。该研究可为湿度控制热风干燥技术在农产品干燥中的广泛应用及提高干燥效率和品质提供理论依据和技术支持。

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干燥是胡萝卜保存和加工的重要方式，脱水胡萝卜是我国出口量最大的果蔬干制品。针对胡萝卜干燥生产中干燥时间长、产品品质劣变严重的突出问题，该研究解析了不同工艺条件下真空-蒸汽脉动烫漂（vacuum-steam pulsated blanching, VSPB）技术的热量传递特性和能耗规律，随后将该技术用于胡萝卜干燥前的预处理，结合气体射流冲击干燥技术，加快胡萝卜水分脱除速率并改善产品品质，揭示胡萝卜片品质变化与干燥速率加快的相关机理，并分析不同烫漂程度的胡萝卜干在不同环境下的贮藏特性。该研究明晰了不同工艺参数对加工性能的影响，揭示了胡萝卜VSPB处理品质变化和促干的机理，解析了VSPB处理对胡萝卜干燥和贮藏过程中品质变化的影响规律。该研究表明适宜的VSPB处理能够减少胡萝卜的干燥时间，减少干燥和贮藏环节营养成分的降解和异味的产生，对于胡萝卜干燥产业预处理技术的升级换代和提质增效具有重要意义。

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“富平柿饼”是陕西省的著名地理标志产品，已具有千年加工历史，其传统加工工艺——“吊饼”，已被评为陕西省省级非物质文化遗产。然而，传统加工工艺采用自然晾晒，生产周期至少需要2个月，易受生产地域和环境与气候的影响产生霉腐，造成严重的经济损失。而采用SO₂防霉会因残留危及消费者健康。为了减少这些风险，我们以传统加工工艺为基础，采集传统工艺参数，以智能控制空气能热泵干燥技术和智能控制环境起霜技术为核心，结合保鲜护色技术、紫外-臭氧复合杀菌、真空包装等关键技术，建立一套柿饼智能化安全加工体系。同时，还开发了一种基于高光谱成像（hyperspectral imaging，HIS）的柿饼无损检测方法，用于实时监测柿饼加工过程中的水分、水溶性单宁和可溶性固形物含量等关键品质特征，以及微生物污染的情况。期望能够在保留传统柿饼风味特色和原有营养价值的基础上，实现柿饼产品的智能化干制、起霜、无菌包装等现代化生产技术集成体系，促进柿饼加工向智能化产业发展。