食用油精准适度加工理论的发端、实践进程与发展趋势

2019-07-02
 

《中国油脂》2019年 第44卷 7期 ,王瑞元、王兴国、何东平

食用油精准适度加工的理论探索和学术研究发轫于21世纪初,基本成型于“十一五”时期,经过“十二五”至“十三五”期间的大力实践,不断得到完善,我国已初步建立起以营养评价为基础,以营养保留和风险控制为核心的健康油脂制造新模式,其部分成果已被纳入国家/行业标准和食品营养政策,逐步扭转了长期存在的过度加工态势。本文回顾了新理论提出的历史背景和营养学渊源,介绍了其在食用油生产中的工程实践和取得的重大成效,展望了其发展趋势,旨在全面推动我国食用油加工业的优化升级,实现由“跟跑”向“并跑、领跑”的历史性转变,引领国际油脂制造新趋势。

新理论提出的历史背景

1.1 我国食用油过度加工现象突出

油脂加工从作坊式操作到现代化精深加工经历了漫长的岁月,期间,伴随着科技进步,生产工艺与设备得以不断完善,现在的油脂加工业在生产规模与效益、产品质量与品种、资源开发与利用等方面以前所未有的创新发展展示在世人面前。

就在人们沉浸在油脂工业巨大发展的同时,有识之士适时提出了其存在的各种问题,开始反思食用油加工和消费领域存在的误区。

其误区之一就是盲目与国际接轨,普遍加工和食用高度精炼的油脂。

我国人群的饮食习惯与西方发达国家明显不同。西方发达国家菜肴以凉拌、色拉为主,色拉油(一级油)是其菜肴专用油,而我国菜肴以高温烹调为主,适合使用高级烹调油(二级油)等适度精炼油品。

但改革开放40余年来,我国向西方发达国家学习,食用油加工理念深受其影响,不但工艺装备被其垄断,产品质量也沿袭其标准,过分推崇油品“精而纯”,片面追求无色无味,导致过度加工,其结果是,市场上供应的琳琅满目的各种小包装油,几乎都是经过“四脱”乃至“五脱”处理的高度精炼油,其纯度几乎可与纯净水相比,而低度和适度精炼油在大宗油脂中已难觅行踪。目前一级油在我国被广泛用于日常烹调,成为食用油消费的主要品种,二级油仅占食用油总量的3%。这种状况不但加剧了资源和能源消耗,加大了环境压力,而且造成了油品中天然有益伴随物损失严重,并伴生新的食品风险因子。

1.2我国的食用油人均消费量居高不下

改革开放40余年来,我国食用油消费量经历了严重不足、不足、适宜、过量四个阶段。联合国粮农组织推荐的温饱标准为10kg/年,《中国食物与营养发展纲要(2014—2020年)》明确提出,要控制食用油消费量,到2020年全国人均消费食用植物油12kg/年,而实际上这个数据我国在“十五”末期就达到了,目前我国人均食用油消费量已超过24.4kg/年;平均每日人均摄油量为67g,远超《中国居民膳食指南》(2016年)推荐的每日20~25g。2015年《中国居民营养与慢性病状况报告》显示,我国居民平均膳食脂肪供能比达34%,超过了脂肪供能比上限值(30%)。以上数据均说明我国居民脂肪摄入过多。下一阶段我国食用油的营养和消费策略应向“少吃油、吃好油”的方向发展。

1.3我国人群慢性病高发

近20年以来,我国居民的疾病谱发生很大改变,肥胖与慢性病开始流行。《中国居民营养与慢性病状况报告(2015)》指出,我国居民人均预期寿命逐年增长,健康状况和营养水平不断改善,但与此同时,过多摄入精白米面、油、盐等不健康的生活方式也影响着人们的健康状况,居民营养不良率仍然居高不下,具体表现为慢性病高发、超重肥胖和微量营养成分缺乏,面临“双重营养负担”的困境。慢性病预防已经成为最大民生需求乃至国家战略。推广膳食结构多样化的健康消费模式,控制食用油消费量,保证膳食脂肪的质量和均衡摄入,成为慢性病预防的重要措施之一。

1.4食用油营养研究的转向

人们对油脂营养和功能的认识正在加深,油脂科学跨越了以脂肪酸营养为研究内容的阶段,进入到了对生理活性与结构关系进行深入研究的更高层次,并扩展到脂肪酸与甘油结合位置相关的结构脂和微量伴随物的功能研究领域,主流的油脂营养学已经摒弃了单一营养素思维,而开始关注整体饮食模式与慢性病之间的关系。新的观点认为:植物化合物丰富的食用油不只是一种高能食品,也是一种营养素密度高的优质食物;仅减少膳食总脂肪对健康的益处有限,而适量的优质油脂对人体有益。总之,食用油营养研究由宏量营养素转向微量营养素层面,认知达到了新阶段、新高度,其部分成果已被纳入公共营养政策,这就为食用油加工指明了新方向,提出了新任务。

对食用油过度加工现象的科学审视

2.1过度加工显著降低了食用油的营养价值

过度加工的油品外观诱人,但天然营养伴随物损失严重。其中,胡萝卜素和叶绿素已大部分被脱除,植物甾醇、维生素E、角鲨烯视加工深度损失10%~50%,使营养价值大幅度降低。

维生素E是人体必需营养素,植物甾醇预防慢病的作用也已被确认。中国营养学会建议成人维生素E摄入量为14mgα-TE/d,甾醇为900mg/d。《中国居民营养与健康状况监测报告(2010—2013)》指出,我国居民α-TE人均摄入量为8.6mg/d,所摄取的维生素E主要来源于烹调油,由于过度加工,油中维生素E损失严重,导致消费者从油中摄取维生素E水平呈下降趋势,1992年城市居民通过烹调油摄入的维生素E占69.3%,2012年只占60.0%。据估计,油脂过度加工造成天然维生素E损失约1.5万t,超过目前我国天然维生素E产量;植物甾醇损失约3.2万t,而我国居民植物甾醇平均摄入量仅为322mg/d,其中40%来自于植物油。如果能将精炼掉的这些营养成分大部分保留在食用油中,则意义重大。

2.2油脂过度加工引发食品安全风险

油脂过度加工还伴生出新的食品风险因子,如反式脂肪酸、3-氯丙醇酯、缩水甘油酯等,同时导致食用油返色、回味和发朦现象频发。2013年国家食品安全风险评估表明,食用植物油是城市居民膳食反式脂肪酸的主要来源,占膳食反式脂肪酸总摄入量的49.8%;这些年来爆发的日本花王食用油事件(2008年)、欧洲婴幼儿配方奶粉事件(2009年)、费列罗巧克力Nutella事件(2017年)均是食用油过度加工导致的3-氯丙醇酯、缩水甘油酯含量较高所致。为了杜绝隐患,雀巢、惠氏等国际知名公司已对包括我国在内的婴幼儿配方奶粉用油中的3-氯丙醇酯、缩水甘油酯、反式脂肪酸含量提出了严苛的安全指标要求。

2.3过度加工加大原辅料消耗,浪费能源,污染环境

随着食用油精炼程度的不断提高,出油率逐步降低,以精炼损失率而言,三、四级油约为2%,一级油则提高至5%左右。过度加工不但增大能源额外消耗,同时使用的酸、碱、水、吸附剂等辅料用量也随精炼程度提高而增加,产生了更多三废,污染了环境,三废处理还要增加更多装备,导致产品成本增加。而过度加工产生的副产物大多仅用作低档饲料或废弃物,尚未进一步加工为更有价值的产品,造成巨大浪费。

食用油精准适度加工理论的提出

基于我国食用油过度加工现象突出,以及食用油过度加工存在的弊端,精准适度加工新理论被适时提出。

新理论的要点是:油脂伴随物具有独立于脂肪酸之外的重要健康功效;每种伴随物遵循各自机制在加工过程中迁移变化;精准适度加工以最大程度保留营养、减少风险为目标,依据伴随物的变迁规律对加工过程进行精确设计和精准控制。

早在21世纪初,中国粮油学会首席专家王瑞元教授级高工就多次发表文章和讲话,提醒油脂行业警惕过度加工、过度消费的倾向,倡导“安全营养”理念,将食用油的加工精度界定在适当范围内,为消费者提供质量更优、安全性更好的健康食用油产品。

几乎与此同时,我国油脂科研人员就开始了油脂加工新理论的探索和技术研究。如开展了“脱色过程对油脂性能的影响”“精炼对大豆油品质的影响”“新型制油溶剂的筛选”等研究工作,提出了吸附脱色的适度孔径理论,发明了食用油专用脱色凹凸棒土新材料并实现其绿色制造,目前该专用材料的市场占有率已达1/2以上,超过传统脱色材料,大规模用于金龙鱼、福临门等著名油品加工,显著提高油脂得率、品质和安全性;筛选出的新型环保溶剂甲基戊烷在全国20多家制油企业的大豆、油菜籽、油茶籽、微藻等多种油料制油工艺中获得应用,有力地提升了油脂制造过程的节能减排与提质增效水平。

2007年,《中国油脂》第2期发表了题为“直面油脂营养认识误区,大力发展健康食用油”的文章,首次全面剖析了食用油过度加工的弊端,率先提出了评价“好油”的三个原则——脂肪酸组成相对合理、有益油脂伴随物丰富多样、极少或不含风险因子,提出了长期摄入过度加工的食用油是造成目前慢病高发主要原因之一的重要论断。

2011年,《粮食与油脂》第7期刊出“食用油产品开发与质量标准制修订绉议”一文,从油品质量标准和生产工艺的关系出发,对新理论视角下重大产品的开发、质量评价与标准体系建设等内容提出了建议。2012年,《中国粮油学报》第9期刊出“食用油中脂肪伴随物的营养与功能”一文,系统阐发“油脂伴随物”概念,深入揭示油脂伴随物与健康的关系,指出如能长期摄入有益油脂伴随物丰富、营养全面的食用油,那么它作为一种高能食品,对健康的危险性会大大降低。

通过对新理论的科学内涵、技术要素、实施路径和标准体系的进一步论证和顶层设计,至“十一五”末“十二五”初已初步建立起了以“优选原料、精准识别、精细制油、精炼适度”为核心的健康油脂制造新模式。2014年,在每5年召开一次的全国粮食科技创新大会上,食用油精准适度加工成果被列为行业四大创新之一,并被工信部、国家粮食局作为促进粮油加工健康发展的重大举措,写入《粮食科技“十二五”发展规划》《“十二五”全国粮油加工业发展规划》、科技兴粮工程、粮安工程等。与此同时,全国粮标委油料及油脂技术工作组启动了植物油适度加工技术规程制订工作,对大豆油、菜籽油、花生油的适度加工技术规程进行制订。

“十一五”至“十三五”期间,我国油脂行业产学研各方通力合作,针对食用油加工新理论开展了大量研究和应用技术开发,取得了丰硕成果。这些工作和成果主要反映在由王兴国、金青哲两位教授所著并于2016年出版的《食用油精准适度加工理论与实践》一书中,该专著以理论研究为基础,结合应用进行技术开发和推广,形成了理论研究、技术开发、应用推广的一体化,为我国新理论研究与技术开发体系的建立和完善提供了重要支撑,为所开发的技术应用于工程实践奠定了坚实的理论基础。

食用油精准适度加工理论的实践进程

4.1国家重大科技专项焦聚于精准适度加工的研究和示范

为突破食用油精准适度加工相关重大科学问题与关键科技难题,2009年,江南大学、鲁花集团等21家单位发起成立了植物油产业技术创新战略联盟,被科技部批准为试点联盟。在联盟的积极策划下,国家科技部在“十一五”至“十二五”期间启动了多个聚焦于油脂精准适度加工新技术、新工艺和新装备的重大项目。这些重大项目围绕食用油精准适度加工面临的关键问题与重大科技需求,主要以大豆、油菜籽、花生等大宗油料为研究对象,开展基于精准适度加工理念的新方法建立、新技术突破、新装备保障和新产品创制的科技创新链条及技术规范建设;基于不同油料特性,创新研发与集成配套从原料精选、预处理、制油、精炼到包装、储存乃至增值产品绿色制造的一系列精准化、稳态化新工艺和新装备,开发高品质、高附加值油脂与副产品,构建适合油料各自特性的精准适度加工新模式,实现其工程化技术集成应用和产业化示范,带动传统油料加工业的升级改造,显著提升我国油脂加工业的整体水平与国际竞争力。

4.2克服过度加工弊端,实现大宗食用植物油加工技术与产品升级换代

得益于新模式的示范和推广应用,我国大宗食用油加工技术与产品升级换代成效已经初步显现。

我国年产大豆油1600万t,约占食用油总量1/2,改变大豆油过度加工现状意义重大。为此,油脂科研人员深入研究了非水化磷脂和回色回味的酶促机制,揭示了大豆油氧化和异构化规律及其与伴随物的关系,开发出内源酶钝化、预-复脱色、短时低温脱臭等7项关键技术,构建起由13项发明专利和2项行业标准为支撑的大豆油制造新模式,实现营养素高保留和风险物质有效控制,大豆油中生育酚、植物甾醇保留率大于90%,反式脂肪酸、3-氯丙醇酯含量下降80%~90%,色泽和风味稳定。通过对日处理大豆6000t生产线的运行数据测算,与传统工艺相比,新工艺的精炼率提高1.5%以上,吨溶耗降低7.7%,吨汽耗降低14%,吨电耗降低5%,脱色剂减少38%,软水消耗降低73%,节能减排效果显著。

新工艺在中粮集团、益海嘉里、山东渤海、九三粮油、香驰控股等20余家大型企业59条生产线上应用,年处理大豆约3000万吨,占全国大豆总加工量的1/3,实现了技术和产品升级,大豆油过度加工态势被初步扭转。成果于2016年获得中国粮油学会设奖10多年以来的首个加工类特等奖。

菜籽一级油普遍采用高温预榨-浸出-化学精炼工艺,而传统小作坊一般采用高温炒籽热榨工艺生产风味菜籽油。而基于油菜籽营养品质与加工特性,创建的7D产地绿色加工、微波调质生香、美拉德反应二次生香等精准适度加工技术,开发出了安全营养、香味独特浓郁、色泽纯正的高品质菜籽油,与传统油品形成了差异化,目前其产量已占全国菜籽油近30%市场份额,成为菜籽油主导产品之一。

反式脂肪酸是食用油精炼过程中形成的典型风险因子,通过全行业重点技术攻关和设备升级,用软塔、组合塔代替板塔,同时广泛使用酶法脱胶、干法脱酸、两次脱色等新工艺,与十年前相比,我国大宗植物油的反式脂肪酸含量由2%~5%降至约1%。国家食品安全风险评估表明,目前我国人群反式脂肪酸的暴露风险远低于发达国家,暂无干预必要。

4.3研制新型机械装置,提升智能化水平

装备是油脂加工业发展的基础,工艺与装备相辅相成。我国油脂加工关键装备技术长期被欧美垄断。为实施精准适度加工,我国自主设计制造了一批相匹配的国产大型装备,并成套化、自动化进而向智能化发展。

原料精选是精准适度加工的恰当起点。我国研究制造的大豆原料精选系统,攻克了提高采样数据准确性、完善软件编写算法、尽量多预测不同残次品特征,以及匹配系统运行速度与大豆下滑速度等难题,达到了更好的检定效果,使坏豆和杂豆从大豆中高效剔除。

浸出器是油脂加工业的核心设备。2018年,我国自主设计并制造出与适度加工相配套的第五代E型浸出器,采用双驱动轴、双马达设计,设备自重降低,允许更高载荷,克服了环形、履带式浸出器的驱动轴、驱动主链轮尺寸过大、不便安装维护和拖链刮板型浸出器刮板链条不易张紧的缺点。根据精准适度加工理念设计制造的浸出器、DTDC(蒸脱机)已在油厂广泛运行。

智能化是油脂装备的发展方向。我国研制的油菜籽低温压榨智能装备和新型微波调质设备,集压力温度控制系统、油渣自动清理和回榨机构一体化,设备自动化水平大幅提升,压榨温度不超过60℃,压榨饼残油小于8%;基于分布式系统控制原理开发出了单元控制模块,建立了高品质菜籽油产地加工技术自动控制系统;还利用联用数字远传、无线传输和互联网云技术,建立了关键设备在线控制与APP远程监控耦合的产品质量管理系统,实现智能化、全方位全程监控。

4.4部分成果已被纳入国家或行业标准和公共营养政策

近年来,随着新模式的示范和推广应用,人们评价食用油优劣的观念发生了重要变化,不再拘泥于其感官指标,而是更加关注油脂伴随物。油脂界通力合作,在科学分析和研究基础上,重新审视现行食用油质量标准,大力纠正油品过精和油色过淡等“过度加工”现象,将油品加工精度界定在适当范围内,并以国家或行业标准的形式加以规范,落到实处。2010年以来,根据新模式的理念和技术特征,修订形成了大豆油、花生油、玉米油、葵花籽油、芝麻油等食用油系列的新一轮国家标准,修订内容包括:重置等级,由感官法取代罗维朋比色法评定色泽,放宽了对酸价、烟点的要求,等等。2017年,国家粮食局推出“中国好粮油”行动计划,并制定了“好油”标准,将维生素E、植物甾醇、多酚等伴随物纳入营养声称指标,将反式脂肪酸、苯并芘等纳入安全声称指标。2018年发布的《食品安全国家标准植物油》也充分体现了精准适度加工的理念。

食用油精准适度加工理论的发展趋势

5.1精准适度加工已成为我国油脂加工业转型和升级必由之路

社会需求是科技发展的第一动力。精准适度加工已成为我国油脂加工业转型和升级必由之路,进入“十三五”以来,国家继续加大对精准适度加工技术的研发支持。

科技部启动时跨2016—2021年的“大宗油料适度加工与综合利用技术及智能装备研发与示范”项目,针对油料油脂过度加工导致营养素损失、风险因子形成、蛋白功能损伤,以及传统油料制品低值化等突出问题,开展以大宗油料精准适度加工新技术、新工艺和新装备为目标的研发和示范。

同期,科技部还启动了“食品加工过程中组分结构变化及品质调控机制研究”项目,以大豆、花生、油菜籽为研究对象,建立加工适宜性评价模型、技术、方法与标准,明晰典型油脂加工过程参数、组分结构变化、品质功能三者之间关系,建立油脂、蛋白等产品品质功能预测模型,构建加工全过程组分结构与品质功能调控理论体系与可视化平台,实现油料产品品质功能导向的精准调控与高效制造,抢占国际油脂乃至食品加工科技前沿制高点。

对新模式的研发支持已经从大宗油料扩展至小品种油料。2018年,科技部启动“特色油料适度加工与综合利用技术及智能装备研发与示范”项目,针对我国特种油料种类多、营养丰富,但地域分布广、性质差异大、存在加工技术粗放、专用设备缺乏、智能化程度低、产品单一、综合利用率低,以及过度加工导致功能成分损失、潜在风险因子产生等突出问题,研发基于20余种特色油料特性的精准适度加工与高值化利用的新技术、专业化智能装备,并形成示范线。

5.2精准适度加工产品将从趋势产品转为普通食品,被消费者广泛认可

精准适度加工既是一种新加工模式,也是一套个性化的设计方案和技术路线;它既是生产“好油”的重要途径,也是食用油产业转方式、调结构、促发展的重要途径。

我国油脂资源十分丰富,不同原料品种应采用不同的加工工艺。但实际上,对于多种油料,如棉籽、米糠、油茶籽、胚芽等,目前还不能完全依据其自身的特点和要求,设计和实施合理的制炼油工艺,其结果是常不能按照预定要求,生产出高质量、高规格的食用油产品。

因此,精准适度加工的发展趋势,是在基本探明每种油料油脂的物质基础和准确把握原料加工特点,以及明确目标产品的组成、性质、规格与用途的基础上,开展以油品安全、营养、绿色加工与资源高效利用为目标的工艺和设备研发,实现理论创新和关键技术突破。其终极目标是,采用高新技术特别是现代信息技术、生物技术、精细化工技术改造传统产业,量身定制构建符合各种油料油脂特性的精准适度加工产业化模式,并通过推广应用,不断增加优质食用油供给,使精准适度加工产品从趋势产品转为被消费者广泛认可的普通食品,进入千家万户,实现由“放心粮油”向“好粮油”的转变,服务于供给侧改革重大需求。

以全国小包装食用油企业益海嘉里集团为例,近几年来,该集团不断加大投入,将精准适度加工模式从示范工厂推向集团所属的近30家大型食用油加工厂,由大豆油扩展至稻米油、玉米油等其他植物油乃至食用调和油,取得了显著的提质增效、节能减排成效。

5.3新的理念和技术特征将不断融入一系列国家或行业标准,引领健康消费

精准适度加工是按照国家标准规定要求指导下的先进合理加工,粮油行业限制“过度加工”的最有力措施就是及时制修订产品的标准,修改那些不利于健康的技术指标,从而将新的理念真正落到实处。相信假以时日,现行食用油质量标准中存在的某些指标内涵模糊、专属性不强、量度值不准和重要指标缺项等状况将得到改观。通过有计划、有步骤地开展相关研究工作,与时俱进,视必要和可能,今后可首先在“好油”产品标准中,逐步在所有食用油产品标准中增添更多的营养性、安全性指标,以及以油品出厂进入消费环节后的稳定性作为质量指标,为“放心粮油工程”“中国好粮油计划”在全国范围的成功实施奠定基础。现在国内监测机构和油脂企业分析仪器齐备,完全具备开展相关测试项目的基础条件,可为营养性、安全性指标的设立提供有力保障。

结语

我国食用油产量与人均消费量的增速已明显放缓,进入快速发展后的产业优化与结构调整的战略机遇期,大力倡导精食用油精准适度加工,在节能减排增效的同时,显著降低制炼油过程中各种营养成分的损失,脱除有害物,避免生成各种风险因子,保障优质食用油品供给,减少由高脂膳食带来的不利影响,走出“双重营养负担”困境,已经成为新时期食用油加工业转型和升级必由之路。