985工程创新平台研究方向项目建议书--现代加工农业技术支撑体系研究与开发

“985 工程”创新平台 研究方向项目建议书 研究方向名称：食品资源利用与安全控制 项目名称：现代加工农业技术支撑体系研究与开发 建议单位：生物系统工程与食品科学学院 建议日期：2005 年 9 月 14 日 一、 项目的立项依据 1、项目的意义 在我国的现代农业发展进程中，农产品结构性过剩和资源利用效率低下等问题已 经存在很久，产后保鲜加工流通体系落后，常导致农民增产不增收，丰收变丰灾，农 民积极性受到严重伤害而大面积抛荒毁产，危及我国农业的可持续发展和 13 亿人口的 食物安全与保障。除了各种产前品种和生产管理技术因素外，农产品产后保鲜加工技 术和装备落后，大量农产品得不到加工利用，产业链得不到充分的延伸，增值潜力无 法实现；农产品生产与加工过程的标准化与质量保障体系不健全，导致农产品及其加 工品的质量和安全性水平低下，不能适应国内外市场的日益增高的需求，是制约我国 加工农业发展的关键因素。 世界各国都把农产品加工作为关系到国计民生的战略大事来抓。尽管新兴产业不 断涌现，但农产品加工业仍然是世界制造业中的第一大产业。发达国家的农产品加工业 在整个工业中所占比例在达 15%左右，美国则高达 18%。以信息技术、新材料技术、 新能源技术、计算机技术和自动化技术集成的现代加工技术体系的研究开发与产业化， 为农产品资源的高效和充分利用提供了坚实的基础，而以农产资源的高效利用和充分 增值为特征的现代加工农业，正是现代可持续农业模式的一个标记性组成部分。 我国农产品加工业产值自 1995 年起，一直位居各个工业门类之首，2004 年的产值 达到 16000 亿元，利税超过 3000 亿元。但与国际先进水平相比仍有较大差距，目前我 国农产品加工产值与农业产值之比刚刚达到 0.6:1，发达国家的这一比值已经高达 2.23.7:1。在发达国家的农业生产体系中，用于产后处理的投入比例日渐增大，如美 国高达 70%以上，保证了农产资源的充分利用和有效增值，果蔬产后烂损率已降至 1.7-5%，粮食产后损失低于 1%。而我国的果蔬采后损失高达 30%以上，粮食产后损失 也达 9-10%。 浙江处于亚热带，在 WTO 背景下的浙江农业中具有市场竞争力的农产品主要有早 稻、养殖家禽、淡水水产、竹类、以及有浙江特色的柑橘（温州蜜柑、胡柚、高橙） 、 杨梅、梅、南方梨、青花菜、榨菜等果蔬。以果品为例，由于前些年果品面积的快速 增长，预计未来 10 年当目前的果树进入盛产期后，我省的果品产量仍将大量上升，以 杨梅为例，从 1994 年起至 2004 年的十年间，面积增加 118%，产量增加 442%，成为 目前我省和我国少有的发展最快的水果。面积、产量分别占全国的 67%和 73%，2004 年面积达 90 万亩，占全省水果面积的 20.4%，产量 27.5 万吨，占全省水果产量的 8.3%，产值 13.4 亿元,占全省水果产值的 21.3%,平均单产达 305 公斤。同时，杨梅新栽 培的未投产林占一半以上，将在 10 年内陆续投产。梨及桃、葡萄等亦有同样的趋势， 如梨在 1996 年后的七年间，全省梨园面积增加了 180%，产量增加 315%。 因此研究上述优势和特色农产品的科学与工程学问题和增值加工技术具有极大的 意义。从生产的角度，可以直接保证区域经济的良性发展，解决“三农”问题。 食品安全问题是关系到人民健康和国计民生的重大问题。作为经济发达的东南沿 海地区在基本解决食物量的安全的同时，食物质的安全越来越引起全区域人们的关注。 食品安全已经成为影响农业和食品工业健康发展的关键因素，在某种程度上已制约了 该地区农业和农村经济产品结构和产业结构的战略性调整。我国在食品安全检测技术 方面与发达国家相比、以及与高速发展的经济相比还相对滞后，由于缺少相应的监控 手段，各种各样的食物中毒事件令人触目惊心。为此，以提高食品质量、保障人民健 康、提高我国农业和食品工业的市场竞争力为目标，重点研究我国食品安全中的关键 检测、监测和控制及果蔬病害生物防治等方面的科技问题，显得尤为重要。 纵观发达国家的农业现代化建设过程，其共同点是率先解决农业技术装备问题， 实现了农业生产的高度机械化。工程农业技术在人类社会可持续发展、保障世界食物 安全和农业现代化进程中具有极其重要的战略地位。1999 年底，在美国工程院评选的 20 世纪对人类社会进步起巨大推动作用的 20 项工程技术成就中，农业机械化列居第 7 位。党的“十六”提出，二十一世纪前 20 年我国经济建设和改革的主要任务是“基本 实现工业化，加快建设现代化。 ”而没有农业的工业化，就谈不上国家的工业化。农产 品生产与加工装备技术是农业工业化和农业现代化的重要基础。 2、国内外研究现状分析 在国际上，随着现代科学技术的飞速发展，农产品保鲜和加工利用过程中新的 技术和方法不断涌现，形成日趋完善的现代加工技术体系。 基因工程的应用，使番茄为代表的果蔬保鲜期实现了革命性的突破；真空冷却、 分子筛气调技术、静电场保鲜技术的开发和应用使保鲜技术大大进步；生物防治技术 可用天然产物对果蔬实行保鲜，从根本上改善了保鲜果蔬的食用安全性。在欧洲、北 美和日本等发达国家，易腐农产品的采后贮运保鲜流通整体上实现了以冷链为中心的 现代化生产体系。 农产品加工技术向高效增值和和深度利用方向发展。膜分离、纳米技术、超微 粉碎、超临界萃取、分子蒸馏、微波、超声波、挤压技术、超高压杀菌、高频电流杀 菌、微胶囊包埋、瞬间蒸发冷冻干燥等技术不断被应用，为新型加工产品的市场化提 供了基础工程技术支撑；新产品开发向方便、营养、安全、保健及功能化方向发展； 农产品、畜产品、海洋生物资源不但得以精深加工，而且多层次综合利用。开发农产 资源中的功能性成分，尤其是通过现代生物技术获得具有保健功能的天然活性物质和 功能因子，并通过结构和功能修饰生产功能性新组分等研究取得了飞速进展,并已有成 果投入生产应用。安全、不同透气度、耐温、可食性包装材料与包装技术研究也十分 活跃。在发达国家中先进加工技术已经形成体系，产业化进程快速发展，研究的重点 和前沿已经转向：（1）新一代避免高温高压强作用力的温和加工技术；（2）加工产 品的品质基础、在线检测和系统保障；（3）农产资源中功能性成分（抗氧化、抗癌、 免疫等）的基础研究与开发利用；（4）绿色、环境友好、可持续、具有循环经济特征 的生产、加工、流通、保鲜技术手段和产品的研究开发。 农产资源利用领域中生物技术的应用日益广泛，被认为是 21 世纪农产品贮藏加 工领域最有希望取得重大突破的前沿分支之一。应用生物技术改革传统的农产品加工 工艺,提高传统制品的品质和工业化水平;开发和生产可食性新组分与新产品 ,尤其通过发 酵过程获得具有保健功能的天然活性物质和功能因子等研究取得较大进展,并已有成果 投入生产应用。发酵工程的研究也已拓宽至基因工程、细胞工程和酶工程、并且深入 到分子、遗传、代谢调控等水平，发酵工程学术研究已经开始形成上下游集成系统的 思想和战略，越来越多的生物高技术产品不断向高质量、低成本发展，与相关学科的 联系日趋紧密。新型生物反应器、用现代生物技术构建与选育新的菌种，发酵过程的 计算机模拟与控制等成为新的生长热点. 天然产物的研究和开发是目前国内外多学科共同关注的一个科学前沿和开发热 点，如对植物黄酮、茶多酚、番茄红素、硫代葡萄糖苷等具有抗自由基、抗衰老、抗 癌、和防治老年退行性疾病的植物次生代谢产物的研究与开发，正在国内外蓬勃开展， 这类产品作为保健食品或药物中间体的国际需求量很大，市场普遍看好；对食品及原 料的化学成分的研究越来越借助于现代技术，核磁共振、气质和液质联用、同位素标 记等方法和技术大大提高了定性和定量的准确性，更加明了其中机理；加工副产物的 综合利用和化学改性越来越重要，清洁生产可降低污染和变废为宝，预示着新世纪人 类与环境协调可持续发展的循环经济新模式。 农产品生产和加工装备技术创新在我国已经有了一定的发展规模。但是，与发 达国家和先进工业化国家相比存在巨大差距，农产品生产与加工的综合机械化水平仍 然很低，农产品生产和加工装备技术不仅“综合技术水平仅相当于发达国家 20 世纪 6070 年代的水平， ”远远落后于世界先进水平，也远落后于其他工业行业，更严重滞 后于农业生产技术的发展。 检测标准和检测能力是判断和控制食品安全性，保护人民生命健康，推动国际公 平贸易，维护国家利益不可或缺的技术支撑。因而国外非常重视食品和农产品安全检 测的理论和技术研究，一些快速灵敏的检测试剂和检测仪器不断推出，检测技术总体 向着快速、灵敏、简便的方向发展。随着我国加入 WTO，来自于国际市场的冲击越来越 大，这就对我国农产品质量和安全卫生状况提出了更高的要求。虽然这些已促进了农 产品安全检测技术的改良、改进和提高以及一些新的检测方法的研究和产生。但与国 外相比食品安全理论和技术的研究还存在着较大的差距，因而为了保证食品安全和人 民健康水平需要我们投入人力和物力迅速缩小与发达国家的差距。 二、项目的研究内容、研究目标 1、项目的研究内容 （1）农产品现代加工技术 以东南沿海区域大宗、特有、优质农产品早稻、竹、果蔬、畜禽、淡水鱼为对象， 进行下列关键科学问题和技术的研究： 农产资源中生物活性物质的研究开发与功效评价 研究农产品及其加工副产物中具有特殊生理和药理活性的功能性成分的鉴别、 分离、纯化、作用机理，以及不稳定功能性成分的结构修饰和改造，开发新一代 的保健功能因子和功能性食品。 易腐农产品品质维持的干预理论模式和技术体系 研究农产品产后品质变化和品质评价的基础生物化学、生物学规律及其与遗传 特性、生物和非生物环境因素的相互关系和作用规律，建立相应的品质维持的干 预理论模式和技术体系。 大宗特色农产品精深加工技术及其产业化技术集成 现代工程化技术在食物资源开发、品质改进和安全性保障方面的应用基础研 究，大宗特色农产资源精深加工产品的开发和产业化技术集成。 （2）食品生物技术及生物质资源利用 以基因工程技术构建食品及食品添加剂发酵工程菌及微生物源新型食品添加剂 开发 蛋白酶 A 缺陷型啤酒酵母工程菌构建、巴西甜蛋白基因工程菌构建与表达、 风味肽基因工程菌构建与表达 Nisin、Pediocin、类胡萝卜素、虾青素、a-半乳糖 苷酶； 酶工程与农产品生物转化 变性淀粉、低聚糖、乙醇、乙烯、聚乳酸、聚谷氨酸、弹性蛋白酶高产菌种 选育及发酵条件研究、酶法制取予消化蛋白、酪蛋白磷酸肽、降血压肽、吗啡肽； 生物质资源利用 耐高温 b-葡聚糖酶基因体外定向进化及耐热机理研究、高产纤维素酶菌种选 育及发酵条件研究。 （3）食品安全控制 食品安全检测技术与装备 兔单克隆抗体技术在食品中小分子有害物质检测中的应用；基于生物芯片 技术的食品安全高通量检测技术的研究、牛奶成份、体细胞的快速测定理论、 技术和装备；食品及其原料的农药残留和抗生素残留快速检测技术和装备研究 食品安全控制体系 研究我国主要农产品及其贮藏加工过程中的主要食品安全风险因子的内在规 律，建立风险评估预警、 风险管理体系。 食品的健康效应与慢性毒理 环境、食品与机体的相互作用机制，揭示人类对膳食和理化环境因素的应 答体系；重要慢性疾病与食品因素及营养平衡的关系，探索农产品质与营养对 人类的长期健康效应，以及疾病预防的饮食调控机理。 （4）农产品生产与加工装备 农产品产后商品化处理、加工技术与装备 主要研究农产品智能化实时检测、分级、清洗、喷蜡、抛光的采后产地商 品化处理成套装备技术；多组分、非接触农产品品质与安全快速检测技术和装 备；农产品的物理特性及相关质地品质、味觉品质、香气品质的检测技术与设 备。 农产品资源能源化和材料化利用技术与装备 研究生物质在不同条件下液化气化产物的理化特性及其有效成分的提取、 分离、纯化技术以及剩余物质的处理技术，研究探讨液化气化产物的能源化、 材料化应用技术。 农产品智能化生产技术与装备 主要研究温室智能化控制与管理系统、温室群控网络通讯技术，研制动植 物工厂化生产设施和环境智能调控技术与装备；研究适应不同条件的田间变量 施肥、播种、喷药、灌溉智能化通用控制技术与装备，研究农药低量防漂移喷 雾技术及高效、低污染植保机械。 2、项目的研究目标 基本摸清主要农产品的生物活性成分资源规律，建立主要农产品的重要生物 活性物质的分离提取技术体系，建立主要农产品的品质评价指标和技术体系 建立特色大宗易腐农产品的新一代保鲜理论模式和技术体系；建立现代高新 技术应用基础平台，开发新一代具有营养、安全、节能、环保等循环经济特 征的农产品加工制品和深度利用产品。 构建和培育食品与新型食品添加剂发酵新菌种，开发一批新型高效酶制剂， 实现淀粉、蛋白资源的高效利用，为高效农业加工提供新途径； 探索农业废弃物等生物质资源降解转化机理、开发相应酶制剂及降解转化条 件参数，实现农业废弃物等生物质材料的资源化利用； 建立食品中有害物质残留的快速检测方法及相应的技术标准；研制与开发具 有自主知识产权的食品安全快速检测试剂盒和检测仪，并实现商品化生产。 建立贮藏加工过程中安全问题的风险评估预警、 风险管理体系。明确农产 品质与营养对人类的长期健康效应和疾病预防的饮食调控机理。 为实现环境友好的农产品生产、加工与生物质资源利用提供先进的技术装备 支撑。 以上述研究开发成果为基础，集成现有国内外高新技术成果，形成系统科技服务 平台，实现产业化应用，为 21 世纪中国沿海发达地区的加工农业发展提供强有力的科 技支撑。 三、拟阐明的重大科学问题、项目的特色和创新点 1、项目拟阐明的重大科学问题 （1）东南沿海区域主要农产品的生物活性物质资源的系统探察和掌握。 （2）食品中有害物质的形成、转化动力学和控制理论。 （3）易腐农产品品质维持的干预理论模式。 （4）食品及食品添加剂发酵过程生化机理及关键酶的分子机制。 （5）农业废弃物等生物质资源降解转化机理，解除生物质资源降解与转化的限制性 因素的原理和途径。 （6）利用光-机- 电-信息-物理-化学-生物-农学等多学科技术的交叉集成创新，建立 农产品品质特性、营养特性、贮藏加工特性的检测与评价方法； （7）可控环境动植物生产系统的质能传递规律和动植物生长繁育与其环境的交互作 用机理，研究环境和动植物生长信息的有效获取方法和环境的智能化调控方法； 2、 项目的特色和创新点 （1）技术与产品创新 以东南沿海生态区域特色优势农产品为对象的系统技术和产品创新研究，由于 资源的独特性，预期产生系列独具特色的新技术和新产品，例如竹类资源的深加工 技术和产品，以早籼米为原料的系列深度转化技术和产品等。从分子水平改造传统 发酵菌种选育手段，培育高产发酵菌种，开发新型食品与食品添加剂。从分子水平 研究声、光、电、磁、力等外加物理场对农产品产生的生物学效应。 （2）系列成果创新 农产品生物活性物质资源库、农产品品质评价体系、生物技术应用平台、现代 加工技术应用平台、食品安全风险评估与预警体系、现代加工装备体系等。 （3）研究开发模式创新 基础与应用基础研究、技术开发、资源与产品开发和产业化服务一条龙的研究 开发模式，光- 机- 电-信息 -物理-化学-生物-农学等多学科技术的交叉集成创新。 四、研究基础 、 研究队伍 项目组有一支结构合理、实力雄厚的学术队伍，现有教授和研究员 16 人，副教授 25 人。入选百干万人才工程 2 人、浙江省”151”人才工程 6 人( 其中第一层次 2 人)、浙江省中青年学术带头人 2 人。其主要教授团队 及在本项目中的分工情况如下： 姓 名 性别 研究方向 本项目中承担任务 备 注 何国庆 男 食品生物技术 食品生物技术及生物质资源利用 顾永祥 男 食品化工 食品生物技术及生物质资源利用 应铁进 男 农产品加工 农产品现代加工理论及技术 茅林春 男 农产品加工 农产品现代加工理论及技术 张 英 女 农产品加工 农产品现代加工理论及技术 郑晓冬 女 食品安全 食品安全控制理论及技术 叶兴乾 男 食品安全 食品安全控制技术及装备 李 铎 男 食品营养 食品营养与安全 方维焕 男 食品安全 动物食品安全控制 应义斌 男 农产品加工工程 农产品生产与加工装备技术 王 俊 男 农产品加工工程 农产品生产与加工装备技术 王剑平 男 农产品加工工程 农产品生产与加工装备技术 郭宗楼 男 农产品加工工程 农产品生产与加工装备技术 王立人 男 农产品加工工程 农产品生产与加工装备技术 杨祥龙 男 农产品加工工程 农产品生产与加工装备技术 成 方 女 农产品加工工程 农产品生产与加工装备技术 、 已有工作基础 本方向所在学院拥有农业工程（全国排名第二） 、食品科学与工程（全国排名第四，其中队伍 和科学研究两项指标为全国第三） 、畜牧学三个一级博士学位授予权学科，还有发酵工程、机械设 计及理论等硕士点，其中农业机械化工程与食品科学均同时为农业部重点学科、浙江省重点学科， 还拥有农业生态与环境农业部重点开放实验室、浙江省动物预防医学重点研究实验室、浙江省地方 工业产品质量监督检验中心食品检测站、亚太临床营养与食品安全中心等机构。与校内的环境科 学、农业资源利用、作物学、植物保护学、公共卫生学和医学等学科有密切的合作。 本方向一直紧密结合我国农产品资源、品质与安全领域的重大问题及国家需求，追踪 国际发展前沿，广泛开展涉及农产品现代加工体系、食品品质的生物学与工程学基础、 食品安全性风险因子的危害和风险评估、农产品安全预警机理的等方面的研究。在下 述几个方面处于国内领先地位：农产品物性学、动植物资源的生物活性物质研究、脂 类营养物质与健康的影响；酶工程及发酵工程菌构建；粮食资源生物法高效转化；果 蔬成熟与衰老机理；环境生态毒理学；丙烯酰胺形成的抑制；基于超声特性的食品成 分无损快速检测机理和快速食品成分分析仪器开发；农药残留和抗生素残留快速检测 生物传感器和快速检测仪器开发；免疫原理为基础的农药残留快速检测试剂盒研制； 农产品品质智能化在线检测与分级自动化装备研制、微生物拮抗菌在果蔬采后生物防 治上的应用及安全性评价。本方向还参与建立的农产品安全多学科交叉中心工作。 2000 年以来，承担国家“863”计划项目、 “973”专题、国家基金重点项目多项，承担 国家科技部攻关项目、国家自然科学基金项目、国家农业科技成果转化资金等国家级 项目 70 多项。获得国家科技进步二等奖 1 项，省部级科技进步奖以上 l0 余项，取得 国家专利 55 项，取得的社会经济效益近 35 亿元。在研科研经费 5000 多万元。国内外 重要学术刊物发表学术论文 400 多篇，SCI 收录论文 66 篇，出版专著 24 本。全国百篇 优秀博士论文提名奖 1 篇。 五、预期目标： 1、六年目标： （1） 建成现代加工农业技术支撑体系： 建立沿海发达地区农产品生物活性资源库，建立比较完整的农产品和加工品品 质评价体系。建立现代化的食品安全风险评估和预警体系，开发可持续农产品资源利 用与加工的系统技术与装备，开发新一代农产品加工品、深度利用制品，形成系列重 大科技成果，为我国沿海发达地区加工农业发展提供技术支撑。 （2） 项目完成后，本学科应达到的总体水平