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食品精准营养与智能制造
发布时间: 2020-10-27 浏览次数: 10

导读:营养健康是一个国家或地区发达程度的重要标志,也是人类社会全体成员内在追求的永恒主题。根据不同群体或个体的营养需求,制定科学合理的个性化饮食指南,将有利于改善居民的营养状况。展望未来,以精准营养为目标,以工业化、自动化、智能化为发展方向的个性化营养健康食品智造产业将有无限广阔的前景。


健康是人类全面发展、生活幸福的基石,也是国家繁荣昌盛、社会文明进步的重要标志。中国居民的主食供给正发生着重大变化:一是传统主食向现代主食转变;二是主食消费从满足能量需求向满足多元营养需求转变;三是主食制作方式从家庭自制向社会化供应转化。


一、健康中国2030的目标



《“健康中国2030”规划纲要》中提出的到2030年要实现以下目标:(1)人民健康水平持续提升:到2030年人均预期寿命达到79岁;(2)主要健康危险因素得到有效控制,消除一批重大疾病危害;(3)健康服务能力大幅提升,健康服务质量和水平明显提高;(4)健康产业规模显著扩大,形成一批具有较强创新能力和国际竞争力的大型企业;(5)促进健康的制度体系更加完善。

  

世界卫生组织(WHO)曾提出健康四大基石:合理膳食、适量运动、戒烟限酒和心理平衡。而当今健康长寿的主要因素还包括遗传因素。在20多项长寿秘诀中,与饮食健康有关的占到4~6项,占到长寿因素权重的1/4~1/5之高。

  

根据《中国居民膳食指南》中的中国居民平衡膳食宝塔,成人每天摄取推荐量按照食用形式分为两类:主食形式和菜肴形式,其中主食形式位于宝塔的最底部,包括谷物类(200~300 g)和薯类(50~100 g);菜肴形式包含7类:食盐(<6 g),油脂(25~30 g),畜禽肉(40~75 g),水产品(40~75 g),蛋类(40~50 g),蔬菜类(300~500 g)和水果类(200~350 g),这七类菜肴形式逐渐由宝塔的中底部向塔尖递减,食盐和油脂位于塔尖。对于一般人群而言,该膳食指南有六条核心推荐,分别是:食物多样,谷类为主;吃动平衡,健康体重;多吃蔬果、奶类、大豆;适量吃鱼、禽、蛋、瘦肉;少盐少油,控糖限酒;杜绝浪费,兴新食尚。


二、获取营养健康大数据的途径和手段



大数据是推动人类进步的又一次新的信息技术革命,多组学技术的发展为营养健康大数据的获取提供了先进的技术手段。组学分析以及可穿戴设备的兴起,可针对不同人群和个人提出预测饮食建议,为精准营养学提供了可能。通过基因检测、代谢组学和微生物组学等检测数据,获得健康大数据,对个人进行营养健康个性化咨询,对潜在的健康风险进行饮食干预并跟踪,建立个人健康档案,将健康档案录入电脑或手机并根据每个人的情况进行个性化营养预测和营养配餐,从而获得不同的主食配方,最终可通过加工代用餐或3D打印将配餐生产出来。


精准营养食品的个性化服务——食物大数据


一、食品原料营养素数据库


统计表明,食品原料的食材有2500多种,每种食材都有3~5种初加工形式,而每种不同初加工形式后的原料都有42项以上的营养素数据。随着新的工艺、新资源食物品种的不断涌现,数据库中的主食原料种类、数据量也必将越来越多。另外,由于对食物成分分析检测手段的不断进步,一些新的营养成分,如植物化学物、抗营养成分等也逐渐被添加到数据库中,这也将有利于慢性病干预和膳食指导等。


二、主食及菜肴产品的营养素数据库



我国幅员辽阔,各地居民主食消费存在明显的地域差异。传统菜肴产品是我国宝贵文化遗产中的一颗灿烂明珠,源远流长。中式传统菜肴经过漫长的发展历程,融合各民族的智慧与文化,形成了极具影响力的八大菜系(鲁菜、川菜、粤菜、苏菜、闽菜、浙菜、湘菜、徽菜)以及脍炙人口的中式菜肴品种近两万种,深受海内外消费者的青睐。通过检测记录不同主食及菜肴产品不同营养素含量,进而进行数据整理、汇总,形成不同主食及菜肴产品的营养素大数据库,对指导科学膳食,精准营养配膳有重要意义。


三、不同加工方式对营养素的影响



中华传统美食名誉天下,种类繁多,即便是同一种原料,也有许多种不同的加工方式,而不同的加工方式对营养素的影响不同。如何选用适宜的加工方式以最大限度地保留营养素,各营养素在加工过程中的变化及生物有效性等问题已成为食品加工及营养健康研究领域的重点。通过检测各类菜肴加工过程及成品中营养素的含量,并综合不同加工方式下各营养素的变化,形成主食大数据库。这一数据库将包含18000余种菜肴,2000余种主食,每种菜肴或主食都将有数百项的营养素数据。利用这一数据库,我们可轻松地明确每餐饭碗里的热量及营养素的含量,将为个性化饮食提供科学依据。


四、不同人群的精准营养与个性化饮食


随着生活水平的提高,个性化的饮食越来越受到消费者的关注,例如依照《中国上班族膳食营养指导》和《中国居民膳食指南》,可制定白领上班族每周食谱,保障上班族营养素摄入。根据不同群体或个性的营养需求,开发适合不同人群消费的主食产品,提供个性化饮食,特别是对于孕妇、乳母、婴幼儿、老人及慢性病患者等特殊人群的膳食。例如可对产妇月子餐进行营养膳配,制定产妇月子期间的膳食食谱。通过营养食品大数据库我们也可轻松知道每餐、每天中产妇各种营养素的摄入量。


五、个性化营养健康主食产业发展未来——工业化、自动化、智能化制造



近年来,随着电子技术和移动互联网技术的快速发展,个性化营养健康主食也朝着智能化方向发展。例如智能手机和移动医疗技术等,对人们健康行为的改善发挥着积极的作用。营养健康配餐相关的手机应用程序(APP)不断涌现,这些个性化智能饮食系统可以根据用户的身体状况、平时的饮食喜好,推荐适合用户的健康饮食菜单。并且系统可对每个菜品设置相关的健康属性,对用户关注的菜品进行跟踪。居民利用这些简单方便的应用程序来科学合理搭配日常饮食,确保各营养素的每日摄入量,更好地维持个体健康状态。这些智能化的应用也已成为移动互联网塑造的全新社会生活形态。

  

精准营养食品的智能制造






一、工业4.0食品智能制造



随着规模化、智能化、集约化、绿色化的深入发展,将工业4.0引入食品加工业中,食品加工业无论是创新能力还是食品安全保障水平都将稳步提升,资源利用和节能减排也将取得突出成效,新技术、新产品、新模式、新业态不断涌现,整个食品加工业都将在与互联网+的融合下,呈现出更繁荣的景象。


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工厂现有加工状况


目前,我国的乳制品、馒头、饺子、汤圆等食品加工领域正在向自动化、智能化方向迈进,但是大多数菜肴食品加工生产和管理状况仍然相对落后,销售信息和生产关联不紧密。


2

工业4.0应用到食品工业生产中


食品工厂的智能制造主要包括四个方面:生产智能化、设备智能化、能源管理智能化和供应链管理智能化。食品工厂的生产智能化主要指通过基于信息化的机械、知识、管理和技能等多种要素的有机结合,自动制定出科学的生产计划;设备智能化指生产设备中配备的传感器,实时抓取数据,通过互联网传输数据,对生产本身进行实时监控;能源管理智能化通过最经济的方式,部署加工过程中的节能减排与综合利用的智能化系统架构,形成绿色产品生命周期管理的循环;供应链管理智能化指的是将食品加工企业的成品库存与供应商需求相结合,从而保证成品库存的最小化,降低库存带来的风险,降低生产成本。

  

食品加工中一个重要的环节就是要实现生产追溯性。为方便实现生产追溯性,尤其是质量和工艺追溯,要减小加工过程中操作人员的使用,提高加工设备的智能性,用智能设备代替人工,提高质量和工艺追溯的可行性和准确性。

  

食品智造的核心是生产环节集感知、分析、推理、决策和控制为一体,并与消费者需求的信息化有机耦合,可实现在线个性化定制。定制消费者需求的趋势预示着个性化消费的到来,这种新的消费现象将引发传统食品产业产销模式的重大变革。


二、食品3D打印智能技术与装备



随着越来越多的人开始关注营养、健康和注重私人个性化定制,为食品3D打印开辟了一个新纪元。食品3D打印可以为人们提供绿色安全的食物来源、实现空间站的食物供给、实现每个家庭的个性化定制,而且可以作为一个高端玩具激发孩子们的创意。特别适合大豆、马铃薯、鱼糜制品加工,将各种营养食材通过配比要求,借助于食品3D打印智能技术开发全营养主食菜肴产品。将不同人群的膳食营养指南融入食品3D打印智能技术中,在满足视觉盛宴的同时,针对不同个体的营养和能量需求,将各种原料进行营养和能量分析并科学搭配,在满足3D打印条件的前提下,最大限度满足个性化营养健康需求。

  

一项伟大发明所能带来的影响,在当时那个年代都是难以预测的,15世纪的印刷术如此,18世纪的蒸汽机如此,20世纪的晶体管也是如此。而今的食品3D打印技术在未来的时光里将会如何改变舌尖上的世界,我们将拭目以待。

  



 
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