第一章 食品科学及其发展
第一节 食品科学的概念及其研究的内容
人类自诞生之初即与食物密不可分，谚语“民以食为天”充分地说明了食品对人类的重要性。食品科学是研究人类吃与喝的一门学问，食品科学可以定义为应用基础科学和工程学的理论研究食品基本的物理、化学和生物化学性质，以及食品加工原理的一门学问。食品科学研究原理与方法在食品工艺学中的应用，可实现食品选择、保藏、加工、包装及销售的标准化，以保证食品安全与人类营养健康需求。由此可见，食品科学是一门涉及范围很广的学科。由于食品与人直接相关，相关领域学者还对食品选择的心理学产生兴趣，并对食品的感官品质进行了研究。
食品科学家紧密围绕食品这一主题开展研究，其主要研究方向有食品原料、食品营养、食品卫生、食品机械、食品加工、食品保藏、食品感官、食品运输、食品销售、食品消费、食品文化、食品心理、食品生产监控和质量标准等，食品科学研究的内容涉及食品领域内技术和科学的各个方面。
第二节 食品科学的任务
食品科学涵盖食物资源的生产、经营、工艺、配方、零售、消费的全过程，甚至还包括文化宗教、心理状态等因素。食品科学的主要任务在于提高人民的饮食健康水平，为创制新食品奠定理论基础，保证食品的安全与卫生，推动食品法规与标准化建设。
一、提高人民的健康水平
据联合国2019年度发布的《世界粮食安全和营养状况》报告显示，2018年全球有8.2亿人无法获得充足的食物、蛋白质或其他营养素，占到全球人口总数的近九分之一，全球仍有53个国家大约1.13亿人遭遇重度饥饿。联合国儿童基金会（United Nations International Children’s Emergency Fund，UNICEF）发表的《2019年世界儿童状况》报告提到，虽然在1990～2015年，贫穷国家儿童发育迟缓问题减少40%，但目前全球7亿儿童中，约1.49亿4岁及以下的儿童身高与年龄不符；另有5000万名儿童因贫穷而出现慢性虚弱和消瘦问题。与此同时，全球有一半儿童未能摄入足够的维生素和矿物质，形成“隐形饥饿”问题。此外，在过去30年间，肥胖作为另一种营养不良的表现形式困扰着儿童群体。报告显示，越来越多的国家会同时出现营养不足、缺乏主要微量营养元素和肥胖这3种问题。
20世纪70年代以前，我国仍然处于贫困状态，人民生活水平低下，许多地区温饱问题难以解决。20世纪70年代后期，随着我国政治体制的改革，国民经济有了快速发展，粮食总产量大幅度提高，1997年突破了年产5亿 t大关，2010年人均粮食占有量超过400kg，远远高出世界人均消费量的263kg，果品蔬菜种类和产量也急剧增加（表1-1，表1-2），人民的生活水平有了较大提高，中国居民的食物与营养结构发生了明显变化，居民的膳食结构已经从温饱型向小康型转化。但从近20年的发展状况来看，我国居民中营养膳食结构不合理的人数持续上升。城市居民中出现了肥胖、高脂血症等营养过剩的“富贵病”，贫困地区儿童的消瘦、贫血和营养不良等问题仍需高度关注。因此，研究和解决贫穷与富裕带来的饮食健康问题，是食品科学研究领域的主要任务。
表1-1 1998～2018年我国主要农产品产量（单位：万 t）
表1-2 1980～2018年我国按人口平均的主要农产品产量（单位：kg/人）
食品的生理调节功能对维持人体健康尤其重要，此功能是指食品中某些成分具有保护机体、调节生理节律、增强免疫能力、预防疾病和促进健康的能力。1996年3月我国卫生部颁发了《保健食品管理办法》，1997年我国国家质量技术监督局发布了《保健（功能）食品通用标准》（GB 16740—1997），截至2014年，我国共批准保健食品产品13922个，其中，国产保健食品13197个，进口保健食品725个，按功能分为调节血脂、调节免疫、抗氧化、延缓衰老、抗疲劳、耐缺氧、抑制肿瘤、调节血糖、减肥、改善睡眠、增强记忆、抗突变、促进生长发育、抗辐射、改善肠胃功能、改善营养性贫血、调节血压等产品。食品功能化学是研究功能食品的化学组成和化学变化的一门学科，一旦进入分子水平，必将应用分子生物学的理论和方法，在分子水平上研究营养组分和基因表达或蛋白表达之间的关系，将从根本上改变营养流行病学、肿瘤学的面貌，通过食品功能化学的研究及学习，人类将通过合理营养来控制和延迟遗传疾病，从而提高健康水平，同时为功能食品或药物研发提供理论与技术依据。
二、为开发新食品奠定理论基础
食品科学来源于食品工业，食品科学的研究成果又推进了食品工业的创新发展。食品工业是我国国民经济的重要组成部分，其发展水平与农业生产、人民生活、民族素质、经济发展和社会进步紧密相关，受到各级政府的高度重视和支持，把它视为朝阳产业。20世纪80年代以来，我国食品工业获得了迅猛发展。1996年，我国第三次工业普查结果表明，食品工业产值在全国工业总产值中所占比例首次升到第一位。2018年，全年食品工业实现主营业务收入9.02万亿元，同比增长5.29%；全国40908家规模以上食品工业企业实现利润总额6694.4亿元。
目前，我国食品工业已经成为门类齐全、技术不断进步、产品日益丰富、运销网络通畅的生产经营体系，在满足人民生活需要和为经济建设积累资金方面做出了重大贡献。我国主要食品的产量和人均占有量有了较大幅度的提高。2017年，谷物总产量61793.0万 t，世界排名第一；肉类总产量8654.43万 t，水果总产量26204.1万 t，茶叶产量246.0万 t，均居世界第一位（表1-3，表1-4）。
表1-3 我国农业主要产品产量居世界位次
表1-4 2017年中国主要食物资源占世界的份额
食品工业在世界经济中一直占据着举足轻重的地位。我国食品工业在国际和国内的所有工业门类中均是第一大产业，中国食品工业整体呈现快速、持续、稳定的发展态势（表1-5），持续位居各工业门类之首。
表1-5 食品工业总产值增幅（%）
根据1996年我国第三次工业普查的分类方法，食品行业包括盐业、食品加工及制造业、饮料制造业、烟草加工业和生物发酵工业5个部分（表1-6）。改革开放40多年来，我国食品工业总产值一直保持稳定快速增长，目前已发展成为门类比较齐全，既能基本满足国内市场需求，又具有一定出口竞争能力的产业。
表1-6 我国食品行业分类
许多食品领域研究学者致力于新食品种类的开发，超市柜台上成千上万种食品在工艺、配方、包装、品质保持等方面都在不断改进与完善。消费者食品消费需求多种多样，食品科学工作者有责任生产出各种新的产品以满足广大人民不断增长的物质文化需求，成功的产品是科学知识和创新精神的完美结合。
近年来食品领域研究人员致力于优化食品营养组成，如控制食品中的热量或增加维生素和矿物质的含量。控制食品中的热量通常采取低热量成分来替代食物中的高热量成分。例如，在软饮料中使用阿斯巴甜（天冬氨酰苯丙氨酸甲酯）或糖精，替代高热量的蔗糖；用油脂代用品取代加工食品中的天然油脂，这些油脂代用品可使消费者获得犹如油脂的口感，却不会使人肥胖；用脱脂奶粉和专用蛋白质制成口感良好的低脂冰淇淋。食品科学家还采用组分强化的方法在食物中加入矿物质和维生素，在早餐谷物类食品如麦片、糙米、八宝粥和玉米粥等中加入强化营养素，使早餐食品中的部分营养素能满足人体的全天需要。
三、保证食品的安全与卫生
食品安全问题主要包括食物中毒和食源性疾病（foodborne disease）两类，保证食品安全卫生是食品领域工作者的又一重要任务。食物中毒现象是由摄入食物中存在的危害因子而引起的，因此必须采取谨慎的加工工艺和贮藏工艺来避免发生食物中毒。食源性疾病是食物遭受了致病性细菌、病毒、寄生虫或化学物质的污染而引起的。2015年，世界卫生组织发布的《全球食源性疾病负担的估算报告》显示：全球有6亿人口因食用受污染的食物而生病，造成42万人死亡。《中国食品安全发展报告（2019）》指出，食源性疾病是全球*突出的公共卫生问题之一，也是食品安全面临的*大问题。即使在食品安全控制管理体系建立较为完善的国家或地区，食品安全事件也屡屡发生，据统计，2013年美国有1750万个家庭（占美国家庭总数的14.3%）存在食品安全隐患，发展中国家的食品安全问题也备受关注。历年来《中国卫生统计年鉴》及国内外相关文献资料的数据显示，2001～2017年我国食源性疾病累计暴发事件共20827起，累计发病289068人次，且整体呈上升趋势。近年来，我国在推进食源性疾病风险管理标准化体系建设等方面取得了多项突破，为食源性疾病控制能力提升提供了有力保证。
在大多数情况下，食物中毒不是由食品加工工艺本身引起的，而是由错误的或不恰当的操作引起的。例如，罐头食品加热灭菌不足，没有充分灭活肉毒梭菌孢子，或者加工食物贮藏不当，经常导致食物中毒事件发生；鱼类食品经常遭受肉毒杆菌的污染，大多数情况下是因为操作者缺乏处理海鲜类食物的有关知识。食品科学家试图寻找食物中毒原因以避免类似事件再次发生。
食品还可能被化学毒物如农药和其他环境污染物污染。目前，工业社会能够做到实时监测进入环境的化学物质浓度，检测精度已达到了纳克级水平。食品安全监管不仅需要监测肉类、乳制品、鸡蛋等产品中的化学物质含量，还需要监测饲喂过程中饲料的有害化学物质含量。例如，一个养禽场的鸡肉和鸡蛋被检出重金属严重超标问题，追踪研究发现该养禽场的饲料配方中有重金属含量超标的鱼粉，而制粉的鱼是因为食用了受重金属污染的海生浮游生物。
在我国，食品安全卫生问题受到了政府和企业的高度重视。2017年，国家食品药品监督管理总局在全国范围内共组织抽检了23.33万批次样品，总体平均抽检合格率为97.6%。我国在不断修订各类食品质量标准，使之与国际接轨的同时，大力推动绿色食品和有机食品的规模化、标准化生产。
绿色食品是无污染、安全、优质、营养丰富的食品，其中无污染是指在食品生产和加工过程中，通过严密的监测控制，防范农药、放射性物质、重金属、有害细菌对食品的污染，我国自1993年加入国际有机农业运动联盟（International Federal of Organic Agriculture Movement，IFOAM）以来，我国的绿色食品（AA级）已逐渐被国外食品销售商认可。
有机食品是国际上提出的更高水平的无污染食品标准，以追求生态效益为目标，在生产和加工过程中绝对严禁使用农药、化肥、添加剂、激素、转基因作物等人工合成物质。我国有条件的行业可不经过绿色食品阶段，直接研究开发有机食品。
四、推动食品法规与标准化建设
食品质量控制、危害分析和关键控制点、产品认证和质量体系认证、食品法规和食品标准均建立在食品科学深入研究的基础之上。
食品质量控制首先要落实食品良好操作规范（good manufacturing practice，GMP），即在食品生产全过程中，保证食品具有高度安全性的良好生产管理体系。我国自颁布了《食品企业通用卫生规范》（GB 14881—1994）和各个专业规范以来，至今均在认真贯彻落实。
危害分析和关键控制点（hazard analysis and critical control point，HACCP）是迄今为止*有效、*科学、*现代化的食品安全生产管理系统。企业运用该系统能*便捷地贯彻落实食品生产卫生规范。HACCP是20世纪60年代美国航天规划署为防止把地球生物带到太空中而提出的食品加工过程中的一种预防性系统。首先进行生产全过程的卫生检测，根据监测数据进行危险性因素分析，确定并提出每个关键控制点指标和应采取的解决措施。经过逐步控制分析，保证产品质量安全可靠。
外向型企业还必须按照国际标准建立质量体系，进行产品认证和质量体
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