新时期“大食物观”背景下食品原料学课程教学创新与实践

曹锦轩 张月美 王金鹏 王颖 滕雯迪

传统农业思维模式认为耕地是提供食物来源的主要方式，然而随着我国经济的快速发展，人民群众的生活正由“吃得饱”向“吃得好、吃得健康营养”发展，同时也给我国食物结构优化和供给来源提出了新的挑战——从传统向耕地要食物逐渐转变为向森林、草原、江河湖海和设施农业要食物，向植物、动物、微生物要热量、要蛋白，这一拓展食物来源的概念被称为“大食物观”。在我国新时期“大食物观”的背景基础上，新型食品原料的挖掘与开发显得尤为重要。

作为食品科学与工程本科专业的必修课程之一，食品原料学课程主要讲授食品原料的基本特性与开发利用，是一门理论与实践相结合的综合性课程，有助于学生掌握各类食品原料的基本理论知识以及食品优质资源开发过程中的利用原理和方法。然而，目前食品原料学课程的教学仍以教材中的基础理论为主，前沿性内容不足，无法满足新时期“大食物观”的发展要求，需要与时俱进，及时补充更多优质食品原料开发与应用的研究进展。

蛋白质是人体必需营养元素之一，是生命体的重要组成部分。随着世界人口总数的增长，人类对于优质食品蛋白的需求量也逐年增高，预计到2050年其增量將达到30%-50%。然而，传统蛋白质获取大量依赖于畜牧养殖业，严重影响生存环境和耗费自然资源，也难以满足人口持续增长带来的对蛋白质的巨大需求，这意味着必须有区别于目前蛋白食品原料的“新蛋白”原料产业弥补供需。目前以植物、动物细胞和微生物等为代表的新型蛋白基食品原料的研究与开发在国际范围内受到大力追捧，替代蛋白的开发也有助于从数量和质量上更好地满足人民群众对于美好生活的需求。

在新时期“大食物观”背景下，针对食品原料学课程传统教学内容前沿性不足等问题，本文根据“向植物、动物细胞和微生物要蛋白”等热点课题的研究进展，主要从替代蛋白角度讨论食品原料学课程教学内容改革创新，结合粮油食品原料、畜产食品原料和新资源食品原料等不同食品原料的前沿性科学研究，对粮油、畜产和新资源食品原料等章节的教学内容进行了创新。通过激发学生的课堂学习兴趣以及课后科学探索实践热情，采用科研与教学相结合的“双主线式”教学，提高学生的学术前沿国际视野，培养符合“大食物观”要求的创新型专业人才，为学生未来从事新型食品原料开发及相关工作打下良好的基础。

一、粮油食品原料章节教学内容创新

从营养需求和人类饮食历史来讲，粮油食品一直是人类膳食的主要组成部分，可以为人类提供必需的蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素和矿物质等营养元素。粮油食品原料主要是指从田间栽培的各种粮食作物中收获的果实和种子，按照化学成分和用途主要可以分为谷类、豆类、油料作物和薯类作物。在食品原料学课程中，粮油食品原料章节的授课内容主要基于这些传统农作物的基础性状与成分、加工与保存特性以及生产、消费与流通状况等展开，较少关注粮油原料作为替代蛋白来源的前沿性研究。因此，将“向植物要蛋白”引入课堂具有一定的实践意义。

不同粮油食品原料的蛋白质含量各不相同，如谷类的蛋白质含量一般为6%-14%，大米为7%，小麦为12.5%，玉米为6.5%-13.2%，豆类和油料作物的蛋白质含量则较高，一般可以达到20%-40%。目前关于粮油食品原料作为替代蛋白质来源的前沿研究常见于蛋白含量较高的豆类植物，其中利用大豆蛋白、豌豆蛋白等合成的植物基人造肉食品是近年来国内外研究开发替代蛋白的热点方向。据统计，2019年全球植物人造肉的市场规模达到了121亿美元，预计到2025年将再翻一番，商业前景非常广阔。

当前关于植物蛋白肉的生产工艺，使用最多的方法为纺丝法、热塑挤压法和热剪切法，在高温、高压和极强剪切力的作用下，植物蛋白分子变性，空间结构发生展开、交联和聚集等一系列变化，从天然的球状聚集态转变为具有类似肌肉纤维结构的多孔组织化蛋白状态，以此构成植物基人造肉的基础骨架结构。

植物蛋白肉的质构、风味和营养价值被认为是影响人造肉产品品质的决定性因素。研究发现，混合多种粮油食品原料蛋白组分，比如大豆-豌豆-小麦等，有助于植物基蛋白食品结构和口感的提升。考虑到大豆蛋白加工过程中“豆腥味”的产生会在一定程度上降低消费者的满意度，因此，更多的优质粮油食品原料蛋白质资源仍有待开发，进而在“大食物观”背景下更好满足人民群众的美好生活需求。

二、畜产食品原料章节教学内容创新

畜产食品原料指的是能够供人们食用的肉类产品及其相关的乳品和蛋品等。一般来说，可供人类食肉的畜禽种类主要有猪、牛、羊、鸡、鸭、鹅等。畜产食品原料章节的传统授课内容主要包括畜禽动物的分类和品种，屠宰和检测，冷却和分割，肉、乳、蛋的形态结构，化学成分与加工特性，贮藏过程中的质量变化等。肉食原料含有较为丰富的蛋白质、脂肪、维生素和矿物质等营养元素，自古以来就在人类膳食中占据重要地位。全球经济的快速发展以及人口数量的迅速增长，将会引起畜产食品消费量快速增加。据统计，预计到2050年，全球肉类食品的消费量将会增加50%以上，肉制品市值将高达21万亿元。畜牧养殖业带来的环境和气候问题以及非洲猪瘟等动物疫病的流行，也给肉类食品原料的安全生产和绿色加工带来异常严峻的挑战。

细胞培养肉技术是近年来国内外研究的一项新兴技术，目的是部分取代传统畜牧业生产的肉食原料，提供丰富的动物蛋白质来源，更好满足人民群众对于肉食原料和动物蛋白资源的需求。因此，畜产食品原料章节将会重点结合细胞培养肉的相关研究进展，将“向细胞要蛋白”引入课堂。细胞培养肉主要是通过细胞生物学、食品科学与工程相关领域的先进技术，人为地对动物干细胞进行体外培养以生产纯化肌肉组织，经过食品热加工后得到与传统肌肉结构和口感相似的产品。其优势在于以细胞工厂化生产肉类和动物蛋白质，从而避免传统畜牧养殖业带来的各种问题，是一种安全、绿色、可持续的替代蛋白生产方式。

关于细胞培养肉的相关文献研究，目前主要集中于技术特点、营养价值、安全评价以及产业化进展等方面，国内外的一些科研院所也正在大力推动细胞培养肉生物技术的改进与完善。细胞永生化技术可以使动物干细胞在细胞培养过程中得到永久性无限增值，有助于解决原代细胞传代次数受到限制的问题，从而在生产端实现更大规模的应用。然而，由于细胞培养肉的生产技术难度较高、耗时耗力以及消费者接受度、产品管理规范制定等问题，细胞培养肉作为替代蛋白生产体系真正走向市场还需要面临很多挑战，未来研究将重点着眼于肌肉蛋白的产业化生产，助力“大食物观”背景下动物蛋白优质资源的挖掘与开发。

三、新资源食品原料章节教学内容创新

根據蛋白来源的不同，替代蛋白主要分为植物蛋白、细胞培养肉以及微生物蛋白。“向微生物要蛋白”可以减少传统农业耕种和畜牧业养殖过程中自然资源的消耗，减少温室气体的排放，提高蛋白生产效率，以较少的资源生产更多的优质蛋白。根据相关模型计算，到2050年，如果采用微生物蛋白取代全球20%的牛肉消费，则预期每年能够减少约56%的森林资源砍伐和相应的二氧化碳排放。因此，新资源食品原料章节将重点着眼于微生物创造的新蛋白食物资源，将“向微生物要蛋白”引入教学课堂。

微生物创造的新蛋白资源主要是指天然食用真菌中获取的蛋白质和微生物发酵生产的单细胞蛋白质，前者以蘑菇、木耳等食用真菌的子实体或菌丝体为蛋白制备原料，后者更多是以一碳化合物、农业或石油化工废弃物等为制备原料，通过细菌、真菌和酵母菌的发酵培养后再加工获取，单细胞蛋白的产业化生产将有助于实现废弃农业和工业资源的再利用。

单细胞蛋白是由蛋白质、碳水化合物、脂肪、核酸、含氮化合物、维生素和矿物质等混合物组成的细胞质团。研究发现，单细胞蛋白中蛋白质的含量可以达到40%-80%，远高于大豆和肉制品中蛋白的含量，而且氨基酸组成丰富，含有赖氨酸等8种必需氨基酸，能够满足人类膳食的日常需求。与植物蛋白和细胞培养蛋白相比，利用微生物发酵生产菌体蛋白，具备周期短、生产效率高、原料来源广泛及工业化生产过程不易受到季节和天气变化影响等优势。

单细胞蛋白作为一种新型的食品蛋白原料，在食品和饲料等领域具备广阔的应用前景。然而，单细胞蛋白可能存在核酸含量过高、消化率较低、含有部分毒性物质等问题，在一定程度上限制了单细胞蛋白作为替代蛋白资源的应用。未来的研究应重点聚焦于单细胞蛋白安全性评价和性能改善、核酸含量的降低工艺和方法以及新型培育菌株的发掘和培养过程优化等，助力“大食物观”背景下微生物蛋白资源的市场化生产和应用。

四、食品原料学课程教学实践总结与思考

随着全球经济的快速增长和人口规模的持续扩大，人类对于蛋白质的需求量不断上涨，将导致全球粮食和畜产资源供应的压力持续增加。基于我国提出的“大食物观”背景，新的食品蛋白原料不断被挖掘，替代蛋白资源的开发逐渐成为市场关注的焦点。因此，践行“大食物观”，将植物、动物细胞和微生物等新型替代蛋白资源的最新研究进展，融入食品原料学课程的粮油食品原料、畜产食品原料和新资源食品原料等章节，具有一定的实践意义，有助于实现课程思政与科研前沿领域的结合教学。

在新的教学模式实施过程中，学生的课堂参与度明显提高，课堂反响热烈，教学效果得到了显著提升。学生普遍认为，结合“向植物、动物细胞、微生物要蛋白”等热点研究领域的内容，有助于提高学习兴趣和课堂体验感，及时了解和掌握食品领域的研究热点和发展趋势，拓展学术前沿国际视野，培养科研创新思维。学生们也表现出极大的学习兴趣，课后进入实验室参与了大豆蛋白湿法拉丝、植物肉调味与研发、骨骼肌干细胞干性维持与分化过程中细胞骨架表达促进等相应的科学实验，将课堂教学内容与课后科研实践进行了有机融合，实现了科研与教学相结合的“双主线式”教学。

作者简介：曹锦轩（1982-），男，湖北人，教授，博士，研究方向为畜产品加工与资源功能化利用。

*通信作者：张月美（1991-），女，天津人，副教授，博士，研究方向为畜产品加工与资源功能化利用。