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白卫滨:坚持做专做精,小科技也能做成大产业
——记暨南大学理工学院副院长兼食品科学与工程系主任白卫滨教授

作者:刘有婷    发布时间:2019-12-15

导读:  “食品科学是一门应用性学科,项目成果最终是要落地的,而且要从基础到需求当中去。在产业化的过程中,要攻克科学问题,分析解决存在的技术瓶颈,然后再形成一个产学研用链条。”暨南大学理工学院副院长兼食品科学与工程系主任白卫滨教授这样介绍他的科研理念。

 

  “没有全民健康,就没有全面小康。要把人民健康放在优先发展的战略地位,以普及健康生活、优化健康服务、完善健康保障、建设健康环境、发展健康产业为重点,加快推进健康中国建设,努力全方位、全周期保障人民健康。”2016年,习近平主席在全国卫生与健康大会上的讲话成为健康产业发展新的契机。近年来,随着生活水平的不断提高,民众对于健康产业的发展需求也日益提升,其中尤其以食品科学为盛。
  “食品科学是一门应用性学科,项目成果最终是要落地的,而且要从基础到需求当中去。在产业化的过程中,要攻克科学问题,分析解决存在的技术瓶颈,然后再形成一个产学研用链条。”暨南大学理工学院副院长兼食品科学与工程系主任白卫滨教授在介绍他的科研理念时这样说。
  多年来,白卫滨在富含花色苷果蔬的产品开发及功能研究、食物中有害物质风险评估及营养干预、食品分子快速检测溯源技术等方面取得了丰硕的研究成果。拥有食品科学与工程、微生物与生化药学等多重学科交叉背景的他,是当之无愧的食品科学家。近几年,白卫滨带领团队瞄准了一个曼妙又细微的领域——花色苷。
  从小小的切口进入花色苷的世界,白卫滨致力于做深做细,他希望自己能在这个和花色苷有关的研究领域不断深耕走出自己的特色。
  花色苷是什么?它有哪些作用和价值?产业化的技术瓶颈有哪些?带着这些疑问,记者走近了白卫滨和他五彩缤纷的花色苷世界。
  
美丽的难题:稳定它的色彩
  花色苷(anthocyanins)是自然界最重要的一种功能性色素之一,分布于27个科,72个属的植物中,其中尤以葡萄皮、桑葚、蓝莓、草莓、树莓、越橘等含量最为丰富。花色苷不仅赋予植物鲜艳的颜色以利于授粉和种子传播、抵抗植物虫害以及预防植物的紫外线照射损伤,而且对于人类具有许多生理保健功能,如清除体内自由基、抗炎、抑制脂质过氧化和血小板凝集、保护肝脏、预防糖尿病、减肥、保护视力等。在食品工业中,天然食用色素相对于化学合成色素毒副作用小、安全性高,具有生理活性及保健功能,因此天然食用色素应用已成为必然趋势,其绿色生产技术及其产品研发已成为时代的要求。
  目前,作为一种天然食用色素,花色苷已经广泛地应用于葡萄酒、浆果饮料、糕点、冰淇淋等多种食品的生产加工中。然而,受限于花色苷易光降解、热降解及氧不稳定的特性和较差的生物利用度,花色苷作为功能性食品的开发并未得到很好的发展,尤其是产业化过程中,更面临着重重困难和技术瓶颈。
  白卫滨介绍:“作为一种常见的植物性色素,花色苷具有很高的生物活性,它是一种具有多种保健功能的植物源黄酮类化合物,是合成色素的天然替代品,也是营养保健品,在医疗、食品和营养保健领域得到广泛的应用。但其作为食品功能配料的使用还是受到一定的限制,究其原因,主要是其自身结构不稳定且在加工储藏过程中受到多种物理化学因素的影响,此外,其在体内的吸收利用率也较低。”
  基于此,白卫滨和他的课题组主要关注两个科研方面。“一方面,是针对它的上游问题开展研究。因为它色泽不稳定,在产业中是一个非常大的瓶颈问题,现在我们就看看能不能通过改性的手段加以解决,最近我们在做其他一些衍生物的探索,希望通过一种天然的转化之后,它的颜色更稳定。这样,应用到果汁、果酒、果醋或者其他液态甚至固态的食品中,可以有很好的颜色保持作用,更重要的是作为一种新型的配料应用到食品或者化妆品中。另一方面,高纯度花色苷的提取分离过程特别复杂烦琐,成本也比较高,需要找到适合规模化生产的途径。”
  在花色苷产业化的过程中,解决花色苷在产品中的稳定性,提高花色苷的吸收利用率,是重中之重。针对此,白卫滨课题组在研究中发现了富含花色苷产品加工过程中生成新的衍生物吡喃花色苷。“吡喃花色苷在花色苷果酒、果醋中能较稳定存在,目前正在对花色苷果酒的催陈工艺进行研究,探讨花色苷的变化。相对于常见花色苷,花色苷衍生物对温度、pH值等更加稳定,且它们具有更强的抗氧化活性和生理活性。”白卫滨介绍,果醋、果酒中的花色苷稳定性较低,色泽、生物活性容易产生变化。针对这种情况,课题组正在对如何提高花色苷在果醋、果酒中的色泽稳定性和生物活性进行研究。
  当前,国内外市场花色苷主要来源于紫甘薯提取物、越橘提取物、蓝莓提取物、黑加仑提取物、蓝靛果提取物、桑葚提取物、黑米提取物、接骨木提取物等,工艺成本普遍较高。
  白卫滨课题组研究发现,黑豆皮花色苷粗品中的总花色苷含量超过30%,经中压制备色谱对花色苷粗品进行分离后的2峰中矢车菊素-3-葡萄糖苷纯度达到97%以上。与此同时,针对单体花色苷的快速高产制备这一花色苷产业化中的难题,他们另辟蹊径探索出一种极具参考价值的方法。
  “中压制备液相色谱法单次上样量大、步骤简洁、成本低廉,可为矢车菊素-3-葡萄糖苷单体的规模化生产提供一定的参考。”白卫滨兴奋地告诉记者。
  
提高生殖质量:对民族的传承意义深远
  流行病学及营养干预研究表明,膳食摄入花色苷有利于心血管疾病、糖尿病和脂肪肝等多种慢性疾病的改善。白卫滨课题组前期研究表明,花色苷还可改善生殖损伤和皮肤光损伤,为花色苷的综合利用提供了新的思路。
  “部分地区人群通过食品或者水摄入重金属等污染物超标。我们研究发现,对一些环境压力和食品污染物所导致的生殖损伤,可以通过花色苷的营养干预予以改善。”
  “大量研究发现,花色苷具有抗氧化抗炎等多种生物活性,对心血管疾病、糖尿病和脂肪肝等多种慢性疾病具有改善作用。”白卫滨介绍,他和课题组近期研究发现,花色苷还可通过多种途径拮抗食源性污染物暴露造成的生殖损伤,为通过膳食营养干预途径提高男性精子质量和女性子宫健康提供了新思路。
  研究成果表明,在细胞水平上,花色苷可在睾丸间质细胞通过减轻氧化应激诱导的线粒体损伤,缓解由氯丙醇及重金属暴露带来的睾酮水平下降问题,维持性激素的正常分泌。在动物水平,花色苷可保护氯丙醇暴露造成的血睾屏障破坏,并通过调控MAPK通路进而维系正常的精子发生环境。
  此外,白卫滨介绍,针对青春期镉暴露带来的精子发生障碍,花色苷可通过改善组蛋白修饰及减轻氧化损伤缓解雄性精子变形期阻滞,有效提高精子数量。与此同时,可以通过调控镉引起的过度的雌激素效应,使雌性子宫细胞保持良好的生长发育状态。
  “花色苷作为功能活性化合物,具有改善生殖损伤的生理功能,是潜在的备孕产品开发原料。我们做这个研究,希望能通过食疗改善人口健康和安全问题,我觉得这是一件意义深远的事情。”
  目前,在花色苷改善生殖损伤的研究领域里,白卫滨课题组的研究可谓是最为深入的团队之一,他们迄今已发表50多篇高水平的论文,在国际同行中引起热烈的反响。
  与此同时,花色苷对皮肤光损伤的修复研究,也是白卫滨课题组近期研究的一个亮点。
  近年来,紫外线导致的各种皮肤病发病率逐渐提高,中国的西部地区及海南地区人群遭受皮肤光损伤现象非常普遍。皮肤光损伤主要表现为红斑、水肿、晒黑晒伤、皮肤粗糙增厚,皮肤松弛、干燥,有粗深皱纹以及皮革样外观,局部有过度色素沉着或毛细血管扩张,甚至可能出现恶性肿瘤。
  白卫滨介绍,皮肤光损伤的危害非常大。而在对花色苷抗氧化、抗炎症等多种生物活性进行深入研究的过程中,白卫滨课题组惊喜地发现,其亦可以减轻紫外线带来的皮肤光损伤。他们利用β-环糊精和壳聚糖的复合体系包载矢车菊素-3-O-葡萄糖苷,以提高其物理稳定性。研究发现,包被后形成纳米化的花色苷颗粒对改善小鼠皮肤光损伤的效果比非纳米花色苷更为有效。
  “在细胞水平上,花色苷可以通过减少UVB引起HaCaT细胞的ROS生成,调节EGFR,并且调控MAPK通路来抑制COX-2的表达,从而减轻UVB造成的HaCaT细胞的损伤。在动物水平上,花色苷可以减轻小鼠皮肤的红肿晒伤情况,以及维护皮肤屏障功能,减轻经皮水分的流失。花色苷通过降低氧化应激反应、减少DNA损伤,来降低p53基因的表达,调控Bcl-2、Bax的表达,降低Caspase-3的水平,从而实现抗UVB所致的皮肤光损伤。”说完一连串的科研术语后,白卫滨告诉记者:“总的来说,花色苷具有减轻皮肤光损伤的功效,是潜在的抗皮肤光损伤的原料。”
  而这一研究成果,无疑为通过膳食营养干预途径缓解皮肤光损伤提供了新思路。
  
打造团队“战斗力”:人才培养与科研提升两不误
  闪光的科研成果背后一定有一支优秀的团队。白卫滨课题组就是这样一个分工明确,阶梯式发展的团队。
  由课题组教师组成的食品营养学团队,目标是通过优质的教学成果为国家培育未来科学家。团队打造的金课粤港澳大湾区“食品营养学”在线课程已在智慧树上线,课程形式多样,上线后可更加广泛地推广食品营养学课程,为推动国家的营养学教育事业发展迈出崭新的一步。
  在人才培养方面,课题组不遗余力。白卫滨觉得,学生在实验过程中提出问题、思考问题、解决问题非常重要,遇到难题其实是创新的开始,解决难题的过程,学生的思辨能力可以得到充分的提高。“每个人都有困难,但是我常常跟学生说——办法总比困难多。关键在于想办法去解决,要善于站在别人肩膀上,多与不同的人合作交流。”白卫滨介绍,课题组还专门为学生设计小组讨论会、提供课题组实验结果展示会等机会,在演讲过程中培养学生的演讲能力和提高自信,为他们成长为未来的科学家积累经验,从而培养行业人才。
  这个凝心聚力的科研团队还特别能“战斗”。近年来,白卫滨主持国家自然科学基金项目4项,国家重点研发计划任务课题1项,国家科技支撑计划项目1项,省部级重大项目2项。在他的带领下,课题组成员开展了一系列科研攻关,在植物化学物花色苷等对慢性疾病营养干预方面、研究花色苷单体制备和产品开发及色泽控制方面、研究花色苷稳态化体系方面、研究食品分子溯源和快检技术方面,都取得了丰硕的成果。
  
坚持科技创新的路:把小技术做成大产业
  当记者问白卫滨——他对未来的科研工作有何展望时,他的回答很简单——“尽心培养食品科技人才,积极推进食品行业的科技创新,为实现习总书记提出的让全民大健康目标贡献自己的力量。”
  回顾我国保健品行业的2018年,市场规模达1627亿元,同比增速9.8%。随着国内人均可支配收入的提升、消费结构升级,人口老龄化加剧,以及消费群体更加注重健康的生活方式,预计未来5年内保健品市场规模继续维持高增长。
  其实,我国保健品人均消费水平偏低,仅为发达国家的1/8~1/6。机构测算,随着渗透率及购买人群消费金额的提升,我国保健品人均消费至少还有4~6倍的提升空间。值得注意的是,膳食补充剂占据整个保健品行业超过90%的份额,2018年我国膳食补充剂市场规模达1485.5亿元。尽管市场产品类型丰富,但同质化水平较高,可替代性强,导致产品设计仍较为粗放,往往欠缺细分产品。
  面对这样一个巨大的市场,作为功能性食品原料,花色苷的开发潜力不言而喻。而作为特医食品的配方成分之一,花色苷特医食品的产业化发展未来亦将加快。
  但另一个事实也摆在面前,目前只有在挪威和美国有几类以蔓越莓和蓝莓花色苷提取物为基础的功能性食品,花色苷功能性产品的种类和数量有限,尚不能满足市场需求。
  可以说,无论从膳食保健品市场来看,还是从细分领域的花色苷产品来看,花色苷的产业化未来都大有可为。而这背后需要的,就是白卫滨团队不断深入地科研攻关。
  “作为唯一一个在欧洲药典中有技术标准的花色苷产品,越橘提取物是衡量花色苷市场的重要标准。仅来源于越橘提取物的花色苷配料,全球销售额就超过1亿美元,市场份额保持10%以上的增长。”白卫滨介绍,从全球来看,花色苷产品的市场呈现着进一步扩大的趋势。
  “我们做的这个领域比较小,但是我想人一辈子精力有限,只要做专做精,也能把一个小科技——就像花色苷——做成产业、做成事业。我就想把花色苷研究深入,解决其产业的瓶颈问题,产品走出中国,走向世界。”一步一个脚印,可能有些慢,但只有这样的沉淀才更持久,路才能走得更远。白卫滨对未来信心满满。科
  
专家简介:  
  白卫滨,教授、博士生导师,暨南大学理工学院副院长兼食品科学与工程系主任、食品安全与营养研究院常务副院长和国际学院副院长。入选教育部新世纪优秀人才支持计划、广东省高校优秀青年教师培养计划。担任广东省食品安全分子快速检测工程技术中心主任、中国食品科学技术学会第三届青年工作委员会委员,广东省食品学会青年工作委员会主任。目前担任食品领域Top期刊Critical Reviews in Food Science and Nutrition和Food and Chemical Toxicology杂志的客座主编等,共同发起创办并担任eFood期刊主编和Food Frontiers期刊副主编。
  白卫滨扎根食品科学领域,研究方向为富含花色苷果蔬的功能因子挖掘与精准营养干预、食物中有害物质风险评估及营养干预、食品分子快速检测溯源技术等,学术成果丰硕。近年来,主持国家自然科学基金项目4项,国家重点研发计划任务课题1项,国家科技支撑计划项目1项,省部级重大项目2项;发表论文70多篇,其中以第一作者/通讯作者发表论文50余篇,其中发表在食品领域SCI top期刊论文40余篇。申请发明专利10项,授权5项,并转让1项。参编著作4部(其中担任副主编1部)。
  

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