有机替代物

德国科学家研制出一种新型有机薄膜传感器，它能以全新的方式识别光的波长，分辨率低于1纳米。研究人员称，作为一款集成组件，这种新型薄膜传感器未来可替代外部光谱仪，用于表征光源。这一技术已经申请专利，相关论文刊发于最新一期《先进材料》杂志。　　光谱学被认为是研究领域和工业领域最重要的分析方法之一。光谱仪可以确定光源的颜色（波长），并在医学、工程、食品工业等各种应用领域用作传感器。目前的商用光谱仪通常“体型”较大且非常昂贵。　　现在，德累斯顿工业大学应用物理研究所（IAP）和德累斯顿应用物理与光子材料综合中心（IAPP）的研究人员与该校物理化学研究所合作，开发出了一种新型薄膜传感器，能以一种全新的方法识别光的波长，而且，由于其尺寸小、成本低，与商用光谱仪相比具有明显优势，未来或可成功替代后者。　　新型传感器的工作原理如下：未知波长的光激发薄膜内的发光材料。该薄膜由长时间发光（磷光）和短时间发光（荧光）的器件组成，它们能以不同方式吸收未知波长的光，研究人员根据余辉的强度推断未知输入光的波长。　　该研究负责人、IAP博士生安东基奇解释说：“我们利用了发光材料中激发态的基本物理特性，在这样的系统内，不同波长的光激发出一定比例的长寿命三重和短寿命单重自旋态，使用光电探测器识别自旋比例，就可以识别出光的波长。”　　利用这一策略，研究人员实现了亚纳米光谱分辨率，并成功跟踪了光源的微小波长变化。除了表征光源，新型传感器还可用于防伪。基奇说：“小型且廉价的传感器可用于快速可靠地确定钞票或文件的真实性，而无需任何昂贵的实验室技术。”　　IAP有机传感器和太阳能电池小组负责人约翰内斯本顿博士说：“一个简单的光活性膜与光电探测器结合，形成一个高分辨率设备，令人印象深刻。”

01 摘要 随着人口增长和环境问题的日益突出，对可持续且营养丰富的替代蛋白质来源的需求持续上升。为了应对这一挑战，工业界和监管机构一直在关注如何跟上这个不断变化的市场。基于植物的蛋白质几十年来一直是替代蛋白质来源的首xuan选。然而，为了增加消费者的接受度，仍需要进行大量研究。行业必须考虑这些基于植物的蛋白质的口感、质地、外观和营养成分，以便制定出与传统肉类相当的选择。这一点进一步强调了在新规定和测试协议进入市场时进行多组分测试的必要性。在此，我们介绍了一种测试水分、脂肪、蛋白质、灰分和微量金属（包括金属和盐）的方法，该方法采用高精度技术，适合在线结果快速反馈，以便批次可以发布。这项技术遵循现有的 AOAC 和 FDA 方法学，为替代蛋白质，特别是基于植物的蛋白质，设定了遵循类似协议的先例。+02 引言随着对动物养殖对环境的影响、动物福利以及传统肉类产品的营养质量问题日益关注，基于植物的替代产品正引起人们越来越浓厚的兴趣。然而，让消费者完荃接受基于植物的替代品一直是个挑战。对于生产商来说，复制传统肉类产品的口感和质地被证明是非同小可的难题。尽管各公司致力于确保其提供的产品营养密集且价格合理，但监管机构和标准组织则在努力监控和评估当前分析技术的有效性。从内部近似分析和营养标签测试，到遵循 FDA 对污染物的要求等，与分析替代蛋白产品相关的所有事项仍在探讨中。03 植物基产品的近似分析 除了需满足监管要求外，生产高品质植物基产品还需进行必要的近似分析测试。对原材料、生产过程中及最终产品的水分、脂肪、蛋白质和灰分含量进行准确测定，对于在制造阶段适时调整产品至关重要。尽管外部实验室通过精细的方法分析可提供可靠结果，但由于耗时较长，在产品急于上市的情况下，时间成本显得尤为昂贵。 水分 水分含量对于口感、保质期以及许多产品的一致生产至关重要。由于许多替代蛋白选项旨在复制传统基于肉类的产品，因此模仿动物肉的一致质地极为重要。此外，正确的水分含量确保了更长的保质期，有助于市场可行性。水分分析是一个简单过程，在传统测试中没有太多变化。现有方法非常适合新的和新奇的替代产品；无论是使用烘箱法进行批量干燥，还是使用卤素或 IR 水分天平在 10-20 分钟内获得结果，或者像 CEM 的 SMART 6&trade 这样的微波/IR干燥，在 2 分钟内获得结果，基本方法保持不变。从样品中去除水分含量，然后确定差异。方法理论之间主要的区别是所需的时间和结果的精确度。来自 SMART 6 的结果，一种 2 分钟的水分测试，呈现在表1-4（见文末）中，并与传统的参考方法如 AOAC 950.46 和 934.01 进行了准确性比较。精度可以通过重复样本或范围看出。 灰分 为了模拟动物肉的感官体验，植物基肉类中添加了粘合剂、矿物质、盐、调味料和色素，这些添加剂通常占产品总成分的 0-15%。1随着对口感和质地改进的持续研究与开发，测定新成分添加后剩余的无机材料百分比灰分变得必要。采用如 Phoenix BLACK&trade 这样的微波炉式马弗炉，能够快速升温，使企业能在一个系统中使用多种温度，避免了长时间加热。Phoenix BLACK&trade 的独牛寺设计在于其腔体内的气流，配合 CEM 石英纤维坩埚使用，可以显著减少烧灰所需的时间。如同水分测试一样，传统的烧灰程序可以很好地应用于替代肉制品的测试。然而，在面对更为复杂的技术挑战，如脂肪和蛋白质测试时，我们可能会遇到各种难题。 脂肪 植物基肉类替代产品通常天生脱脂，其脂肪含量较动物衍生产品为低。因此，在加工过程中需添加脂肪或油分。这种添加对纤维结构的形成影响深远，可能导致挤压过程中的问题并对大分子排列产生不利影响。2此外，植物基脂质的熔融特性、化学组成、饱和度、链长、分子性质及整体性质与动物来源的脂质存在显著差异，1这增加了另一层复杂性。尽管如此，脂肪仍是健康、均衡饮食的重要组成部分。脂肪是人体无法自行产生的必需脂肪酸的来源，同时还是吸收维生素 A、D 和E 等必需维生素的必需品。油脂还能增强风味、质地和口感，这对消费者偏好产生极大影响。由于油脂是一种成本较高的成分，对最终产品有很大影响，因此严格控制其含量对于管理成品的总成本以及最终的利润至关重要。 传统动物肉类拥有悠久的验证历史，有大量数据支持已定义的方法。这些脂肪分析方法包括经典的索氏提取参考方法和通过先进技术如 NIR、X 射线和 NMR 进行的快速校准方法。 蛋白质 在比较传统肉类与其植物基替代品时，营养密度是两者之间最大的差异所在。为了提高植物基肉类替代品的总蛋白含量，生产商必须利用水解、发酵、分离和提取的植物蛋白产品。这些经过深度加工的蛋白产品的添加可能会影响味道、气味、外观和质地。3这也正是准确和可重复测试的重要性所在。在经过验证的 Udy 染料结合法的基础上，CEM 创造了全自动化快速蛋白分析仪 Sprint® 。通过使用一种只与蛋白质相互作用的染料结合分子，而非游离氨基酸或非蛋白氮，Sprint 不仅能够为植物基食品的原料提供更准确的蛋白结果，也能够对过程中和最终产品本身进行测定。 对多种植物基肉类替代品的水分、灰分、脂肪和蛋白进行了测试。一式三份的数据呈现在表 1-4 中（见文末），这些表格还显示了通过 AOAC 950.46/934.01、954.02 和 2001.11 获得的水分、脂肪和蛋白的参考结果，以验证快速方法的精确度和准确性。同时，快速获取结果的能力使得可以在生产过程中或作为新产品研发的一部分进行调整。04 植物基产品中痕量金属的分析 植物基替代产品的另一个发展阶段是对质量控制测试的需求增加，如金属探测。像 Prop 65 这样的立法旨在更好地调整食品和其他消费品中的重金属测试。这为消费者提供了安心，确保他们食用的食品是安全的。然而，对于植物基替代产品的制造商来说，这可能是一把又又刃剑。例如，鱼中的汞含量一直是一个长期关注的问题。植物基产品旨在减少汞的问题，同时减轻商业捕鱼对环境的影响，但众所周矢口，植物会从地面吸收金属。因此，与动物基产品相比，植物基产品可能具有更高的金属本底水平。更进一步，制造商可能会引入某些成分和添加剂，这些成分可能会贡献这些升高的水平，所有这些都是为了改变最终产品的外观或味道，使消费者从传统肉类过渡到植物基替代品更加容易。 处理 FDA 及其他立法要求可能较为复杂。CEM 一直是 AOAC 和 FDA 传统食品样品制备和分析方法的关键合作者和参与者。MARS 6&trade 微波消解系统和协议被 AOAC 方法 2015.01 和 FDA EAM 方法 4.7 引用。作为行业令页导者和创新者，CEM 与许多主要的植物基公司合作，就金属测试的适当方法和要求提供咨询，并就如何避免可能导致审计、召回和失去消费者信任的重大错误提供指导。 以下是 CEM 收集的数据简要概述，包括植物基牛肉末、鸡肉条替代品、大豆基热狗和植物基金枪鱼。选择这些产品是因为它们易于获得，可以以最少加工（研磨）的形式购买，或作为一件后来被捣碎以获得更均匀样品的件。作为比较，还测试了三种不同类型的金枪鱼，提供了一种常见的消费鱼类样本的基线比较。基于营养、添加和毒性分析了十四种元素，以提供广泛的分析物范围。还制备并分析了三种标准参考材料（SRMs），以验证分析性能。这些包括 NIST 参考材料，SRM 1568c 米糠、SRM 1547 桃叶和 SRM 1947 密歇根湖鱼。 SRM 元素的恢复率均在 85-100% 之间，验证了方法学（微波消解和分析）。一般来说，四大毒性元素（Pb、Cd、Hg和As）的含量较低，如表 5 和表 6 （见文末）所示，这在消费品中是可以预期的。目前 FDA 没有为食品中的重金属设定限制。然而，如果我们查看世界卫生组织（WHO）对植物材料的允许限制，我们发现铅的限制在 ppm 范围内，而镉是 1.30 ppm。WHO 没有列出砷或汞。与动物基产品相比，植物基产品被发现含有略高的铅水平（但在监管限制内4），但其他四大重金属的含量较低。这与预期一致，由于土壤样本中通常发现高水平的铅。植物基蛋白质将从其生长的土壤中吸收重金属。另外，与传统的金枪鱼样本相比，传统的金枪鱼样本的砷和汞水平显著高于其他测试的植物基替代品，这对金枪鱼来说并不意外。 在植物基样本中的盐分含量（钠、钾和钙）普遍高于传统金枪鱼产品。这些通常是作为替代蛋白产品的调味剂添加的，以帮助它更接近模仿其肉类产品，但也可能因从土壤中吸收而存在。测试的锰、铜、钼和铝在植物基样本中也较高，这同样可能是由于土壤吸收，因为这些元素在土壤样本中非常常见。Mn 和 Mo 也用于各种植物喂养周期（如光合作用和氮固定5），因此在植物中比动物中更为常见。 05 结论 随着配方的发展和市场上出现更多可供选择的替代蛋白来源，消费者接受度和监管机构的监管力度都在增加。这导致了对可靠测试方法需求的增加。准确且及时交付的结果可以在制造和研发过程中节省资金和资源。CEM 产品在食品行业中的应用已超过 45 年，提供了快速且可靠的结果。CEM 致力于替代蛋白行业，正在与他人合作开发、测试和制定规章制度。将传统上用于动物基蛋白源的技术用于植物基蛋白源的独牛寺能力，将有助于平稳过渡到监管要求。06 结论 1.Chen, Q., Chen, Z., Zhang, J., Wang, Q., & Wang, Y. Application of Lipids and Their Potential Replacers in Plant-based Meat Analogs. Trends in Food Science & Technology [Online] 2023.138, 645-654. 2.Ahmad, M., Qureshi, S., Akbar, M. H., Siddiqui, S. A., Gani,A., Mushtaq, M., Hassan, I., Dhull, S. B. Plant-based Meat Alternatives: Compositional Analysis, Current Development and Challenges. Applied Food Research [Online] 2022, 2(2),100154. 3.Kiczorowski, P., Kiczorowska, B., Samolinska, W., Szmigielski,M., & Winiarska-Mieczan, A. Effect of Fermentation of Chosen Vegetables on the Nutrient, Mineral, and Biocomponent Profile in Human and Animal Nutrition. Scientific Reports [Online] 2022, 12(1), 13422. 4.Osmani, M., Bani, A., Hoxha, B. Heavy Metals and NiPhytoextractionin in the Metallurgical Area Soils in Elbasan.Albanian J. Agric. Sci. [Online] 2015, 14 (4), 414-419. 5.Alejandro, S., Holler, S., Meier, B., Peiter, E., Manganese in Plants: from Acquisition to Subcellular Allocation. Front. Plant.Sci. [Online] 2020, 11 (300), 1. 表1. 植物基鸡肉替代品的水分、脂肪、蛋白质和灰分含量 表2. 植物基热狗替代品的水分、脂肪、蛋白质和灰分含量 表3. 植物基牛肉替代品的水分、脂肪、蛋白质和灰分含量表4. 植物基金枪鱼替代品的水分、脂肪、蛋白质和灰分含量 表5. 标准参考材料的金属分析 表6. 植物基和传统肉类样品的金属分析

新一轮科技革命与产业变革正在创造历史性机遇。第三代半导体具备高效、高频、耐高压、耐高温等特性，是推动移动通信、新能源汽车、高速列车、智能电网等产业创新发展和基础能力提升的新引擎，是实现“双碳”目标和保障国家产业安全的重要支撑。虽然面临复杂的外部环境，但多因素促进我国第三代半导体产业逆势上涨。近日，在由第三代半导体产业技术创新战略联盟、中关村半导体照明工程研发及产业联盟主办的“2021第三代半导体创新发展峰会”上，第三代半导体产业技术创新战略联盟理事长吴玲做了题为“我国第三代半导体产业发展思考”的主题报告，深入分享了当前我国第三代半导体产业的发展现状、面临机遇和挑战，并提出对未来产业发展的几点思考与建议。现状在“十二五”、“十三五”国家科技计划支持下，我国初步建立了从上游材料（氮化镓、碳化硅等）、中游器件（光电、射频、功率器件等）到下游应用（照明与显示、5G通信、新能源汽车、高速列车、新型电力系统等）的全创新链和产业链，产业从无到有，国产化能力不断提升。半导体照明自主可控，光电子与微电子深度融合，跨界创新应用有望引领发展。我国是全球最大的半导体照明制造、出口、应用国，2021年产值7773亿元，芯片国产化率超过80%；产业发展从光效驱动转向品质驱动、成本驱动，从蓝光（白光）转向深紫外等更短波长，和绿光、黄光，甚至红光等长波长；从标准结构转向小间距Mini/Micro-LED，开启高度集成半导体信息显示技术新变革。微波射频领域开始国产替代，部分技术达到国际先进水平。5G通信移动基站用GaN射频器件实现6GHz以下产品小批量供应，2020年国内宏站用氮化镓射频器件国产化率超过20%；预计2023年进入毫米波频段商用，集成功放、低噪放、开关功能，这方面国内目前还不具备产业化能力；6G已启动预研，太赫兹频段进入技术论证和研究阶段，预计2030年实现商用。电力电子应用虽然需求迫切，但是产业化与国际差距较大。在“双碳”战略带动下，以新能源汽车、高速铁路、新能源为主体的新型电力系统、5G通信和数据中心等为主的应用对碳化硅、氮化镓电力电子器件的需求非常明确，新能源汽车和PD快充未来五年应用市场的年复合增长率将超过50%。 虽然我们进步很快，但距离产品好用、产业化形成规模，技术水平仍落后国外约5年左右。SiC单晶衬底虽已实现4英寸产业化、6英寸小批量供货，部分打破国际垄断，但目前国产化率不到5%，车规级、电网级功率电子材料和器件基本全部依赖进口。机遇当前，国内第三代半导体产业迎来战略机遇期，主要体现在以下几方面：一是新型电力系统、高铁、新能源汽车，5G/6G通信、半导体照明及超越照明、工业电机及消费电子市场等市场启动，应用需求驱动技术创新。二是在产业界、学术界多年努力下，国内与国际先进水平差距不大，国际半导体产业和装备巨头还未形成专利、标准和规模的垄断，我国有机会实现超越。三是与集成电路相比，第三代半导体投资门槛不高，对工艺尺寸线宽、设计复杂度、装备精密制造要求相对较低。四是近年来我国的精密加工制造技术和配套能力迅速提升，并且具有一定的基础，具备开发并逐步主导该产业的能力和条件。挑战半导体新材料正在重塑全球半导体产业竞争新格局，在产业链、创新链、生态链上都面临挑战。产业链方面，缺乏产业级的先进材料研发，碳化硅籽晶和单晶生长工艺控制技术与国际有5年左右差距；介质材料、高温高能量等工艺不成熟，芯片制造能力弱、产能不足，良率低、成本高、可靠性差；设计与系统应用的匹配性不够，上下游联动迭代不够，在系统中成本占比低，性能和可靠性要求高，器件进入应用供应链难度大、周期长，产业化能力提升缓慢；国产装备以仿制为主，大部分处于原型样机阶段，技术引领性不足，处于跟跑状态。检测设备基本全部依赖进口，短期内无法国产化替代。创新链方面，基础研究的应用需求导向不足，缺乏长期可持续、大投入的中早期基金支持；共性关键技术方面，缺乏开放的、体制机制创新的公共研发平台，缺乏材料和装备的中试平台，缺乏有能力满足企业需求的服务平台；产业化技术方面，知识产权和标准体系薄弱，重“科”轻“技”，研产脱节，产业升级转型专业技术门槛高。生态链方面，产业创新体系和生态不完善。研发分散、投入不够，缺乏稳定持续支持；原始创新和应用创新能力较弱；研发周期长，技术更新快，各层次人才规模不够，高端和战略性人才急缺；面临国际技术禁运和封锁；企业小而散，无序竞争，产业同质化严重、集中度低；财政资金与社会资本脱节，缺乏优惠政策对民间资本的引导，存在政府、市场双失灵现象。几点思考吴玲指出，我国第三代半导体产业发展需要思考如何统筹规划，形成发展合力，要大胆探索新型举国体制，建立开放创新、可持续发展平台和利益共享、风险共担、链条打通的创新共同体。未来，联盟将继续推动创新体系和创新生态建设，促进产学研深度融合，加快迭代研发，在推动组织“百城亿芯”示范应用、支撑地方及区域特色产业集群发展、探索科技金融链网模式加快科技金融结合、加强精准深入的国际合作等方面开展工作，携手产业界同仁，凝心聚力、砥砺奋进，共同推动我国第三代半导体产业迈上新台阶、实现新跨越。