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不懈努力永攀高峰,科技报国赤子情深——记六院院士孙大文

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2019-04-04 来源:
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“一日而色变,二日而香变,三日而味变,四、五日外,色、香、味尽去矣”,荔枝是出了名的难保鲜,但是在华南理工大学孙大文教授的实验室中,一包已经在冷库里躺了近5年的荔枝,依然色泽鲜红、滋味鲜美。这包神奇的荔枝,便源于孙大文教授和团队研究出的物理场调控冰晶生长的新型冻结技术——通过超高压辅助冷冻,让荔枝水分均匀结晶,如同“冬眠”,冷冻数年后水分、色泽、糖度等基本保持不变。

图/羊城派记者 汤铭明

打破冻结技术瓶颈,破解果蔬保鲜难题


3月27日,广东科技创新大会举行,华南理工大学教授、现代食品 工程研究中心主任孙大文为第一完成人的项目“果蔬冷链控制关键技术与装备创制及应用”获得2018年广东省科技进步奖一等奖,该项目针对我国农产品冷链加工过程技术设备问题,取得多项全国领先、世界知名的创新成果,破解了果蔬保鲜的难题。


孙大文教授获奖图片

本次获奖项目中,他和团队研究了物理场调控冰晶生长的新型冻结技术,避免冷冻过程冰晶无序生长对果蔬细胞的破坏,实现了岭南特色水果荔枝等的超高压辅助冷冻,冻藏6个月后荔枝的水分、糖度基本保持不变。

冷冻看似简单,但一般果蔬放进冰箱冷冻,不是变色就是解冻后色香味受损。孙教授解释道,传统的冷冻技术,其结晶过程是无序的。由于细胞内和细胞间液体浓度的差异,冷冻时,细胞与细胞之间会先形成冰晶,由于细胞中水分子向外迁移,细胞之间的冰晶会越长越大,冰晶尺寸过大就会破坏细胞结构。一旦解冻,细胞溶液中的很多微量元素随着细胞破裂而流出,果蔬的韧性、嫩度、硬度等都会受影响。不仅不好吃,还影响营养价值。

保鲜的关键在“物理场”。以荔枝为例,荔枝中水分占80%左右,冷冻就必须让这些水分结成冰晶。如此大量的水分,怎么才能控制其结晶过程,不破坏细胞结构?孙大文团队选择用物理场来辅助冰晶形成。“我们可以在冷冻过程中,控制冰晶如何生成、增长、分布。”孙教授说。为了锁住细胞内的水分子,用物理场技术可在荔枝内形成大量起晶点,让细胞内也形成冰晶。这样一来,荔枝细胞内和细胞外都长出又小又细、分布均匀的冰晶,细胞质构基本不受破坏,就能保持原来的营养价值和口感。

这就是为什么一包于2014年用物理场技术冷冻后的荔枝,看起来依然色泽鲜红,吃起来依然色香味俱全的全部原因了。采用了最先进的冷冻保鲜技术,你我不必再“不辞长作岭南人”,而是可以一年四季享受这天然好滋味了。

关于对冷冻食品 口感不好的担忧,孙教授用实践证明,这是一个误区。“冷冻技术过关,冻得好的话,冷冻食品 可能比超市里所谓的新鲜食品 还要好。这是因为,我们用冷冻技术保留了食品 的最佳状态,-18℃条件下,新鲜的肉、鱼等冻一年,一点问题都没有。”

采用该项目新型冻结技术的荔枝

果蔬品质快速检测,预冷气调助力保鲜

岭南佳果多,保鲜期却大多很短,为此华南理工大学联合浙江大学、东莞市科美斯科技实业有限公司、深圳市德捷力冷冻科技有限公司等单位,围绕果蔬品质快速检测和保鲜两大难题,通过农产品储藏与保鲜、波谱无损检测、机电一体化等多学科交叉研究,攻克了冷链过程中“测”与“控”两大瓶颈问题。

保证果蔬新鲜风味的同时延长其保鲜期,温度很重要。孙教授提到“果蔬采摘之后一直在呼吸。高温条件下,呼吸强度高的果蔬,如草莓,保鲜时间就很短;反之,降低呼吸强度和温度,保鲜时间就会延长。”如何迅速降低果蔬的呼吸强度?孙大文团队选择了让它们“冬眠”——采摘后在田间就快速降温,数天后依然可以展现出刚采摘的新鲜风味。“冷得越快保鲜期就越长。”孙教授说,“项目创制的新型真空预冷设备,一次处理3吨果蔬,温度从38℃降到4℃只需半小时。传统设备用冷风进行冷却降温,则需要几个小时甚至更长时间。”这项技术,不仅有效提升冷却效果,还实现设备的通用性,一台设备可以用于多种果蔬,提高效率降低成本。

除了真空冷却,孙大文团队还针对每种果蔬呼吸所需要的不同气体配置研制“气调”,双管齐下让果蔬在“冬眠”时保持最佳新鲜状态。传统的真空冷却,回到真空腔里的气体是空气,孙大文团队则针对不同果蔬抑制呼吸的需要来调配气体。氧气、氮气、二氧化碳等分别占多少比例?不同的果蔬都不一样。目前真空冷却+气调的技术已经申请了国际PCT专利,在国际上处于领先地位。传统技术下,果蔬保鲜期就几天,这项技术能在不影响质量的情况下,延长一个星期甚至更久。

为适应国内行情,项目团队研制的真空预冷机不仅可移

动,而且价格更低,冷却速度、均匀性等效果更好,在田间就可以对果蔬进行处理,可有效解决国内大量果蔬“田间热”的问题,解决“从田间到餐桌”的全冷链保鲜的“前面一公里”的瓶颈问题。目前,团队正在将这项技术推向全国各地。宁夏回族自治区科技厅引进该技术,投资千万经费,希望能使用铁路运输替代现在的空运,降低成本的同时还有更长的保鲜期。“在广东能不能吃到宁夏的鲜枸杞?我们正在和宁夏大学合作,希望通过我们的技术,未来用铁路或公路就可以把宁夏的新鲜菜心、枸杞、枣子等运到广东来,减少运输成本。”孙教授说。

该项目实现了果蔬冷链过程快速检测技术和精准冷链控制技术与设施,累计授权专利34项,其中美国发明专利2项,英国发明专利1项,中国发明专利19项,出版专著2部,项目成果真空预冷机已出口30多个国家和地区。

图/羊城派记者 汤铭明

心怀祖国建科研中心、科技突破居国际前沿

2011年底,孙大文教授受广东省的邀请,入选“广东省领军人才”计划,回到母校华南理工大学。他创建了华南理工大学现代食品 工程研究中心,从无到有,带领团队致力于食品 无损检测、冷冻冷链、热加工等方面的研究,帮助华南理工农学学科跻身ESI全球前千分之一,入选国家“一流学科”建设。目前研究中心包括三个研究所:智能检测控制研究所、先进冷冻冷链研究所、新型物理加工研究所。中心设有高光谱无损检测实验室、拉曼成像检测实验室、新型冷冻与冷链实验室、冷却与气调保鲜实验室、微波食品 加工实验室、等离子体处理实验室、食品 低碳体系研究室等。


中心建成至今8年,他带领团队致力于农产品保鲜、食品 安全,推动食品 冷冻、杀菌、检测等多维技术的自主研发,开创国内现代食品 工程研究先河。其中一项“超声波辅助冷冻”技术,可以控制冰晶的形成、增长及其分布,使得食物在冷冻后,细胞不会被冰晶刺破,食物的质构不受破坏,口感、韧性等能尽量保持原来水准,大大促进了食品 冷冻行业的发展。在冷冻技术领域,孙大文团队的工作在国内处于领先地位,其中在物理场冷冻技术等领域,处于国际前沿地位。


孙大文教授指导团队科研工作

此外,孙大文团队不断研究的真空冷却与气调技术相结合也处于国际前沿。孙教授介绍到“食品 气调包装最原始的就是真空包装,再进一步就是充氮气,我们在真空预冷过程同步气调,与包装的食品 需要相匹配,该技术已经申请了国际PCT专利。”

针对肉品原材料生产过程品质安全快速检测技术一系列难题,团队还系统研究了基于视觉和高光谱成像的畜牧肉品理化指标快速感知技术。

在团队的不懈努力下,已发表SCI论文近200篇,其中ESI热点论文2篇,ESI高被引论文23篇,占学校钱柜娱乐777 与工程学院高被引论文的50%,占全校高被引论文的5%。2篇论文入选“2017年度中国百篇最具影响国际学术论文”,为全校唯一入选的2篇论文。申请中国发明专利70余件,授权发明专利43件;申请PCT国际专利6件,授权美国发明专利2件,英国发明专利1件。主持国家十二五支撑项目,十三五国家重点研发计划项目,国家国际科技合作专项,东西部合作重大项目,以及省市其他科技计划及企业项目30多项。

此次荣获2018年度广东省科技进步奖一等奖,他坦言,自己和团队成员都非常开心,这是对团队在广东这些年工作的认可,也要感谢华南理工大学、广东省政府多年来的大力支持。孙大文教授感动的说“团队取得的成绩与广东良好的人才政策密不可分。我到广东时就有500万元的配套经费,能购买设备、建立团队。” 如今,他和团队正努力让这些技术更便利化,让普通百姓也能用上。团队还在致力于解决国内冷链系统‘最后一公里’的问题,未来冷链配送终端可能会进入到社区,实现从田间采收到居民餐桌的‘全冷链’。

艰辛磨砺奠定扎实功底、跨界背景带来科技创新

孙大文教授被称为“六国院士”,这是因为他在2010-2018年间荣获爱尔兰皇家科学院、欧洲科学院(欧洲人文和自然科学院)、国际钱柜娱乐777 院、国际农业与生物系统工程科学院、波兰科学院和国际制冷科学院共六个科学院的院士头衔。巨大荣誉的背后,确是鲜为人知的多年磨砺、不懈努力与艰辛付出。


孙大文教授荣获波兰科学院院士

在世界钱柜娱乐777 与工程领域,孙大文已经是个不能绕开的名字。然而,孙大文并不是一开始就扎根在这个研究领域。他坦言,自己的科研之路走得并不平坦。1978年,孙大文被华南理工大学(原华南工学院)塑料机械及加工专业录取,硕士攻读轻工机械方向。读博士时,由于他的专业没有招博士的地方,只能选择较为接近的专业去读,因此他转为化学工程方向,主攻传热与节能。博士毕业后,随着“出国热潮”,1989年至1995年,他分别在德国斯图加特大学、英国贝尔法斯特女王大学、纽卡斯尔大学和谢菲尔德大学任职。

“在国外,一开始做的都是合同工。合同期一到,居留签证就结束,没有签证就得离境,所以一个项目没结束,就得翻报纸,找下一个工作。”孙教授坦言,为了生存,他频繁切换科研轨道,个中辛苦,常常难与外人道也。在英国,孙大文先后接触了塑料加工、农业工程、制冷等项目,行业跨度之大令人瞠目结舌。为承接一个新项目,他往往需学习新知识,有的甚至是从零开始。“但我从没想过放弃。”英国皇家特许工程师、机械工程师、材料工程师、农业工程师和制冷工程师……为了适应不同的项目需求,几年间,他考取各种资格证书,让自己成为科研项目的“万金油”。“在国外求学、科研的经历,磨炼了我的意志,奠定了我多学科的扎实功底,也成为我日后科研生涯的宝贵财富。”1995年,由于出色的研究成果,孙大文应聘到爱尔兰国立大学任教,成为第一位在爱尔兰获得永久性职业的华人,并一路晋升为教授,以最短时间,成为爱尔兰有史以来第一位获得终身教授荣誉的亚洲人。

孙大文教授接受iAABE创院院长法槌荣誉


“科研成功,最重要就是创新,多学科背景是非常关键的。”在科研领域,孙大文一直在做跨学科的尝试,屡有开创性的成果。德国的氢能储存项目,英国贝尔法斯特的塑料加工,英国纽卡斯尔的谷物干燥研究,都是孙大文涉猎的方向。他还从化学工程领域得到“物理场”的灵感,应用到食品 加工行业,从航空航天设计领域得到的“流线型”灵感,应用到改造冷藏车通风口和冷库设计。他说“有时我会从化工角度看问题,有时又从机械角度看问题。正因为我的多学科背景,让我了解这么多领域的技术,跳出大部分人的思路,找到不同的解决思路、技术方法。”

始终在“跨界”的探索中追求创新,孙大文就是这种“博而不杂”科研精神的最佳实践者。他常常勉励学生,在求学过程中尽量扩大知识面,多尝试学科交叉。对于未来的计划,孙大文表示,希望继续做一些引领性的工作,发表更多有指导性的论文。“为科学提出新的思路,即使自己没有精力去实践,也能够让后来人沿这些方向去尝试和实现。”

多年来,孙教授以建立研究基地、培养博士生的方式回馈祖国。早在1999年,他先后兼任无锡轻工大学(今江南大学)、上海交通大学、哈尔滨工业大学等高校博士生导师或客座教授,积极培养青年人才,成果卓著。比如,与江南大学联合开发出无色无味透明的可食用膜,使猕猴桃的保鲜期延长至37天,成为食品 包装技术的一次重要变革。

孙大文教授获颁凤凰卫视“影响世界华人大奖”


2011年底,孙教授入选“广东省领军人才”计划,回到华南理工大学,一拳一脚创建了华南理工大学现代食品 工程研究中心。他下决心“一定要树立起一面旗”。他希望通过自己的行动和成果告诉大家,即使是做工程研究,同样可以做得很好,同样可以出一流的成果,发表一流的研究论文。“从事食品 工程研究的人一定要做自己擅长的事情,不能别人在做食品 营养、食品 生物技术,搞工程的也跟风去做,这对于我们国家的科技创新是非常不利的。‘卡脖子’的地方正是因为做工程、做设计的人太少了,我们学工程的就是要做设计、制造、优化!一定要扭转‘重科学轻工程’的局面。”

即使科研项目、学术会议再繁忙,孙教授也依然坚持带硕博士生,对于学生的实验、论文等,总是严格要求、精益求精。在推进中国新兴食品 加工技术、食品 安全工程等方面,已成为业界学术风向标的他正随着澎湃的时代浪潮,带领新时代的青年,不断发出中国学术最强音。


参考文献:

[1] 张璐瑶. 五年荔枝依旧新鲜!华工“六院院士”究竟有什么秘方?[N]. 羊城派, 2019-03-28.

[2] 徐静. 获省科技进步奖一等奖!孙大文院士团队这项技术位居世界前沿[N]. 广州日报, 2019-03-27.

[3] 杜玮淦新知· 广东科技奖|这项全冷链技术,守护我们舌尖上的安全[N]. 南方+, 2019-03-28.

[4] 薇拉. 大家|孙大文 赤子情深的“六院院士”[N]. 中华儿女, 2018-11-27 .占当年中考总人数的15.74%

[5] 华南理工大学现代食品 工程研究中心. 孙大文(Da-Wen Sun)教授介绍[E/B]. http://www2.scut.edu.cn/acfe/7520/list.htm


资料整理、撰写:张睿梅

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