攻克冷链“测”“控”难题 为农产品流通补短板—— 华南理工大学孙大文教授团队创新成果纪实

◎ 文/傅双桥

今年3 月底，广东科技创新大会在广州隆重举行。“六院院士”、华南理工大学的孙大文教授及其团队领衔的“果蔬冷链控制关键技术与装备创制及应用” 项目获得了广东省科技进步奖一等奖。

这项技术，实现了冷链过程中对果蔬品质的快速检测和精准控制，通过田间快速冷却，在不影响质量的情况下，可延长果蔬货架期一周甚至更久。并且，其预冷时间是国外同类技术的1/2 到1/4，整套设备价格仅为国外同类产品的1/4 到1/8。“这是大家通力合作，集体智慧的结晶。” 孙大文说。据他介绍，团队在该项目中研发的通用性真空预冷设备，目前已出口30 多个国家和地区。

不过，孙大文坦言，当前我国冷链物流普及程度和技术水平整体上与西方发达国家还存在较大差距。

中国是果蔬损耗大国，冷链物流成短板

中国是农业大国，但同时也是损耗大国。

有数据显示，发达国家的果蔬损耗率不到5%，而我国果蔬损耗率高达30%。也就是说，如果采用正确的保鲜技术，我国果蔬的损耗率能降低一半，每年即可因此减少高达一亿吨的损失。

这么高的损耗主要是由冷链物流系统不完善等原因造成的。

孙大文介绍，随着近年来我国经济社会的发展和人民群众生活水平的不断提高，对冷链物流的需求日趋旺盛，市场规模不断扩大。据国家统计局数据资料，2017 年我国冷链物流交易额市场规模达4700 亿元。“但由于起步较晚、基础薄弱，冷链物流一直是我国农产品流通中的短板。” 他说。

据了解，目前我国大部分生鲜果蔬依然采用的是“冰壸 + 棉被”、塑料箱等常温运输，通过“冰袋 + 泡沫箱” 包装实现的果蔬保鲜功能非常有限，远远达不到保鲜恒温要求。冷库利用率不高、冷藏运输车辆使用率低等，是导致我国果蔬冷链物流中产品品质不高的主要原因。据调查，我国生鲜农产品综合冷链流通率仅为 20%左右，这和美国、日本分别达到的 90%、98%形成了鲜明的对比，发达国家广泛使用的全程温度自动控制措施在我国远没有得到广泛应用。

虽然国内的消费升级和中亚国家消费水平的提升，扩大了对冷链物流的需求，但都还不足以拉动果蔬产品全程冷链物流，不过从发达国家的发展经验来看，果蔬产品物流势必走向全程冷链。

攻克冷链“测”“控”难题，助力农产品流通

为了保持果蔬品质，这几年来，孙大文带领团队通过产学研合作，围绕果蔬品质快速检测和保鲜两大难题，开展了农产品储藏与保鲜、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。

长期以来，我国果蔬内外部品质的检测时效性差，严重制约了果蔬等农产品生产全过程的品质控制。早在1998 年，在爱尔兰做食品工程研究的孙大文，就曾率先将计算机视觉系统应用于食品检测，由此改变了食品生产线人工检测的生产流程，这一技术革命曾引起很大的轰动。2008 年，他又带领团队成功开发出食品品质的高光谱成像检测技术，不仅可以检测食物的外观特点，还可分析出食品成分、质量及安全性。后来，他成功地将此快速非接触无损检测技术应用在了果蔬等的检测上，显著提升了果蔬品质的检测效率。

快速无损检测技术具有非接触性、检测速度快、清洁环保等特点，它的应用对提高农产品安全水平和企业生产效率，具有极为重要的意义。

果蔬品质受到诸多因素的影响，其中温度波动是致使果蔬品质下降的主要因素。

孙大文说，保证果蔬新鲜风味的同时延长其保鲜期，温度很重要，一般而言，果蔬有效保鲜的最佳存储温度为0℃～4℃。“果蔬是复杂的生物体，采摘之后一直在呼吸，这将导致果蔬质量衰减。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。”

为了迅速降低果蔬的呼吸强度，孙大文团队选择了让它们“冬眠”——采摘后在田间就地对果蔬实施快速预冷。“冷得越快保鲜期就越长。” 孙大文介绍，“我们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。”

预冷后的果蔬不仅品质高，有利于避免贮藏过程中的质量损失，而且可降低冷藏车和冷藏库的冷负荷，实现冷藏、储运装置的节能运行。因此，发达国家把预冷作为果蔬采摘后必不可少的一道工序。

目前我国预冷保鲜率仅为10%左右。

孙大文说，果蔬田间快速预冷，还能在很大程度上解决果蔬的“田间热” 问题。刚采收下来的果蔬，可能带有大量的“田间热”。一般每公斤果实降低1℃温度，就能释放出880 大卡的热量。采收后，如果直接进入贮藏环境，就会带入大量的田间热，使贮藏环境的温度升高，加快果实的呼吸过程，影响贮藏效果，缩短贮藏期。

除了快速预冷，孙大文团队还通过“气调保鲜”，双管齐下，让果蔬在运送过程中也能保持最佳新鲜状态。

1821 年，德国生物学家Berard发现水果蔬菜在低氧水平时能减少代谢作用。所谓“气调保鲜” 就是通过调整环境气体来延长果蔬的贮藏寿命和货架期的技术。相较传统的冷藏保鲜，“气调保鲜” 运行温度在0～12℃，可更好地保留果蔬原有的新鲜度和风味，营养也不会丢失。只是，由于技术水平限制等原因，直到20 世纪后人类才开始对“气调保鲜” 展开深入研究。

孙大文介绍，“传统的真空冷却，回到真空腔里的气体是空气，我们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。”目前他们团队的真空冷却+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，我们的技术能在不影响质量的情况下，延长一个星期甚至更久。”

如今，荷兰、美国都在大量使用气调储藏，中国的气调保鲜技术与应用，远远落后于西方发达国家。

科学研究需要“顶天立地”。为了让团队研发的技术装备最终能够落地应用，孙大文一开始便将更好地适应国内具体环境奉为开发指导原则。最终，他们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，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，他们团队正积极致力于将新技术推向全国。宁夏回族自治区科技厅已引进了他们的技术，团队还与宁夏大学建立了合作，希望通过冷链物流体系建设，将来用铁路或公路运输逐步替代现在的空运，在降低成本的同时，延长果蔬保鲜期，提高果蔬品质。这样一来，宁夏的新鲜菜心、枸杞、枣子等就可以更低的价格在全国各地的市场上出售了。

研发新型冻结技术，避免冷冻损伤果蔬风味

低温环境，可以抑制果蔬“呼吸”，延长货架期，然而，也可能破坏果蔬的口味和营养。

孙大文介绍，大部分食品的主要成分是水，冷冻过程就是将食品中的水变成冰，并且冰以冰晶形式存在。在冷冻过程中，保住食品的口感与营养，关键就在于控制食品内冰晶的尺寸、大小及分布。而传统的冷冻技术，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，但细胞内部也有水分，如果细胞内部不结出冰晶，细胞内的水分就会慢慢迁移到细胞外，细胞就会失水，而细胞外的冰晶会越长越大，进而就会刺破细胞，破坏整个细胞结构，解冻时，细胞溶液中的很多微量元素随着破裂而流出，果蔬的韧性、嫩度、硬度等都会受影响，因此不仅影响口感，还会降低其营养价值。

“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，原因就在于此。” 孙大文说。

为避免冷冻过程冰晶无序生长对果蔬细胞的破坏，孙大文和团队从控制冰晶的生成、增长、分布入手，经过努力，成功研发了一种物理场调控冰晶生长的新型冻结技术。简单来说，就是借助超声波、超高压、电场和磁场等物理场辅助冷冻方法，成功实现了在食物细胞内和细胞外都长出又小又细、分布均匀的冰晶，使细胞结构不被破坏，进而保住了食物的口感和质量。

在华南理工大学广东省冷链食品智能感知与过程控制工程技术研究中心实验室的冰箱中，至今保存着采摘于2014 年的鲜荔枝，而且，依旧色泽鲜红。孙大文笑着说，“实验证明，我们冷冻近五年的荔枝，吃起来依然色香味俱全。”

时至今日，冷冻食品已广泛进入千家万户，但关于冷链食品质量不好、冷冻会令食品口感变差的说法，成为一些人不喜欢冷冻食品的原因。孙大文和团队则用实践证明，冷冻食品质量不好、不好吃，只是一个误区。对此，孙大文满怀信心，他说，“冷冻技术过关，冻得好的话，在原材料质量可以保证的前提下，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。鱼、肉在-18 度以下，储存一年都是没有问题的，前提是需要在新鲜的状态下妥善地冷冻起来。”

执著追梦，打造农业科技创新“国家队”

孙大文是广东省潮安县人，自小便立志要做一个大学老师。1989 年，他远赴德国留学，后来又“转道” 英国，1995 年被爱尔兰国立大学聘为讲师，后来又相继成为高级讲师，副教授，教授，直至成为爱尔兰有史以来第一位获得终身教授荣誉的亚洲人，圆了自己的大学老师梦。

他的研究内容也从氢能储存项目过渡到塑料加工、农业工程、制冷项目……不断跨界，工作不断变化，过程异常艰辛，但也为其后来展开学科交叉研究提供了丰厚的“储备”。

闯荡西方世界，孙大文书写了一份堪称华丽的成绩单。他先后当选爱尔兰皇家科学院、欧洲科学院、国际食品科学院、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。截止至2018 年7 月，仅高水平论文一项，即已在世界著名杂志和国际会议上发表了1000 篇，其中超过500 篇被SCI 收录，SCI 的H 指数高达95，出版专著17 部。由于成果突出，还获得了欧盟爱尔兰政府的经费资助，成立了爱尔兰食品冷冻及计算机化食品技术研究所，承担了许多科研项目。

不过，他的内心始终牵挂着祖国。

孙大文曾说过：“作为一名科学家，我信奉科学没有国界之分的道理，而作为一个中国人，我秉承报国没有地域之别的信念。我正在尽最大的努力，将世界上最先进的技术带回中国，加速祖国的科技发展。”

2011 年底，入选“广东省领军人才” 计划的“海归院士” 孙大文载誉归来，回到阔别多年的母校——华南理工大学，并创建了一所高水平的现代食品工程研究中心。他从无到有，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。

在学生们眼中，他谦逊、低调，没有一点架子，很容易亲近。

可一心要为中国打造一支高水平农业科技创新“国家队” 的孙大文，自有其严厉的一面。在科研上他秉持的是“零容忍” 态度，无论自己多忙，对中心所有人的论文都会一一把关，严格要求，乃至反复修改。自中心组建以来，孙大文带领团队锐意进取、屡获佳绩。根据2019 年7 月在Web of Science 网站上的检索结果，孙大文自2011 年底进入华南理工大学工作以来，共有192 篇以华南理工大学食品科学与工程学院作为第一作者单位的论文，其中有热点论文13篇，高被引论文38 篇，JCR 一区论文144 篇，影响因子大于6 的论文60篇。热点论文和高被引论文数占华南理工大学食品科学与工程学院热点论文和高被引论文数的比例分别为93%和52%，搭建团队时，孙大文有意组建了一支多学科交叉的队伍，可以相互激发，相互扶持。

他要求学生专注于具有挑战性的工作，直面各类“难啃的骨头”，不断提升自主科研能力。“这类研究更有价值，也更锻炼人。” 他说。据不完全统计，中心的硕士毕业前都至少会发表一篇SCI 论文，博士平均每人会发7 篇左右的SCI 论文。学生毕业后，除了继续深造，大多进入了美的、顺丰、华为等知名企业。

为培养学生的国际视野、前沿思维，孙大文还特别重视团队的国际化建设，每年都会定期举办国际交流研讨会，邀请食品及相关领域的国际知名学者交流互访。

“中心是我回馈祖国的一块基石。” 孙大文说。

也因此，他很注重将中心的工作与我国产业发展需要相结合。目前，推动“全冷链” 走入千家万户是他们工作的重点。由于我国现代化物流尚处于起步阶段，缺乏专业的冷链物流人才，果蔬冷链物流成本高昂、果蔬冷链物流观念淡薄、果蔬冷链物流中相关标准制定不够完善…… “当前消费需求升级正倒逼冷流物流服务升级，冷链物流迎来了农业供给侧结构性改革下的发展良机。” 孙大文说。

当前我国果蔬冷链不发达，加剧了果蔬经常性局部性过剩，供给侧瓶颈问题突出，农民增产不增收。

孙大文说，他们团队的工作，就是要解决“田间预冷” 和“配送” 问题，把冷链的“前面一公里” 和“最后一公里” 链接起来，打造从“田头到餐桌” 的全冷链，守护食品健康安全。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。“我们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’。” 孙大文说。

当然，逐梦路上从来不会一帆风顺。

孙大文表示，在“果蔬冷链控制关键技术与装备创制及应用” 项目推进过程中，他们遇到了不少“卡脖子”问题，他们的生产线、冷链系统中不少环节目前国内还供给不了，“我们遇到的最大困难，就是关键设备自己生产不了”。他说，虽然中国是拥有较完整产业链的国家，但布局上也存在“偏科”，大家一哄而上搞大数据、云计算、人工智能，“我曾被某地请去做‘十三五’ 规划方面的咨询，发现有些完全没有条件的地方也在极力申请3d 打印方面的项目。” 而由于农业属于高投入、高风险、低回报的产业，导致农业科技方面的投入严重不足，重视不够。对此孙大文说，高端制造固然重要，但中国要实现制造强国战略目标，离开农业科技、农业基础建设这一块显然是不完整的。