攻克冷鏈“測”“控”難題 為農產品流通補短板
—— 華南理工大學孫大文教授團隊創新成果紀實

◎ 文/傅雙橋

今年3 月底，廣東科技創新大會在廣州隆重舉行。“六院院士”、華南理工大學的孫大文教授及其團隊領銜的“果蔬冷鏈控制關鍵技術與裝備創制及應用” 項目獲得了廣東省科技進步獎一等獎。

這項技術，實現了冷鏈過程中對果蔬品質的快速檢測和精準控制，通過田間快速冷卻，在不影響質量的情況下，可延長果蔬貨架期一周甚至更久。并且，其預冷時間是國外同類技術的1/2 到1/4，整套設備價格僅為國外同類產品的1/4 到1/8。“這是大家通力合作，集體智慧的結晶。” 孫大文說。據他介紹，團隊在該項目中研發的通用性真空預冷設備，目前已出口30 多個國家和地區。

不過，孫大文坦言，當前我國冷鏈物流普及程度和技術水平整體上與西方發達國家還存在較大差距。

中國是果蔬損耗大國，冷鏈物流成短板

中國是農業大國，但同時也是損耗大國。

有數據顯示，發達國家的果蔬損耗率不到5%，而我國果蔬損耗率高達30%。也就是說，如果采用正確的保鮮技術，我國果蔬的損耗率能降低一半，每年即可因此減少高達一億噸的損失。

這么高的損耗主要是由冷鏈物流系統不完善等原因造成的。

孫大文介紹，隨著近年來我國經濟社會的發展和人民群眾生活水平的不斷提高，對冷鏈物流的需求日趨旺盛，市場規模不斷擴大。據國家統計局數據資料，2017 年我國冷鏈物流交易額市場規模達4700 億元。“但由于起步較晚、基礎薄弱，冷鏈物流一直是我國農產品流通中的短板。” 他說。

據了解，目前我國大部分生鮮果蔬依然采用的是“冰壸 + 棉被”、塑料箱等常溫運輸，通過“冰袋 + 泡沫箱” 包裝實現的果蔬保鮮功能非常有限，遠遠達不到保鮮恒溫要求。冷庫利用率不高、冷藏運輸車輛使用率低等，是導致我國果蔬冷鏈物流中產品品質不高的主要原因。據調查，我國生鮮農產品綜合冷鏈流通率僅為 20%左右，這和美國、日本分別達到的 90%、98%形成了鮮明的對比，發達國家廣泛使用的全程溫度自動控制措施在我國遠沒有得到廣泛應用。

雖然國內的消費升級和中亞國家消費水平的提升，擴大了對冷鏈物流的需求，但都還不足以拉動果蔬產品全程冷鏈物流，不過從發達國家的發展經驗來看，果蔬產品物流勢必走向全程冷鏈。

攻克冷鏈“測”“控”難題，助力農產品流通

為了保持果蔬品質，這幾年來，孫大文帶領團隊通過產學研合作，圍繞果蔬品質快速檢測和保鮮兩大難題，開展了農產品儲藏與保鮮、波譜無損檢測、機電一體化等多學科交叉研究，攻克了冷鏈過程中“測” 與“控”兩大瓶頸問題。

長期以來，我國果蔬內外部品質的檢測時效性差，嚴重制約了果蔬等農產品生產全過程的品質控制。早在1998 年，在愛爾蘭做食品工程研究的孫大文，就曾率先將計算機視覺系統應用于食品檢測，由此改變了食品生產線人工檢測的生產流程，這一技術革命曾引起很大的轟動。2008 年，他又帶領團隊成功開發出食品品質的高光譜成像檢測技術，不僅可以檢測食物的外觀特點，還可分析出食品成分、質量及安全性。后來，他成功地將此快速非接觸無損檢測技術應用在了果蔬等的檢測上，顯著提升了果蔬品質的檢測效率。

快速無損檢測技術具有非接觸性、檢測速度快、清潔環保等特點，它的應用對提高農產品安全水平和企業生產效率，具有極為重要的意義。

果蔬品質受到諸多因素的影響，其中溫度波動是致使果蔬品質下降的主要因素。

孫大文說，保證果蔬新鮮風味的同時延長其保鮮期，溫度很重要，一般而言，果蔬有效保鮮的最佳存儲溫度為0℃～4℃。“果蔬是復雜的生物體，采摘之后一直在呼吸，這將導致果蔬質量衰減。高溫條件下，呼吸強度高的果蔬，如草莓，保鮮時間就很短；反之，降低呼吸強度和溫度，保鮮時間就會延長。”

為了迅速降低果蔬的呼吸強度，孫大文團隊選擇了讓它們“冬眠”——采摘后在田間就地對果蔬實施快速預冷。“冷得越快保鮮期就越長。” 孫大文介紹，“我們項目創制的新型真空預冷設備，一次處理3 噸果蔬，溫度從38℃降到4℃只需半小時。傳統設備用冷風進行冷卻降溫，則需要幾個小時甚至更長時間。”

預冷后的果蔬不僅品質高，有利于避免貯藏過程中的質量損失，而且可降低冷藏車和冷藏庫的冷負荷，實現冷藏、儲運裝置的節能運行。因此，發達國家把預冷作為果蔬采摘后必不可少的一道工序。

目前我國預冷保鮮率僅為10%左右。

孫大文說，果蔬田間快速預冷，還能在很大程度上解決果蔬的“田間熱” 問題。剛采收下來的果蔬，可能帶有大量的“田間熱”。一般每公斤果實降低1℃溫度，就能釋放出880 大卡的熱量。采收后，如果直接進入貯藏環境，就會帶入大量的田間熱，使貯藏環境的溫度升高，加快果實的呼吸過程，影響貯藏效果，縮短貯藏期。

除了快速預冷，孫大文團隊還通過“氣調保鮮”，雙管齊下，讓果蔬在運送過程中也能保持最佳新鮮狀態。

1821 年，德國生物學家Berard發現水果蔬菜在低氧水平時能減少代謝作用。所謂“氣調保鮮” 就是通過調整環境氣體來延長果蔬的貯藏壽命和貨架期的技術。相較傳統的冷藏保鮮，“氣調保鮮” 運行溫度在0～12℃，可更好地保留果蔬原有的新鮮度和風味，營養也不會丟失。只是，由于技術水平限制等原因，直到20 世紀后人類才開始對“氣調保鮮” 展開深入研究。

孫大文介紹，“傳統的真空冷卻，回到真空腔里的氣體是空氣，我們則針對不同果蔬抑制呼吸的需要來調配氣體。氧氣、氮氣、二氧化碳等分別占多少比例，不同的果蔬都不一樣。”目前他們團隊的真空冷卻+氣調的技術已經申請了國際PCT 專利，在國際上處于領先地位。“傳統技術下，果蔬保鮮期就幾天，我們的技術能在不影響質量的情況下，延長一個星期甚至更久。”

如今，荷蘭、美國都在大量使用氣調儲藏，中國的氣調保鮮技術與應用，遠遠落后于西方發達國家。

科學研究需要“頂天立地”。為了讓團隊研發的技術裝備最終能夠落地應用，孫大文一開始便將更好地適應國內具體環境奉為開發指導原則。最終，他們研制的真空預冷機不僅可移動，而且價格更低，冷卻速度、均勻性等效果更好，在田間就可以對果蔬進行處理，解決“從田間到餐桌”的全冷鏈保鮮的“前面一公里” 的瓶頸問題。

目前，他們團隊正積極致力于將新技術推向全國。寧夏回族自治區科技廳已引進了他們的技術，團隊還與寧夏大學建立了合作，希望通過冷鏈物流體系建設，將來用鐵路或公路運輸逐步替代現在的空運，在降低成本的同時，延長果蔬保鮮期，提高果蔬品質。這樣一來，寧夏的新鮮菜心、枸杞、棗子等就可以更低的價格在全國各地的市場上出售了。

研發新型凍結技術，避免冷凍損傷果蔬風味

低溫環境，可以抑制果蔬“呼吸”，延長貨架期，然而，也可能破壞果蔬的口味和營養。

孫大文介紹，大部分食品的主要成分是水，冷凍過程就是將食品中的水變成冰，并且冰以冰晶形式存在。在冷凍過程中，保住食品的口感與營養，關鍵就在于控制食品內冰晶的尺寸、大小及分布。而傳統的冷凍技術，其結晶過程是無序的。由于細胞內和細胞間液體濃度的差異，冷凍時，細胞與細胞之間會先形成冰晶，但細胞內部也有水分，如果細胞內部不結出冰晶，細胞內的水分就會慢慢遷移到細胞外，細胞就會失水，而細胞外的冰晶會越長越大，進而就會刺破細胞，破壞整個細胞結構，解凍時，細胞溶液中的很多微量元素隨著破裂而流出，果蔬的韌性、嫩度、硬度等都會受影響，因此不僅影響口感，還會降低其營養價值。

“冷凍看似簡單，但一般果蔬放進冰箱冷凍，不是變色就是解凍后色香味受損，原因就在于此。” 孫大文說。

為避免冷凍過程冰晶無序生長對果蔬細胞的破壞，孫大文和團隊從控制冰晶的生成、增長、分布入手，經過努力，成功研發了一種物理場調控冰晶生長的新型凍結技術。簡單來說，就是借助超聲波、超高壓、電場和磁場等物理場輔助冷凍方法，成功實現了在食物細胞內和細胞外都長出又小又細、分布均勻的冰晶，使細胞結構不被破壞，進而保住了食物的口感和質量。

在華南理工大學廣東省冷鏈食品智能感知與過程控制工程技術研究中心實驗室的冰箱中，至今保存著采摘于2014 年的鮮荔枝，而且，依舊色澤鮮紅。孫大文笑著說，“實驗證明，我們冷凍近五年的荔枝，吃起來依然色香味俱全。”

時至今日，冷凍食品已廣泛進入千家萬戶，但關于冷鏈食品質量不好、冷凍會令食品口感變差的說法，成為一些人不喜歡冷凍食品的原因。孫大文和團隊則用實踐證明，冷凍食品質量不好、不好吃，只是一個誤區。對此，孫大文滿懷信心，他說，“冷凍技術過關，凍得好的話，在原材料質量可以保證的前提下，冷凍食品可能比超市里所謂的新鮮食品還要好。這是因為，我們用冷凍技術保留了食品的最佳狀態。魚、肉在-18 度以下，儲存一年都是沒有問題的，前提是需要在新鮮的狀態下妥善地冷凍起來。”

執著追夢，打造農業科技創新“國家隊”

孫大文是廣東省潮安縣人，自小便立志要做一個大學老師。1989 年，他遠赴德國留學，后來又“轉道” 英國，1995 年被愛爾蘭國立大學聘為講師，后來又相繼成為高級講師，副教授，教授，直至成為愛爾蘭有史以來第一位獲得終身教授榮譽的亞洲人，圓了自己的大學老師夢。

他的研究內容也從氫能儲存項目過渡到塑料加工、農業工程、制冷項目……不斷跨界，工作不斷變化，過程異常艱辛，但也為其后來展開學科交叉研究提供了豐厚的“儲備”。

闖蕩西方世界，孫大文書寫了一份堪稱華麗的成績單。他先后當選愛爾蘭皇家科學院、歐洲科學院、國際食品科學院、國際農業與生物系統工程科學院、波蘭科學院和國際制冷科學院共六個科學院的院士。截止至2018 年7 月，僅高水平論文一項，即已在世界著名雜志和國際會議上發表了1000 篇，其中超過500 篇被SCI 收錄，SCI 的H 指數高達95，出版專著17 部。由于成果突出，還獲得了歐盟愛爾蘭政府的經費資助，成立了愛爾蘭食品冷凍及計算機化食品技術研究所，承擔了許多科研項目。

不過，他的內心始終牽掛著祖國。

孫大文曾說過：“作為一名科學家，我信奉科學沒有國界之分的道理，而作為一個中國人，我秉承報國沒有地域之別的信念。我正在盡最大的努力，將世界上最先進的技術帶回中國，加速祖國的科技發展。”

2011 年底，入選“廣東省領軍人才” 計劃的“海歸院士” 孫大文載譽歸來，回到闊別多年的母校——華南理工大學，并創建了一所高水平的現代食品工程研究中心。他從無到有，帶領團隊致力于食品無損檢測、冷凍冷鏈、熱加工等方面的研究，幫助華南理工農學學科躋身ESI 全球前千分之一，入選國家“一流學科” 建設。

在學生們眼中，他謙遜、低調，沒有一點架子，很容易親近。

可一心要為中國打造一支高水平農業科技創新“國家隊” 的孫大文，自有其嚴厲的一面。在科研上他秉持的是“零容忍” 態度，無論自己多忙，對中心所有人的論文都會一一把關，嚴格要求，乃至反復修改。自中心組建以來，孫大文帶領團隊銳意進取、屢獲佳績。根據2019 年7 月在Web of Science 網站上的檢索結果，孫大文自2011 年底進入華南理工大學工作以來，共有192 篇以華南理工大學食品科學與工程學院作為第一作者單位的論文，其中有熱點論文13篇，高被引論文38 篇，JCR 一區論文144 篇，影響因子大于6 的論文60篇。熱點論文和高被引論文數占華南理工大學食品科學與工程學院熱點論文和高被引論文數的比例分別為93%和52%，搭建團隊時，孫大文有意組建了一支多學科交叉的隊伍，可以相互激發，相互扶持。

他要求學生專注于具有挑戰性的工作，直面各類“難啃的骨頭”，不斷提升自主科研能力。“這類研究更有價值，也更鍛煉人。” 他說。據不完全統計，中心的碩士畢業前都至少會發表一篇SCI 論文，博士平均每人會發7 篇左右的SCI 論文。學生畢業后，除了繼續深造，大多進入了美的、順豐、華為等知名企業。

為培養學生的國際視野、前沿思維，孫大文還特別重視團隊的國際化建設，每年都會定期舉辦國際交流研討會，邀請食品及相關領域的國際知名學者交流互訪。

“中心是我回饋祖國的一塊基石。” 孫大文說。

也因此，他很注重將中心的工作與我國產業發展需要相結合。目前，推動“全冷鏈” 走入千家萬戶是他們工作的重點。由于我國現代化物流尚處于起步階段，缺乏專業的冷鏈物流人才，果蔬冷鏈物流成本高昂、果蔬冷鏈物流觀念淡薄、果蔬冷鏈物流中相關標準制定不夠完善…… “當前消費需求升級正倒逼冷流物流服務升級，冷鏈物流迎來了農業供給側結構性改革下的發展良機。” 孫大文說。

當前我國果蔬冷鏈不發達，加劇了果蔬經常性局部性過剩，供給側瓶頸問題突出，農民增產不增收。

孫大文說，他們團隊的工作，就是要解決“田間預冷” 和“配送” 問題，把冷鏈的“前面一公里” 和“最后一公里” 鏈接起來，打造從“田頭到餐桌” 的全冷鏈，守護食品健康安全。他和團隊正努力讓這些技術更便利化，讓普通百姓也能用上。“我們還在致力于解決國內冷鏈系統‘最后一公里’ 的問題，未來冷鏈配送終端可能會進入到社區，實現從田間采收到居民餐桌的‘全冷鏈’。” 孫大文說。

當然，逐夢路上從來不會一帆風順。

孫大文表示，在“果蔬冷鏈控制關鍵技術與裝備創制及應用” 項目推進過程中，他們遇到了不少“卡脖子”問題，他們的生產線、冷鏈系統中不少環節目前國內還供給不了，“我們遇到的最大困難，就是關鍵設備自己生產不了”。他說，雖然中國是擁有較完整產業鏈的國家，但布局上也存在“偏科”，大家一哄而上搞大數據、云計算、人工智能，“我曾被某地請去做‘十三五’ 規劃方面的咨詢，發現有些完全沒有條件的地方也在極力申請3d 打印方面的項目。” 而由于農業屬于高投入、高風險、低回報的產業，導致農業科技方面的投入嚴重不足，重視不夠。對此孫大文說，高端制造固然重要，但中國要實現制造強國戰略目標，離開農業科技、農業基礎建設這一塊顯然是不完整的。