孙大文院士:“僵尸肉”照一下就现形—新闻—科学网

 
作者:徐艳 吴抒颖 来源:南方都市报 发布时间:2015/8/6 9:15:18
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孙大文院士:“僵尸肉”照一下就现形

 

用高光谱成像检测设备可以看到,随着腌制时间增加,肉品盐分含量逐渐增加,颜色由黄绿变蓝色(图●)。肉品水含量减少,颜色由红色渐变到黄绿色(图●)。

孙大文院士。

孙大文院士团队一年前冷冻的荔枝外壳仍保持红色。

高光谱成像无损检测设备在扫描一个梨子。

TA们是谁

孙大文院士团队

●华南理工大学现代食品工程研究院成立于2012年,团队成员包括孙大文院士、曾新安教授、高文宏副教授、朱志伟博士、王启军博士、韩忠博士、蒲洪彬博士。主要研究方向包括高光谱无损检测、新型冷冻技术、农产品加工与储藏、非热加工技术以及果酒果醋酿造技术等。

在华南理工大学现代食品工程研究院,一串荔枝的旅程可以是这样的:它们一颗一颗排成队通过一条无损检测的小型生产线,有“内伤”的被剔除,健康的被留下来,经过超高压冷冻后放入冰柜,一年后拿出来壳还是红色的。冬天里吃一颗红壳荔枝,在这里已经成为现实。

上述过程说起来简单,其实包含了华工现代食品工程研究院的高光谱成像食品无损快速检测、新型食品冷冻等多项研究。类似旅程不仅发生在荔枝身上,鱼、肉、蔬菜、水果……这些寻常食物都是他们的试验对象。对“吃货”们来说,这里做的研究是让食物如何更加安全和美味。

至于近期舆论关注的“僵尸肉”,通过无损检测设备,用高光谱成像设备照一下就会现出原形。就连一块肉是解冻过一次还是两次,在高光谱成像设备检测下也能识别出来。

为什么冰激凌融化再冻就不好吃

2015年7月30日下午,广州大学城华南理工大学B 8栋,欧洲人文和自然科学院、爱尔兰皇家科学院院士孙大文从实验室的普通冰柜里掏出两袋真空包装的冻虾,“看看它们有什么区别?”

“红色那袋是煮熟后冷冻的,灰色那袋是鲜虾。”“对,在超市看到的通常是红色这种,一般看不到这种浅灰色的虾,因为传统冷冻技术无法较长时间储藏冻虾。”

孙大文再拿出一袋真空包装的荔枝。“这是一年前冷冻的,到现在还没有褐变,外壳还是红色的。”

早在爱尔兰都柏林大学任职期间,华工毕业的孙大文就开始研究新型冷冻技术,他率先涉足的超声波冷冻技术逐渐成熟,现在带领着同是“海归”的朱志伟等人研究超高压、超声波、磁场和电场冷冻技术。这四种技术的研究难度依次递增,不同技术适用于不同形态的食品,而最终的目的都是为了控制冰晶的形成。

“你在超市可以发现,超市的冷冻食品通常是速冻虾、速冻饺子或速冻青豆,都是小颗粒状的食物。”孙大文团队研究用新型技术冷冻食物,尽量保持食物的质构不受破坏,使其口感、韧性等尽量保持水准。而关键就在于控制食品内冰晶的尺寸、大小及分布。

什么是冰晶?大部分食品主要成分是水,冷冻过程就是将食品中的水变成冰。冰以冰晶形式存在,最先形成于细胞与细胞的空隙间。但细胞内部也有水分,如果细胞内部不结出冰晶,细胞内的水分就会通过细胞膜、细胞壁慢慢迁移到细胞外,使细胞外的冰晶越长越大,细胞就会失水,导致细胞结构在冷冻过程中受到破坏。

冰晶可能会刺破细胞壁、细胞膜,导致汁液流出,不仅影响食品的风味,还会降低其营养成分。经过常规冷冻方法处理的冷冻食品,解冻时会有很多汁液流出,就是这个原因。孙大文表示,这也是为什么很多人认为冷冻食品营养价值不如新鲜食品的原因。

由于细胞结构已经受到破坏,质构被改变,新鲜食品可能具有的脆、韧劲和嚼劲等口感也将不存在。为什么冰激凌融化后再冻一次就会很硬、很不好吃?就是因为冰晶没长好。

H O LD住冰晶 冷冻食品口感更好

控制冰晶的大小,让食物内部长出又小又细、分布均匀的冰晶,就能够使冷冻食品的质构接近新鲜食品。“要想方设法形成很多起晶点,而且让冰晶在细胞内和细胞外同时形成,在这种情况下冰晶就会长不大。”

如何才能形成很多起晶点呢?孙大文团队用的方法是超声波、超高压、电场和磁场冷冻法。

前文所述的荔枝,就是通过超高压冷冻法进行冷冻的。研究人员将荔枝放在超高压设备中,先加压降温冷却至-20℃左右,然后迅速解除压力至常压,此时会瞬间产生大量细小均匀的冰晶。荔枝一旦结成了这种理想的冰晶,就可以放在常规冰柜或者冰箱中冷冻保藏,解冻时荔枝的细胞状态就能接近新鲜荔枝。

团队成员朱志伟介绍,电场、磁场冷冻技术比超高压冷冻术更前沿,但目前还没有特别成熟,只能冷冻很小块的食品。

曾在国外生活20多年的孙大文说,国外一些超市几乎1/3的食品柜台都被冷冻食品占据。国内老百姓不容易接受冷冻食品,部分是因为认识有误区,部分也是因为我国冷冻食品起步较晚。其实在技术条件成熟的情况下,冷冻食品的质量不会比新鲜食品差。

他进一步解释,食品刚采摘下来或是屠宰过后,它的新鲜度在运输与贮藏的过程中一直在下降。冷冻食品则可以在采摘或者屠宰后的第一时间把食品冻起来,相当于把食品的新鲜度固化。在低温条件下,食品的质量几乎不发生变化,在长时间的运输中如果一直保持冷冻状态,食品的质量也不会受到太大影响。等到达消费者手里,食用前把食物解冻,相当于把之前固化的新鲜度“释放”出来。

那么,采用了新型冷冻技术保存的冷冻食品,很多年后还能食用吗?孙大文表示,食品在冷冻过程中质量并非不衰减,只是衰减过程非常缓慢。食品在-40℃的时候通常能够储存几年,但不宜放太长时间,放置了几十年的冷冻食品可能存在很多微生物。

能“透视”食品成分的高光谱成像

既然“僵尸肉”不能吃,怎么才能辨别它?在孙大文团队的实验室里,通过无损检测设备,在不切开肉的情况下就可以识别是不是“僵尸肉”。实验过程中,要检测的内容比判定一块肉是否“年轻”要复杂得多,而且不同食物要建立不同的数据模型,辨别一块肉和一颗荔枝的难度系数也不同,团队成员每攻克一种食物几乎都可以产生一篇学术论文。

无损检测指的是对样品没有损伤的一种检测方式,不需直接接触食物,因此可以直接用于生产过程,在生产线上在线检测。在华工大学城校区的实验室,一条小型生产线可以自动识别食物是否符合品质要求,它不仅能识别荔枝的质量,还能对不同类型的大米进行分类。

这种技术的核心是“高光谱成像”,是结合传统的二维成像技术与光谱技术的一门新兴技术。SCI中与这种技术相关的论文有400多篇,孙大文院士团队就贡献了100多篇。

孙大文举了一个例子,来说明传统成像技术和高光谱成像技术的不同。“传统成像技术,如手机拍照,拍出的照片能呈现颜色、尺寸与形状等信息,然而从照片中没法直接得知物品的内在构造。比如我拍你,能知道你穿了一件蓝色的衣服,但不知道这件衣服是什么材料做的。”用传统成像方式检测食品外观,应用已经十分广泛,但无法得知食品具体成分,存在局限性。而传统的光谱检测法又只能检测“均质”的物体,比如一瓶饮料。如果是非均质物体,如一颗荔枝或一个苹果,它就得一个点一个点地检测,费时费力。高光谱成像技术将光谱技术“糅”到成像技术,既能检测外观又能了解成分。

“如果用这种高光谱成像技术拍照,不仅能知道你穿的是蓝色衣服,还能知道这件衣服是什么料子做的,连你面部的水分含量都可以得知。”孙大文说,这种检测方式用于食品上非常安全,在世界上属于前沿技术。

选出褐变慢的荔枝运往较远地方

在华工,孙大文团队已经建成无损检测示范检测线,能实时在线检测。高光谱进行荔枝内部品质(可溶性固形物,pH )的预测,相关性达到90%以上。例如针对荔枝容易褐变的问题,这套系统可以分析出荔枝褐变的“潜能”,将褐变慢的荔枝运往较远的地方销售。

这种检测技术还可以区分解冻后的“冷冻肉”和“冷鲜肉”。实验室图片显示,解冻过一次和解冻过两次的肉,其光谱指纹信息是不同的。

高光谱成像检测技术对食品成分的分析研究已经相对成熟,孙大文团队着重拓展其应用范围。例如应用于检测食物的新鲜度、微生物的分类甚至农药残留或食品添加剂等,理论上这些目的都有可能实现,但由于每张图像都包含大量信息,如何从冗杂的信息中提取有效信息,背后需要强大的数据库和科学的算法支持。

因此,这项研究的难点在于数据挖掘与分析,因为高光谱图像中有大量数据是无效的。如何建立起一个抗干扰能力强的分析模型,是这项技术能够应用于实际工业生产中的关键。“这好比找金矿,大部分情况下挖到的都是石头,而金子是极少数的存在,数据挖掘与分析的过程就像找金矿一样”,孙大文说。

无损检测也是孙大文团队投入人力最多的研究部分,有将近20人。蒲洪彬博士透露,团队正在研发手持无损检测仪。未来可能造出手持式的无损检测仪,消费者可以带着仪器去超市实时检测食品。“到时候连是不是土鸡,都能帮你测出来”,他解释,因为土鸡和饲料鸡肉的光谱指纹信息不同,检测仪有能力进行识别。

计算从种子到餐桌的碳排放情况

在孙大文的团队里,不同的组合在攻克不同的技术难题。无损检测技术要研究建立各种食物的数据模型,以期检验食物的好坏;冷冻技术则着重食物的储藏保鲜,真空冷却技术可以延长食物的货架期;微波烹饪技术试图把微波炉变成“小型厨房”,加工出可口的饭菜,已经有部分技术应用于市场。

长期以来,国内消费者对微波食品都存在疑虑,认为它们不安全。孙大文团队做了大量实验来测试微波食品的致癌性,将经过微波加热至不同温度条件下的猪里脊肉样品送给第三方检测9种杂环胺类物质。中国广州分析测试中心的检测结果表明,在相同温度条件下,微波加热产生的杂环胺含量远低于烧烤和烘烤加热方式。

但传统微波炉的解冻方法确实存在受热不均的问题。孙大文团队针对这种情况开发了-1℃解冻技术,将解冻的温度精准锁定在-1℃左右,保证了解冻的均匀性。“在这种技术下解冻出来的肉,虽然还是硬的,但可以切得动,能切出漂亮的切面。”孙大文介绍,这实际上也是新型冷冻技术的延伸研究。

团队里还有一项被孙大文称为比较“玄乎”的研究:食品低碳工程,指食品包括生产、加工、包装和消费在内的各个主要环节建立具有最小温室气体输出的体系。孙大文表示,整个食品生产链的碳排放占全球碳排放总量的1/3。现在每台电器譬如冰箱,出厂时都会在显眼位置标明能耗。以后食品领域也可能会建立起这种体系。

孙大文在这方面的研究位于国际领先地位,第一篇有关低碳食品体系的系统性论文就是由他发表。他表示,目前团队主要研究食物在冷冻过程中的碳排放情况,理想情况是计算出从埋下一颗种子到走上餐桌整个过程的碳排放。

最新成果

●将高光谱无损检测技术应用于水产品新鲜度和物理指标的检测,发表了一批高水平的学术论文,获多项专利;

●基于对新型冷冻技术的研究,开发相应的冷却冷冻装置,取得了很好的科研成果;

●开展对冷冻单元操作的碳足迹计算工作,发表了相关的国际权威的论文;

●优化了果酒果醋的酿造工艺,获多项专利。

高阶“吃货”须知

冷冻食品不好吃?

因为冰晶没长好

冷冻的过程就是将食品中所含的水变成冰,冰以冰晶形式存在,最先形成于细胞与细胞的空隙间。但细胞内部也有水分,如果细胞内部不结出冰晶,细胞内的水分就会通过细胞膜、细胞壁慢慢迁移到细胞外,使细胞外的冰晶越长越大,细胞就会失水,导致细胞结构在冷冻过程中受到破坏。

冰晶可能会刺破细胞壁、细胞膜,导致汁液流出,不仅影响食品风味,还会降低其营养成分。经过常规冷冻方法处理的冷冻食品,解冻时会有很多汁液流出,就是这个原因。

由于细胞结构受到破坏,新鲜食品可能具有的脆、韧劲和嚼劲等口感也将不存在。为什么冰激凌融化后再冻一次就会很硬很不好吃?就是因为冰晶没长好。

肉类解冻过几次?

光谱指纹能查出

传统成像技术和高光谱成像技术有何不同?传统成像方式检测食品外观应用已经十分广泛,但由于它无法得知食品的具体成分,因此存在局限性。而传统的光谱检测法又只能检测“均质”的物体,比如一瓶饮料。如果是非均质物体,如一颗荔枝或一个苹果,检测就费时费力。而高光谱成像技术将光谱技术“糅”到成像技术中,既能检测外观,又能检测成分。

例如针对荔枝容易褐变,该技术可以分析出荔枝褐变的“潜能”,将褐变慢的荔枝运往较远的地方去销售。这种技术还可以区分解冻后的“冷冻肉”和“冷鲜肉”,解冻过一次和解冻过两次的肉,光谱指纹信息不同。

微波食品不安全?

致癌物低于烧烤

长期以来,国内消费者对微波食品都存在疑虑,认为它们不安全。对此,孙大文团队做了大量实验测试微波食品的致癌性,将经过微波加热至不同温度条件下的猪里脊肉样品送给第三方检测9种杂环胺类物质。中国广州分析测试中心的检测结果表明,在相同温度条件下,微波加热产生的杂环胺含量远低于烧烤和烘烤加热方式。

策划:任天阳 王海军 田霜月

统筹:冯巧 陈实 薛冰妮 贺蓓

采写:南都记者 徐艳 实习生 吴抒颖

摄影:南都记者 冯宙锋 实习生 肖睿弘

出品:南方都市报科学新闻工作室(原标题:“僵尸肉”照一下就现形 荔枝冻一年壳还是红的 华工孙大文院士团队研究食品检测和冷冻新技术,将开发能查食物成分的手持检测仪)

 
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2016/8/13 14:38:33 wms198704
要是开发成APP,安装在手机上,那我们去超市买东西时就可以扫一扫了
2015/8/7 8:16:10 dearmaximus
其实就一条,谁卖这种肉就判谁20年徒刑,家庭财产充公。
2015/8/7 1:18:06 bairuizheng
这种方法只能测量表面层的成份,除非是红外谱能穿透一定厚度,那检测食物一个样的成本实在太高,况且还要很专业的认识分析比对,此发不能实际普及。
2015/8/6 15:39:50 gdn
“僵尸肉”本身就不是一个规范的用词。
2015/8/6 14:27:16 zhtiantao
每个人都买来检测吗?完全不符合实际,只能加强执法监督才是正事,老百姓没那么好的眼力
目前已有10条评论
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