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孙大文:站在冷冻食品研究“世界之巅”
来源:中国食品报 时间:2013-05-30 作者:李建东

  对于孙大文来说,在欧洲的教学和科研道路充满艰辛,但他坚持了过来。从德国到英国,再到爱尔兰,孙大文先后在5所高等学府任教并从事科研工作,获得了爱尔兰皇家科学院院士等一系列头衔和荣誉,在食品科学尤其是冷冻食品的研究领域,取得了举世瞩目的成就。

  【其事】

  完成两大突破,登上国际学术之巅

  真空速冷技术,提高冻结效率

  在理解真空快速冷却这项技术之前,我们不妨先来看两个小实验。

  实验一:同样的物体表面温度,但在摸一块金属和一块木头时,我们明显感觉金属比较凉。这是因为金属的导热系数很高,木头的导热系数却相对低很多,金属能很快将人体的热量取走,所以人就会感觉凉了,这包含的就是热传导的原理。

  实验二:一个人在游泳池里游泳,并没有感觉很冷,但是上岸的那一刻,会不禁打一个寒战。不是因为温度忽然降低了,而是因为身体表面的水分蒸发,带走了一部分热量。

  孙大文研究的真空快速冷却技术,正是基于这样两个简单的现象,它们包含的是不同的降温原理。

  传统上,工业界用来冷却食品的多是风冷降温方式,就是利用热传导的原理把食品中的热量一点一点带走,效率比较低。

  绝大多数食品的导热系数在0.5左右,比玻璃的0.6还低。玻璃装在窗户上用来隔热,就是利用其导热系数低的特性,而食品比玻璃的导热系数还要低,降温难度可想而知。

  而孙大文研究的真空快速冷却技术,首次采用了冷却机理完全不同的真空冷却方法,以蒸发相变的传热过程取代传统方法中以热传导传热模式为主的传热过程,由于水分的蒸发潜热很大,他所开发的新型真空冷却技术可以达到超快速冷却的效果。

  “水在从液态变成气态的过程中,会带走大量的热量,真空快速冷却就是基于这样的原理。”孙大文介绍说,与常规的工业界冷却方法相比,这一技术将效率提高了4到10倍。

  超声波辅助冷冻,提升产品品质

  除了快速冷却技术之外,孙大文研究的另一项技术被他称为“非常规冷冻技术”,其中最关键的技术是超声波辅助冷冻。这项技术可以通过超声波控制冷冻过程中冰晶的形成,大大提升产品品质。

  “比如冰淇淋,如果是在冰箱里冻结,吃起来会很硬,这就是因为冰晶长得太大了,破坏了细胞的结构。”孙大文告诉记者,冷冻食品质量最关键的就是控制冰晶的大小。

  如果冰晶在细胞之间长得比较大,就会压迫细胞,而在细胞内部没有冰晶,细胞壁内外就会形成压力差,水分就会逐渐从细胞内部迁移出来,冻结到外面的冰晶上。细胞外部的冰晶越结越大,内部的水分损失越来越多,进而影响产品口感。同时长大的冰晶还会刺破细胞壁,导致汁液流失。

  在冷冻过程中,如何控制冰晶的形成,成为孙大文研究这项技术的关键。

  据孙大文介绍,食品里面可以结晶的水分是一定的,如果在结晶的过程中只形成几个冰晶,那大量的水分就会附着在这些冰晶上,使它们越长越大。但是如果能一下子形成很多很多的冰晶,那么每一个都长不大,也就不会破坏食品的细胞结构。

  “冰晶的形成,都是从晶核开始的,想方设法让它有很多的起晶点,就会在上面形成许许多多细小的冰晶。”孙大文首次将超声波技术应用于食品冻结过程中,加速晶核的形成和控制冰晶体的分布,从而在冻结过程中快速获得了细胞内外大小均等的细小冰晶分布。

  但理论上存在的问题是,超声是发热的,而冰晶的形成则必须把热量取走。目前,孙大文开发的技术可有效控制超声波产生的热量,使其降到最低。

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