食品界

孙大文院士在国际食品顶级期刊发表综述：调节冰晶形成以改善冷冻食品品质：材料、机制和未来挑战

近日，华南理工大学孙大文院士在食品领域国际顶级期刊Trends in Food Science & Technology (IF=15.3)在线发表题为“Regulating ice formation for enhancing frozen food quality: Materials, mechanisms and challenges”的综述，系统地阐述了冰晶调节材料及其作用机制、改善冷冻食品品质的应用现状和未来的挑战。华南理工大学孙大文院士为本文唯一通讯作者。

成果介绍

冷冻技术是目前常用的食品保存方法，能够有效地抑制新鲜食品的品质劣变并延长货架期。然而，冷冻期间冰晶的形成是影响食品品质的关键因素。一般地，不规则的大尺寸冰晶对食品结构的损伤较大，不利于食品保存。因此，探究有效的冰晶调节策略对于维持或改善冷冻食品品质具有重要意义。受耐寒生物生存策略的启发，氨基酸、糖和蛋白质等材料被发现具有良好的冰晶调节能力。由于其优异的生物相容性，他们在改善冷冻食品品质方面具有极大的应用潜力。

本综述重点阐述了冰晶形成的理论基础、冰晶调节物质及其作用机理。为了系统地总结冰晶调节物质在冷冻食品领域的研究进展，本文首先介绍了成核和重结晶的理论基础。其中，分子动力学模拟获得的微纳米尺度的原子细节丰富了现有的理论。随后，总结了氨基酸、糖、蛋白质、天然深共晶溶剂和合成模拟物等冰晶调节材料及其作用机制。此外，讨论了这些材料在果蔬、肉、鱼糜、微生物、面团、冰点等食品的品质改善效果和食品安全性考虑。最后，结合当前存在的关键问题提出了未来的挑战。

附图：

图1. 冰晶形成、冰晶调节材料及其在冷冻食品品质改善中的应用

图2. 冰晶形成的机制。（A）均相成核过程中水分子氢键网络的变化。（B）成核过程中，化学势差、成核速率、界面自由能和动力学因子随过冷度的变化。（C）经典成核理论描述的冰成核。（D）平坦界面上液滴的异相成核。（E）三种类型的冰晶重结晶现象。

图3. 冰成核蛋白（ice nucleating proteins， INPs）和抗冻蛋白（antifreeze proteins， AFPs）的冰晶调节功能。（A）冰成核蛋白InaZ的结构和冰晶调节作用机制。（B）AFPs的冰晶调节作用机制。（C）不同来源的AFPs。（D）AFPs的冰结合机制。（E）不同的抗冻蛋白模拟物。

图4. 冰晶对不同结构食品的损伤和冰晶调节物质的作用效果。（A）果蔬和肉食品原料的细胞结构。（B）新鲜的细胞。（C）冷冻后的细胞。（C）冰晶调节物质对细胞的保护作用。（D）理想的冰晶调节物质对细胞的保护作用。

参考文献

https://doi.org/10.1016/j.tifs.2023.07.013

专家介绍

孙大文（Da-Wen Sun）教授，中国致公党中央委员，中国侨联特聘专家，国务院侨务办公室专家咨询委员会委员。欧洲科学院（欧洲人文和自然科学院）院士，爱尔兰皇家科学院院士，波兰科学院院士，国际食品科学院院士，国际农业与生物系统工程科学院院士，国际制冷科学院院士。国际著名期刊《Food and Bioprocess Technology》创刊者和主编。

荣获国际农业与生物系统工程委员会（CIGR）杰出奖，英国皇家机械工程师学会“食品工程师年度人物”，凤凰卫视“影响世界华人大奖”，国际食品保护协会“冷冻食品基金会冷冻研究奖”，国际工程与食品协会终身成就奖，“CIGR荣誉主席”等多项国际大奖，2015年至2022年连续8年荣获科睿唯安全球“高被引科学家”称号。

在世界著名杂志和国际会议上发表了1000篇论文，出版专著17部，共有736篇论文被SCI收录（Web of Science统计的学术h指数为118，SCOPUS统计的学术h指数为126，Google Scholar 统计的学术h指数为150）。71篇论文入选ESI农学“高被引论文”，全球排名第一位（2020.01）。

2011年底起回到华南理工大学工作以来，迄今为止（2023年07月）在Web of Science网站上可以检索到的文章中，共有342篇是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，其中高被引论文50篇，JCR一区论文285篇，影响因子大于6的131篇。高被引论文数占华南理工大学全校和食品科学与工程学院的比例分别为11%和70%。其中2篇入选中国百篇最具影响国际学术论文，为华南理工大学唯一入选的两篇论文。

授权中国发明专利63件，美英日等发明专利10件，申请国际PCT专利9项。2019年至2022年连续四年每年培养科睿唯安全球“高被引科学家”2人。荣获2014年度广东省科学技术奖一等奖（排名第二），2016年度教育部科技进步奖二等奖（排名第一），2018年度中国轻工业联合会科学技术进步奖一等奖（排名第二），2018年度广东省科技进步奖一等奖（排名第一），2020年度安徽省科技进步奖二等奖（排名第三）。