食品界

华南理工大学孙大文院士课题组：用于生物制品常温运输的纳米复合水凝胶包装

近期，华南理工大学现代食品工程研究中心孙大文院士团队在国际期刊《Food Chemistry》（影响因子：8.8）发表了题为“Minimizing polyphenols and enzymes degradation using hydrogel packaging with combined evaporative and daytime radiative cooling functions during ambient transportation”的研究性论文（DOI：10.1016/j.foodchem.2023.137804），首次提出了一种通过高效太阳反射和辐射/蒸发效应的水凝胶包装技术用于生物制品的常温运输。华南理工大学孙大文院士为本文唯一通讯作者。

全球市场对包括疫苗、抗体、酶、多肽和多酚在内的生物制品的需求不断增加。但是，由于传统的冷链运输造成了巨大的经济负担，在中低收入国家和地区，生物制品通常在没有温控系统甚至暴露在阳光的情况下运输，导致其效力降低。因此，开发一种新型的非电力依托的制冷技术变得尤为重要。

在该研究中，研究人员通过浇铸的方式合成了适于西林瓶尺寸的纳米复合水凝胶包装（图1）。以丙烯酰胺（PAAm）和聚乙烯醇（PVA）为水凝胶单体，ZrO₂和PTFE 纳米颗粒（NPs）为光谱调节剂，通过自由基聚合反应合成了NPs@PAAm/PVA水凝胶包装。NPs@PAAm/PVA具有高太阳反射率和高大气发射率，吸水后可实现日间辐射和蒸发制冷耦合效应（图2）。以装有花青素溶液的西林瓶为研究对象，通过连续三天的户外实验评估NPs@PAAm/PVA对西林瓶的制冷性能和花青素的保护效率。实验结果发现，在白天空白组的温度在32.7℃至41.9℃之间波动，在晚上则在27.9℃至31.6℃之间波动，然而经过NPs@PAAm/PVA包装处理的西林瓶全天温度稳定在26.5至29.5℃的区间（图3），证明了NPs@PAAm/PVA能有效减少太阳辐射的影响并稳定温度。经过24小时的户外贮藏，空白组的花青素含量下降了79.3%，然而NPs@PAAm/PVA组的花青素含量仅下降了9.4%（图4），证明了NPs@PAAm/PVA能有效减少生物制品常温运输的效力损失。总之，本研究所构建的纳米复合水凝胶包装通过高效的太阳反射和辐射/蒸发效应展现了在生物制品常温运输方面的应用潜力，以期促进食品、能源、材料等领域的相关研究与应用。

附图

图1. 纳米复合水凝胶的制备示意图及其对应的表征

图2. 纳米复合水凝胶的光谱特性及其理论制冷功率的计算

图3. 连续三天的室外实验评估纳米复合水凝胶的制冷性能。（a）温度的监测，（b）水凝胶包装的含水量监测，（c）环境湿度和太阳光强度的监测，（d）平均温度。

图4.（a）装有花青素溶液西林瓶经过不同处理的室外实验照片。（b）不同处理的花青素含量变化。

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.137804

通信作者简介

孙大文（Da-Wen Sun），男，广东省潮州人，中国致公党第十四/十五届中央委员，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）（Academia Europaea）院士，爱尔兰皇家科学院（Royal Irish Academy）院士，波兰科学院（Polska Akademia Nauk）外籍院士，国际食品科学院（IAFoST）院士，国际农业与生物系统工程科学院（iAABE）院士，国际制冷科学院院士。施普林格国际著名期刊《食品与生物加工技术》（Food and Bioprocess Technology）创刊者和主编（SCI一区，影响因子=5.8）、泰勒弗朗西斯集团《现代食品工程》 (Contemporary Food Engineering) 系列丛书创始主编、国际农业工程委员会（CIGR）主席（2013-2014）和荣誉主席、国际农业与生物系统工程科学院（iAABE）创院院长。现任华南理工大学教授，博导，现代食品工程研究中心主任；广东省农产品智能冷链物流装备工程实验室主任、广东省冷链食品智能感知与过程控制工程技术研究中心主任、广东省现代食品工程国际科技合作基地主任、广东省食品智能质控与过程技术装备国际暨港澳台合作创新平台主任、广东省现代农业（农产品无损检测及精深加工）产业技术研发中心主任、广东省农产品品质智能感知与精准控制现代农业科技创新中心主任、广东省农产品保鲜物流共性关键技术研发创新团队首席科学家、广州市农产品智能感知与品质控制重点实验室主任；爱尔兰国立都柏林大学（UCD）食品和生物系统工程终身教授。

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年连续八年荣获科睿唯安全球“高被引科学家”称号，并位居美国斯坦福大学“全球前2％科学家”排名中国食品科学与工程入选的三百多位学者名单的第一位。

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700多篇论文被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）。特别是在高光谱成像、计算机视觉、真空冷却、超声波辅助冷冻和CFD模拟等方面的论文已经成为其他研究者的经典参考文献。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。

主持国家“十二五”科技支撑计划项目，国家“十三五”重点研发专项，国家国际科技合作专项，国家自然科学基金，东西部合作重大项目，广东省科技厅，农业农村厅，教育厅等科技计划项目，广州市科技计划项目，企业合作项目等四十多项。授权中国发明专利77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），2016年度广东省科学技术奖三等奖（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）。