聚焦科研 | 农产品超级冷链与精深加工工艺与装备开发

发布时间：

2023-10-26

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科研负责人介绍

张信荣

北京大学工学院教授、博士生导师

北京市城市热管理工程技术研究中心主任

北京能源学会会长

主要研究方向为超/近临界流体动力学与传热、微纳米粒子相变传热、天然工质CO2跨临界冷、热转换与利用、果蔬农产品能质输运与品质控制、跨临界CO2朗肯发电热力学循环及热冷电联产热力学循环等。作为第一负责人主持了国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目、国家科技支撑计划课题等国际、国家及省部级课题30余项。获得国际学术奖8项，学术论文获奖14项，其中国际会议论文获奖8项，国内会议论文获奖6项；获得北京市科技进步一等奖、中国制冷学会科学技术进步一等奖等。在国际期刊发表论文180余篇，授权和申请专利70余项。担任International Journal of Energy Research 副主编及International Journal of Global Warming 等四个国际期刊编委，《制冷技术》、《储能科学与技术》编委。入选全球前2%顶尖科学家“生涯影响力”与“年度影响力”榜单，2014-2022年连续9年Elsevier能源领域中国高被引学者。

01 冷链市场“热”起来，高品质农产品真“香”

我国是世界上农产品产量和消费量最大的国家，近年来，国家高度重视农产品的全程冷链物流与精深加工产业。2018年12月29日，农业农村部、国家发展改革委等15部委联合发布《关于促进农产品精深加工高质量发展若干政策措施的通知》，提出加大果品、蔬菜、茶叶、菌类、中药材、畜产品和水产品等营养功能成分提取开发力度，以满足需求为导向，不断增加营养均衡、养生保健、食药同源的加工食品和质优价廉、物美实用的非食用加工产品的市场供应。深入实施农产品精深加工提升行动，加快新型非热加工、新型杀菌、高效分离、节能干燥、清洁生产等技术升级，采取先进的提取、分离与制备技术，加快推进秸秆、稻壳米糠、麦麸、油料饼粕、果蔬皮渣、畜禽皮毛骨血、水产品皮骨内脏等副产物综合利用，开发新能源、新材料、新产品等。这些对于促进农产品精深加工高质量发展，对于农业提质增效、农民就业增收和农村一二三产业融合发展，推动农产品加工技术装备提升，实施乡村振兴战略，保持国民经济平稳较快增长，都具有十分重要的意义。

江西省作为我国的农业大省，培育了粮食、畜牧、果蔬、水产等四大千亿元产业，农产品加工业产值与农业总产值比达到2.2:1，但由于传统的农产品冷链多采用氟利昂类工质，其能效低、对环境破坏大。同时，在冷链过程中注重的只是将农产品冷下来，没有很好地兼顾在冷链过程中与品质的耦合关系，使得我国农产品流通的腐损率高达30%以上，远高于发达国家水平（发达国家的冷链腐损率最低可达5%左右），不但造成大量浪费，更不利于国家提出的“双碳目标”。因此发展低耗、绿色、高品质的农产品冷链以及加工，对于实现国家“双碳”目标，支持农村农业产业兴旺，进一步满足消费者对高品质产品的消费需求，具有十分重要的意义。

此外，江西省也是我国重要的中药材产地。在2016年2月3日,习近平总书记到江西考察江中药谷制造基地时指出：中医药是中华文明瑰宝，是5000多年文明的结晶，在全民健康中应该更好发挥作用。有数据显示，我国中医药工业总产值与国际高端市场占有率严重失衡，2017年中医药约占整个医药产业工业总产值的1/3，国际市场占有率却不足8%。究其原因，传统中药材采用的不恰当的干燥加工方法，导致大量药用成分流失，降低了中药材的品质质量和药效。同时，干燥过程中采用了燃煤等化石能源作为干燥热源，从而造成严重的环境污染，与我国现有的节能减排目标以及中长期碳排放、碳中和目标相冲突。因此，研究和发展新型中药材的低温干燥工艺，以及干燥过程中的低碳、环保干燥能源供给技术，实现精准、低耗、绿色的中药材低温干燥技术，不仅对提升中药材干燥加工的质量、获取高价值的药用成分以及开发新的药用产品有着重要意义，对降低中药材加工过程中的能耗，实现中药材干燥加工产业的碳中和，提升中药材的利用率及应用、经济价值也非常重要。

02 概念简析 什么是超级冷链及精深加工

超级冷链，是北京大学南昌创新研究院（以下简称北大南昌院）超级冷链及农产品精深加工工艺项目团队负责人张信荣教授首次提出的概念（如图1），通过对农产品微观、介观、宏观跨尺度能质输运机理及与农产品品质耦合效应的研究，阐明蓄冷传热与农产品贮藏物流关联规律。

图1 超级冷链理论框架图

精深加工，是通过对分子细胞脱水、低温萃取、低温研磨的多尺度研究，从多个角度解析农产品、中药材的能质输运机理与特性，为农产品及中药材高品质、低能耗的精深加工提供坚实的理论基础。

03 科技赋能产品驱动

针对果蔬、中药材等生鲜农产品运输中的品质裂变问题，以及加工品质低、能耗大、污染重等问题，北大南昌院项目团队重点开展农产品（包含果蔬、中药材）采后冷链物流、低温干燥、高效萃取、超微研磨等领域的机理研究和工程化装备开发，基于农产品冷链与加工过程的能质输运机理与品质、冷链与加工环节的节能环保耦合关系，全产业链系统研发贮藏物流与高附加值精深加工技术体系与装备，打造高品质、低能耗、环境友好的农产品超级冷链与精深加工产业链。

目前，项目团队自主研发设计的果蔬压差预冷与变温贮藏一体机已投入使用，不仅可以实现快速将果蔬进行预冷，而且可以实现改变果蔬保鲜过程中的低温与高温环境转换贮藏，并通过低温、高温的转换，改变果蔬表面微生物的生存环境，以解决微生物污染而导致的果蔬贮藏期短和腐败问题。

4 道阻且长 行则将至

超级冷链及农产品精深加工的产学研成果转化道阻且长，但事虽难，做则必成。在一次次技术研讨会、实地调研、企业交流和研发人员的攻坚克难下，北大南昌院冷链研发擎绘渐进明晰。未来，北大南昌院将紧紧围绕国家冷链战略需求，瞄准市场痛点，充分发挥北京大学科技、人才优势，促进科技成果转化落地，为我国超级冷链及农产品精深加工研发与精深加工答卷添上精彩一笔。

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2023-11-23