国奖解读|彭彦昆:让生鲜肉品质检测只需“扫一扫”

何志勇 2018年01月12日 报道 浏览次数:

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进入2018年,工学院彭彦昆教授从海外归国来到中国农业大学走过了整整十年。

1月8日,国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂召开。万人大礼堂灯火辉煌,坐在第七排的彭彦昆,近距离见证着习近平总书记等党和国家领导人向获奖代表颁奖。这个光荣的时刻,同样也属于自己——

他领衔的“生鲜肉品质无损高通量实时光学检测关键技术及应用”项目,通过十年攻关,取得了一系列原创性成果,获得2017年度国家技术发明奖二等奖。

“当前,我国发展站在新的历史起点上,推动经济高质量发展,满足人民日益增长的美好生活需要,”空阔的大礼堂里,李克强总理鼓励科研工作者们继续努力:“面向增进民生福祉,开展重大疾病防治、食品安全、污染治理等领域攻关,让人民生活更美好。”

“十年工夫没有白费,”彭彦昆激动而心慰,在人们对食品质量安全越来越关注,对生鲜肉品质提出了更高要求的今天,“我们团队的研究也为‘人民生活更美好’做出了一份贡献。”

无损快检保肉类安全

我国是全世界最大的肉品产销国,2016年肉品总产量约8364万吨。随着经济快速增长,生活水平显著提高,市场对猪肉、牛肉、羊肉等生鲜肉的需求量不断增加,同时,消费者对生鲜肉的质量安全越来越关注,对品质要求也越来越高。

但是,生鲜肉产销链中出现腐败肉、注水肉等劣质肉产品的现象却时有发生,严重危害了广大消费者的健康。

传统的生鲜肉品质检测方法主要有两种:一是感官评定法,二是理化分析法,但这两种方法都存在一定局限。

感官评定法对评定人员的技术水平和经验有很高的要求,评定结果也很容易受其专业水准的影响,人为误差相对较大。

“理化分析法虽然准确率大大提高,但也存在耗费时间长,样品采集有局限,检验过程对样品有破坏性,检测结果有滞后性等缺憾,”彭彦昆介绍说,理化分析法首先是采样,然后拿到实验室进行检测,在这一过程中,通常需要绞碎或其他检测前处理,不能保存样品的完整性。而且,这样检测通常要等待数小时甚至几天才能获得结果。

“由于这种方法对样品有破坏且无法实时检测,对大批量样品检测时,通常只抽查,而无法对所有样品逐一检测和筛选。”彭彦昆解释,理化分析法在具体操作中,很容易出现漏检的情况。

为了破解肉品检测长期存在的前处理过程繁琐、测试时间长、在线快速的新鲜肉判定及品质分级困难、严重缺乏智能检测装备等国内外共同关注的技术瓶颈难题,彭彦昆领衔的“生鲜肉品质无损高通量实时光学检测关键技术及应用”项目以主要家畜生鲜肉的食用品质为检测对象,在多项国家重点研发计划支持下,历时十年,开展了无损高通量实时检测新方法、核心关键技术、系列新型检测装备的研究,取得了一系列发明创新成果。

无损是指无损伤非接触,检测过程对样品没有破坏,不需要实验前处理;检测速度也大大提高,检测结果即刻知晓。这些,为这一技术在肉类生产加工流水线上的应用奠定了基础,也大大提高了检测效率和准确率,能有效提升生产效率、保障食品安全。另外,这一技术也能用于肉品质量安全监管部门。

彭彦昆教授在无损快检设备试验现场

无损快检的发明创新

1月1日,《牛肉大理石花纹检测装置》(JB/T 13261-2017)、《牛肉嫩度光学无损检测装置》(JB/T 13262-2017)、《猪胴体背膘厚度测量装置》(JB/T 13266-2017)、《猪肉新鲜度光学检测装置》(JB/T 13267-2017)四项食品机械行业标准正式施行。

这些行业标准的制定者,正是彭彦昆和他领导的科研团队,这些标准的基础,也正是团队研发的多个检测装置和仪器的经验集成和应用反馈。

彭彦昆介绍说,“生鲜肉品质无损高通量实时光学检测关键技术”,主要实现了三大发明创新:

——揭示了生鲜肉的光散射规律特征及其与品质属性的关系,发明了基于细菌总数的生鲜肉剩余货架期的无损预测方法,实现了可食用新鲜肉的无损快速判定。发现了生鲜肉内部光的2个重要散射规律,探明了物理属性用洛伦兹函数表征,生物属性用冈珀茨函数表征;提出了从扩散轮廓求取峰值、宽度、斜率和渐近值4个散射特征参数的方法,构建了多元散射特征光谱,拓展了肉品的独立特征参数数量,实现了生鲜肉细菌总数及剩余货架期的无损实时定量预测,细菌总数的预测相关系数可达0.96,剩余货架期的预测正确率大于95%。

——发明了生鲜肉品质无损高通量实时光学检测的特征图谱建模关键技术,建立了定量预测模型及模型库,实现了多品质参数的同时高通量、实时快速、定量检测及精准分级。突破了生鲜肉光学信息的快速获取、特征图谱动态辨识和解析、双波段融合等技术难点;通过大样本试验建立了生鲜肉主要品质参数(水分、嫩度、挥发性盐基氮、脂肪、蛋白质、背膘厚、大理石花纹等)的18个定量预测模型及6个多品质同时检测模型库,各参数预测相关系数均在0.92-0.96之间,实现了基于国家标准的注水肉判定、生鲜肉品质检测及分级。

——创制了生鲜肉品质参数的无损高通量光学检测的移动式、在线式、便携式等系列装备,实现了生鲜肉食用品质的在线和现场实时检测。针对生鲜肉产销链环节的不同需求,研发了8个系列检测装备,包括细菌总数检测、多品质参数同时检测、胴体背膘厚和大理石花纹在线分级等装备。移动式检测速度为0.74秒/检测点、在线式为1-3个样品/秒、便携式为3-4秒/样品,检测正确率为92%-100%,相对误差≤4%,技术参数均满足实时在线检测实际需要。

有了“生鲜肉品质无损高通量实时光学检测关键技术”,肉类检测只需“扫一扫”,手持检测设备对生鲜肉一扫描,立刻就能给出准确的检测结果。

有了这一技术,在生鲜肉的实际检测尤其是肉质品工业化生产线上效益更加明显:速度快,实时检测出不良产品,避免了售后召回;大量节省人力,成倍提高生产率;检测率高,避免人工抽样的漏检现象;不破坏样品,降低因检测而产生的经济损失。

彭彦昆团队的这一成果,正在实现对屠宰前、中、后三个环节的无损快速检测,保障家畜禽肉产品加工、销售全过程高效、安全监控,已经在我国主要肉品企业得到了推广和应用。据不完全统计,近3年来这一检测技术的应用,已经实现新增销售额约19739万元、新增利润约9297万元;近3年综合经济效益(含节支降耗等)10.66亿元。

与此同时,这一技术也在食品卫生、市场管理等国家行政监管部门得到了应用,先进实用高效的检测手段,大大提高了监管效率及检测技术水平,保障食品安全,社会效益显著。

未来检测的“智能化”

长期在国外工作、生活,2007年回国后的耿直“山东大汉”彭彦昆在很长一段时间,并不太适应国内的环境。

1991年初,彭彦昆东渡日本求学,攻读博士学位期间,他运用声波干涉原理开发了一个能动噪音控制(ANC)系统,有效降低了农业机器操作者头部附近噪音。1996年,这一成果在日本农作机械会上展出,引起极大关注。如今,这项技术及相关技术已经广泛运用在汽车生产当中,被誉为“远离嘈杂的静心之作”。

1997年,彭彦昆主要承担日本国家重大项目,在国际上率先研发了环境可控的昆虫生产工厂(IPF),并创新了一种全自动检测控制系统,使不受自然环境影响、全天候由昆虫生产人类所需有用材料变为可能,这一成果发表在日本农业机械学会年会上,1999年获得蚕丝科学技术进步奖。

2000年,彭彦昆飘洋过海远赴美国工作。他先后承担了美国农业部、美国国家卫生研究所等多项重点项目,涉及水果内部品质属性的红外线非破坏检测系统的开发、活性肌肉阶跃激励的收缩速度和动态特性的检测、食品感知特性的电子扫描系统开发等。这些研究成果发表了数十篇高水平论文、获得了多项奖励,被美国各种媒体报道,成为农业与生物工程领域的知名学者。

……

凡事有弊也有利,国外的科研工作为彭彦昆在国内的科研工作开阔了视野,也激发了新的灵感;国外生活中克服内心孤独,以苦为乐的经历,又让他能够“放下”一些东西。

“人生有几个十年啊?!”尽管经历波折,但回想回国工作的这十年,彭彦昆并不后悔:“祖国的发展、故土的召唤是我回国的原动力!”而这十年当中,能用自己所学为国家发展做出自己的贡献,也是他最大的愿望。

如今,“生鲜肉品质无损高通量实时光学检测关键技术”项目已经获授权发明专利32项、实用新型24项,登记软件著作权22项,出版中英文专著3部,发表论文151篇(其中SCI/EI文章111篇),获得了包括国家、省部级在内的10余项奖励,开发出的不同检测设备已经在大型家畜屠宰厂、肉品加工厂;小型肉品加工企业、肉品监管部门等得到了有效应用。中国农学会组织知名专家对这一项目进行了科学评价:整体技术达到国际领先水平。

但这一检测技术的“用武之地”不仅仅局限在质检部门、屠宰厂以及生鲜肉加工企业,也可满足普通消费者对生鲜肉品质安全检测把关的需求。

“不少人买肉是学中医‘望闻问切’,问出产时间,看看颜色,闻闻味道,再用手按一按。”彭彦昆说,对于大多数消费者来说,判断肉新鲜与否还是凭借肉眼,以经验来判断。

在未来,彭彦昆希望能够开发出更加便捷的检测装置来帮忙。

“我们研制了一种轻便型的生鲜肉检测设备,并将其与自主开发的手机应用软件(APP)相关联,”彭彦昆介绍说,“当启动手机APP,按下检测设备的按钮,相关信息即可传输显示在手机上。”

不过,在目前的技术水平下,无损检测还不能完全替代传统的理化试验检测。“比如,我们现在能检测出细菌总数,但其中大肠杆菌有多少?”彭彦昆坦言,从理论上说,无损检测方法可以实现,但受制于目前芯片技术和硬件条件,暂时还不能精准检出。同时,设备制造成本也还是制约这一技术在消费者层面普及应用的瓶颈。

目前,彭彦昆团队正在开展相关研究和技术攻关,并不断完善仪器和装置,以实现生鲜肉检测“智能化”。

也许在不久的将来,“智能化”的生鲜肉检测技术能克服各种制约因素,更加便携、小型、低成本,像手机那样便捷。

到那时,消费者随身携带拿着“扫一扫”,就能了解生鲜肉品质。

 

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标签:检测 生鲜肉 技术 品质 彭彦昆
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