马海乐（中）与研发团队成员
当我们沉醉于食物的色香味时，其制作过程已经历了一场复杂而精妙的物理演变。例如，在煮制过程中，随着食物体积膨胀、平均密度小于水，食物会逐渐浮起并熟透；而在炒制过程中，热油与食物之间的极大温差会引发极速传热，从而使食物呈现出外酥里嫩的口感，尤其适合鱼、肉类食品的加工。美食制作不仅反映一方饮食特色，更是一种科学现象的体现。
在江苏大学食品物理加工研究院的实验室中，一台新型设备正在运行。与传统食品加工机械不同，这台设备不会发出沉重的轰鸣声，而是通过声波作用于大豆中的蛋白质，促使它们发生结构变化，生物活性最高可提升近三倍。操作这台设备的是江苏大学食品物理加工研究院院长、中国食品科学技术学会会士马海乐。这位陕西籍科学家，正带领团队进行一场食品加工领域的静默革命——系统性地将声、光、电、磁、力等物理技术应用于农产品初加工、食品生物制造等领域，重构中国食品加工的底层逻辑。
“中国拥有世界上最丰富的农产品资源和饮食文化，理应形成自己的加工哲学和技术路径。”马海乐认为，物理加工技术能最大程度地保留农产品的天然特性和地域风味，这是对中国传统饮食智慧的现代科技诠释。
“声光电”的物理协同魔法
20世纪80年代，从西北农学院（今西北农林科技大学）毕业后留校任教的马海乐开始系统研究农产品加工技术。传统化学加工方法虽然有效，但往往伴随着营养流失、化学残留等问题。“有没有一种更清洁、更高效、更能保持天然营养的方法？”这样的思索成为他科研生涯的起点。
通过阅读国外关于超声波应用于食品加工的文献，马海乐找到了探索食品加工中应用物理技术的着力点与可能性。2009年，马海乐带领团队完成了国内首台扫频超声波设备的自主研发。这台装置有效破解了传统超声波发生器频率不可调的难题，使液体中的微小气泡迅速膨胀破裂，形成局部高温高压，产生更为丰富的“空化效应”。
传统大豆饼粕蛋白提取需要大量酸碱和高温处理，不仅破坏营养，还产生废水。而超声波可以在温和条件下打破细胞壁，让蛋白质更容易释放。与此同时，研究团队还发现特定频率的超声波能改变蛋白质的立体结构，使其酶解效率显著提高、酶解产物——多肽的生物活性大幅提升。这意味着富含蛋白的农产品经过物理加工后，营养价值和经济价值可以翻倍增长。
经过潜心钻研，马海乐研发的这项技术不仅荣获省部级科学技术奖一等奖5项、二等奖8项，还通过推广应用显著推动了食品加工企业的转型升级。这极大鼓舞了“光之三部曲”的研发工作。在中红外光领域，马海乐十年磨一剑，带领团队研制出我国首台催化式红外发射器，通过规模化生产打破了我国对进口产品的依赖；在近红外光领域，研发团队将新技术应用于天然产物有效成分的提取、蛋白质的酶解、咖啡豆的烘焙、无抗饲料的固态发酵等食品的智能制造领域；马海乐团队将激光和脉冲强光融入传统的紫外诱变， 2019年研发的我国首台激光/脉冲强光/紫外三光源诱变仪，已被应用于10余个微生物菌种的诱变，展现出卓越的应用前景。
此外，马海乐还将科研视野拓展至电磁领域。他首次发现了强磁场下微生物的生物学窗效应，为磁场的科学设计提供了重要依据。他先后研制出用于液态发酵磁场摇床和固态发酵的磁场转床，以及满足工业化生产的磁场辅助发酵装备。多年来，他主持和参与了众多国家级科研项目，研发出诸如催化式红外、扫频超声波，以及交变磁场等多个系列的物理加工实验仪器装备，还开发了梯度稀释酶膜耦合反应和基于微型光谱检测的智能控制等先进技术，并持续推动技术迭代升级。
马海乐（左一）在指导食品物理加工
产业链上的物理报国心
科技创新是产业升级的核心驱动力，而产业创新则为科技创新提供了广阔的应用场景和市场空间。早在创新初期，马海乐就致力于破解科技创新与产业创新之间的供需矛盾。
早在攻读博士学位期间，马海乐就开始了天然产物功效成分的超临界CO2萃取的研究工作。2001年，他带领团队在我国首次实现蜂胶萜烯类活性成分的超临界CO2萃取技术的产业化应用。“1997年，当我第一次用超临界CO2萃取蜂胶时，得到了像蛋黄一样亮晶晶的提取物，经过检测发现它含有非常丰富的萜烯类物质，具有强抗菌、抗病毒、提高免疫力的功能”。马海乐回忆，2001年，他就带领团队打破了国际上蜂胶有效成分乙醇提取一统天下的格局，实现蜂胶功效成分超临界CO2萃取技术的成功落地，孵化出目前超临界蜂胶产销量全球最大的企业——江苏蜂奥生物科技有限公司。“超临界萃取技术的成功转化极大地鼓舞了团队坚持成果转化之路的信心。”马海乐说。
抗生素的过量使用，严重影响着动物源食品的食用安全性。马海乐将菌种的光学诱变和超声诱变，微生物的电磁场激活和超声波激活、固态发酵的电磁场强化和光谱监测、发酵产物的催化式红外干燥等技术，集合起来应用于无抗饲料现代化生产技术的开发。对于马海乐团队的艰辛探索，江苏润果农业发展有限公司董事长魏巧颇有感触：“马教授在我们公司建成了一个声光电磁协同助力饲料发酵的概念验证平台，他希望通过科技创新为我国的食品安全贡献一份力量。”
近年来，镇江美博红外科技有限公司利用马海乐团队研发的我国首台催化式红外发射器生产出传送带式、滚筒式、烘房式等系列化燃气催化式红外加热装备，并成功应用于干燥、杀菌、杀青护色、增香等农产品初加工，以及涂料干燥、皮革干燥、芯材固化、天然气减压阀防堵塞、有机废气处理等其它工业领域，建成烘房/装备/生产线180台套，装配自主设计的红外发射板3000多块，与传统加热方法相比节能40%～90%，工作时间缩短20%～300%。一连串数字印证着这位科学家不负时代的奉献，该项目也获评中国轻工业联合会颁发的“十四五”轻工业先进科技创新成果。
2001年以来，马海乐先后研发的高品质活性蜂胶、功能多肽、功能性宠物食品等三个系列20多个新产品畅销不衰；2023年，马海乐联合多位国际顶尖科学家，与科爱出版公司合作主办了英文国际学术期刊《食品物理学》（Food Physics），汇集全球智慧，提高现代物理技术对食品产业发展的促进作用；2024年，马海乐推动成立“食品物理加工创新联合体”，积极推进食品物理加工的产学研深度融合，加速成果的转化落地。
新范式里的农业创新未来
一直以来，马海乐的视野早已超越单项技术突破，而是投向整个食品加工体系的变革。
实验室仪器装备是限制科技创新，尤其是原始创新的关键变量。为满足食品物理加工的科研需求，马海乐带领团队研制出声光电磁和智能控制等实验室装备30多台（套），为几十所国内外高校与研究院所提供定制化服务。在此基础上，他带领团队研制出的工业化装备在60多个工程项目中得到应用，为物理加工技术的转化落地提供了重要保障。
他坚持探索学科交叉40余年。除了首次提出“食品物理加工”的概念之外，还通过探索食品科学与生命科学、化学学科的交叉，分别于1989年和2019年在国际上首次提出“食品工程仿生学”和“食品色彩化学”的概念，并出版两本专著。
目前，我国食品类专业人才培养体系在食品装备与智能制造方面存在严重短板。马海乐坚持一线教学，上好食品机械课程。他主编的《食品机械与设备》先后获批教育部国家级规划教材、农业农村部和江苏省规划教材，被国内200多所院校使用；他负责的“食品加工机械与设备”课程获批“十一五”国家精品课程、“十二五”国家级精品资源共享课、“十三五”首批国家级本科一流课程。截至目前，马海乐已培养博士、硕士、博士后280余名，其中多人成为食品企业的技术骨干或高校科研中坚。
在他带领下，食品物理加工成为学术界关注的焦点，他本人也获得江苏省人民政府授予的“江苏省有突出贡献的中青年专家”、中国机械工业联合会授予的“‘十三五’机械工业优秀科技工作者”等荣誉称号，获颁省部级及行业科学技术一等奖、中国食品科学技术学会授予的“突出贡献奖”等奖项，并相继当选俄罗斯自然科学院外籍院士、国际先进材料学会终身会士、中国食品科学技术学会会士。
展望未来，马海乐表示：“我们正在规划‘未来食品加工厂’的蓝图。那将是一个近乎零排放的绿色工厂：物理技术替代大部分化学处理，智能系统实时优化加工流程，能源循环利用率超过80%。”
“每一粒粮食都蕴藏着自然的奥秘，我们的使命就是解读这些奥秘，并用科技让它们更好地造福人类。”在他的实验室里，物理不再是课本上的公式与定律，而是唤醒食物潜能、重塑农业未来的神奇力量。
责编 / 冯昭
