微波场非热效应对鱼肉蛋白结构及凝胶特性的影响及其机理

According to the appearance that the gel properties of the fish protein with microwave treatment was better than that with conventional heating, we raised some scientific phenomenon that how the microwave non-thermal effect impacts the fish protein structure and how microwave assists the gelation of fish protein. The study combines three experimental methods that construction of the mimics of thermal distribution experiments of protein sol, chemical heat type colorimetric method and computer simulation to solve the key technology that the thermal distribution measurement and temperature control of fish protein sol in the microwave field and the establishment of a controllable microwave thermal field and non-thermal microwave field. On this basis, we clarify the impact mechanism of microwave non-thermal effect on fish protein structure after determining the changes of molecular structure, moisture status and molecular aggregation state of fish protein in the controllable microwave field. Further, we study the gelation mechanism of fish protein in microwave heating process, reveal the influence of microwave field, charge properties of the gel and gelation conditions on the composite gel, so as to realize the goal that microwave assists the regulation of protein gelation. The study is to provide a theoretical basis and technical support for the application of microwave modifying, microwave sterilization and microwave gelation in fish protein products and enrich microwave food chemistry theory.

针对"鱼肉蛋白微波加热时的凝胶特性会显著优于普通加热"这一现象，提出"微波非热效应对鱼肉蛋白结构影响及机制"、"微波辅助鱼肉蛋白凝胶形成机理"的科学问题。通过"构建蛋白溶胶热分布实验模拟物、化学热型显色法和计算机模拟"三种实验手段结合，解决"微波场中鱼肉蛋白溶胶的热量分布测定及温度控制"、"可控微波热场和非热微波场建立"的关键技术。在此基础上，从鱼肉蛋白在可控微波场中分子结构变化、水分状态变化、分子聚集态变化三个角度阐明微波非热效应对鱼肉蛋白结构影响机制。进一步，研究鱼肉蛋白微波辅助凝胶化过程和机理，并揭示微波场特性、复合凝胶电荷性质与凝胶化条件对鱼肉蛋白复合凝胶的影响规律，实现鱼肉蛋白微波辅助凝胶化的调控。为鱼肉蛋白及制品的微波凝胶化、微波杀菌和微波改性等应用提供理论依据和技术支持，丰富微波食品化学理论。

鱼糜工业在水产品加行业中占有重要地位并且发展迅速。而鱼肉蛋白热凝胶过程和调控是鱼糜制品生产的科学本质和科学基础。微波加热在鱼糜制品的加工中具有巨大优势，极有可能成为鱼糜工业中的新一代革新技术。微波加热对鱼肉蛋白以及凝胶化的影响机理是利用微波对鱼糜凝胶化加工和微波杀菌过程进行有效调控的核心问题。在这一背景下，本课题系统研究阐明了微波加热过程中鱼肉蛋白、魔芋葡苷聚糖及蛋白多糖复合凝胶结构和凝胶特性的变化规律和机理。. 研究了微波加热动力学，定量阐明鱼肉蛋白溶胶在微波中热分布与温度变化规律，解析了微波场中的热分布，构建了微波热效应和非热微波效应研究的微波场，进一步研究了鱼糜及魔芋葡苷聚糖在微波加热过程中的能量吸收情况和加热动力学。结果发现微波加热比水浴加热具有更高的凝胶形成速度，随微波功率的增加样品的吸收能量逐渐降低；魔芋葡苷聚糖的脱乙酰度与其介电常数及介电损耗呈正相关，完全脱乙酰魔芋葡苷聚糖呈现最强的微波耦合能力。. 研究了低温微波场与微波热场对鱼肉蛋白分子结构变化影响，阐明了微波场对鱼肉蛋白结构影响机制。结果表明，微波加热有助于提高鱼糜凝胶的凝胶强度，有效缩短加热时间，并相比水浴加热形成更为致密和均匀的网络结构。微波加热能够诱导KGM形成更加坚韧、内聚力更强的凝胶。.研究了微波场中鱼肉蛋白及其与食品大分子复合凝胶的凝胶过程，阐明了非热微波效应与微波效应对鱼肉蛋白凝胶的影响机理。结果发现微波加热能够诱导KGM分子在蛋白中充分伸展，增加蛋白-多糖相互作用；KGM能够增强支链较多的玉米淀粉网络结构，但对直链较多的木薯淀粉形成的连续相有破坏作用从而使得其复合凝胶性能下降。与水浴加热相比，微波加热能够提高三种复合凝胶形变程度，但对复合凝胶弹性性能及弹性稳定性的影响不一致。. 本研究是对鱼肉蛋白质化学和凝胶理论的丰富和完善，为鱼糜凝胶化加工和微波杀菌过程进行有效调控的提供技术支持和理论指导。