基于压力和温度场耦合的高密度CO2在虾肉糜中的溶解和扩散行为研究

Dense phase CO2 (DPCD) is a food non-thermal processing technology. Researches at home and abroad have shown that DPCD can induce meat surimi to form gels, and gel properties are better than those by thermal processing. DPCD is dissolved and diffused into the meat inside, which interact with protein to form gels. Obtaining accurate solubility and diffusion coefficient of DPCD is critical to the industrialization of DPCD technology. Based on our previous researches of shrimp surimi forming gel induced by DPCD and its mechanism, regarding cylindrical shrimp surimi as a solid food model, the solubility of DPCD in shrimp surimi is determined by gravimetric method, and the dissolution isotherm function and dissolution kinetic model of DPCD are established according to the adsorption theory. The longitudinal and radial diffusion models of DPCD in shrimp surimi are established by means of calculus according to the modified ideal gas equation, Fick's second law and the law of conservation of mass. The change laws of solubility and diffusion coefficient of DPCD in shrimp surimi are revealed with increasing pressure and temperature, and the mechanisms of dissolution and diffusion are elucidated. Gel properties are determined using texture analyzer and low field nuclear magnetic resonance, and the relationships between solubility and diffusion coefficient and gel properties are clarified. The research results will provide theoretical guidance for controlling and optimizing to process shrimp surimi gel by DPCD, and provide theoretical reference for industrialization of processing solid food by DPCD.

高密度CO2(DPCD)是一种食品非热加工技术。国内外研究表明：DPCD能诱导肉糜蛋白形成凝胶，且凝胶性能优于热加工的。DPCD通过溶解和扩散进入肉糜内部，与蛋白作用使其凝胶化。获得其准确的溶解度和扩散系数，对于DPCD技术工业化至关重要。本项目在前期研究DPCD诱导虾肉糜形成凝胶及其机制的基础上，以圆柱形虾肉糜为固体食品模型，采用重量法测DPCD在虾肉糜中的溶解度，以吸附理论为基础建立其溶解等温函数和动力学模型；以修正的理想气体状态方程、Fick第二定律和质量守恒定律为基础，采用微积分法建立DPCD纵向和径向扩散模型；揭示溶解度和扩散系数随压力和温度的变化规律，阐明DPCD溶解和扩散机理；采用质构仪和低场核磁共振仪等测定虾肉糜凝胶性能，阐明溶解度和扩散系数与凝胶性能之间的相互关系。研究成果为控制和优化DPCD加工虾肉糜凝胶过程提供理论指导，并为DPCD加工固体食品的工业化提供理论参考。

高密度CO2（DPCD）是一种食品非热加工技术，能诱导肉糜蛋白形成凝胶，且凝胶性能优于热加工的。DPCD通过吸附溶解进入肉糜内部，与蛋白作用使其凝胶化。DPCD在虾肉糜中的吸附溶解量决定了虾肉糜的凝胶质量。本项目以圆柱形虾肉糜为对象，采用磁悬浮天平重量法研究了DPCD在虾肉糜中的吸附溶解过程，分析了压强和温度对吸附量的影响规律；以吸附理论为基础，建立了DPCD在虾肉糜中吸附模型；以虾肉糜凝胶强度为试验指标，采用Box-Behnken响应面试验设计和回归分析，探讨了DPCD吸附溶解方式对虾肉糜凝胶强度的影响规律，并优化工艺参数；以热诱导虾肉糜凝胶为对照，比较了DPCD三种吸附溶解方式制备的虾肉糜凝胶的品质。研究结论如下：①在等温条件下，在低压区域（压强<7 MPa），随着压强升高，CO2在虾肉糜中的绝对比吸附逐渐增加，表现出Langmuir型等温线；当达到CO2临界压强（7.38 MPa）附近时，绝对比吸附急剧增加，并在7~14 MPa达到最大值；继续增加压强，绝对比吸附又逐渐下降并趋于平稳。②在等压条件下，随着温度升高，绝对比吸附下降，而且绝对比吸附峰值都有向高压移动趋势。35~60℃下DPCD在虾肉糜中纵向绝对比吸附最大值分布在45.53~111.49 cm3/g，横向绝对比吸附最大值分布46.99~98.57 cm3/g。③在低压区域（压强<7 MPa），纵向绝对比吸附低于横向绝对比吸附；在高压区域（压强>7 MPa），纵向绝对比吸附与横向绝对比吸附的差异变小，趋于零值。④BDR模型适宜用于描述DPCD在虾肉糜中的吸附过程和机理。⑤分别建立了建立了虾肉糜凝胶强度与DPCD纵向、横向和混合吸附溶解过程中压强、温度和时间之间的数学模型，当DPCD混合吸附溶解压强为30 MPa、温度为55 ℃和时间为60 min时，虾肉糜凝胶强度达到最大197.35±2.02 N·mm。⑥DPCD的3种吸附溶解方式对虾肉糜凝胶品质无显著影响（P>0.05），而对凝胶强度有显著影响（P>0.05）；从凝胶强度考虑，DPCD混合吸附溶解优于纵向吸附溶解，纵向吸附溶解又优于横向吸附溶解。研究获得了DPCD-虾肉糜两相体系吸附溶解的基础数据，还为设计优化 DPCD加工凝胶制品的工艺和过程调控提供理论指导。