超高壓對食品凝膠特性影響的研究進展

李孝瑩,高彥祥,袁 芳

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083)

超高壓對食品凝膠特性影響的研究進展

李孝瑩,高彥祥,袁 芳*

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083)

蛋白質(zhì)和多糖是食品中兩大重要組成成分,凝膠性是它們共有的功能特性之一,超高壓技術(shù)可改變它們的空間構(gòu)象并進一步相互作用而形成凝膠。本文對超高壓技術(shù)的概念、原理、特點進行概述,并將其對蛋白凝膠、多糖凝膠、蛋白-蛋白凝膠、多糖-多糖凝膠、蛋白-多糖凝膠的特性影響進行分析,旨在全面了解超高壓技術(shù)對食品凝膠特性的影響。在此基礎(chǔ)上提出該領(lǐng)域未來可能的研究方向,為擴大其應(yīng)用范圍提供理論依據(jù)。

超高壓,蛋白質(zhì),多糖,凝膠特性

作為人體必需的七大營養(yǎng)素,水、脂類、蛋白質(zhì)、碳水化合物、維生素、無機鹽和膳食纖維是維持人體的物質(zhì)組成和生理機能所不可缺少的,也是一切生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)。其中,多糖和蛋白質(zhì)可以通過熱加工和非熱加工的方式形成凝膠,但熱加工容易破壞氨基酸、維生素、香氣成分等低分子化合物的共價結(jié)合而降低食品的營養(yǎng)價值;而非熱加工能更好地保持食品原有的色香味等品質(zhì)特點,特別是對熱敏性食品的功能性及營養(yǎng)成分具有較好的保護作用[1-2]。

超高壓(Ultra-high Pressure)作為一項新型的非熱加工技術(shù),可以最大程度地保護食品的營養(yǎng)成分不受破壞,被廣泛地應(yīng)用于食品的生產(chǎn)加工過程。食品中的蛋白質(zhì)和多糖經(jīng)超高壓處理后,它們的分子構(gòu)象發(fā)生改變而變性、聚集或膠凝,進而改善食品質(zhì)構(gòu)并提高穩(wěn)定性[3-5],近幾年,研究人員越來越多地將超高壓后凝膠性能較好的蛋白或多糖應(yīng)用于實際產(chǎn)品的生產(chǎn)中,如火腿腸、魚糜制品和果凍等。本文綜述了超高壓對食品中蛋白質(zhì)和多糖凝膠特性的影響,旨在全面了解超高壓技術(shù)對食品凝膠特性的影響,以期為進一步擴大其應(yīng)用范圍提供理論依據(jù)。

目前,超高壓技術(shù)已經(jīng)擴展到食品生產(chǎn)的多個領(lǐng)域[6-9],有關(guān)食品超高壓技術(shù)的研究主要集中在兩個方面:一是以食品保藏為目的,研究超高壓對食品的殺菌滅酶作用;二是以改善食品大分子功能特性為目的,研究超高壓對蛋白質(zhì)、多糖、蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物的影響。其中,凝膠性作為食品中蛋白質(zhì)和多糖的重要特性之一,利用超高壓這一優(yōu)勢技術(shù)研究其對蛋白質(zhì)、多糖及其復(fù)合物凝膠特性具有重要意義。

1 超高壓技術(shù)簡介

1.1 概念

超高壓(Ultrahigh pressure,UHP)處理技術(shù)也被稱為超高靜壓(ultrahigh hydrostatic pressure,UHHP)、高靜壓(high hydrostatic pressure,HPP)技術(shù)或高壓處理(high pressure processing,HPP),是一項被國內(nèi)外廣泛研究的新型食品加工技術(shù)[10]。

食品超高壓技術(shù)是指將密封于柔性容器內(nèi)的食品置于以水、油或其他液體作為傳壓介質(zhì)的壓力系統(tǒng)內(nèi),在一定壓力(100～1000 MPa)和一定溫度(2～60 ℃)維持一定時間(5～120 min),使食品中各組分分子間的非共價鍵(疏水作用、氫鍵和離子鍵等)形成或遭到破壞,從而達到使食品中的酶、蛋白質(zhì)等生物大分子的活性改變或變性等目的,同時殺死食品中的微生物,起到將食品滅酶滅菌的加工效果[11]。

1.2 原理

超高壓技術(shù)處理食品原料遵循兩個原理:帕斯卡原理和Le Chatelier’s原理。

根據(jù)帕斯卡原理,食品受超高壓處理時受壓均勻,傳遞速度極快,不存在壓力梯度,使整個加工過程變得簡單且能量消耗低,因此加工的效果與食品原料的形狀、體積及設(shè)備尺寸等因素?zé)o關(guān)[12]。

根據(jù)Le Chatelier’s原理,超高壓加工將使反應(yīng)朝著系統(tǒng)體積減少的方向移動,包括化學(xué)反應(yīng)及分子構(gòu)象的變化。食品分子間的非共價反應(yīng)隨著壓力變化發(fā)生改變,帶電基團的溶解性、庫倫作用力間的反應(yīng)及疏水作用等都受到體積變化的影響[13]。

1.3 特點

超高壓技術(shù)既有其獨特的優(yōu)勢,又存在不可避免的缺點。它可較好地保持食品的營養(yǎng)和風(fēng)味成分等不受加工過程的破壞,樣品處理均勻,易于操作;但設(shè)備的初始投資大,處理量有限,生產(chǎn)效率低,生產(chǎn)成本高,設(shè)備的工業(yè)化推廣要求較高,也不適用于處理壓力敏感的食品成分。

2 超高壓對蛋白質(zhì)凝膠特性的影響

凝膠性是蛋白質(zhì)的重要特性,蛋白質(zhì)凝膠是指變性或非變性蛋白質(zhì)有序聚集而形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),是吸引力和排斥力相平衡得到的大分子量復(fù)合體[14]。

2.1 蛋白質(zhì)凝膠形成機理

超高壓制備的凝膠與熱處理相比,具有獨特的性質(zhì),這主要是因為兩種方法作用的機理不同。熱處理法主要是二硫鍵交聯(lián)形成凝膠,而壓力處理時,雖然二硫鍵在壓力超過500 MPa或相對較高溫度下可以形成,但起主要作用的是氫鍵[15]。

從結(jié)構(gòu)上來看,超高壓不會破壞蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)[16],有利于二級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定[17-18],但會破壞三級和四級結(jié)構(gòu)[19-20]。加壓可使蛋白分子展開,內(nèi)部疏水基團暴露而使其結(jié)構(gòu)被破壞,為形成穩(wěn)定的平衡體系,相鄰的分子則會通過氫鍵、二硫鍵、范德華力、疏水相互作用力等形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),將水或其他成分截留包裹起來,從而形成凝膠[21]。

2.2 影響因素

超高壓對蛋白質(zhì)凝膠特性的影響受諸多因素的制約,其中蛋白質(zhì)的種類、濃度、pH、處理壓力、保壓時間、保壓溫度及添加劑種類等因素均對其凝膠特性起到至關(guān)重要的作用。例如在中性pH、200 MPa、25 ℃保壓30 min時,β-乳球蛋白才開始變性,形成聚集體,而顯著地聚集需要壓力大于400 MPa[22]。

2.2.1 蛋白質(zhì)種類 種類繁多的蛋白質(zhì)是影響其凝膠特性的重要因素之一,合適的高壓條件可誘導(dǎo)一些球狀蛋白形成凝膠[23-25];然而并不是所有的蛋白質(zhì)均可形成凝膠,且不同種類的蛋白質(zhì)凝膠的質(zhì)地、結(jié)構(gòu)等也存在較大差異。He[26]等研究發(fā)現(xiàn):在800 MPa、蛋白濃度1%～24%時,α-乳清蛋白、溶菌酶和肌球蛋白均不能形成凝膠;但加入5%的β-乳球蛋白后,15%的α-乳清蛋白和溶菌酶可形成凝膠,肌球蛋白(不含半胱氨酸)仍不能形成凝膠,這是因為高壓使β-乳球蛋白展開而游離巰基暴露,與含有二硫鍵的蛋白通過SH/SS交換反應(yīng)使蛋白分子間相互作用聚集后成膠。另外,β-乳球蛋白/溶菌酶凝膠為白色不透明狀,持水力達90%;而β-乳球蛋白/α-乳清蛋白凝膠透明且持水力達100%,這都表明凝膠的形成及質(zhì)地與蛋白種類密不可分。

2.2.2 蛋白質(zhì)濃度 蛋白質(zhì)的濃度對其能否形成凝膠具有至關(guān)重要的影響。在一定濃度范圍內(nèi),蛋白質(zhì)的濃度越高,其凝膠強度越大,但超過一定濃度后會對凝膠產(chǎn)生不利的影響。Kanno[27]等研究發(fā)現(xiàn),高壓制備乳清分離蛋白凝膠的最小濃度為10%(w/w),將1%～8%(w/w)乳清分離蛋白在1000 MPa、30 ℃、10 min條件下處理后,發(fā)現(xiàn)均不能形成凝膠,而將10%(w/w)乳清分離蛋白經(jīng)600 MPa、30 ℃、10 min處理后可形成凝膠。隨著乳清蛋白濃度從12%(w/w)增加至18%(w/w),其凝膠強度增加,但濃度超過20%(w/w)后,其凝膠強度降低。

2.2.3 壓力 加壓處理蛋白質(zhì)有助于形成穩(wěn)定的凝膠,但超過一定壓力后可能導(dǎo)致凝膠強度降低、結(jié)構(gòu)破壞等后果。陸劍鋒[28]等通過研究超高壓對白鰱魚糜凝膠性質(zhì)的影響后發(fā)現(xiàn):魚糜的凝膠強度隨壓力升高而逐漸增大并在300 MPa時達到最大值,之后繼續(xù)升高壓力,其凝膠強度降低。推測可能是壓力過大使魚糜蛋白變性過快,進而破壞了蛋白質(zhì)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的相互交聯(lián),降低了凝膠強度。

2.2.4 保壓時間 保壓時間對蛋白質(zhì)凝膠的質(zhì)構(gòu)具有十分重要的影響,Lee等[29]利用超高壓處理乳清蛋白,發(fā)現(xiàn)延長處理時間有助于提高其凝膠硬度;Mu等[30]研究發(fā)現(xiàn):800 MPa,加壓5 min,pH8.0,14%(m/v)的β-乳球蛋白可生成乳白色凝膠,隨著保壓時間的延長,凝膠的硬度和破斷應(yīng)力有所增加。

2.2.5 添加劑 添加劑的存在明顯地影響凝膠的形成及特性,不同蛋白質(zhì)具有不同的結(jié)構(gòu)和構(gòu)象,不同來源的添加劑也具有不同的分子大小、形狀及電荷分布等,因此可根據(jù)研究目的選擇適當(dāng)?shù)奶砑觿崿F(xiàn)對蛋白質(zhì)的改性,提高其性能。例如Speroni等[31]和Pilar等[32]發(fā)現(xiàn)添加Ca2+和微生物谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶(MTGase)分別顯著地提高了大豆蛋白和卵清蛋白的凝膠性能,結(jié)構(gòu)更加致密均勻;鹽類在改善肉制品的功能特性方面起到了重要作用,例如氯化鈉因溶解肌原纖維蛋白而使肉制品具有良好的持水、持油能力,并可為肉制品凝膠提供良好的彈性和韌性[33]。

2.2.6 pH pH的變化可改變分子的凈電荷,因而可改變分子間的吸引力、排斥力以及分子和溶劑之間的相互作用,即水化性質(zhì)[34]。蛋白質(zhì)所處的pH環(huán)境不同,形成的凝膠強度等也各不相同。曹瑩瑩[35]探究了肌球蛋白的凝膠硬度隨pH的變化,發(fā)現(xiàn)肌球蛋白的凝膠強度隨pH的增加呈現(xiàn)先增大后下降的趨勢,pH6.0時,硬度最大。這是因為肌球蛋白在等電點附近的溶解性很差,因而不能形成較好的凝膠;當(dāng)pH遠離等電點時,蛋白質(zhì)的溶解度逐漸增大,但其靜電斥力也逐漸增大,當(dāng)靜電斥力增加到一定程度時,影響蛋白質(zhì)分子間的聚集和膠凝,從而導(dǎo)致硬度降低。

2.3 超高壓對不同蛋白質(zhì)復(fù)合凝膠特性的影響

超高壓對不同蛋白質(zhì)復(fù)合凝膠的影響主要取決于蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),高壓對不同蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)影響不同,因而凝膠特性也不同。王苑[36]等研究了高壓預(yù)處理制備肌原纖維蛋白與大豆分離蛋白混合凝膠的質(zhì)構(gòu)特性、保水性及微觀結(jié)構(gòu),結(jié)果表明新型凝膠與傳統(tǒng)熱凝膠相比,其硬度、彈性及保水性均有所提高且結(jié)構(gòu)光滑、致密。Ngarize等[37]對比了熱誘導(dǎo)和超高壓誘導(dǎo)蛋清蛋白和乳清蛋白復(fù)合凝膠特性,研究發(fā)現(xiàn)熱誘導(dǎo)凝膠結(jié)構(gòu)更致密且有更大程度的交聯(lián),而超高壓誘導(dǎo)的凝膠多孔且較少交聯(lián);高壓處理后的蛋白二硫鍵和二級結(jié)構(gòu)的變化比熱處理要少,疏水作用在蛋白凝膠化中起到重要作用,乳清蛋白∶蛋清蛋白=10∶5時,因蛋白之間的相互協(xié)同作用,使蛋白無論在高壓還是加熱條件下,形成的凝膠強度都有所增加。Devi等[38]通過超高壓對乳清蛋白與明膠復(fù)合凝膠的結(jié)構(gòu)進行研究,發(fā)現(xiàn)600 MPa處理15 min可形成兩者的復(fù)合凝膠,另外壓力形成的凝膠更能使明膠保持均一連續(xù)分散的結(jié)構(gòu),而熱處理會破壞明膠的連續(xù)性而使乳清蛋白聚集以決定復(fù)合凝膠的相行為。

綜上,超高壓技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)凝膠品質(zhì)較好的蛋白質(zhì)產(chǎn)品是可行的。例如程珍珠[39]研究了超高壓對不同比例混合的帶魚鰱魚復(fù)合魚糜凝膠品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)帶魚∶鰱魚=1∶2且壓力≥300 MPa時,復(fù)合魚糜的凝膠特性均優(yōu)于單一魚糜凝膠,這有利于開發(fā)凝膠性能更好的魚糜制品。但是將超高壓技術(shù)應(yīng)用于蛋白質(zhì)凝膠產(chǎn)品的生產(chǎn)加工仍然是以后的研究重點。

3 超高壓對多糖凝膠特性的影響

多糖是一類由多個單糖或寡糖聚合而成的生物大分子物質(zhì),超高壓會使其分子結(jié)構(gòu)和空間構(gòu)象發(fā)生改變,從而影響其物理化學(xué)性質(zhì),如流變學(xué)性質(zhì)等。超高壓最早應(yīng)用于多糖是研究其對淀粉的影響。研究人員首先探究了不同淀粉對高壓的耐受力,發(fā)現(xiàn)馬鈴薯淀粉的耐壓性高于小麥和玉米淀粉[40],并且馬鈴薯淀粉經(jīng)高壓處理后其晶體結(jié)構(gòu)消失[41]。大多數(shù)淀粉經(jīng)超高壓處理后糊化溫度升高,對淀粉酶的敏感性增強,從而提高了淀粉的消化率[42-43]。薛路丹[44]發(fā)現(xiàn)利用超高壓處理淀粉可改善淀粉的結(jié)構(gòu)和流變特性,隨著壓力的升高,更多的支鏈淀粉可受壓變?yōu)榉肿恿啃〉闹辨湹矸?從而使其溶解度和透明度增大,粘度下降,當(dāng)壓力大于300 MPa時可使淀粉糊化,且有效地降低了淀粉的糊化溫度。

近幾年來,超高壓也應(yīng)用于其他多糖物質(zhì),尤其是對食品膠的研究較多,Abbasi等[45]研究發(fā)現(xiàn)高壓處理的果膠彈性更大、均一性和透明性更好、脆性和粘性更低;Soleiman等[46]利用950 MPa、20 ℃處理κ-卡拉膠20 min后發(fā)現(xiàn)壓力誘導(dǎo)凝膠的粘度下降、亮度增加;李汴生的研究結(jié)果表明[47],經(jīng)高壓(400 MPa)處理后,卡拉膠和瓊膠的粘度顯著增加,彈性下降;高甲氧基果膠、海藻酸鈉和瓜爾豆膠的粘度變化較小,損失正切值tanδ變化也不大;而黃原膠溶液經(jīng)高壓處理后彈性顯著降低,損失正切值tanδ增加。這可能與多糖的分子結(jié)構(gòu)和構(gòu)象有關(guān),卡拉膠與瓊膠的分子量較大,且具有螺旋結(jié)構(gòu)和極性側(cè)鏈基團,高壓使極性基團暴露出來,增強了分子間的相互作用而使粘度增大,同時分子的螺旋結(jié)構(gòu)被破壞而使彈性降低;高甲氧基果膠、海藻酸鈉和瓜爾豆膠的分子量較小且呈直線型,因此高壓處理對其流變特性影響不大;黃原膠分子間不連續(xù)的雙股螺旋側(cè)面的締合使其具有“弱凝膠”的性質(zhì)。Yang 等[48]研究了超高壓對龍眼皮中多糖和木質(zhì)素的影響,發(fā)現(xiàn)超高壓處理對堿溶性多糖沒有顯著影響,而水溶性多糖含量隨壓力的升高而減少,這可能是因為超高壓處理使水溶性多糖分子鏈解離后重排而導(dǎo)致其含量減少。

另外,超高壓對不同多糖復(fù)合凝膠特性的研究較少,陳梓鎧[6]研究發(fā)現(xiàn):瓊脂凝膠、卡拉膠凝膠、涼粉凝膠均在300 MPa、1 min時凝膠結(jié)構(gòu)就開始被破壞,但隨著保壓時間的延長,破壞效果并沒有顯著增加,說明超高壓使它們的結(jié)構(gòu)在300 MPa的壓力下“一擊即垮”,但不同濃度的卡拉膠—魔芋膠復(fù)配膠在不同壓力和不同時間的超高壓處理后均能保持較好的凝膠性能,這表明卡拉膠與魔芋膠復(fù)配后具有較強的耐壓性。

根據(jù)超高壓對食品多糖凝膠特性的研究結(jié)果來看,利用超高壓技術(shù)實現(xiàn)對淀粉改性以及多糖復(fù)配是可行的,由此可開發(fā)針對不同人群(嬰幼兒、老年人、減肥人群)的功能食品,如低晶淀粉、高晶淀粉、低糖果凍等,但是我國在食品多糖凝膠的研究及產(chǎn)品開發(fā)方面還不夠深入,因此將超高壓技術(shù)應(yīng)用于食品多糖凝膠是一個十分值得關(guān)注的方向。

4 超高壓對蛋白質(zhì)與多糖復(fù)合凝膠特性的影響

合適的理化條件(如溫度、pH、壓力、離子強度等)能使蛋白質(zhì)與多糖的部分基團相互連接,從而賦予聚合物一些獨特的性質(zhì),如增強其乳化性、凝膠性等[49]。多糖作用于蛋白的不同行為取決于多糖的組成、分布、物理狀態(tài)、體積分數(shù)及兩者的相互作用[50],研究表明多糖的存在能降低蛋白質(zhì)的膠凝臨界濃度[51],因而蛋白質(zhì)-多糖聚合物被廣泛地認為是一種新型的膠凝體系[52-54]。另外,常壓時它們通過凝膠性、增稠性、表面特性等功能性質(zhì)直接影響該混合體系的持水性、流變特性、微觀結(jié)構(gòu)等,進而影響食品的外觀、質(zhì)構(gòu)、感官特性等品質(zhì),而超高壓可改變食品中蛋白質(zhì)、多糖等生物大分子的結(jié)構(gòu)及分子間和分子內(nèi)的作用力,從而使蛋白質(zhì)和多糖的理化特性發(fā)生相應(yīng)的變化[55-57]。

目前,利用超高壓技術(shù)直接制備蛋白質(zhì)與多糖復(fù)合凝膠的研究較少,通常利用高壓處理含有交聯(lián)劑的蛋白多糖混合物制備復(fù)合凝膠,交聯(lián)劑一般包括Ca2+[58]、NaCl[59]、酶[60]等。一些學(xué)者研究表明,通過超高壓進行預(yù)處理并添加多糖對制備低鹽低脂肉制品十分有益,這些過程和添加劑可提高其持水力并改善質(zhì)構(gòu)[61-62]。Chen等[63]研究發(fā)現(xiàn),超高壓誘導(dǎo)可顯著提高雞胸肌球蛋白與κ-卡拉膠復(fù)合凝膠的持水性,同時降低其凝膠強度。在200～400 MPa內(nèi),復(fù)合凝膠的濁度、表面疏水性和活性巰基數(shù)均有顯著提高,隨著壓力的增大(100～400 MPa),熱凝膠性和水的弛豫時間均有所降低。紅外光譜數(shù)據(jù)顯示:100～300 MPa,凝膠間的氫鍵作用降低,到400 MPa開始升高。300 MPa、10 min條件下可形成具有致密網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和小孔洞的凝膠。超高壓條件可使復(fù)合凝膠中的蛋白變性、展開、聚集,提高氫鍵和疏水相互作用。He[64]等研究發(fā)現(xiàn):木糖、果糖、葡萄糖等十種糖類的加入均降低了高壓誘導(dǎo)乳清分離蛋白凝膠的硬度、破碎應(yīng)力和持水性,并將凝膠微結(jié)構(gòu)由原本的蜂巢狀逐漸變?yōu)槎陕菪Y(jié)構(gòu),說明糖類的加入降低了蛋白分子間的二硫鍵和非共價作用,并在高壓條件下抑制了凝膠相分離的出現(xiàn)。

5 結(jié)語

蛋白質(zhì)和多糖是食品體系中復(fù)雜的大分子,許多學(xué)者已通過不同的角度對超高壓處理的蛋白質(zhì)與多糖復(fù)合凝膠進行了研究分析,例如探究蛋白多糖種類、濃度、比例、pH、壓力、保壓時間等因素對凝膠結(jié)構(gòu)和功能特性的影響,但是超高壓對蛋白質(zhì)和多糖復(fù)合凝膠的影響機理及其與凝膠性能的關(guān)系還缺少系統(tǒng)的研究,這方面還有待明確,此外,還應(yīng)加強其在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。

[1]Knorr D,Froehling A,Jaeger H,et al. Emerging Technologies in Food Processing.[M]//Doyle M P,Klaenhammer T R. Annual Review of Food Science and Technology. 2011:203-235.

[2]Molto-Puigmarti C,Permanyer M,Castellote AI,et al. Effects of pasteurisation and high-pressure processing on vitamin C,tocopherols and fatty acids in mature human milk[J]. Food Chemistry,2011,124(3):697-702.

[3]Cao Y,Xia T,Zhou G,et al. The mechanism of high pressure-induced gels of rabbit myosin[J]. Innovative Food Science & Emerging Technologies,2012,16:41-46.

[4]Ma F,Chen C,Sun G,et al. Effects of high pressure and CaCl2 on properties of salt-soluble meat protein gels containing locust bean gum[J]. Innovative Food Science & Emerging Technologies,2012,14:31-37.

[5]Mills ENC,Sancho AI,Rigby NM,et al. Impact of food processing on the structural and allergenic properties of food allergens[J]. Molecular Nutrition & Food Research,2009,53(8):963-969.

[6]Pellerin VL,Balny C. High-pressure as a tool to study some proteins’ properties:conformational modification,activity and oligomeric dissociation[J]. Innovative Food Science and Emerging Technologies,2002,3:209-221.

[7]Terefe NS,Buckow R,Versteeg C. Quality-Related Enzymes in Fruit and Vegetable Products:Effects of Novel Food Processing Technologies,Part 1:High-Pressure Processing[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition,2014,54(1):24-63.

[8]Zhiwei Zhu,Lanier T C,Farkas B E. High pressure effects on heat-induced gelation of threadfin bream(Nemipterus spp.)surimi[J]. Journal of Food Engineering,2015,146:23-27.

[9]Balasubramaniam VM,Barbosa-Cánovas GV,Lelieveld HLM,et al. Modeling High-Pressure Processes:Equipment Design,Process Performance Evaluation,and Validation[M]//Balasubramaniam V M,Barbosa-Cánovas G V,Lelieveld H L M. Springer New York,2016:217-252.

[10]陳梓鎧. 超高壓對多糖凝膠的性能影響及應(yīng)用研究[D]. 廣州：華南理工大學(xué),2014.

[11]Trujillo AJ. Applications of high-hydrostatic pressure on milk and dairy products[J]. High Pressure Research,2002,22(3-4SI):619-626.

[12]Rastogi NK,Raghavarao KSMS,Balasubramaniam VM,et al. Opportunities and challenges in high pressure processing of foods[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition,2007,47(1):69-112.

[13]Balny C,Mozhaev VV,Lange R. Hydrostatic pressure and proteins:Basic concepts and new data[J]. Comparative Biochemistry And Physiology A-Physiology,1997,116(4):299-304.

[14]Hermansson A. M. Aggregation and denaturation involved in gel formation functionality and protein structure[J]. ACS Symp Series,1979,92:181.

[15]Devi AF,Li Hui Liu,Yacine Hemar,et al. Effect of high pressure processing on rheological and structural properties of milk-gelatin mixtures[J]. Food Chemistry,2013,141:1328-1334.

[16]陳復(fù)生.食品超高壓加工技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005:1-22.

[17]汪之和,朱孔輝,施文正,等. 鳊魚魚糜蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與凝膠特性的關(guān)系[J]. 水產(chǎn)學(xué)報,2010(5):814-819.

[18]Sekai N,Alf A,Nazlin H. A comparative study of heat and high pressure induced gels of whey and egg albumen proteins and their binary mixtures[J]. Food Hydrocolloids,2005,19:984-996.

[19]Speroni F,Beaumal V,De L M,et al. Gelation of soybean proteins induced by sequential high-pressure and thermal treatments[J]. Food Hydrocolloids,2009,23:1433-1422.

[20]呂靜. 高壓對食品中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響[J]. 西藏科技,2010(7):33-35.

[21]He X,Liu H,Liu L,et al. Effects of high pressure on the physicochemical and functional properties of peanut protein isolates[J]. Food Hydrocolloids,2014,36:123-129.

[22]Dickinson E,James JD. Influence of high-pressure treatment on beta-lactoglobulin-pectin associations in emulsions and gels[J]. Food Hydrocolloids,2000,14(4):365-376.

[23]Devi AF,Buckow R,Hemar Y,et al. Structuring dairy systems through high pressure processing[J]. Journal of Food Engineering,2013,114(1):106-122.

[24]He J,Yang H,Cai R,et al. Hydration of beta-Lactoglobulin in Magnetized Water:Effect of Magnetic Treatment on the Cluster Structure of Water and Hydration Properties of Proteins[J]. Acta Physico-Chimica Sinica,2010,26(2):304-310.

[25]He J,Yang H,Zhu W,et al. Kinetics of microstructure formation of high-pressure induced gel from a whey protein isolate[M]//Takemura K. Journal of Physics Conference Series. 2010.

[26]He J,Mu T,Guo X,et al. Comparison of the gel-forming ability and gel properties of alpha-lactalbumin,lysozyme and myoglobin in the presence of beta-lactoglobulin under high pressure[J]. Food Hydrocolloids,2013,33(2):415-424.

[27]Kanno C,Mu TH,Hagiwara T,et al. Gel formation from industrial milk whey proteins under hydrostatic pressure:Effect of hydrostatic pressure and protein concentration[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,1998,46(2):417-424.

[28]陸劍鋒,邵明栓,林琳,等. 卡拉膠和超高壓對魚糜凝膠性質(zhì)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2011,12:164-170.

[29]Lee W,Clark S,Swanson BG. Functional properties of high hydrostatic pressure-treated whey protein[J]. Journal of Food Processing and Preservation,2006,30(4):488-501.

[30]Kanno C,Mu TH. Gel formation of individual milk whey proteins under hydrostatic pressure[M]//Hayashi R. PROGRESS IN BIOTECHNOLOGY. 2002:453-460.

[31]Speroni F,Jung S,De L M. Effects of Calcium and Pressure Treatment on Thermal Gelation of Soybean Protein[J]. Jouranl of Food Science,2010,75(1):E30-E38.

[32]Pilar T,Reyes P. Synergistic action of transglutaminase and high pressure on chicken meat and egg gels in absence of phosphates[J]. Food Chemistry,2007,104:1718-1727.

[33]Gordon A,Barbut S. Effect of chloride salts on protein extraction and interfacial protein film formation in meat batters[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture,1992,58(2):227-238.

[34]Banerjee S,Bhattacharya S. Food Gels:Gelling Process and New Applications[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition,2012,52(4):334-346.

[35]曹瑩瑩. 超高壓結(jié)合熱處理對肌球蛋白凝膠特性的影響研究[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2012.

[36]王苑,楊玉玲,周光宏,等. 高壓預(yù)處理及加熱方式對混合蛋白凝膠特性的影響[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè),2007(7):18-21.

[37]Ngarize S,Adams A,Howell N. A comparative study of heat and high pressure induced gels of whey and egg albumen proteins and their binary mixtures[J]. Food Hydrocolloids,2005,19:984-996.

[38]Devi AF,Buckow R,Hemar Y,et al. Modification of the structural and rheological properties of whey protein/gelatin mixtures through high pressure processing[J]. Food Chemistry,2014,156:243-249.

[39]程珍珠. 超高壓和膳食纖維對復(fù)合魚糜凝膠品質(zhì)的影響[D].無錫：江南大學(xué),2012.

[40]Hayashi R,Hayashida A.Increased amylase digestibility of pressure treated starch[J].Agrie Biol Chem,1989,53(9):2543-2544.

[41]Hibi Y,Matsumoto T,Hagiwara S. Effect of high pressure on the cyrsta1line structure of various stacrh granules[J].Cereal Chem,1994,70(6):671-676.

[42]Mercier C，Et RC,Guilbot A. Influence of a pressure treatment of the granular structure and susceptibility to enzymatic amylolysis of various starches[J].Starch Staerke,1968,20:6-11.

[43]Theerlein J M,Assche JAV,Heremans K,et al. Gelatinisation temperatuer of starch,as influenced by high pressure[J]. Carbohydr Res,1981,93(2):304-307.

[44]薛路舟. 超高壓處理對生物大分子的影響研究[D].大連：大連理工大學(xué),2010.

[45]Abbasi S,Dickinson E. High-pressure-induced rheological changes of low-methoxyl pectin plus micellar casein mixtures[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2002,50(12):3559-3565.

[46]Soleiman A,Dickinson E. Gelation of iota-carrageenan and micellar casein mixtures under high hydrostatic pressure.[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2004,52(6):1705-1714.

[47]李汴生,曾慶孝,芮漢明,等. 高壓對食品膠溶液流變特性的影響[J]. 高壓物理學(xué)報,2001(1):64-69.

[48]Yang B,Jiang Y M,Wang R,et al. Ultra-high pressure treatment effects on polysaccharides and lignins of longan fruit pericarp[J]. Food Chemistry,2009(112):428-431.

[49]Al Ruqaie IM,Kasapis S,Abeysekera R.Structural properties of pectin-gelatin gels.PartII,effect of sucrose/glucose syrup[J]. Carbohydrate Polymers,1997,34(4):309-321.

[50]Zhou Y,Chen C,Chen X,et al. Contribution of Three Ionic Types of Polysaccharides to the Thermal Gelling Properties of Chicken Breast Myosin[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2014,62(12):2655-2662.

[51]Capron I,Nicolai T,Smith C. Effect of addition of kappa-carrageenan on the mechanical and structural properties of beta-lactoglobulin gels[J]. Carbohydrate Polymers,1999,40(3):233-238.

[52]Turgeon SL,Beaulieu M. Improvement and modification of whey protein gel texture using polysaccharides[J]. Food Hydrocolloids,2001,15(4-6):583-591.

[53]Anderson ADE,Daubert CR,Farkas BE. Rheological characterization of skim milk stabilized with carrageenan at high temperatures[J]. J Food Sci,2002,67(2):649-652.

[54]Hayakawa S,Nakamura R.Optimization approaches to thermally induced egg white lysozyme gel[J]. Agric Biol Chem,1986,50:2039-2046.

[55]Puppo M C,Speroni F,Chapleau N,et al. Effect of high-pressure treatment on emulsifying properties of soybean proteins[J]. Food Hydrocolloids,2005,19(2):289-296.

[56]Plancken I V D,Loey A V,Hendrickx M E. Foaming properties of egg white proteins affected by heat or high pressure treatment[J]. Journal of Food Engineering,2007,78(4):1410-1426.

[57]Chapleau N,de Lamballerie-Anton M. Improvement of emulsifying properties of lupin proteins by high pressure induced aggregation[J]. Food Hydrocolloids,2003,17(3):273-280.

[58]Ma F,Chen C,Zheng L,et al. Effect of high pressure processing on the gel properties of salt-soluble meat protein containing CaCl2 and kappa-carrageenan[J]. Meat Science,2013,95(1):22-26.

[59]He J,Azuma N,Yang H. Effects of pH and ionic strength on the rheology and microstructure of a pressure-induced whey protein gel[J]. International Dairy Journal,2010,20(2):89-95.

[60]Uresti RM,Velazquez G,Vazquez M,et al. Effects of combining microbial transglutaminase and high pressure processing treatments on the mechanical properties of heat-induced gels prepared from arrowtooth flounder(Atheresthes stomias)[J]. Food Chemistry,2006,94(2):202-209.

[61]Chattong U,Apichartsrangkoon A,Bell AE. Effects of hydrocolloid addition and high pressure processing on the rheological properties and microstructure of a commercial ostrich meat product "Yor"(Thai sausage)[J]. Meat Science,2007,76(3):548-554.

[62]Chen C,Wang R,Sun G,et al. Effects of high pressure level and holding time on properties of duck muscle gels containing 1% curdlan[J]. Innovative Food Science & Emerging Technologies,2010,11(4):538-542.

[63]Chen X,Chen C,Zhou Y,et al. Effects of high pressure processing on the thermal gelling properties of chicken breast myosin containing κ-carrageenan[J]. Food Hydrocolloids,2014:262-272.

[64]He J S,Azuma N,Hagiwara T,et al. Effects of sugars on the cross-linking formation and phase separation of high-pressure induced gel of whey protein from bovine milk[J]. Bioscience,Biotechnology and Biochemistry,2006,70(3):615-625.

Research progress on the effects of ultra-high pressure on gelation property of food

LI Xiao-ying,GAO Yan-xiang,YUAN Fang*

(College of Food Science and Nutritional Engineering,China Agricultural University,Beijing 100083,China)

Protein and polysaccharide are two major food components with common function property of gelation,and gel can be formed by changing their conformation and further aggregation under processing of ultra-high pressure. In this paper,to provide a further understanding of the effect of ultra-high pressure on gelation property of food,the concept,principle,and characteristics of ultra-high pressure are introduced,and the influences on protein and polysaccharide gelation properties are explored. Furthermore,the possible research directions in this field are proposed based on above introduction,and theory evidence were provided for expanding applications range at the same time.

ultra-high pressure;protein;polysaccharide;gelation property

2016-09-14

李孝瑩(1993-)，女，碩士，研究方向：功能食品研發(fā)，E-mail:ouc_lixiaoying@163.com。

*通訊作者:袁芳(1967-)，女，博士，副教授，研究方向：功能食品與配料，E-mail:yuanfang0220@163.com。

國家自然科學(xué)基金(31371836)。

TS201.2

A

1002-0306(2017)07-0385-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.07.066