全 文 ：核 农 学 报 2010，24(6):1226 ～ 1231
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
文章编号:1000-8551(2010)06-1226-06
高密度 CO2 对羊肉糜凝胶特性的影响
曲亚琳 张德权 饶伟丽 李春红 李 娟
(中国农业科学院农产品加工研究所 /农业部农产品加工与质量控制重点开放实验室，北京 100193)
摘 要:以羊肉糜为材料，以常压下热处理产生的热诱导凝胶为对照，通过测定凝胶色泽、pH 值、持水力、
质构特性以及微观结构，研究高密度 CO2 对羊肉糜凝胶特性的影响。结果表明，与热诱导凝胶(对照)
相比，高密度 CO2 处理能使羊肉糜形成更加致密的凝胶结构，显著增加羊肉糜凝胶的 L* 值、硬度、弹
性、内聚性和咀嚼性，但 pH 值变化不明显，持水力略有降低。表明高密度 CO2 作为一种新型的非热技
术，可用于蛋白凝胶制品的制备。
关键词:高密度 CO2;羊肉糜;凝胶特性
INFLUENCE OF DENSE PHASE CO2 ON GEL PROPERTIES OF MINCED MUTTON
QU Ya-lin ZHANG De-quan RAO Wei-li LI Chun-hong LI Juan
(Key Laboratory of Agricultural Product Processing and Quality Control，Ministry of Agriculture / Institute of Agro-Food
Science and Technology，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100193)
Abstract:Compared with heat-induced gel produced at normal pressure，the influence of dense phase CO2(DPCD)on
gel properties of minced mutton including gel color， pH values， water hold capacity， texture properties and
microstructure was studied. The results showed that，through dense-phase CO2 treatment，gels formed much denser than
heat-induced gels. The L* values，hardness，springiness，cohesiveness and chewiness of minced mutton gel increased
significantly after dense-phase CO2 treatment compared with heat treatment，but pH values did not change significantly，
and the water hold capacity decreased slightly. As a new type of non-thermal technologies，dense-phase CO2，could be
used to the preparation of protein gels.
Key words:dense-phase CO2;minced mutton;gel properties
收稿日期:2010-04-12 接受日期:2010-05-06
基金项目:国家科技支撑计划(2007BAD70B01)，863 计划(2007AA100405)
作者简介:曲亚琳(1984-)，女，山东莱州人，硕士研究生，主要从事食品非热加工技术研究。E-mail:qyl8417@ 126. com
通讯作者:张德权(1972-)，男，河南信阳人，研究员，研究方向肉品科学。Tel:010-62818740;E-mail:dqzhang0118@ 126. com
传统热力加工技术对一些产品特别是热敏性产品
的色、香、味和功能性及营养成分等具有破坏作用，经
过热加工的产品失去原有的新鲜度，甚至产生异味，影
响产品质量。非热力加工技术可以最大限度地保留食
品原有的生鲜风味和营养，因此成为当前食品加工新
技术研究与开发的热点之一［1，2］。高密度 CO2 技术
(DPCD)是近年来发展起来的一种新型非热力加工技
术，主要指利用高于 5MPa 而低于 50MPa 的亚临界或
超临界 CO2 进行杀菌。目前，已有利用高密度 CO2 技
术进行食品非热力杀菌的研究报道［3，4］，如 1996 年
Gunes 开展了苹果酒高密度 CO2 杀菌效果的研究
［4，5］;
Sirisee 开展了绞细牛肉高密度 CO2 杀菌效果的研
究［6］等，但有关高密度 CO2 处理对食品品质影响的研
究报道还较少。2009 年本实验室在开展低温羊肉糜
凝胶高密度 CO2 杀菌效果研究的过程中发现，肉糜经
高密度 CO2 处理后能形成较好的凝胶结构
［7］，而肉制
品的凝胶性是衡量其品质的重要指标之一［8］，能否形
成良好的凝胶结构直接影响肉品的食用品质。因此，
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6 期 高密度 CO2 对羊肉糜凝胶特性的影响
了解高密度 CO2 条件下肉糜凝胶形成的规律和影响
因素十分必要。本文在已有研究的基础上，以羊肉糜
为对象，研究高密度 CO2 对羊肉糜凝胶特性的影响，
为高密度 CO2 技术应用于肉品非热杀菌提供一定的
理论依据。
1 材料与方法
1. 1 材料
1. 1. 1 羊肉 市售，置于 4℃冰箱中冷藏。
1. 1. 2 试验试剂 精盐、大豆分离蛋白、淀粉均购于
市场，食用级;焦磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠均为
分析纯，购于国药集团化学试剂公司;CO2，纯度为
99. 95%，购于北京氧气厂。
1. 1. 3 试验设备 TC 121 绞肉机，广东恒联食品机
械有限公司;HA221 － 50 － 06 高密度 CO2 处理装置，
江苏南通华安超临界流体有限公司;pH 211 型酸度
计，意大利哈纳公司;CR － 400 色差计，日本 Konica
Minolta 公司;TA-XT2i / 5 质构分析仪，英国 Stable
Micro Systems 公司;扫描电镜，H － 7500 型，日本
Hitachi 公司;医用低温保存箱，青岛海尔特种电器有
限公司。
1. 2 试验方法
1. 2. 1 羊肉糜的制备 将新鲜羊肉放入冰柜，1 ～ 2h
内降低到 4℃，取出并去除脂肪和结缔组织，瘦肉切碎
并称重。将切碎的肉样置于绞肉机中搅成肉糜，在绞
肉的过程中分别加入样品重 2. 5% 的精盐、10% 的淀
粉、4%的大豆分离蛋白、0. 3% 的磷酸盐(焦磷酸钠 ∶
三聚磷酸钠 ∶六偏磷酸钠 = 42 ∶ 37 ∶ 21)、10%的冰水以
及 5%的脂肪，搅拌均匀。然后将羊肉糜样品灌入
50ml 杀菌管中，每个杀菌管中样品重 50g(肉糜的最终
温度为 10℃)备用。
1. 2. 2 高密度 CO2 处理 将灌入杀菌管的羊肉糜样
品在不同高密度 CO2 条件下(压力为 0、10、20、30、40
和 50MPa、温度 55℃、60℃、65℃、70℃和 75℃)分别处
理 30min，每个处理 3 次重复，4℃贮存过夜备用。以
0MPa 下处理的样品为对照(下称热诱导凝胶)。
1. 3 测定方法
1. 3. 1 色泽的测定 样品温度平衡至室温，切成 1cm
的薄片，室温下用 CR － 400 色差计测定色泽，记录其 L
* 、a* 、b* 值，L* 表示样品的亮度值，a* 表示样品的
偏红值，b* 表示样品偏黄值。每组测定重复 3 次。
1. 3. 2 pH 值的测定 取样品 5g，匀浆，加入 50ml 蒸
馏水搅拌均匀，在室温下放置 30min，取上清液用酸度
计直接测定，每组重复测定 3 次。
1. 3. 3 持水力的测定 采用 Funami 等人［9］的方法测
定持水力，先将平衡后样品切成 15mm 的薄片并称重
(W1)，上下加垫滤纸后用质构仪进行压缩，负重
50kg，速度 5mm / s，压紧到 70% 并保持 60s 后去掉滤
纸，再将样品称重(W2)，失水率按下式计算
［10］:失水
率 = W1 － W2W1
× 100%，每组测定重复 3 次。
1. 3. 4 质构的测定 将羊肉糜凝胶样品切成 20mm
的薄片，采用质构仪测定凝胶的硬度、弹性、内聚性、咀
嚼性、脆性、黏性［10］，质构仪测定选择 TPA 模式，测定
参数为测前速度 5mm / s，测试速度 5mm / s，测后速度
5mm / s，压缩程度 40%，引发力 5g，探头型号 P /35，室
温下进行测量，每个样品测定 3 次。
1. 3. 5 扫描电镜观察 将羊肉糜凝胶样品切成小块，
4℃下 3%的戊二醛溶液固定 24h，再用浓度为 0. 1mol /
L、pH6. 8 的磷酸缓冲液洗涤数次，每次 10min。依次
用浓度为 30%、50%、70%、80% 和 90% 的乙醇脱水，
每次 10min;最后用无水乙醇脱水 3 次，每次 10min。
脱水后，用醋酸戊脂置换乙醇，临界点干燥，离子溅射
喷金后放入扫描电镜下进行观察［10］。
1. 4 统计分析
所有的数据处理均用 SAS 线性模型(SAS Institute
Inc.，Cary，USA)进行方差分析(ANOVA)，用 Duncan
比较法进行差异性检验，ANOVA 显著水平为 P <
0. 05。
2 结果与讨论
2. 1 高密度 CO2 处理对羊肉糜凝胶色泽的影响
羊肉糜经高密度 CO2 处理后由红色变成粉红色
和棕色，L* 值、a* 值和 b* 值均发生了不同程度的变
化(图 1)。与单一的热处理相比，热处理结合高密度
CO2 处理能显著增加羊肉糜凝胶的 L* 值，不同温度
下样品的 L* 值有明显差异(P < 0. 05)，这一结果与
Pilar［10］］和 Thawatchai［12等人的研究结论基本一致，加
压后样品的 L* 值也明显增加，但在 20MPa 后就趋于
平缓，且不同压力间差异不明显(P > 0. 05)。a* 值随
温度和压力的增加呈减小的趋势，但温度超过 60℃后
a* 值降低幅度较小，不同温度间差异不显著，压力超
过 40MPa 后 a* 值反有增加的趋势。b* 值随压力和
温度的增加变化不明显，与 Shigehisa 等人研究结果基
本一致［13］。 Suzuki 等人研究表明，法兰克福肠经
400MPa 或 600MPa(10℃ ～ 40℃，10 ～ 30min)处理后，
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L* 值增加 5 个单位，而 a* 值和 b* 值保持不变［14］，
Cheftel 和 Ledward 等人也发现，在压力作用下，金枪鱼
图 1 高密度 CO2 对羊肉糜凝胶色泽的影响
Fig. 1 Influence of DPCD on minced
mutton gel color
肉、牛肉的 L* 值升高，a* 值降低［15，16］，与本研究结果
略有差异。肉色主要决定于肉中的肌红蛋白含量和化
学状态，Cheftel 等人研究发现，高压下肌红蛋白不仅
会变性，且还会形成高铁肌红蛋白，发生汁液损失或使
色素蛋白结构中卟啉环和蛋白聚合等，最终造成肉表
面 L* 值增加［15］;Cheah 等人研究表明，a* 值和 b* 值
的变化与高压下肌球蛋白的氧化和变性作用有关［17］，
但高密度 CO2 对肉色的影响规律还不清楚，推测可能
与肌球蛋白、肌动蛋白及血红蛋白等的含量和化学状
态有关［18，19］，具体的原因有待进一步研究。
2. 2 高密度 CO2 处理对羊肉糜凝胶 pH 值的影响
高密度 CO2 对羊肉糜凝胶 pH 值的影响如图 2 所
示。羊肉糜经高密度 CO2 处理后，pH 值随温度的升
高逐渐增大(P < 0. 05)。以往研究发现，加热会造成
蛋白质酸性基团减少 2 /3 左右，而对蛋白质碱性基团
的数量几乎没有影响，这也正是羊肉糜凝胶 pH 值随
高密度 CO2 处理温度的升高而增加的原因
［20］。压力
对羊肉糜凝胶 pH 值的影响比较复杂，随高密度 CO2
处理压力的增加，羊肉糜凝胶 pH 值呈先增加后降低
的趋势，但降低幅度并不显著(P < 0. 05)。推测原因
在于，一方面高密度 CO2 处理造成 CO2 与水结合形成
H2CO3，H2CO3 解离产生 H
+，促使羊肉糜凝胶 pH 值
降低;另一方面，羊肉糜凝胶结构也影响了 CO2 的透
过能力［21，22］，且升高温度减少蛋白质的酸性基团数
量，降低了 CO2 在水中的溶解度，影响高密度 CO2 的
酸化作用，使羊肉糜凝胶 pH 值降低缓慢。
图 2 高密度 CO2 对羊肉糜凝胶 pH 值的影响
Fig. 2 Influence of DPCD on pH value
of minced mutton gel
2. 3 高密度 CO2 处理对羊肉糜凝胶持水力的影响
凝胶失水率反映了凝胶持水能力的大小，失水率
越高，持水力越小［18，23］。高密度 CO2 处理对羊肉糜凝
胶持水力的影响见图 3。图 3 表明，高密度 CO2 处理
后羊肉糜凝胶的失水率均有不同程度的升高，即持水
力均有不同程度的下降;且 60℃下羊肉糜凝胶的失水
率显著高于 60℃以上的羊肉糜凝胶，即羊肉糜凝胶持
水力随处理温度的增加而增加。原因可能在于羊肉糜
在高密度 CO2 处理过程中需经历由肉糜到凝胶结构
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6 期 高密度 CO2 对羊肉糜凝胶特性的影响
图 3 高密度 CO2 对羊肉糜凝胶持水力度影响
Fig. 3 Influence of DPCD on water hold
capacity of minced mutton gel
的转变过程，与原料肉糜相比，加热和加压均会破坏肉
糜原有的组织结构，导致肉糜失水率增加，持水力下
降，而当羊肉糜完成了由肉糜向凝胶结构的转变后，升
高温度和增加压力会影响羊肉糜凝胶的结构，导致羊
图 4 高密度 CO2 对羊肉糜凝胶质构特性的影响
Fig. 4 Influence of DPCD on textural properties of minced mutton gel
肉糜凝胶的持水力发生变化。前人研究表明，60℃以
下肌肉纤维蛋白质变性凝固程度较低，凝胶持水力较
差［12，24，25］，60℃ ～ 70℃ 时肉的热变性基本结束［20］，
70℃以后肉糜能够形成较好的凝胶结构。本研究表
明，60℃以下即使增加压力羊肉糜也不能形成较好的
凝胶结构，羊肉糜凝胶持水力较低;而 60℃以上羊肉
糜能形成致密的凝胶结构，持水力显著增强。增加压
力一方面能强化蛋白的热变性和凝胶的形成，肉糜凝
胶的持水力随压力的增加而增加;另一方面，增加压力
也能导致凝胶结构的崩塌，使凝胶持水力下降［15］，从
而形成羊肉糜凝胶持水力有先增加后降低的规律。
2. 4 高密度 CO2 处理对羊肉糜凝胶质构特性的影响
高密度 CO2 处理对羊肉糜凝胶的硬度、弹性、内
聚性和咀嚼性的影响如图 4 所示。与热诱导凝胶相
比，高密度 CO2 处理后羊肉糜凝胶的硬度、弹性、内聚
性和咀嚼性均有不同程度的增加;70℃以下羊肉糜凝
胶的硬度、弹性、内聚性和咀嚼性随温度的增加而增
加，但 70℃以上却随温度的增加而降低;从图 4 中还
可以看出，压力对羊肉糜凝胶硬度、弹性、内聚性和咀
嚼性的影响较复杂，羊肉糜凝胶效果随压力的增加呈
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先增加后降低的趋势，而并非在压力最低或最高时凝
胶效果最好。原因可能在于高密度 CO2 处理羊肉糜，
羊肉糜经历了由肉糜到凝胶结构的转变，加热和加压
均会促进凝胶结构的形成，导致肉糜凝胶的硬度、弹
性、内聚性和咀嚼性增加。Upul 等人研究表明，70℃
下，肉糜蛋白质还没有完全变性，蛋白质处于伸展、解
聚、聚集和逐渐胶凝的过程中，而随着温度和压力的升
高，肉糜逐渐完成向胶凝结构的转变，到 70℃时变性
基本结束［26］。本试验发现在 70℃条件下肉糜能够形
成较好的凝胶结构，其硬度、弹性、内聚性和咀嚼性达
到最大。Chapleau 等人还发现，低压下蛋白质解聚程
度较低，其内部极性基团和疏水基团无法充分暴露，肉
糜不能形成较好的凝胶网络结构，而压力过高又会促
进解聚分子的重新结合，使得蛋白质凝胶网络结构受
到破坏［27］，蛋白结构的这种解聚又重新结合导致凝胶
质构特性下降［28］，可能是造成羊肉糜凝胶质构特性随
压力的增加而先增后降的主要原因。但高密度 CO2
导致蛋白变性没有固定的模式可循，它是温度、压力和
时间共同作用的结果［29］，不同的蛋白伸展、解聚、聚集
和胶凝需要不同的条件［15］，因此，高密度 CO2 处理导
致肉糜凝胶形成的机理还有待深入研究。
2. 5 高密度 CO2 处理对羊肉糜凝胶微观结构的影响
高密度 CO2 处理对羊肉糜凝胶微观结构的影响
见图 5。由图 5 可以看出，经加压和加热后羊肉糜能
形成较好的三维网状结构，且这种网状结构随压力的
增大而逐渐致密，尤其在 30MPa 时最密，之后随压力
的增大，网孔构造呈现增大趋势，这可能与 S － S 键、疏
水键、氢键、离子键的参与凝胶网状结构的形成有关，
其中，S － S 键对这种网状结构的形成起着重要作
用［29，30］。加压促进了蛋白质的伸展和解聚，造成了蛋
白质内部极性基团和疏水基团的充分暴露，促进了 S
－ S 键、疏水键、氢键和离子键的形成，但压力过高又
促进蛋白质解聚分子的重新聚集，使蛋白质凝胶网络
结构受到破坏［27］，出现孔洞。
图 5 不同高密度 CO2 处理条件下羊肉糜凝胶的扫描电镜图(5000 ×)
Fig. 5 Scanning electron microscopic pictures of minced mutton gel treated by DPCD(5000 ×)
处理温度 60℃，处理时间 30min
treated temperature 60℃，treated time 30min
3 结论
羊肉糜经高密度 CO2 处理后能形成较好的凝胶
结构，且与热诱导凝胶(对照)相比，高密度 CO2 诱导
凝胶的色泽、硬度、弹性、内聚性、咀嚼性均有显著提
高，扫描电镜微观结构更加致密。
过高和过低的压力均不利于羊肉糜高密度 CO2
凝胶的形成，因此，在实际生产中应根据需要选定合适
条件制造出适宜的凝胶产品。
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2010，24(6):1226 ～ 1231
与热诱导凝胶相比，高密度 CO2 诱导凝胶的 pH
值变化不明显，持水力略有降低。
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(责任编辑 高美须 裴 颖)
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