《Journal of Food Engineering》：Structural–mechanical stabilization of frozen bighead carp surimi gels by high-pressure processing combined with liquid immersion freezing: Ice crystal regulation and network reinforcement
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•HPP + LIF 提高了大头鱼鱼糜凝胶的冻结稳定性。•HPP + LIF 细化了冰晶并减少了网络损伤。•HPP + LIF 增强了热诱导凝胶化过程中的弹性行为。•松弛和滞后测试显示出更高的抗变形能力。•微型 CT 显示更致密且连续的三维凝胶网络。引言鱼糜凝胶产品是主要由肌
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HPP + LIF 提高了大头鱼鱼糜凝胶的冻结稳定性。
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HPP + LIF 细化了冰晶并减少了网络损伤。
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HPP + LIF 增强了热诱导凝胶化过程中的弹性行为。
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松弛和滞后测试显示出更高的抗变形能力。
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微型 CT 显示更致密且连续的三维凝胶网络。
引言
鱼糜凝胶产品是主要由肌原纤维蛋白（MP）构成的水产品，因其高蛋白含量、低脂肪含量和令人满意的质构而受到重视（Mi 等，2021；Zhang 等，2019）。传统上，高质量鱼糜是从海鱼中生产的，但海洋资源的减少、捕捞成本的上升以及需求的增长削弱了这一供应优势（Yu 等，2022）。因此，淡水鱼凭借其规模化养殖、稳定供应和相对较低的成本等优势，已成为重要的替代品（Yingchutrakul 等，2022）。大头鱼（Hypophthalmichthys nobilis）是一种代表性的淡水鱼种，2023年全球产量达到342万吨，表明其在鱼糜加工方面的潜力（FAO，2026）。然而，淡水鱼糜通常表现出比海洋鱼鱼糜更弱的凝胶形成能力和更低的结构稳定性，限制了其在高质量凝胶产品中的应用（Fan 等，2019）。冷冻对于鱼糜的储存和运输至关重要；然而，传统空气冷冻过程中形成的较大且不规则的冰晶会破坏凝胶基质，促进水分迁移和蛋白质变性，削弱凝胶稳定性（Jia 等，2019；Yuan 等，2025）。因此，提高淡水鱼糜的冻结稳定性和凝胶形成能力对其增值利用具有重要意义。
为减少冷冻引起的劣化，冷冻保护剂和功能性添加剂（包括糖类、糖醇、多糖、酚类化合物、淀粉和蛋白质交联剂）已被广泛应用于鱼糜加工（Gao 等，2022；Jia 等，2018；Sun 等，2024；Yang 等，2023）。这些物质通过抑制蛋白质变性、限制水分迁移、限制冰晶生长或增强分子间蛋白质相互作用来保持冷冻鱼糜的品质（Walayat 等，2022）。然而，它们可能会改变鱼糜产品的原始风味和营养特性，并且可能无法完全满足消费者对健康天然水产品的需求（Zhu 等，2024a；Zhu 等，2024b）。因此，需要不添加冷冻保护剂或其他功能性添加剂的物理加工技术来改善冷冻淡水鱼糜凝胶。
高压处理（HPP）是一种非热物理技术，可以调节 MP 构象、增强分子间相互作用并改善蛋白质凝胶网络（Cando 等，2017；Ma 等，2015；Zhu 等，2021）。基于高压对蛋白质结构和水相变的影响，压力摆动冷冻（PSF）已被应用于改善冷冻鱼糜凝胶的品质（Zhang 等，2024a）。在 PSF 过程中，样品在高压下冷却至高度过冷的未冻结状态，然后快速减压以诱导大量冰核形成，产生小而均匀分布的冰晶，减少冷冻损伤（Zhang 等，2025）。然而，PSF 需要腔内冷却、保持过冷状态和减压诱导成核，导致操作复杂、加工时间长、腔室利用效率低和成本高（Zhu 等，2021）。由于液体冷却介质的高传热效率，液体浸没冷冻（LIF）可以缩短通过最大冰晶形成区的时间，并促进较小冰晶的形成（Li 等，2022；Yang 等，2020）。因此，HPP 与 LIF 结合可能提供了一种受 PSF 启发的分离加工策略：HPP 作为冷冻前的预处理，而 LIF 提供后续的浸没冷冻步骤。因此，HPP + LIF 可能是一种不添加冷冻保护剂的物理方法来改善冷冻淡水鱼糜凝胶。
先前的研究报告称，HPP + LIF 改善了冷冻大头鱼鱼糜凝胶的某些理化特性，包括凝胶强度、质构、持水性、水分分布和冰晶形态（Song 等，2025）。然而，HPP + LIF 处理后的凝胶的动态凝胶化行为和时间依赖的机械响应，特别是在持续变形和加载-卸载变形下的响应，仍然了解不足。对于冷冻鱼糜凝胶，品质保持不仅取决于最终凝胶特性，还取决于热诱导网络形成以及冷冻-解冻凝胶对持续变形和压缩变形的响应能力（Zhu 等，2024a；Zhu 等，2024b；Jia 等，2016；Zhang 等，2019）。因此，本研究旨在探究 HPP + LIF 处理的冷冻大头鱼鱼糜凝胶的结构-力学行为。动态流变学、应力松弛、单周期加载-卸载测试、冰晶形态和微型 CT 重建被整合起来，以表征热诱导凝胶化、粘弹性松弛、机械能量耗散、冷冻引起的结构变化和三维网络连续性。这些测量共同提供了 HPP + LIF 处理的冷冻鱼糜凝胶中凝胶网络发展和机械稳定性的多维表征。
章节摘要
材料与试剂
新鲜大头鱼（n = 10，3.0 ± 0.5 kg）被活着送到实验室并立即加工；从购买到到达实验室的时间间隔不超过30分钟。加工前，将鱼置于百里酚溶液（80 mg/L，10 °C）中麻醉5分钟，遵循脊椎动物安乐死指南，随后断头。去鳞、去内脏和彻底冲洗后，仔细分离肌肉组织，分成小份并通过……研磨
凝胶强度
鱼糜凝胶网络的完整性和机械性能可通过凝胶强度进行评估（Cao 等，2022）。如图 1(A) 所示，对照组的凝胶强度为 273.27 ± 12.26 g cm，而 AF 处理将凝胶强度显著降低至 178.27 ± 8.07 g cm（P < 0.05），表明 AF 明显损害了冷冻-解冻鱼糜的凝胶形成性能。这种下降可能与 AF 后观察到的较大冰晶有关，这些冰晶可能导致
结论
本研究证明了 HPP + LIF 是改善冷冻大头鱼鱼糜凝胶结构稳定性和机械性能的有效物理加工策略。与 AF 相比，HPP + LIF 显著减轻了冷冻引起的劣化，增强了凝胶强度，并减少了解冻和烹饪损失。除了这些传统品质属性外，动态流变学和应力松弛表明 HPP + LIF 增强了热诱导凝胶化过程中的弹性响应，并且
CRediT 作者贡献声明
Tao Song：撰写 - 初稿、可视化、方法学、调查。Yuyang Zhang：软件、资源、调查。Xinxin Li：软件、资源、调查。Ying Liu：可视化、方法学、形式分析。Hosahalli S. Ramaswamy：可视化、方法学、形式分析。Yong Yu：监督、项目管理、资金获取、概念化。
资金来源声明
本研究由国家自然科学基金（资助编号 31871892）资助。
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的可能影响本文报告工作的竞争财务利益或个人关系。
Tao Song|Yuyang Zhang|Xinxin Li|Ying Liu|Hosahalli S. Ramaswamy|Yong Yu
