Hydrodynamic performance and around flow field of biplane-type otter board with different working positions
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摘要:
网板是单拖网中实现网具扩张的重要属具，其稳定状态直接决定拖网网口扩张程度，进而影响渔获效率和经济效益。该研究以立式双曲面网板为研究对象，利用水槽模型试验和数值模拟 (Computational fluid dynamics, CFD) 探究立式双曲面网板在不同倾斜状态 (内、外倾斜，前、后倾斜) 和冲角下的水动力性能变化，并对网板周围流场和表面压力进行可视化。结果显示：1) 模型试验和数值模拟的网板升力系数均在倾角为0°，冲角为25°时达到最大值，分别为1.69和1.88；而两者的阻力系数均随倾角增大逐渐减小。2) 模型试验和数值模拟的升阻比均随倾角增大逐渐减小；当内倾角为5°时，两者的升阻比均达到最大，分别为3.27和3.69。3) 压力中心系数Cpb随倾角变化基本保持不变；但当网板处于前倾状态时，Cpc随倾角增大而增加；而网板处于后倾状态时，Cpc随倾角增大逐渐减小。4) CFD结果显示，网板中心面后部旋涡随倾角增大逐渐减小；当网板处于内、外倾状态时，前端流速衰减区随倾角增大逐渐增加；但当网板处于前、后倾状态时，衰减区随倾角增大逐渐减小；网板处于前倾状态时，压力中心随倾角增大逐渐向网板上端翼弦移动，网板处于后倾状态时则出现相反结果。研究结果可为今后研究网板稳定性和合理使用及调整网板提供科学参考。
Abstract:Otter board, an important accessory for net expansion in the single trawl, whose stability directly determines the degree of expansion of the trawl mouth and affects the catch efficiency and economic benefits. In this study, the hydrodynamic performance of the biplane-type was investigated by using the flume tank experiment and numerical simulation (Computational fluid dynamics, CFD) at different heel angles (inward, outward and tilt) and angles of attack, and the flow field and surface pressure around otter board was visualized. The results show: 1) At heel angle of 0° and angle of attack of 25°, both the lift coefficients of otter board for flume tank experiment and numerical simulation reached the maximum values (1.69 and 1.88, respectively), while both drag coefficients decreased with increasing heel angle. 2) Both the lift-to-drag ratios of model experiment and numerical simulation decreased with the increase of heel angle, and both reached the maximum values (3.27 and 3.69, respectively) when the heel inward angle was 5°. 3) The pressure center coefficient (Cpb) almost maintained stable with the change of heel angle; Cpc increased and decreased with increasing heel angle when the otter board was set to forward and backward tilting states, respectively. 4) CFD results show that the vortex at the rear of the center surface of otter board decreased with increasing heel angle. When the otter board was in inward and outward inclination states, the front end flow velocity reduction zone increased with increasing heel angle gradually. The pressure center moved toward the end chord of otter board as the heel angle increased in forward tilting state, but moved toward the lower end chord in backward tilting state. The results can provide scientific references for the studies on the stability of otter board and adjustion of fishing strategy.
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鲢(Hypophthalmichthys molitrix)是中国重要的淡水养殖鱼种之一，也是目前研发鱼糜制品的一种重要原料[1]。在鱼糜的工业化制品中，通常添加质量分数2%~3%的食盐来生产鱼糜凝胶制品，但食盐摄入量过高可能会引起人体一系列的健康问题(如高血压、冠心病、动脉硬化等)，开发低盐产品是鱼糜深加工的重要方向；然而，由于鱼糜盐溶性蛋白质在低盐条件下不能充分溶解、展开及相互作用，导致低盐制品有凝胶强度低、持水性低、口感粗糙等品质问题[2]。
提高低盐鱼糜制品凝胶品质是鱼糜加工企业研发的一个重要方向，如Cando等[3]发现使用胱氨酸(0.1%)、焦磷酸钠(0.05%)和赖氨酸(0.1%)作为低盐狭鳕(Theragra chalcogramma)鱼糜 [0.3% 氯化钠 (NaCl)] 的凝胶促进剂，有效地改善了鱼糜的凝胶品质。付湘晋等[4]研究发现采用微波加热法可显著提高低盐鲢鱼糜(1% NaCl)凝胶强度和持水性；然而，微波加热的不均匀性易导致鲢鱼糜内部温度不均一，而影响最终产品的品质[5]。超高压(ultra-high pressure，UHP)处理能够引起鱼糜蛋白质的四级、三级、甚至二级结构发生变化，从而影响鱼糜制品的凝胶品质[6]。有研究表明，300 MPa压力可以诱导阿拉斯加狭鳕鱼糜的肌原纤维蛋白在低盐条件下的(0.3% NaCl)充分展开，有效地改善了低盐狭鳕鱼糜凝胶的强度和持水性，说明超高压技术可有效地改善低盐海水鱼糜凝胶的品质特性[7]。然而，关于超高压技术改善低盐淡水鱼糜凝胶品质的相关报道较少，尤其是凝胶能力较差的低盐鲢鱼糜。低盐鲢鱼糜热凝胶的微观结构及水分状态直接影响着制品的凝胶强度和持水性，进而影响低盐产品的凝胶品质。差示扫描量热法(differential scanning calorimeter，DSC)可用来测定凝胶体系中的可冻结水(自由水)含量，再由总水分含量(直接干燥法)减去冻结水含量，得出结合水含量[8]。而低场核磁共振(low field nuclear magnetic resonance，LF-NMR)技术可以通过自旋-弛豫时间 (T2) 来定性定量分析低盐鱼糜中水分分布情况及流动性，是研究鱼糜水分状态的有效手段[9]。傅里叶红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy，FT-IR)可用来分析蛋白凝胶的二级结构变化和分子内的氢键作用情况[10]。扫描电镜(scanning electron microscope，SEM)常被用来观察鱼糜凝胶制品的微观形貌[3]。
鉴于此，本文先采用单因素实验考察100~500 MPa、10 min、室温对低盐鲢鱼糜热凝胶强度和持水性的影响，得出超高压制备低盐鲢鱼糜热凝胶的最佳压力；然后比较超高压低盐(300 MPa，1.5% NaCl)鱼糜凝胶与常压低盐(0.1 MPa，1.5% NaCl)以及常压普通盐(0.1 MPa，2.5% NaCl)鱼糜凝胶的水分状态和微观结构，旨在为超高压技术在低盐鱼糜加工中的应用提供参考。
1. 材料与方法
1.1 材料与试剂
生鲜鲢采购自合肥市包河区家乐福超市，体质量为(1.0±0.2 ) kg，体长为(35.0±3.0 ) cm；PVDC塑料肠衣，折叠直径为45~47 mm，填充后直径约30 mm。NaCl、蔗糖、山梨醇及复合磷酸盐等均为食品级，其他试剂均为分析纯，购于合肥美丰生物科技有限公司。
1.2 仪器与设备
S2-5斩拌机(广州旭众食品机械有限公司)；HZ-2两孔数显水浴锅(江苏金坛市环宇科学仪器厂)；HPP. L2-600/0.6超高压实验机(天津华泰森淼生物工程技术股份有限公司)；TA-XT plus质构仪(英国Stable Micro System公司)；Q2000差示扫描量热仪(美国TA公司)；Nicolet 6700傅立叶变换红外光谱仪(美国热电集团)；CT15RT型台式高速冷冻离心机(上海天美生化仪器工程有限公司)；JSM-6490LV扫描电子显微镜(日本电子株式会社)；PQ001-20-025核磁共振成像分析仪(纽迈电子科技有限公司)。
1.3 常压低盐鱼糜凝胶和常压普通鱼糜凝胶的制备
冷冻鱼糜4 ℃条件下解冻，先空斩3 min，再添加NaCl盐斩8 min，将斩拌好的鱼糜灌入肠衣，采用水浴二段式加热，35 ℃加热1 h后90 ℃加热0.5 h，使用冰水(约2 ℃)迅速冷却鱼糜热凝胶，将冷却后的鱼糜置于4 ℃、24 h得到样品，依据盐斩中NaCl添加量的不同(1.5%和2.5%)分别得到常压低盐鱼糜和常压普通鱼糜[1]。
1.4 超高压低盐鱼糜凝胶的制备
将灌肠之后的低盐(1.5% NaCl)鱼糜真空包装后，放入超高压设备，加入室温水，设置参数，进行升压、保压、卸压，之后取出样品，再进行上述的二段式水浴加热处理，得到超高压低盐鱼糜凝胶，4 ℃下冷藏，待测。考察压力100 MPa、200 MPa、300 MPa、400 MPa和500 MPa处理(10 min，室温约20 ℃)对凝胶强度和持水性的影响，选取最佳压力下的鱼糜凝胶进行后续测定。
1.5 凝胶强度测定
参照陆剑锋等[11]的方法，将4 ℃过夜的鱼肠取出，室温环境下剥去肠衣，切成高2.5 cm的圆柱体，使用直径5 mm球形探头(P/5S)在质构仪上测定其凝胶强度，包括破断力(breaking force，g)和凹陷深度(破断距离breaking distance，mm)。凝胶强度(gel strength，g·cm)以破断力与凹陷深度的乘积表示。测试参数为：触发类型Auto (Force)，预压速度3 mm·s–1，下压速度1.5 mm·s–1，测试速度1.0 mm·s–1，回复速度1.0 mm·s–1，下压距离15 mm，感应力5 g，每组样品平行测6次。
1.6 持水性测定
将鲢鱼糜凝胶切成约为2 mm厚的薄片，将其8等分后，取1.5~2.0 g样品，用滤纸包裹好后置于离心管中，8 000 r·min–1离心10 min后按照以下公式计算持水性 (water holding capacity，WHC)[2]：
$$ {\rm WHC} = \frac{{{W_2}}}{{{W_1}}} \times 100\% $$ (1 ) 式中W1为离心前质量(g)；W2为离心后质量(g)。
1.7 DSC测定水分状态
准确称取鱼糜凝胶样品(约15 mg)置于氧化铝坩埚中密封，氮气(N2)作为保护气体，密封坩埚置于DSC设备中，测定参数为：温度 –60~30 ℃，升温速率10 ℃·min–1，N2流速40~50 mL·min–1。可冻结水(包括自由水和不易流动水)含量可通过鱼糜凝胶在0 ℃附近的焓变测出，非冻结水含量为总含水量与可冻结水含量之差[12]。总水分含量通过美国分析化学协会 (AOAC) 标准方法在103~105 ℃进行恒重来测出。可冻结水含量的计算公式为：
$$ {W_ {\text{可冻结水}}} = \frac{{{H_1}}}{{{H_0}}} \times 100\% $$ (2) 式中H0为纯水单位质量的焓变(J·g–1)；H1为根据DSC测出的吸热峰面积计算出的单位质量的焓变(J·g–1)。
1.8 LF-NMR分析水分变化
取适量鱼糜凝胶样品(约5 g)用无信号纸包裹放于直径25 mm的玻璃管中，使用核磁共振分析软件及CPMG序列对其进行T2信号采集，共振频率18.18 MHz，磁体强度(0.50±0.08) T，线圈直径25 mm，磁体温度32 ℃，参数设为：P 90 (µs)=6，P 180 (µs)=11.4，有效信号起始点D 3=20 (µs)，接收机带宽SW=100 kHz，重复采样等待时间TR=8 000 ms，模拟增益RG1=20，循环次数N=4，回波时间220 µs，共扫描15 000个回波，每个样品重复测3次[8]。
1.9 FT-IR分析
将鱼糜凝胶样品冷冻干燥，与纯KBr (大约1∶100)混合后研细均匀，置于模具中，在油压机上压成透明薄片，采用傅里叶变换红外光谱仪测定吸收光谱。检测条件为：波长4 000~400 cm–1，分辨率4 cm–1，扫描次数128次[12]。
1.10 SEM观察凝胶结构变化
将鱼糜凝胶切成的小块(5 mm×5 mm×3 mm)，用0.1 mol·L–1的磷酸缓冲液(pH 7.2)清洗5 min，重复4次；再用2.5%的戊二醛溶液在4 ℃条件下固定24 h；再次用磷酸缓冲液(0.1 mol·L–1)清洗10 min，重复4次；然后依次用体积分数为50%、70%、80%、90%、95%和100%的乙醇溶液进行脱水，脱水后冷冻干燥约15 h，真空离子溅射仪喷金后，扫描电镜观察并拍照[2]。
2. 结果与分析
2.1 不同压力处理后的鱼糜凝胶强度比较
凝胶强度是指凝胶崩裂或断裂时单位面积所受的力，反应出凝胶内部结构的坚实程度，是衡量鱼糜制品品质的一项重要指标[11]。压力对低盐鱼糜凝胶强度的影响呈先增大后减小的趋势(图1-a)。最初施压时，随着压力增大，低盐鱼糜的凝胶强度也逐步增大，在压力300 MPa时达到最大值(258.24 g·cm)；继续增大压力，鱼糜凝胶的凝胶强度反而有所降低(P>0.05)；压力达到500 MPa时则显著降低(P<0.05)。罗晓玲等[13]报道400 MPa高压处理能够显著提高马鲛(Scomberomorus niphonius)鱼糜凝胶强度，当压力继续增加，凝胶强度减弱，本研究结果与其类似。
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图 1 不同压力下鱼糜凝胶强度(a)和持水性(b)的变化0.1(1). 常压对照组1 (0.1 MPa，添加2.5% NaCl)；0.1(2). 常压对照组2 (0.1 MPa，添加1.5% NaCl)；100~500. 不同高压处理组(100~500 MPa, 10 min，添加1.5% NaCl)；不同字母代表样品存在显著差异(P<0.05)Figure 1. Changes of gel strength of (a) and water holding capacity (WHC) (b) surimi gel at different pressures0.1(1). normal atmospheric pressure Group 1 (0.1 Mpa, 2.5% NaCl); 0.1(2). normal atmospheric pressure Group 2 (0.1 Mpa, 1.5% NaCl); 100−500. different high pressure groups (100−500 MPa, 10 min, 1.5% NaCl); different letters indicate significant difference (P<0.05).超高压前处理能引发肌原纤维蛋白的变性，从而影响后续的鱼糜热凝胶品质。一定压力范围内，随着压力的增大，蛋白构象发生改变，蛋白表面疏水性增强、蛋白活性巯基含量增加，从而有助于后续加热过程中分子间的键合作用，进而形成更加致密的凝胶网状结构[14]；当压力大于300 MPa时，能够引起肌原纤维蛋白发生较大程度的变性，并通过氢键、疏水相互作用，甚至分子间的二硫键聚集成蛋白大分子，大分子不利于形成致密、均匀的凝胶网状结构，从而使得鱼糜的凝胶强度下降[15]。常压低盐鱼糜凝胶强度(203.92 g·cm)显著低于常压普通鱼糜凝胶强度(214.87 g·cm，P<0.05)，表明减少斩拌过程中NaCl的添加量，使得鱼糜的凝胶强度降低，而300 MPa压力的超高压低盐鱼糜凝胶的强度显著大于常压低盐和常压普通鱼糜凝胶(P<0.05)。因此，超高压处理能够有效地提高低盐鱼糜的凝胶强度。
2.2 不同压力处理后的鱼糜凝胶持水性比较
鱼糜凝胶持水能力是鱼糜凝胶特性的重要指标之一，它与蛋白质分子间的作用力(静电作用、疏水作用、氢键、范德华力)、凝胶水分状态及微观结构等有关[16]。压力对低盐鱼糜持水性的影响与凝胶强度变化趋势一致，压力在300 MPa时达到最大值(75.38%)。这可能因为适当的超高压处理诱导蛋白质变性而暴露出更多的疏水基团，有利于增强后续热凝胶形成中的疏水相互作用，能形成更加致密、稳定的凝胶网络，致密的凝胶能够捕捉更多的水分[17]，从而提高了鲢鱼糜制品的持水性。而当压力为500 MPa，低盐鱼糜的持水性则显著降低(P<0.05)，这是因为过高的压力下，肌原纤维蛋白发生聚集而使得热凝胶网络结构有孔洞，不利于水分保持，导致持水性减少[18]。常压低盐鱼糜凝胶的持水性(66.73%)显著低于常压普通鱼糜凝胶(70.34%，P<0.05)，而300 MPa处理得到的超高压低盐鱼糜凝胶的持水性显著大于常压低盐和常压普通鱼糜凝胶(P<0.05，图1-b)。因此，300 MPa压力的前处理有助于提高低盐鲢鱼糜凝胶的持水性，为此选用此压力作为最佳压力进行后续研究。
2.3 DSC分析鱼糜凝胶中的水分状态分布
水分状态分布可以更直观地表现超高压处理后鱼糜凝胶持水能力的变化[9]。低盐鱼糜凝胶中的水分主要以结合水、不易流动水和自由水的形式存在。结合水是水分子以氢键或配位键与鱼糜凝胶中高分子链的极性基团相互作用而存在的，流动性差，且冰点以下不会冻结，又称为非冻结水[19]。不易流动水按照一定的取向包围着聚合物和结合水，冰点比纯水低；自由水存在于鱼糜凝胶的网状结构空隙中，冰点与纯水相差不大，自由水和不易流动水又称为可冻结水[20]。DSC可用来测定鱼糜凝胶中冰的熔化热而得到可冻结水(自由水和不易流动水)的含量，并通过鱼糜的水分含量计算得到鱼糜的非冻结水含量[21]。
从超高压处理对鱼糜凝胶水分状态分布影响(图2)，可以看出鲢鱼糜凝胶在−40~20 ℃出现一个比较宽的吸热峰，是可冻结水在温度变化过程的焓变。在添加了2.5 % NaCl的普通鱼糜凝胶和1.5% NaCl的低盐鱼糜凝胶中，吸收峰的温度分别为–32.75~15.70 ℃和–32.53~14.69 ℃，而进行了超高压处理的低盐鱼糜凝胶的吸收峰温度为–36.72~12.69 ℃。由此可见，普通鱼糜凝胶吸收峰温度较低盐鱼糜凝胶稍有偏移，且超高压低盐鱼糜凝胶吸收峰温度向低温度段偏移，即冰点温度降低。由图谱信息可计算得到可冻结水含量，各水分含量的具体结果见表1。普通鱼糜凝胶的结合水含量大于低盐鱼糜凝胶；超高压低盐鱼糜凝胶的可冻结水含量(59.38%)显著减少(P<0.05)，这与图3中吸热峰面积有所减小相对应，表明更多的水分状态发生变化而形成了不可冻结水。由此可见，超高压处理降低了低盐鱼糜凝胶的冰点温度，并显著提高了结合水含量(17.58%，P<0.05)。
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图 2 超高压及常压鱼糜凝胶的差示扫描量热法图谱Figure 2. DSC spectrum of surimi gel treated with UHP and at normal pressure表 1 超高压及常压处理鱼糜凝胶中各种水分含量Table 1. Various water contents in surimi gels treated with UHP and at normal pressure% 样品
sample总水分
total water content可冻结水
freezable water content结合水
bound water content2.5% 氯化钠 NaCl (0.1 MPa) 76.87±2.39a 65.80±2.01a 11.07±1.03b 1.5% 氯化钠 NaCl (0.1 MPa) 77.74±3.10a 66.85±1.63a 10.89±1.70b 1.5% 氯化钠 NaCl (300 MPa, 10 min) 76.96±1.05a 59.38±1.08b 17.58±1.97a 注：UHP-300 MPa, 10 min；同列不同字母表示差异显著(P<0.05)，下表同此 Note: Different letters in the same column indicate significant difference (P<0.05). The same case in the following tables. 2.4 低场核磁(LF-NMR)分析鱼糜凝胶中的水分形态分布
LF-NMR是用来测定水分含量和分布最直接有效的方法，鱼糜凝胶的水分状态直接影响其持水性，进而影响凝胶品质。T2弛豫性可以反映低盐鱼糜制品中水分子的流动性，弛豫时间越长，表明水分越自由[22]；每个峰的面积比例代表凝胶体系中不同状态水的含量大小。T2在1~10 000 ms的弛豫时间分布出现了4个峰T21、T22、T23和T24(图3)，此结果与秦影等[23]报道的结果类似。其中T21 (0~2 ms)表示单层水，与蛋白质等大分子表面的极性基团以氢键相结合，占据着亲水基团的第一层；T22 (2~10 ms)表示多层水，比单层水结合强度稍低，占据单层水或第一层剩下的位置，并形成单层水以外的几层。T23 (10~200 ms)表示束缚在鲢鱼糜中凝胶微观网络结构中的水分，是鱼糜凝胶中最主要的水分，约占鱼糜总凝胶水分的90%；T24 (200~800 ms)表示鱼糜凝胶空间网络结构以外，可以自由移动的水分，也称为自由水[24]。从图3和表2可以看出，不同鱼糜凝胶样品的水分形态及分布存在一定差异，添加2.5% NaCl的普通鱼糜凝胶比添加1.5% NaCl的低盐鱼糜凝胶的弛豫时间T22、T24有所提前，且超高压处理的低盐鱼糜凝胶的弛豫时间T21、T23、T24时间也均显著提前(P<0.05)，弛豫时间有差异表明水的流动性发生了变化，弛豫时间越短，表明水的结合能力越强，持水性越好；弛豫时间越长，则反之。弛豫时间T2所对应的峰面积比例差异见表2，其中P21、P22、P23和P24分别代表以上各弛豫时间所对应的峰面积比例，分别表示不同状态的水分含量。添加2.5% NaCl的普通鱼糜凝胶不易流动水(P23)含量大于添加1.5% NaCl的低盐鱼糜凝胶；超高压低盐鱼糜凝胶中P22、P23和P24有显著性差异(P<0.05)，且P22、P23显著增加，P24显著减少。鱼糜制品中致密、有序的凝胶网络结构有助于捕获更多的水分并减弱水分流动性，从而降低鱼糜凝胶的横向弛豫时间[18,22]。这可能由于适当的超高压处理能够形成致密、均匀的凝胶网络结构而改变水分的流动性。此外，压力促使蛋白质发生解聚，溶解性升高，使更多的自由水与蛋白质形成结合水，进而增强了持水性能[25]。在鱼糜凝胶样品中，自由水流动性最大，离心时易损失，自由水含量较高时，鱼糜凝胶的持水能力较小、持水性差。
表 2 鱼糜凝胶低场核磁共振自旋弛豫时间 (T2) 和峰比例 (P)Table 2. LF-NMR spin-spin relaxation time (T2) and peak proportion (P) of surimi gel样品
sample弛豫时间T2分布/ms
T2 relaxation time distribution弛豫时间T2峰面积所占比例/%
proportion of T2 relaxation time peak areaT21 T22 T23 T24 P21 P22 P23 P24 2.5% 氯化钠 NaCl (0.1 MPa) 1.00±0.08a 5.11±0.21c 70.79±2.98a 403.70±19.45a 2.15±0.12a 0.59±0.05c 68.68±3.01b 29.20±1.12a 1.5% 氯化钠 NaCl (0.1 MPa) 0.86±0.03b 6.64±0.15b 70.65±3.34a 405.12±18.45a 1.93±0.16a 0.98±0.03b 67.29±2.95b 30.10±1.03a 1.5% 氯化钠 NaCl (300 MPa, 10 min) 0.76±0.05c 7.03±0.35a 65.79±2.67b 371.12±23.16b 1.40±0.07b 1.59±0.11a 76.65±1.97a 20.36±2.05b 2.5 鱼糜凝胶FT-IR分析
根据FT-IR检测结果，鲢鱼糜凝胶有3 295 cm–1 (酰胺带A，N-H或O-H伸缩振动峰，PK1)、2 925 cm–1 (C-H伸缩振动峰，PK2)、1 655 cm–1 (酰胺带I，C=O和N=O伸缩振动峰，PK3)、1 546 cm–1 (酰胺带II，C-N伸缩振动或N-H弯曲振动，PK4)、1 400 cm–1 (C-H弯曲振动，PK5)和1 050 cm–1 (C-O和C-C伸缩振动，PK6)[26]6个红外特征峰(图4，表3)。PK1通常被用来评估和分析水分子与蛋白质之间的相互作用[27]，陈星[28]研究发现了超高压处理后肌原纤维蛋白热凝胶PK1波数的减少，并认为这可能是由于超高压处理促进了肌原纤维蛋白热凝胶内部的分子间氢键作用。红外光谱中的酰胺I带(1 600~1 700 cm–1)常用来分析蛋白质二级结构的变化[26]。
表 3 鱼糜凝胶的傅里叶红外光谱数据Table 3. FT-IR spectra data of surimi gelcm–1 样品
sample傅里叶红外光谱各峰值数据 FT-IR spectra peak data PK1 PK2 PK3 PK4 PK5 PK6 2.5% 氯化钠 NaCl (0.1 MPa) 3 295 2 926 1 654 1 546.6 1 400 1 050 1.5% 氯化钠 NaCl (0.1 MPa) 3 295 2 925 1 655 1 546.6 1 400 1 049 1.5% 氯化钠 NaCl (300 MPa, 10 min) 3 293.8 2 925.5 1 654.6 1 546.6 1 402 1 051 不同处理的低盐鲢鱼糜凝胶的FT-IR峰型基本一致(图4)，各吸收峰位置并未发生明显变化(表3)。结果表明，超高压处理对低盐鱼糜凝胶的蛋白质骨架结构基本没有影响，对蛋白质二级结构的影响可能较小；另外，超高压处理对鱼糜凝胶分子内的氢键作用影响不大。因此，从分子间作用力的角度分析，超高压处理可能会增强鱼糜热凝胶中其他的分子间作用力(如疏水相互作用和二硫键等)，从而提高了低盐鱼糜的凝胶特性。超高压改善低盐鲢鱼糜凝胶相关机制还有待进一步研究。
2.6 鱼糜凝胶的微观结构变化分析
三维网络结构决定鲢鱼糜制品的凝胶强度、持水性和质地[22]。超高压处理后的低盐鱼糜凝胶网络结构与常压对照组2 (添加1.5% NaCl)和常压对照组1 (添加2.5% NaCl)鱼糜凝胶网络结构明显不同(图5) 。与常压对照组1 (图5-a，b)相比，常压对照组2鱼糜凝胶表面相对不平整(图5-c)，孔隙较大(图5-d)，凝胶结构松散不均匀，凝胶强度较低，持水性差。Cando等[7]研究也发现添加3% NaCl的鱼糜凝胶网络结构比0.3% NaCl的鱼糜凝胶更紧密，可能是较高浓度的NaCl对蛋白质有较好的增溶作用，使得蛋白质的结构更加致密。经300 MPa压力(图5-e、f)处理的低盐鱼糜凝胶表面比较均匀平整，结构致密，孔洞数量明显减少，凝胶基质密度增强，说明低盐鲢鱼糜经超高压预处理后能形成光滑、连续、均匀的热凝胶。这可能是由于超高压诱导蛋白质发生适当变性，有助于低盐鱼糜形成网络结构较好的热凝胶[11]。此外，凝胶的网络结构越致密，存储的水分越多，持水性越高，凝胶强度也越大[29]。因此，适当的高压处理能够改善鲢鱼糜的热凝胶网状结构。
3. 结论
1)采用100~500 MPa的超高压处理低盐鲢鱼糜凝胶，其凝胶强度和持水性随着压力增大呈现先增大后减小的趋势，超高压处理(300 MPa，10 min，室温)有助于提高低盐鲢鱼糜凝胶的凝胶强度和持水性。
2) DSC和LF-NMR结果表明，300 MPa的超高压处理能够增加低盐鲢鱼糜凝胶中的不易流动水，减少自由水，且能够减弱凝胶中水的流动性，进而增强持水性。
3)扫描电镜观察发现，超高压处理(300 MPa，10 min，室温)能使低盐鲢鱼糜形成密集的、细致均匀的三维网络结构。
因此，超高压前处理能够诱导低盐鲢鱼糜热凝胶的水分含量和状态变化，且能改善低盐鲢鱼糜凝胶的网状结构，从而提高低盐鲢鱼糜凝胶的持水性和凝胶强度。
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图 2 模型网板在动水槽中的安装位置
Figure 2. Schematic diagram of installation position of testing model otter board in experiment flume tank
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图 4 网板冲角为25°时的网格划分
左为计算区域，右为网板周围网格
Figure 4. Computational grid partitions at angle of attack of 25°
The domain of the calculation is on the left, and the grids around the otter board are on the right.
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图 5 不同内外倾角下升力系数 (上)、阻力系数 (中) 和升阻比 (下) 的试验值和模拟值
Figure 5. Experimental and simulated values of lift coefficient (top), drag coefficient (middle) and lift-to-drag ratio (bottom) at inward and outerward angles
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图 6 不同内外倾角下压力中心系数Cpb (上) 和Cpc (下) 的试验值和模拟值
Figure 6. Experimental and simulated values of center of pressure coefficient Cpb (top), and center of pressure coefficient Cpc (bottom) at inward and outerward angles
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图 7 不同前后倾角下升力系数 (上)、阻力系数 (中) 和升阻比 (下) 的试验值和模拟值
Figure 7. Experimental and simulated values of lift coefficient (top), drag coefficient (middle) and lift-to-drag ratio (bottom) at different tilt angles
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图 8 不同前后倾角下压力中心系数Cpb (上) 和Cpc (下)的试验值和模拟值
Figure 8. Experimental and simulated values of center of pressure coefficient Cpb (top), and center of pressure coefficient Cpc (bottom) at different tilt angles
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图 9 冲角为25°时不同内倾状态下模型网板中心平面周围流场分布
Figure 9. Flow field distribution around central plane of model otter board under different inward inclination conditions at angle of attack of 25°
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图 12 冲角为25°时不同后倾状态下模型网板中心平面周围流场分布
Figure 12. Flow field distribution around central plane of model otter board under different back tilt inclination conditions at angle of attack of 25°
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图 10 冲角为25°时不同外倾状态下模型网板中心平面周围流场分布
Figure 10. Flow field distribution around central plane of model otter board under different outward inclination conditions at angle of attack of 25°
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图 11 冲角为25°时不同前倾状态下模型网板中心平面周围流场分布
Figure 11. Flow field distribution around central plane of model otter board under different forward tilt inclination conditions at angle of attack of 25°
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图 13 冲角为25°时不同外倾状态下模型网板表面压力分布
Figure 13. Surface pressure distribution of model otter board under different outward inclination conditions at angle of attack of 25°
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图 15 冲角为25°时不同后倾状态下模型网板表面压力分布
Figure 15. Surface pressure distribution of model otter board under different back tilt inclination conditions at angle of attack of 25°
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期刊类型引用(1)
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