探究低聚果糖与糖醇对南美白对虾冻融循环中微结构与品质的优化作用及冷冻保护优势

为减少磷酸盐和NaCl在冷冻虾中的应用，本研究评估了糖醇和低聚果糖(FOS)等冷冻保护剂对南美白对虾(Litopenaeus vannamei)在反复冻融循环中的品质影响。研究发现，FOS能有效稳定肌肉蛋白、减少水分流失、抑制脂质氧化，并保持微观结构和色素完整性，为清洁标签海产品保鲜提供了新策略。

　　

在全球水产养殖业快速发展的背景下，南美白对虾(Litopenaeus vannamei)作为重要的经济物种，其产量和需求量持续增长。然而，虾类产品因其高水分含量和丰富营养成分，在采收后极易腐败，品质迅速下降。冷冻储存是常见的保鲜方式，但在运输和销售过程中，反复冻融循环会导致冰晶生长、蛋白质变性、水分流失和肌肉结构破坏，严重影响产品的感官品质和消费者接受度。传统上，食品工业常使用磷酸盐和氯化钠(NaCl)作为冷冻保护剂以提高持水性和减少蒸煮损失，但过量使用磷酸盐可能带来健康担忧和法规限制（欧盟规定P₂O₅残留不得超过0.5 g/100 g样品），且不符合当前清洁标签和天然成分的市场趋势。因此，开发天然、高效的磷酸盐替代品成为行业迫切需求。糖醇（如山梨醇、木糖醇）和低聚果糖(Fructooligosaccharides, FOS)等碳水化合物类冷冻保护剂因其潜在的冷冻保护功能而受到关注，它们通过氢键与蛋白质和水分子相互作用，稳定肌肉结构，减少冰晶损伤。但关于它们在多次冻融循环中对虾肌肉微观结构和品质参数的系统研究仍较少。

为此，研究人员在《LWT》上发表了一项研究，系统评估了低聚果糖(FOS)和糖醇（山梨醇、木糖醇）相对于柠檬酸三钠和NaCl在反复冻融循环中对去皮南美白对虾的理化特性、结构和视觉品质的影响。研究旨在为解决冷冻虾品质劣化问题提供科学依据，并推动天然冷冻保护剂在海鲜保鲜中的应用。

研究采用的主要技术方法包括：从泰国Samut Sakorn省Mahachai农场采集南美白对虾样本（规格50-60只/公斤），经过不同冷冻保护剂溶液（3% w/v的NaCl、柠檬酸三钠、山梨醇、木糖醇或FOS）浸泡处理后，进行1、3和5次冻融循环（-18±2°C冷冻，4±2°C解冻）。关键分析技术涉及：测定解冻损失、持水性(WHC)、蒸煮得率和损失；采用凯氏定氮法(AOAC 992.15)分析蛋白质含量；使用pH计(AOAC 943.02)测量pH值；通过硫代巴比妥酸反应物(TBARS)蒸馏法评估脂质氧化；利用质构分析仪(TA.XT plus)测量硬度和韧性；通过扫描电镜(SEM, JSM 5910 LV)观察肌肉微观结构（3000倍放大）；使用Hunter Lab色度计(ColorFlex/EZ)测定颜色参数(L, a, b*)和计算白度指数(Whiteness)。数据采用SPSS软件进行ANOVA和Duncan多重比较检验(p<0.05)。

研究结果部分，通过多个指标详细展示了不同处理在冻融循环中的效果。

在解冻损失和持水性方面，反复冻融循环显著增加了解冻损失，尤其在第五次循环时最高。糖醇和FOS处理组在循环3时显示出较高的持水性(WHC)，但所有样品在循环1和5之间无显著差异。柠檬酸三钠和NaCl通过增强离子强度和螯合金属离子，有效减少了解冻损失，表明它们在维持细胞完整性方面的优势。

蒸煮得率和损失分析表明，盐处理（NaCl和柠檬酸三钠）提高了蒸煮得率，减少了蒸煮损失，这与它们增强肌原纤维蛋白凝胶持水能力有关。而DI（去离子水）对照组在第五次循环时蒸煮损失最高(34.65±1.60%)，表明品质严重下降。FOS和糖醇处理组则表现出较好的保护效果，蒸煮损失较低。

蛋白质含量和pH值变化显示，冻融循环导致蛋白质降解和损失，FOS处理在循环5时蛋白质含量最高(16.07±1.28%)，表明其作为冷冻保护剂和蛋白质稳定剂的有效性，能通过氢键相互作用减少蛋白质变性和水分移动。pH值在循环中波动，循环3时FOS处理组pH下降，可能与微生物发酵产生有机酸有关，而其他处理组pH上升则源于蛋白质降解产物的释放。

脂质氧化(TBARS)结果表明，冻融循环促进脂质氧化，DI对照组TBARS值最高，而FOS和柠檬酸三钠处理组值最低，说明FOS的多羟基结构能降低水活度和氧化反应，柠檬酸三钠则通过螯合作用抑制氧化。

质构分析显示，冻融循环初期硬度增加（由于蛋白质聚集），但循环5时硬度下降（由于结构破坏）。糖醇和FOS处理组在循环5时硬度与盐处理组相似，表明它们能维持肌肉完整性。韧性随循环次数增加而上升，反映了蛋白质变性和交叉链接导致的肌肉僵硬。

扫描电镜(SEM)图像揭示了肌肉微观结构的变化：新鲜虾肌肉纤维紧密排列，细胞外空间小；而冻融循环导致纤维断裂和空间增加。FOS处理组在循环5时仍保持紧凑的纤维结构，损伤最小，其保护机制可能涉及氢键稳定蛋白质和减少冰晶形成。盐处理组也显示出一定的保护效果，但不如糖类处理组明显。

颜色分析表明，冻融循环引起颜色变化：L值（亮度）下降，a值（红度）上升（由于虾青素释放），b值（黄度）变化因处理而异。FOS处理组在循环5时L值最高(54.46±1.58)，颜色鲜艳，表明更好的色素稳定性。视觉分析支持这些结果，糖类处理组生虾和熟虾颜色更自然， melanosis（黑变）较少，而DI和NaCl组颜色暗淡且不均匀。

研究结论和讨论部分强调，反复冻融循环对虾品质有显著负面影响，包括水分和蛋白质损失、质地恶化、脂质氧化和结构破坏。低聚果糖(FOS)和糖醇（山梨醇、木糖醇）作为冷冻保护剂，通过稳定肌肉蛋白质、减少水分迁移和抑制氧化，有效缓解了这些劣变过程。FOS尤其表现出色，因其多羟基集团提供更强的氢键能力，在保持微观结构、颜色和质地方面优于或相当于传统盐类保护剂。这不仅验证了碳水化合物类冷冻保护剂在海鲜保鲜中的潜力，而且契合清洁标签趋势，为行业提供了天然、双功能（冷冻保护和益生元特性）的添加剂选择。研究结果对提升冷冻虾产品在冷链中的稳定性、延长货架期和增强消费者接受度具有重要意义，未来可进一步探索FOS在其他水产品中的应用和商业化前景。