《Food Chemistry》：Phenolic acid-grafted chitin nanofibers improve frozen quality of frozen
Litopenaeus vannamei: myofibrillar protein preservation and ice crystal control
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•通过将酚酸接枝到ChNFs上，制备了三种基于生物的冷冻稳定剂。•PC conjugates在冷冻储存过程中为L. vannamei提供了优异的冷冻保护。•从蛋白质结构、氧化作用和水状态等多个层面阐明了其机制。•PC conjugates的冷冻保护效果受酚酸结构的影响。引言太平洋
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通过将酚酸接枝到ChNFs上，制备了三种基于生物的冷冻稳定剂。
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PC conjugates在冷冻储存过程中为L. vannamei提供了优异的冷冻保护。
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从蛋白质结构、氧化作用和水状态等多个层面阐明了其机制。
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PC conjugates的冷冻保护效果受酚酸结构的影响。
引言
太平洋白虾（Litopenaeus vannamei）是全球最重要的水产养殖物种之一，具有生长速度快、环境适应性强以及营养价值高的特点——尤其是蛋白质含量高（>20%）和脂肪含量低（<1%），并且富含必需氨基酸和不饱和脂肪酸（Li等人，2021年；Liang等人，2025年）。然而，这种高营养价值的特性加上高水分含量使得虾容易发生品质下降（Liu等人，2023年），表现为变色、异味产生和质地恶化（Pan等人，2019年；Zhao等人，2024年）。因此，冷冻储存仍然是防止生化变质和延长保质期的主要工业方法（Majura等人，2024年）。然而，在冷冻和冷冻储存过程中，冰晶的形成、生长和重结晶会对接骨肌组织结构造成不可逆的机械损伤。此外，结合水分子的冻结还会引发蛋白质侧链的交联和聚集，从而导致品质进一步下降（Kumar等人，2020年；Sun等人，2023年）。为了解决这些问题，人们经常在冷冻海产品中添加冷冻稳定剂。传统的磷酸盐基冷冻稳定剂因其高效性而在水产行业中得到广泛应用；然而，过量摄入磷酸盐与人类健康风险（如骨质疏松症和心血管疾病）密切相关，这引发了日益严重的食品安全问题（Fan等人，2024年）。因此，人们 intensively 研究天然替代品，包括多糖基物质和抗冻肽，这些物质已被证明可以抑制冰晶生长，减少肌肉组织损伤，并延缓冷冻储存过程中的蛋白质变性和脂质氧化（Chen等人，2026年；Jin等人，2026年；Lan等人，2020年）。尽管如此，这些天然冷冻稳定剂仍存在明显的局限性。大多数多糖基冷冻稳定剂需要高浓度使用才能达到理想效果，这可能会改变水产品的原始风味。抗冻肽也面临生产效率低、成本高、稳定性差以及潜在的致敏性等问题（Liu等人，2025年）。因此，迫切需要开发一种低浓度、高效、多功能且安全的天然冷冻保护剂，以实现水产品的优质冷冻保存。
壳聚糖是一种线性的β-(1?→?4)-连接的N-乙酰葡糖胺聚合物，由于其天然的丰富性、生物相容性和内在的生物活性，成为食品保存应用的有希望的候选物质（Lv等人，2023年）。早期研究表明，浓度超过5%（w/v）的壳聚糖可以延缓冷冻水产品的蛋白质变性（Yamashita等人，2003年），但其低水溶性严重限制了实际应用（Lv等人，2023年）。通过纳米化处理制备的壳聚糖纳米纤维（ChNFs）不仅保留了壳聚糖的固有优势，还显著提高了水溶性，在食品加工和保存方面显示出巨大潜力（Ifuku等人，2014年；Torres-Rendon等人，2015年）。然而，未经改性的ChNFs的抗氧化和抗菌能力较弱，这主要是由于N-乙酰葡糖胺主链上反应性功能基团的缺乏（Yu等人，2025年）。这种功能缺陷需要通过分子工程策略来赋予ChNFs多功能的冷冻保护能力，同时不损害其物理化学优势。
化学功能化是增强ChNFs生物功能性的可行途径。常见的改性方法包括磷酸化、羧甲基化和季铵化。然而，磷酸化会引入可能带来健康风险的磷酸基团；羧甲基化虽然提高了溶解性，但对抗氧化作用的提升有限；季铵化主要针对抗菌效果，对冷冻储存过程中的氧化损伤的缓解效果有限。相比之下，酚酸接枝具有独特的优势。酚酸是天然的生物活性成分，具有很强的抗氧化作用，并被广泛认为是安全的食品添加剂（Kiokias等人，2020年；Liu等人，2025年）。在温和的氧化条件下，酚酸可以转化为醌中间体，通过Schiff碱形成或Michael加成与ChNFs上的氨基反应，生成稳定的共价结合物（Manzoor等人，2024年；Wang等人，2022年）。我们假设这种结构结合了纳米纤维壳聚糖的冰晶调节网络特性和酚酸羟基提供的表面局部抗氧化防御，从而实现空间分离但功能互补的冷冻保护。此外，酚酸的结构多样性（如甲基取代模式和接枝侧链的不同）使得接枝密度和抗氧化能力的系统优化成为可能，为结构-活性关系的研究提供了可调的平台。
我们的初步研究证明了通过自由基介导的方法将阿魏酸（FA）、芥酸（SA）和咖啡酸（CA）接枝到ChNFs上的可行性，并对所得的酚酸接枝ChNFs（PC）进行了表征（表S1，图S1）。简而言之，与未改性的ChNFs相比，PC conjugates表现出更好的亲水性，这从它们的较小水流动力学直径和接触角可以得到证实。此外，它们的生物活性（包括抗氧化和抗菌活性）显著增强，并且呈现出结构依赖性（SA-g-ChNF > CA-g-ChNF > FA-g-ChNF）（Duan等人，2024年）。然而，之前的研究仅关注了conjugates的物理化学特性和室温下的生物活性，而它们在真实冷冻水产品系统中的冷冻保护效果和机制仍不清楚。目前尚不清楚酚酸接枝ChNFs是否可以抑制冰晶生长和重结晶、稳定肌纤维蛋白结构、减少水分迁移以及改善冷冻储存期间虾的整体品质。此外，不同酚酸结构与冷冻保护效果之间的结构-活性关系仍有待系统探讨。
因此，本研究系统地探讨了FA-g-ChNF、SA-g-ChNF和CA-g-ChNF在?18?°C下冷冻储存12周对Litopenaeus vannamei品质属性的调节作用，包括蛋白质氧化、脂质过氧化、水分分布、质地完整性和感官接受度。从机制上讲，我们通过综合分析蛋白质构象（拉曼光谱、内在荧光、巯基含量）、结构降解（SDS-PAGE、表面疏水性）、组织微结构（组织成像）和水分运动性（LF-NMR）来阐明抗冻和蛋白质稳定机制。通过将冷冻保护效果与三种酚酸的甲基化模式和接枝密度相关联，本研究旨在建立基于壳聚糖的纳米冷冻稳定剂的分子设计原则，推动下一代天然防腐剂的合理开发。
章节片段
材料
新鲜虾（Litopenaeus vannamei）从中国福建省福州市的当地超市购买（每只重约35克，长度约15厘米），去除头部、外壳和肠道后得到实验所需的虾肉。壳聚糖购自Macklin Biochemical Technology Co., Ltd.（上海），而FA、SA和CA购自Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd.（上海）。所有
虾肌肉的蛋白质和脂质氧化
即使在零下温度条件下，虾在冷冻储存过程中也极易发生品质下降。内源性蛋白酶和微生物活动共同导致蛋白质和脂质的分解，伴随着含氮腐败化合物和脂质氧化产物的积累（Aghaei等人，2020年；Hui等人，2016年）。TVB-N因此成为评估虾新鲜度和腐败进展的核心指标。如图1A所示，新鲜虾表现出较低的
结论
本研究系统评估了PC conjugates对冷冻Litopenaeus vannamei肉的保鲜效果和冷冻保护机制。结果表明，ChNFs和酚酸的结合产生了综合的冷冻保护效果。ChNFs的主链可能主要有助于减少冰晶引起的机械损伤，而接枝的酚酸可能主要有助于抑制蛋白质的氧化变性。共价结合
CRediT作者贡献声明
Xiaoye Xu：撰写 – 原稿撰写、可视化、数据管理、概念构思。Zhijiang Wang：撰写 – 审稿与编辑、软件操作、数据管理。Mengxia Duan：撰写 – 审稿与编辑、实验设计、数据分析。Ruoxuan Chen：实验设计、数据分析。Wenhao Liu：实验设计、数据分析。Lihui Duan：实验设计、数据管理。Yan Huang：软件操作、资源获取。Jie Pang：撰写 – 审稿与编辑、项目协调。Chunhua Wu：撰写
Wang等人，2023
作者声明他们没有任何已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了福建省自然科学基金（资助编号2026J001300）和福建农林大学科技创新专项资金（资助编号KFB23129A）的支持。
Xiaoye Xu|Zhijiang Wang|Mengxia Duan|Ruoxuan Chen|Wenhao Liu|Lihui Duan|Yan Huang|Jie Pang|Chunhua Wu
