冷冻储存过程中，具有典型交联程度的鱼糜凝胶味道变化的潜在机制：基于冰晶、水分迁移和分子间相互作用

《Food Chemistry》：Potential mechanisms of taste changes in surimi gels with typical cross-linking degrees during frozen storage: Based on ice crystals, water migration, and intermolecular interactions

本研究揭示 surimi 凝胶在 -20°C 下 90 天储存期间通过蛋白质交联度与液氮冷冻策略联用实现结构-风味协同保留机制。高交联度（62.99%）与液氮冷冻（-80°C）可最小化冰晶损伤，维持致密凝胶网络，有效保留肌苷酸、鸟苷酸等鲜味物质；而低交联度（29.66%）与常规冷冻（-18°C）导致苦味物质（肌苷、次黄嘌呤、支链氨基酸）积累。蛋白质二级结构（α-螺旋、β-折叠）与鲜味保留正相关，无规卷曲和转-反式构象增加与苦味积累相关。氢键、离子相互作用和非特异性结合促进鲜味保留，疏水作用增强则导致苦味。这些发现为冻 surimi 产品风味稳定性优化提供了理论支撑。

　　

罗晓英|雷月蕾|李晓东|任国燕|张斌|邱志军|刘文超|熊山白|杨虎

河南科技大学食品与生物工程学院，中国洛阳471023

摘要

本研究揭示了一种在-20°C下储存90天期间，通过结合蛋白质交联程度与液氮冷冻策略来保持鱼糜凝胶结构与风味的新机制。结果表明，高交联程度（62.99%）与液氮冷冻（-80°C）相结合可以最小化冰晶损伤，保持致密的凝胶网络，并有效保留鲜味化合物（肌肽、肌苷一磷酸、腺苷一磷酸、鸟苷一磷酸、天冬氨酸、谷氨酸）。相反，低交联程度（29.66%）与常规空气冷冻（-18°C）相结合则促进了苦味化合物的积累（肌苷、次黄嘌呤、支链氨基酸）。蛋白质二级结构（α-螺旋、β-折叠、β-转角）的稳定性与鲜味化合物的保留呈正相关，而随机卷曲和反式-左-反式构象的增加则与苦味化合物的积累相关。氢键、离子相互作用和非特异性结合有助于鲜味的保持，而增强的疏水相互作用则促进了苦味的产生。这些发现为开发具有稳定风味特性的冷冻鱼糜产品奠定了基础。

引言

鱼糜制品由于其独特的凝胶形成能力、理想的质地以及在各种增值海产品中的广泛应用，在全球水产品加工业中占据重要地位（Dang等，2024；Dong等，2024；Lan等，2025；Li, Mao等，2025；Yang, Li等，2025）。然而，在冷冻储存过程中，鱼糜制品极易发生质量下降，主要表现为凝胶质地变差、持水能力降低和风味减弱（Yang, Liu等，2025）。冰晶的反复形成和再结晶不仅物理上破坏了三维凝胶网络，还加速了蛋白质的变性、氧化和聚集，从而改变了肌原纤维蛋白质的结构完整性。这些物理化学变化直接影响游离氨基酸、核苷酸和小肽等风味化合物的释放、保留和平衡，从而对鲜味的产生和整体口感起着关键作用。因此，鲜味强度的减弱、苦味的增加以及风味成分的不平衡共同导致了基于鱼糜产品的感官接受度和商业价值的降低（Bai等，2023；Luo, Ren, Xiong等，2025；Su等，2025）。此外，冷冻储存过程中的质量下降仍然是鱼糜行业面临的一个关键挑战，这突显了确定有效策略的重要性，包括使用冷冻保护剂、调节蛋白质交联和冰晶管理，以保障凝胶的稳定性和风味特性。

为了提高鱼糜制品的冷冻储存稳定性，广泛使用的交联酶转谷氨酰胺酶（TGase）催化谷氨酰胺和赖氨酸残基之间的共价键的形成，从而增强鱼糜蛋白质之间的分子间相互作用。这一过程提高了凝胶网络的紧密度和稳定性，有助于减轻储存过程中的蛋白质变性和风味化合物的损失（Li, Wang等，2025；Zhu, He等，2024）。此外，冷冻方式在维持鱼糜制品在冷冻储存期间的质量方面起着决定性作用（Mao等，2024；Mao等，2025）。由于空气冷冻速率较慢，往往会形成较大且不规则的冰晶，从而严重破坏凝胶基质（Lu等，2024）。相比之下，液氮快速冷冻产生的冰晶细小均匀，减少了机械压缩和冰晶-蛋白质之间的界面相互作用，从而更好地保持了凝胶的结构完整性和风味活性化合物的稳定性（Luo, Huang, Niu等，2024）。尽管之前的研究已经关注了TGase在改善鱼糜凝胶质地和微观结构方面的作用（Luo, Ren, Yang等，2025；Zhao等，2023），以及不同冷冻方法对鱼糜凝胶中蛋白质变性的影响（Luo, Huang, Yu等，2024），但很少有研究系统地将交联程度与冷冻方法结合起来，以阐明它们在长时间冷冻储存（90天）期间调节风味化合物保留和变化的作用机制。特别是，目前尚不清楚内在结构因素（如分子间相互作用、蛋白质二级结构和二硫键构象）如何控制鲜味和苦味化合物的释放和积累。强调应用特定的TGase诱导的交联程度和优化的冷冻方法的可行性和可扩展性，可以进一步增强这些策略在高质量鱼糜生产中的工业相关性。

因此，本研究选择了具有代表性交联程度（29.66%和62.99%）的鱼糜凝胶，并应用不同的冷冻方法，系统地研究了它们在90天冷冻储存期间对核苷酸、游离氨基酸和肌肽等风味化合物含量和组成的动态变化的影响。基于初步实验（Luo, Huang, Niu等，2024），选择了29.66%和62.99%的特定交联程度，分别代表低交联和高交联条件。在此基础上，进一步分析了冰晶形态、三维凝胶网络结构、蛋白质二级结构、二硫键构象和分子间相互作用的变化，以阐明它们在风味化合物保留和释放中的潜在调节作用。这些发现不仅可以从多尺度结构角度阐明鱼糜凝胶在冷冻储存过程中风味变质的分子机制，还为优化交联修饰和冷冻过程提供理论指导和实际参考，从而提高鱼糜产品在冷冻储存期间的风味稳定性。

材料与化学品

冷冻银鲤鱼糜（AAA）购自中国洪湖的Jingli Aquatic Products Co., Ltd。根据营养成分表，每100克鱼糜含有356千焦的能量、15.5克蛋白质、0.3克脂肪、4.8克碳水化合物和56毫克钠。此外，根据国家标准GB 5009.3–2016和GB 5009.237–2016，测得鱼糜的水分含量和pH值分别为75.47%和6.92。使用的转谷氨酰胺酶（TGase，3000 U/g）

不同处理条件下冷冻储存的鱼糜凝胶感官评价差异

图S1显示了不同交联程度的鱼糜凝胶在冷冻储存90天后的感官评价得分。新鲜对照组显示出最高的感官得分，而所有处理组在冷冻储存90天后均显著下降（p

结论

本研究系统地研究了交联程度和冷冻方法在90天冷冻储存期间对鱼糜凝胶中风味化合物保留和损失的影响。鲜味化合物（肌肽、肌苷一磷酸、腺苷一磷酸、鸟苷一磷酸和鲜味氨基酸）减少，而苦味化合物（HxR、Hx和支链氨基酸）在冷冻储存期间积累。缓慢冷冻（AF-18°C）倾向于形成较大且不规则的冰晶，这破坏了凝胶网络并促进了水分迁移

感官评价的伦理声明

本研究未经过正式的人类伦理委员会审查或文档化流程。然而，已采取所有适当措施保护参与者的隐私和权利。向每位参与者充分解释了研究的目的、程序和潜在风险，并获得了他们的口头知情同意。参与者的感官数据未经其明确许可不会被共享。

CRediT作者贡献声明

罗晓英：撰写 – 原稿撰写、软件使用、资源获取、项目管理、方法论设计、研究实施、资金申请、数据分析、概念化。雷月蕾：数据验证。李晓东：数据验证。任国燕：撰写 – 审稿与编辑。张斌：撰写 – 审稿与编辑。邱志军：撰写 – 审稿与编辑。刘文超：撰写 – 审稿与编辑。熊山白：撰写 – 审稿与编辑、数据可视化、项目监督、资源协调、概念化。

未引用的参考文献

Ding, Feng, Zhu, Xu and Xu, 2024

Lu et al., 2025

Nunez-Flores, Cando, Borderías and Moreno, 2018

Yuan et al., 2024

Zhu et al., 2024

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了中央高校基本研究经费（编号2662024SPPY001）、河南科技大学青年教师科研启动基金（编号13480093）和国家自然科学基金（编号32172227）的支持。