鱼皮胶原蛋白肽和冷冻对小麦面团中淀粉流变性、水分分布、结构和消化性的影响

《Food Hydrocolloids》：Effects of fish skin collagen peptide and freezing on rheology, water distribution, structure, and digestibility of starch within wheat dough

　　

摘要

鱼皮胶原蛋白肽（FSCP）主要来源于鱼类加工副产品，表现出显著的生物活性和优越的功能特性。本研究系统地研究了FSCP（0–2.0%，w/w，以面粉重量为基准）对冷冻过程中小麦面团中淀粉的结构、流变学特性、水分分布及体外消化性的影响。FSCP的添加将R_1047/1022比值从1.35 ± 0.26降低至0.99 ± 0.21，相对结晶度从31.08 ± 0.56%降至25.21 ± 0.14%。低场核磁共振分析表明，FSCP抑制了水分迁移并减少了自由水的比例，从而限制了淀粉链的流动性。相应地，糊化起始温度和峰值温度均升高，表明淀粉体系的热稳定性增强。扫描电镜观察进一步揭示，FSCP在淀粉颗粒表面形成了一层保护膜，从而减轻了冷冻引起的结构损伤。流变学分析表明，FSCP提高了储能模量，表明形成了更稳定的淀粉网络。因此，冷冻6周后，快速消化淀粉含量降低了22.31 ± 0.36%，1.5% FSCP被确定为最佳添加量。本研究建立了水分固定、淀粉重新关联和消化性之间的机制关系，为提高冷冻淀粉类食品的品质和营养功能提供了新策略。未来工作应验证FSCP在冷冻面团产品（如冷冻馒头和饺子）中的有效性，并测试该抗冻添加剂的成本效益。

引言

冷冻面团技术最早于20世纪50年代开发（Ke等人，2020），由于其具有生产均匀、运输方便、适合大规模消费以及抑制微生物生长等优点，已成为一种重要的食品加工方法（Zhang等人，2026）。这些特性加速了冷冻面团行业的产业化发展，并推动了中国食品品牌的创新发展。在中国消费者市场中，冷冻面团产品持续占据相当大的市场份额，涵盖冷冻饺子、面条、馄饨等广泛的产品（Yang等人，2021）。然而，冷冻面团存在固有缺陷，与新鲜面团相比，其品质特性较差，如酵母发酵能力降低、面包体积缩小、色泽变暗、内部结构粗糙以及感官接受度普遍下降（Zhang, Fan, Xu & Xu, 2024a）。

淀粉作为决定面团品质的主要因素，在冷冻储存过程中会发生显著的理化变化。淀粉约占面团固形物的75%，与冷冻面团产品的最终品质密切相关（Yang等人，2019a）。淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成，其结构和组成特征从根本上决定了其糊化、糊化和回生行为，影响小麦面团的加工特性，并最终决定小麦制品的食用品质（Li, Lv, Huo, Jia & Li, 2023）。在长时间冷冻储存过程中，冰晶重结晶破坏了淀粉的颗粒结构（Wang等人，2021a），损害了其内部结晶区域（Wang, Tao, Jin & Xu, 2015），并加速了回生过程（Yang等人，2021）。反复的冻融循环进一步加剧了这些效应，持续降解淀粉颗粒并改变其形态（Liu等人，2022）。同时，冷冻储存过程中淀粉结晶度的增加导致最终产品的老化速率加快（Asiri, Ulbrich & Fl?ter, 2022）。

因此，添加冷冻保护剂已被广泛认为是减轻冷冻和冷冻储存期间品质劣变的有效策略（Zhu, Zhou & Sun, 2019）。抗冻肽是一类低分子量蛋白质或蛋白质水解物，能够在冷冻或过冷条件下保护食品体系免受低温损害。与抗冻蛋白相比，通过酶解生产的肽具有多种优势，包括原料来源广泛、生产成本较低、加工简单和产率较高（Chen, Wu, Cai & Wang, 2021）。从明胶、动物皮和鱼鳞等副产品中提取的肽在冻融循环过程中通过调节水分行为，表现出显著的冷冻保护效果（Peng等人，2025; Chen等人，2022）。值得注意的是，全球超过60%的鱼类生物量在加工过程中被丢弃，可作为胶原蛋白肽的来源进行增值利用（Halim, Yusof & Sarbon, 2016）。鱼皮胶原蛋白肽（FSCP）是一种高质量、生物相容性好的蛋白质，具有独特的分子结构和良好的理化性质，使其在食品系统中具有多样化的功能应用（Wang, Zhang, Fu, Huang & Wang, 2025）。FSCP具有独特的氨基酸组成，特别富含甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸。这种独特组成赋予其优异的保水能力和分子柔韧性，这对于其与水分子和生物大分子的相互作用至关重要（Xin等人，2026a）。相比之下，虽然植物来源的肽富含谷氨酸和疏水性氨基酸，具有良好的抗氧化和乳化特性，但其冷冻保护能力和冰晶重结晶抑制活性通常弱于FSCP（Zhu等人，2024）。我们之前的研究表明，FSCP作为一种强效冷冻保护肽，通过维持面筋网络和改善馒头的结构完整性和感官品质，提高了冷冻面团的品质（Xin等人，2026b）。据报道，FSCP可通过氢键与非冻结淀粉结合，从而延缓糊化并引起淀粉结构的变化（Zhang, Zhu, Zhong, Huang & Li, 2024b）。此外，FSCP已被证明可以延缓淀粉回生并延长保质期（Dai等人，2024）。值得注意的是，据报道南极磷虾肽可以延缓冷冻储存期间淀粉的重结晶，保持颗粒完整性并降低消化性（Zhang等人，2026）。尽管添加FSCP可能会增加生产成本，但其冷冻保护效果和营养益处可能提供抵消这一经济考量的附加值，在工业应用中具有可行性。基于这些发现，可以合理假设FSCP可以改善冷冻面团中淀粉的流变学性质、结构稳定性和消化性。

迄今为止，现有研究主要关注FSCP对非冻结小麦淀粉的结构和理化性质的影响，而对FSCP如何调控冷冻面团中淀粉的多尺度结构和理化性质尚缺乏全面了解。此外，冷冻面团体系中FSCP与淀粉相互作用的机制尚未得到充分阐明。因此，本研究旨在通过全面评估FSCP对冷冻面团中小麦淀粉的结构特征、热特性和水分分布的影响，解决这一研究空白。采用差示扫描量热法（DSC）评估热特性，低场核磁共振（LF-NMR）表征水分分布。扫描电镜（SEM）和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）用于观察微观结构变化。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和X射线衍射（XRD）分析分别用于研究结构有序度和结晶度，体外消化模型用于评估淀粉消化性。本研究的目的是：(i) 确定FSCP是否能减轻冷冻过程中冰晶重结晶引起的淀粉结构损伤；(ii) 表征功能特性的变化，包括热特性、水分分布和淀粉消化性；以及(iii) 阐明冷冻面团中FSCP与淀粉相互作用的机制。研究结果为将FSCP作为天然抗冻添加剂应用于冷冻面团产品提供了科学依据，同时促进了鱼类加工副产品的高值化利用。

章节摘要

材料

普通小麦粉（水分13.37%，蛋白质11.86%，灰分0.45%，脂肪1.30%；干基，w/w）购自河南粮润全麦食品有限公司（河南新乡，中国）。FSCP（纯度≥90%，平均分子量≈1000 Da，水分含量2.58%，灰分1.0%；干基，w/w），来源于大西洋鳕鱼，由海南海颜胶原蛋白科技有限公司（海南海口，中国）提供。5-异硫氰酸荧光素（FITC）购自上海阿拉丁试剂有限公司（上海，

溶解度和膨胀力

溶解度和膨胀力被广泛认为是淀粉-水相互作用的基本指标，反映了颗粒水合程度和结构破坏程度。较高的溶解度值表明直链淀粉从破坏的颗粒残余中优先溶出到周围水相中的热力学驱动力增强。相反，膨胀力的降低表明富含支链淀粉的颗粒基质吸水能力的减弱，

结论

本研究全面评估了FSCP对冷冻面团中淀粉的溶解度、膨胀能力、吸水能力、动态流变行为、结晶度、水分分布、热特性、微观结构和体外消化性的调控作用。结果表明，冷冻逐渐破坏了淀粉颗粒结构，降低了对膨胀的抵抗力，促进了直链淀粉和支链淀粉链的重新排列和延伸，从而

CRediT作者贡献声明

徐玉景：验证，资源，调查，概念化。韩四海：项目管理，调查，数据管理，概念化。王平：软件，资源，方法，数据管理。段佳鑫：撰写——初稿，方法，形式分析，数据管理，概念化。郭金莹：撰写——审阅与编辑，指导，项目管理，资金获取。郭豪：软件，方法，形式分析。王丽娟：可视化，

未引用参考文献

Feng等人，2020。

利益声明

作者声明无利益冲突。

利益竞争声明

作者声明本研究不涉及人类或动物实验对象。

致谢

本研究得到河南省自然科学基金（262300421442）、河南省高层次外国人才引进计划（HNGD2022054）和中国国家留学基金（202208410256）的资助。

段佳鑫|王丽娟|郭豪|白周亚|陈媛媛|岳崇辉|张国强|徐玉景|王平|韩四海|郭金莹

河南科技大学食品与生物工程学院，中国洛阳 471023