《Food Bioscience》：Dual cryoprotective regulation of ice crystals and myosin by L-arginine in low-salt shrimp (
Fenneropenaeus chinensis) surimi
编辑推荐：
•提出L-Arg作为低盐虾糜的新型冷冻保护剂。•L-Arg抑制了虾糜中的冰晶形成和重结晶。•L-Arg减轻了冻融循环后蛋白质的氧化和降解。•添加L-Arg的虾糜在所有组中具有更好的凝胶化能力。•L-Arg增强了虾蛋白的水合能力和蛋白-水氢键作用。引言水产品因其高营养价值和独特
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提出L-Arg作为低盐虾糜的新型冷冻保护剂。
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L-Arg抑制了虾糜中的冰晶形成和重结晶。
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L-Arg减轻了冻融循环后蛋白质的氧化和降解。
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添加L-Arg的虾糜在所有组中具有更好的凝胶化能力。
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L-Arg增强了虾蛋白的水合能力和蛋白-水氢键作用。
引言
水产品因其高营养价值和独特风味而广受欢迎（Zhao等，2024）。作为海鲜制造的中间产品，冷冻鱼糜是海洋资源深加工和利用的重要经济领域（Liu等，2019）。特别是虾糜，因其美味口感和高蛋白含量，被视为高端鱼糜产品的关键原料（Chen等，2022a）。传统的虾糜生产通常添加2-4%的NaCl以促进肌原纤维蛋白（MP）的溶解和凝胶化，从而赋予理想的质构和感官特性（Shi等，2024）。然而，世界卫生组织和国家饮食指南建议减少钠的摄入量（Liu等，2025），因为过量的盐摄入与健康风险增加有关，包括高血压、中风和心脏病（Shi等，2022）。尽管如此，大幅减盐会损害MP的溶解性和构象稳定性（Walayat, Blanch, & Moreno, 2025），从而加速加工和储存期间的质量劣变。因此，在低盐条件下确保加工性能和稳定性已成为鱼糜行业的关键技术挑战。
低温冷冻被广泛用于通过抑制微生物增殖和酶活性来延长鱼糜的保质期并保持其营养质量（Sun等，2023）。然而，由于温度波动、冻融循环和冰晶重结晶，鱼糜在冷冻期间的质量不可避免地劣化（Sun等，2019）。在相变过程中，水的结晶会引发不可逆的质量缺陷，包括质构劣变、滴水损失增加、蛋白质变性和风味改变（Sun等，2023）。此外，冰晶的形成和生长可诱导局部脱水和氧化应激，这在物理上损伤肌原纤维，并引发蛋白质氧化和聚集（Jiang等，2026）。添加冷冻保护剂已被证明可有效减轻鱼糜在冷冻期间的质量劣变。在工业生产中，4%蔗糖与4%山梨醇的混合物（SS）和磷酸盐通常用作商业冷冻保护剂（Liu等，2023）。尽管它们有效，但SS会引入过量热量，使其不适合消费者健康，特别是对于糖尿病或肥胖患者（Walayat等，2022），而磷酸盐则与涩味和潜在的健康风险有关（Ling等，2020）。因此，开发新型冷冻保护剂以有效提高低盐虾糜的抗冻能力仍是当务之急。
L-精氨酸（L-Arg）是一种具有胍基的碱性氨基酸，已被证明可增强肌球蛋白的溶解度，从而促进鱼糜凝胶化并提高产品质量（Gao等，2019; Li等，2018）。此外，研究表明L-Arg可以减轻低温对MP的损伤。Li等（2023）将L-Arg添加到鸭肉中，观察到它显著减少了冻融循环期间MP的氧化变性，并增强了MP的二级和三级结构完整性。He等（2025）也报道了L-Arg在虾（凡纳滨对虾）肉中的类似保护效果。鱼糜与完整肌肉组织存在根本差异。完整肌肉中的肌膜和细胞外基质提供物理屏障，限制冰晶形成并调节水分迁移（Du等，2022）。相比之下，鱼糜是机械破碎系统，在洗涤和切碎过程中这些屏障已被破坏。这使得提取和部分溶解的MP更容易受到冷冻损伤（Yang等，2025）。此外，虽然肌肉组织中的蛋白质以天然构象存在于肌节中，但鱼糜代表了一种浓缩的MP系统，其中蛋白-蛋白和蛋白-水相互作用的动力学发生了显著变化（Bao等，2022）。因此，鱼糜中MP的冷冻诱导聚集和降解可能与完整肌肉中的差异显著，L-Arg在鱼糜中的冷冻保护机制不能直接从肌肉组织外推。我们之前的研究发现L-Arg可以显著增强低盐虾糜的凝胶化过程。然而，关于L-Arg对冷冻鱼糜冷冻保护效果的研究尚未见报道，特别是在低盐条件下——这是传统完整肌肉组织冷冻保护研究中未考虑的问题。
分子动力学（MD）模拟已广泛应用于食品科学领域，为难以通过常规体外实验捕捉的复杂机制提供可视化见解（Yu等，2023）。它已被用于可视化冰晶形成以及水分子与基质之间的相互作用（Liu等，2023），从而揭示这些相互作用背后的动态构象演变和微观机制（Hu等，2026）。Luo等（2023）利用MD模拟证明膜分离的鳙鱼水解物（分子量<3 kDa）与水分子表现出强相互作用并有效抑制冰晶生长。值得注意的是，He等（2025）通过直接将L-Arg注射到虾（凡纳滨对虾）肌肉组织中研究了L-Arg的冷冻保护效果。随后的MD分析揭示L-Arg与肌球蛋白形成了氢键和盐桥，从而增强了虾肉的抗冻稳定性。尽管取得了这些进展，基于MD的低盐鱼糜系统中L-Arg与蛋白质相互作用的研究尚未见报道。
鉴于L-Arg在肉类和水产品中已被证实的冷冻保护效果，我们假设它同样能在冷冻储存期间保护低盐（0.5% NaCl）虾糜。基于此，我们制备了补充L-Arg的低盐虾糜。通过评价冷冻曲线、冰晶形态和总挥发性盐基氮（TVB-N）含量来表征L-Arg对低盐虾糜的冷冻保护效果。随后，提取MP以确定其氧化稳定性、表面疏水性和蛋白图谱。此外，还评估了虾糜经冻融循环后的凝胶化能力。为了揭示冷冻保护机制，采用MD模拟阐明相变过程中L-Arg与虾MP之间的相互作用。本研究旨在为将L-Arg作为冷冻虾糜的新型冷冻保护剂奠定理论基础，最终目标是提高鱼糜产品的质量。
各节摘要
材料与化学品
冷冻中国对虾（东方对虾）由大连港提供（大连，中国）。L-Arg由河北华阳生物科技有限公司提供（河北，中国）。氯化钠由大连盐业集团有限公司提供（大连，中国）。其余所有化学品均为分析纯。
不同冻融循环虾糜的生产
不同冻融循环的虾糜按照Cao等（2022）的方法进行。简言之，将冷冻虾解冻并切成小块。随后加入NaCl
低盐虾糜的冷冻曲线
通过实时监测核心温度变化获得的冷冻曲线通常用于评价肉类产品冷冻期间的质量（Jia等，2019）。如图1A所示，虾糜的冷冻过程分为三个阶段。首先，虾糜快速冷却，形成冰晶核。第二阶段为最大冰晶形成期（Sun等，2023）。在第三阶段，温度再次快速下降，这是由于
结论
L-Arg的加入显著减轻了低盐虾糜在冻融过程中冷冻引起的损伤。L-Arg加快了虾糜的冷冻速率并抑制了冰晶重结晶。此外，添加L-Arg的组别表现出较低的TVB-N值、较高的总巯基含量和降低的表面疏水性，其效果可与或超过传统冷冻保护剂。此外，L-Arg的添加显著增强了
CRediT作者贡献声明
赖彬：调查研究。王策：撰写–审阅与编辑，监督指导，项目管理，资金获取。宋浩林：调查研究。吴海涛：调查研究。刘汉雄：调查研究。颜家楠：调查研究。张大林：撰写–原稿撰写，可视化，验证，方法论，调查研究，形式分析，数据整理，概念构思。刘悦：验证，方法论，形式分析，概念构思
利益冲突声明
? 作者声明不存在已知的可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（32402148）、辽宁省科学技术厅博士启动基金（2025-BS-0469）、大连市科技人才创新支持计划（2025RQ56）以及辽宁省本科高校基本科研业务费专项资金（LJBKY2025029）的资助。图形支持由Figdraw提供。
张大林|刘悦|宋浩林|吴海涛|刘汉雄|颜家楠|赖彬|王策
