通过脂质乳化作用，实现对真空挤出鱼糜基产品中冰晶生长及各向异性层状结构形成的多尺度调控

《Food Research International》：Multiscale regulation of ice crystal growth and anisotropic lamellar structure development in vacuum-extruded surimi-based products via lipid emulsification

脂质乳化通过调控冰晶取向与热诱导层状结构形成优化 surimi 产品质构，中等均质化与 10% 脂肪添加形成稳定乳剂，促进方向性冰晶生长和有序层状结构，提升硬度与多汁性，过量脂质导致层间间隙增大降低多汁性，过度均质化引发蛋白过度交联，需结合流变学与热力学分析确定最佳参数。

　　

沈志文|丁玉欣|徐彦顺

江南大学食品科学与技术学院，中国江苏省无锡市蠡湖大道1800号，214122

摘要

脂质乳化是一种有效的方法，可以调节真空挤出鱼糜基产品在冷冻过程中的冰晶取向，并控制加热过程中的层状结构形成。在适当的均质化条件下，当油添加量为10%时，形成的细小稳定的乳液能够引导冰晶在冷冻过程中定向排列，从而在热处理后形成有序的层状结构。这些结构优势最终提高了产品的硬度和咀嚼性。相反，过量的脂质会增大层间间隙并降低产品的多汁性；而过度强烈的均质化则会增强蛋白质间的相互作用，导致层状结构过度交联。流变学和热力学分析表明，理想的层状结构发展与鱼糜基材料中的储存模量和焓变值改善有关。物理化学证据进一步表明，适当的乳化作用通过限制疏水基团的暴露、增加蛋白质的构象灵活性、促进界面重排以及促进二硫键的形成来促进层状结构的形成。综上所述，这些发现建立了乳化行为、冰晶控制与层状组装之间的机制联系，为重构鱼糜产品的结构调控和质地优化提供了理论基础。

引言

由于具有优异的凝胶性能，基于鱼糜的产品在水产食品行业中占有重要地位（Peng等人，2024年；Yan等人，2024年）。然而，传统的鱼糜凝胶产品往往具有均匀的质地、单调的感官体验和不足的多汁性，无法满足消费者对高质量和多样化食用体验的需求。近年来，仿生肉制品的研究进展引发了人们对创造具有真实肌肉质地的产品的兴趣。这类类似肌肉的结构因其独特的口感而受到青睐（Baeghbali等人，2026年；Hashimoto等人，2025年）。形成这些类似肌肉结构的关键是各向异性的蛋白质网络，它们决定了产品的机械性能和功能特性（Martinez Vargas等人，2025年）。鱼蛋白天然适合构建这种各向异性结构（Hou等人，2023年）。然而，目前的研究主要集中在具有纤维质地的植物基系统上，而构建与天然鱼肌肉相当的层状结构的努力仍然有限（Ye等人，2024年）。尽管出现了使用可食用多孔支架和先进制造技术来培养鱼片的新方法，但这些方法仍面临高成本和难以扩大生产规模的挑战（Xu等人，2023年；Yen等人，2023年）。在工业上，鱼糜加工是将淡水鱼转化为高附加值产品的最成熟方法。该领域的研究主要集中在通过修改肌纤维蛋白的功能来提高产品的冷冻稳定性和调整凝胶性能（Yu等人，2025年；Zhang等人，2025年）。然而，使用鱼糜作为原料来重构鱼肌肉的多层结构的研究仍然相对较少。最近的研究表明，经过真空挤出处理的鱼糜可以形成各向异性的层状结构，从而使最终重构的鱼糜产品具有明显的层次感（Fu & Xu，2024年）。然而，现有研究主要关注通过工艺参数来调节层状结构的形成，而对食品成分及其物理化学性质关注较少。这些因素可能是形成独特质地的基础。

在鱼糜产品的加工过程中，脂质不仅是风味成分，也是重要的质地改良剂。它们在蛋白质基质中的乳化行为可能会影响层状结构的形成和稳定性（Opaluwa等人，2024年）。此外，脂质在层间的保留显著提高了产品的多汁性，为重构肉制品的结构设计提供了有前景的策略（Fu & Xu，2025年）。作为鱼糜的核心成分之一，脂质及其对层状结构形成的贡献有待深入研究。脂质的分布、迁移和界面行为可能深刻影响冰晶的生长和层状结构的形成（Wang等人，2022年）。在鱼糜加工中，脂质通常通过乳化引入并分散，乳液的稳定性直接决定了脂质滴在蛋白质基质中的空间分布。高速均质化通常会产生更小、更均匀分散的脂质滴，并增强蛋白质-脂质界面的稳定性（Riedel & van der Schaaf，2025年；Shen等人，2024年）。此外，更多的脂质滴会在连续的水相中引入空间限制，增加水分子迁移的阻力，从而限制冰晶生长的局部空间，抑制晶体的粗化（Ding等人，2025年；Zhou等人，2026年）。乳化程度的不同变化可能会改变冰晶生长对鱼糜基质施加的机械应力，进而影响基质内部以及冰-蛋白质界面的油迁移。

尽管有研究表明乳化动力学与冰晶行为之间存在关联（Liu等人，2025年；Sun等人，2025年），但脂质乳化、冰晶取向和鱼糜系统中层状结构形成之间的机制路径尚未完全阐明。特别是，乳化程度、冰晶形态和最终层状结构之间的定量关系尚未明确建立，这阻碍了针对结构特性的鱼糜产品的合理设计。本研究开发了一种通过调节脂质乳化来控制其对冰晶生长影响的策略，系统地研究了不同均质化强度和脂质含量对脂质分布、冰晶形态和层状组装的影响。采用扫描电子显微镜（SEM）、共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）、X射线计算机断层扫描（CT）、核磁共振（NMR）、流变学、热分析和物理化学表征等多尺度分析方法来阐明这些协同机制。这项工作不仅阐明了鱼糜基产品中层状结构发展的分子和界面原理，还为重构肉制品的质地优化提供了理论指导和实际策略。

材料

材料

银鲤（Hypophthalmichthys molitrix），每条约2公斤，从中国无锡的当地市场购买。鱼由供应商进行麻醉和屠宰，随后进行放血、去头、去内脏和去皮处理。收集背部肌肉作为原材料，将其储存在碎冰上，并在1小时内运输到实验室进行进一步处理。本研究中使用的所有化学试剂均为分析级，由国药化学试剂有限公司提供。

乳化性能

鱼糜样品的乳化活性（EA）和乳化稳定性（ES）如图1A-B所示。随着均质化速度的提高，乳化活性显著增加，高速均质化处理的样品活性明显高于中速和低速处理的样品。在每个均质化速度组内，将油含量从0%增加到10%通常会增强乳化活性。然而，在15%的油含量下，低速和高速处理的样品乳化活性略有下降。

结论

本研究系统地阐明了脂质乳化和均质化强度共同调节真空挤出鱼糜基产品中冰晶取向和热诱导层状结构形成的多尺度机制。通过整合结构、物理化学和品质评估，我们明确了加工参数、微观结构发展和最终产品性能之间的明确联系。适量的脂质添加（5-10%）结合适当的

CRediT作者贡献声明

沈志文：撰写初稿、可视化处理、验证、软件应用、实验设计、数据整理。丁玉欣：验证、方法学设计。徐彦顺：撰写修订稿、监督工作、资源协调、资金争取、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了中国农业研究系统（CARS-45）专项资金的资助。