《Food Research International》：Mechanisms of structural deterioration in red tilapia fillets during freeze-thaw cycles: Ice crystal dynamics-driven muscle microstructural damage
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红 tilapia 肉片反复冻融导致颜色、质地和持水性显著恶化，显微分析揭示冰晶不规则生长引发肌原纤维结构损伤，水分在肌原纤维腔和肌束膜通道中暂存后释放，加速质量劣变。
邹浩|陶一凡|焦希东|马云|杨慧芳|钱成宇|胡建|边鹏博|黄建联|蔡富江|强俊|徐涛|范大明
江南大学食品科学与资源国家重点实验室，中国无锡214122
摘要
红罗非鱼（Oreochromis spp.）因其肌肉间无骨且腹膜为黑色而备受青睐，非常适合制作鱼片。本研究证明，反复的冻融（F-T）循环会显著恶化红罗非鱼鱼片的颜色、质地和保水性能。多种微观结构分析（组织学检查、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线成像）显示，F-T循环导致的品质下降主要是由肌肉纤维内外不规则冰晶生长过程中产生的压缩力和膨胀力引起的，这些力破坏了组织的完整性。在冻融过程中，“肌节腔”和“肌隔通道”暂时储存了肌肉纤维无法重新吸收的水分。当结构损伤累积到临界阈值以上时，这些被滞留的水分会以滴水损失的形式释放出来，加速了整体品质的恶化。这些发现阐明了F-T引起的品质下降机制，并为优化冷链保鲜策略提供了指导。
引言
红罗非鱼（Oreochromis spp.）是一种由尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）雄性和莫桑比克罗非鱼（Oreochromis mossambicus）雌性杂交而成的优良品种（Amthungphong等人，2025年）。该品种具有鲜艳的红色、强的环境适应能力、高的饲料转化率和快速生长特性，非常适合大规模水产养殖，具有相当高的经济价值。由于这些优势，红罗非鱼在包括马来西亚、以色列、中国东南部和泰国在内的多个国家和地区广泛养殖（Xie等人，2025年）。自2001年引入中国以来，红罗非鱼的产量持续稳步增长。在马来西亚和其他东南亚国家，其占罗非鱼总养殖产量的94%以上（Jiang等人，2025年；Xie等人，2025年）。
此外，红罗非鱼的肉质细腻，肌肉间无骨，腹膜颜色较浅，因此在活鱼贸易中非常受欢迎，在水产品加工领域也越来越受到重视（Yang等人，2025年）。由于其优质的肌肉特性，它非常适合开发各种增值水产品，如冷冻鱼片和高级鱼糜。这类产品满足了高端水产品市场的不断增长的需求。水产品的加工性能在很大程度上取决于不同物种在肌肉组成和结构上的差异（Zou等人，2025年）。不同物种之间的肌肉纤维结构、蛋白质组成和理化性质的差异会显著影响其在运输和冷冻储存过程中的质地、颜色、风味和品质稳定性。实际上，在储存、运输和分配过程中很难避免温度波动，这经常会导致冻融循环的发生。尽管罗非鱼在全球冷冻鱼片贸易中占据重要地位，但关于红罗非鱼鱼片在加工和储存过程中的品质属性及其变化模式的系统研究仍然有限，这限制了其高价值利用的科学基础。
先前的研究表明，冻融循环中的冰晶生长会破坏细胞完整性，导致细胞内成分泄漏。解冻过程中释放的渗出物中含有促氧化因子，包括血红素铁、金属离子和各种氧化产物。这些成分会促进肌原纤维蛋白的氧化和变性，从而损害鱼肉的质地和保水能力（Liu等人，2024年；Wan等人，2024年）。除了与氧化相关的品质下降途径外，Yin等人进一步研究了冰晶分布、蛋白质氧化和冷冻Oreochromis mossambicus鱼片感官质量之间的关系。他们的结果表明，冰晶的形态变化可能是产品品质下降的关键驱动因素（Yin等人，2025a；Yin等人，2025b）。Liu等人进一步证明，冻融过程中的肌纤维损伤可能是由细胞内和细胞外冰晶的共同作用引起的（Liu等人，2025年）。不同鱼类之间的组成和结构特征差异可能导致冻融过程中的品质变化模式不同，而冰晶导致红罗非鱼品质下降的机制尚未完全阐明。
因此，本研究有两个目标：（i）评估红罗非鱼鱼片在冻融加工过程中的品质变化；（ii）利用多维可视化技术分析冰晶形态和分布的演变，并阐明相关的肌肉结构损伤、水分迁移和蛋白质变化机制。这些发现有望为减轻冷链供应系统中红罗非鱼品质下降提供科学依据。
材料
本研究使用了来自中国广东省珠海市标准化池塘养殖系统的平均体重为710±50克的统一大小的红罗非鱼（Oreochromis spp.）。实验鱼在符合良好水产养殖规范的条件下饲养，以确保个体大小、健康状况和产品质量的一致性。饲养周期为10-12个月，采用流水池塘养殖模式，并保持溶解氧的稳定。
冷冻曲线
如图S1A所示，红罗非鱼的冷冻曲线可以分为三个阶段：初始冷却、温度平台期和随后的稳定下降期。冰点约为-1.0°C，与Chen和Pan（1995年）报道的淡水鱼冰点范围（0至-1°C）一致。样品在最大冰晶形成区（-1至-5°C）内停留了约463分钟。在此期间，肌肉组织中的大部分自由水转化为固体冰晶。
结论
本研究的目的是评估反复冻融循环对红罗非鱼鱼片品质的影响，并阐明其背后的机制。冻融处理导致颜色、质地和保水性能发生了显著变化。随着循环次数的增加，鱼片变得更暗淡、更软，并且水分损失增加，从而导致整体品质显著下降。
通过使用多种微观结构可视化技术，本研究
CRediT作者贡献声明
邹浩：撰写——初稿、方法学、研究、概念构思。陶一凡：软件、资源、研究。焦希东：撰写——初稿、监督、方法学。马云：监督、资源。杨慧芳：软件。钱成宇：概念构思。胡建：研究。边鹏博：软件。黄建联：监督、资源。蔡富江：监督、资源。强俊：监督、资源。徐涛：监督、资源。范大明：监督，
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
本研究得到了国家重点研发计划（2022YFE0139600）、CPSF博士后奖学金计划（资助编号GZB20250683）、江苏省优秀博士后人才资助计划（2025ZB184）、科技创新2030重大项目（2023ZD04065）、中央高校基本科研业务费（JUSRP622002；JUSRP222004）以及江南大学2024年实验室管理项目（JDSYS202409）的支持。
