冰晶的生长调控了真空挤压鱼糜基产品中各向异性层状结构的形成：来自微观结构演变和物理化学性质变化的见解

《Food Chemistry》：Ice crystal growth regulates the formation of anisotropic lamellar structure in vacuum-extruded surimi-based products: Insights from microstructural evolution and physicochemical property changes

真空-挤压-冷冻策略重构鱼糜异向层状结构，发现快速冷冻（-60℃）形成细小致密冰晶导致层状结构不清晰，而慢速冷冻（-20℃）促进较大冰晶生长，平衡结构清晰度、质地与多汁性。加热后冰晶框架稳定层状结构，冻融循环使冰晶粗化、结构松散，伴随蛋白质构象变化（α-螺旋→β-折叠），为鱼糜产品质地调控提供新方法。

　　

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

基于鱼糜的产品通常由于其均质化的结构而具有单调的质地和缺乏多汁性。本研究提出了一种真空-挤压-冷冻策略，以重建基于鱼糜系统的各向异性层状结构。通过多种视觉和物理化学分析方法研究了冷冻条件及冰晶生长对层状结构形成的影响。结果表明，冰晶生长行为在调节层状结构形成中起着重要作用。在-60°C下快速冷冻会产生细小的冰晶，导致层状结构紧密且不明显；而在-20°C下缓慢冷冻则能在层状结构的清晰度、质地和多汁性之间取得更好的平衡。在随后的加热过程中，预先形成的冰晶框架有助于稳定层状结构的形成。冻融循环会产生较粗的冰晶和更松散的层状结构。由冰晶生长调节的层状结构伴随着蛋白质构象的变化，包括α-螺旋向β-折叠的转变、内在荧光的降低、表面疏水性的增加以及二硫键含量的减少。总体而言，这项工作为基于鱼糜产品的质地调节提供了有用的见解。

引言

淡水鱼是全球高质量动物蛋白的重要来源。然而，淡水鱼中大量的肌肉间骨骼严重限制了其食用性（Yu等人，2017年）。鱼糜加工通过机械方式有效去除骨骼，是目前大规模加工和利用淡水鱼的主要方法（Zhang等人，2025年）。虽然这一过程有效地去除了肌肉间骨骼并提高了食用性，但鱼糜加工中的过度粉碎和随后的凝胶化不可避免地破坏了天然肌肉结构，导致质地变得均匀。天然鱼肉独特的各向异性层状结构是多种因素共同作用的结果，包括肌节和肌隔的协同作用，以及肌肉纤维的排列和脂肪的分布（Zhu等人，2023年）。这种结构赋予了天然鱼肉丰富的质地层次。然而，基于鱼糜的产品在热处理后通常会形成均匀且具有弹性的凝胶结构，失去了天然鱼肉典型的层状结构特征。这使得难以满足消费者对真实鱼肉高质量质地的追求，也限制了鱼糜产业的发展和产品价值的提升。因此，如何利用鱼糜重建层状结构已成为基于鱼糜产品加工行业的主要挑战之一。

近年来，关于重组仿生肉的研究在全球范围内受到了广泛关注（Fei等人，2026年；Wang等人，2022年）。研究表明，具有类似肌肉质地的重组肉制品更受消费者青睐（Kim等人，2021年；Richter等人，2024年；Xu等人，2023年；Yen等人，2023年）。各向异性网络是形成类似肌肉模拟结构的基础，在决定肌肉模拟结构的机械性能和功能特性方面起着关键作用（Lee等人，2023年；Lei等人，2025年）。鱼蛋白也表现出出色的能力来重建各向异性网络（Fu & Xu，2024年）。然而，目前关于重组食品仿生结构的研究主要集中在基于植物蛋白的产品上，而对鱼肉层状结构的重组和模拟技术的研究相当匮乏。最近，有研究使用可食用多孔微载体结合3D打印技术构建了仿生鱼肌支架，用于细胞培养以生产仿生鱼片（Xu等人，2023年；Yen等人，2023年）。鱼糜加工是目前最工业化的淡水鱼加工方法。现有的鱼糜研究主要集中在冷冻鱼糜的抗冻保护以及通过物理和生化改性的方法调节鱼糜凝胶结构，从而改善肌原纤维蛋白的功能性能（Wang, Yu等人，2024年；Zhang等人，2025年）。然而，目前利用去骨鱼糜作为原料重建天然鱼肉多层结构的研究非常有限。与植物蛋白相比，鱼蛋白具有较高的α-螺旋构象比例和较强的分子灵活性，其各向异性结构的形成机制可能有所不同（Plattner等人，2024年）。以往的研究使用整条小型海水鱼（如鲱鱼）作为原料进行高水分挤压，发现挤压和烹饪处理会导致鱼蛋白凝胶化和纤维化，形成类似肌肉纤维的结构（Nisov等人，2020年）。然而，目前的研究主要通过螺旋型高水分挤压技术制备纤维状模拟肉制品，模拟畜禽肌肉的高纤维质地（Plattner等人，2024年）。相比之下，天然鱼肉的质地特征是典型的层状结构，使用现有的基于螺旋挤压的纤维仿生技术很难有效形成类似鱼肉的结构（Ghanghas等人，2024年；Kim等人，2021年；Seetapan等人，2023年）。

先前的研究发现，通过序贯的真空处理、物理挤压和冷冻，可以将鱼糜加工成具有内部层状结构的产品（Fu & Xu，2024年；Fu & Xu，2025年）。这些研究证实了真空处理和挤压在层状结构形成中的重要作用。冷冻过程也是层状结构形成不可或缺的一部分，但其具体作用尚不清楚。为了全面探讨不同冰晶生长模式在层状结构形成中的作用，本研究设计了不同的变量，包括冷冻速率（-60°C快速冷冻和-20°C缓慢冷冻）、冷冻时间（2小时、8小时和24小时）以及冻融（FT）循环（2次、4次和6次）。采用多种可视化技术和物理化学分析方法全面评估了冷冻过程对层状结构形成的影响。目的是阐明冷冻过程对经过真空-挤压处理的基于鱼糜产品的层状结构演变的影响。本研究为调节基于鱼糜产品的质地提供了新的见解。

材料

从当地超市（中国无锡）购买了约2公斤的新鲜银鱼。鱼由鱼贩进行麻醉和宰杀。去血、去头、去内脏和去皮后，获得了鱼背部的鱼肉。鱼肉保存在碎冰中，运输到实验室并在1小时内使用。本研究中使用的化学品为分析级，购自中国上海的国药集团。

重组鱼糜产品样品的制备

将鱼背部的鱼肉切碎

冰晶形态和层状结构的分析

图1(A)展示了冷冻样品中的冰晶形态。在-60°C组中，冰晶细小且不明显。在-20°C组中，冰晶生长相对缓慢，2小时后仅观察到少量冰晶结构。随着冷冻的继续，冰晶的生长形态变得更加明显。在冻融组中，冰晶变得更加明显且稍微变厚。这些结果表明，缓慢冷冻促进了较大的冰晶形成

结论

本研究认为，冰晶生长可能是基于鱼糜产品层状结构发展的一个重要驱动因素。在快速冷冻条件下，小冰晶的形成通常与细小且紧密的层状结构相关。相比之下，缓慢冷冻倾向于产生清晰度适中的层状结构，这些结构具有相对理想的质地和多汁性。冻融处理进一步

作者贡献声明

沈志文：撰写——原始草稿，可视化，验证，软件使用，实验设计，数据管理。丁玉欣：验证，方法学。徐彦顺：撰写——审稿与编辑，监督，资源获取，概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

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。