大连民族大学李婷婷教授、许喆副教授等以太平洋鲑鱼骨胶原蛋白（Pacific salmon bone collagen，SBC）为核心原料，构建了一种新型抗冻乳液体系，并系统评价其在多次冻融条件下对太平洋鲑鱼品质的保护作用。通过对乳液稳定性、鱼肉质构、水分保持能力、色泽变化以及肌原纤维蛋白氧化等指标的分析，进一步揭示其在冷冻保鲜中的潜在应用价值，为天然抗冻剂的开发及水产品高品质冻藏提供理论依据与技术参考。

Introduction

冻藏是水产品最重要的流通方式之一，约1/3的水产品以冻藏形式销售。水产品富含多不饱和脂肪酸和优质蛋白，在冷冻贮运过程中极易受温度波动影响，引发冰晶反复生成与重结晶，导致肌肉组织破坏、蛋白氧化和汁液流失，最终造成口感、色泽和风味品质劣变。对于太平洋鲑鱼等高附加值水产品，反复冻融造成的品质损伤已成为制约其产业化发展的关键瓶颈。

目前广泛使用的蔗糖、山梨醇等传统冷冻保护剂虽能在一定程度上缓解冰晶对肌肉组织的损伤，但存在高甜度、高热量及改变产品风味等缺陷，限制了其进一步应用。因此，开发天然、安全、绿色的新型抗冻体系已成为当前冷冻食品领域的重要研究方向。

近年来，兼具界面稳定性与生物活性的乳液型抗冻体系备受关注。其可通过油水界面形成物理屏障阻挡冰晶侵袭，同时借助功能成分实现对蛋白与肌肉组织的协同保护。鱼类副产物来源的胶原蛋白因与水产肌肉组织生物相容性高，兼具乳化性与抗冻性，应用优势显著。以SBC为原料开发天然抗冻乳液，既能实现水产副产物高值化利用，也为冷冻水产品品质提升提供了新途径。

Results

SBC的十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳条带如图1所示。SBC的主要条带由α₁链和α₂链组成，同时也观察到了高分子质量组分，特别是β组分以及少量的γ组分。在高等脊椎动物中，I型胶原蛋白被广泛认为是大多数器官中存在的主要胶原蛋白，也是最早被鉴定出来的胶原蛋白类型。这表明从鱼骨中提取的SBC主要由I型胶原蛋白构成，其分子结构为包含2 条相同α₁链和1 条α₂链的异三聚体。在长鳍鲶鱼（Mystus macropterus）皮肤胶原蛋白中也发现了相似的电泳蛋白条带模式。胃蛋白酶能够切割含有端肽的交联键，同时将β链转化为2 条α链。SBC 中仍能观察到少量β组分和γ组分，这可能是由于部分交联键未被胃蛋白酶完全切割，未能全部转化为α组分及其他更低分子质量的组分所致。

图1 SBC对冻融太平洋鲑鱼微观结构的影响

如图2所示，新鲜太平洋鲑鱼（对照组，Con组）的肌肉表面呈现出规则的聚集结构，肌纤维束连接紧密，组织间隙较小。然而，阴性对照组（NCon组）的肌纤维束间隙明显增大，表面撕裂严重，肌肉组织失去了完整性和致密结构。与NCon组相比，添加SBC组的鱼片肌纤维结构得到了显著改善，这与失水率和质构损伤的变化趋势一致。这些结果进一步证实了冻融过程对肌肉微观结构造成了损伤。这可能是由于SBC的添加能够调控冰晶的生长，形成尺寸更小的冰晶，从而减轻对细胞膜的损伤，对太平洋鲑鱼肌原纤维具有良好的冷冻保护作用。从SBC0.5组、SBC1.0组到SBC2.0组，可以观察到肌肉组织撕裂程度逐渐减轻、组织间隙逐渐缩小的趋势，这表明SBC2.0组的肌肉组织结构更为完整，对鱼肉组织具有更好的保护效果。 

图2 SBC对冻融太平洋鲑鱼微观结构的影响

电子鼻分析结果如图3所示。鱼类中的醇类物质通常通过糖-氨基酸复合物与醛类的还原反应，以及脂肪酸的酶促氧化等过程生成。W2S传感器可检测与鱼腥味相关的挥发性化合物，主要包括醛类、酮类和醇类。阴性对照组（NCon）对硫化物（W1W和W2W传感器）及醇类（W2S传感器）的响应值最高。在所有处理组中（新鲜对照组Con除外），2.0%碳酸氢钠处理组（SBC2.0）的W2S响应值变化最小，表明其在冻融循环后产生的异味相对较少。这可能归因于SBC抑制了蛋白质变性和脂质氧化。

图3 SBC对冻融太平洋鲑鱼挥发性气味的影响

如图4A、B所示，油相体积分数低于60%的乳液出现了明显的起泡和相分离现象。这种不稳定性可能归因于油相不足，无法支撑SBC在油水界面的吸附。低油含量（10%～30%）的乳液液滴粒径分布较宽，大液滴比例增加；而油相体积分数为60%～70%的乳液稳定性得到改善。

A.未离心组；B.离心组。

图4 蛋白质含量为2 mg/mL、油相体积分数为10%～70%的SBC稳定乳液的外观与粒径显微图像

冻融循环过程中，乳液液滴粒径逐渐增大，伴随乳液逐步失稳，表现为乳液破裂和相分离。这种现象可能归因于冻融过程中连续相内形成的冰晶发生体积膨胀收缩，产生局部机械应力，破坏界面膜并促进液滴聚合。如图5所示，第一次冻融循环后，油相体积分数为10%～50%的乳液液滴粒径显著增大；到第二次循环时，这些乳液出现明显起泡和相分离，显微镜下可观察到破乳微观结构。而油相体积分数为60%和70%的乳液，仅在第三次冻融循环后才出现液滴粒径显著增大，且未发生起泡或相分离现象。

A.冻融前；B.第一次冻融循环；C.第二次冻融循环；D.第三次冻融循环。

图5 蛋白质含量为2 mg/mL、油相体积分数为10%～70%的SBC稳定乳液的外观与粒径显微图像

冻融循环显著加剧蛋白氧化并破坏肌球蛋白结构。Con组各氧化指标最低，而NCon组总巯基降幅最大，二酪氨酸显著升高，Ca^2＋-ATPase活性降低，并破坏肌球蛋白，表明冰晶破坏组织并加剧氧化。添加太平洋鲑鱼骨胶原乳液（salmon bone collagen emulsion，SBCE）可有效抑制蛋白变性，其中SBCE2.0组效果最优：总巯基仅降低12.61 μmol/g，羰基降幅达1.13 nmol/mg，Ca^2＋-ATPase活性最高（1.67 μmol/(mg·h)），显著优于其他处理组（P＜0.05），说明其能有效保护肌球蛋白头部完整性并减少冷冻重结晶损伤。

a.蛋白质溶解度与总巯基含量；b.羰基含量；c.二酪氨酸含量；d. Ca^2＋-ATP酶活性。

图6 SBCE对冻融太平洋鲑鱼肌原纤维蛋白聚集与氧化的影响

Abstract

Temperature fluctuations during storage and transportation can compromise the quality of aquatic products. In this study, Pacific salmon bone collagen (SBC) was extracted from Pacific salmon bones and used to prepare a salmon bone collagen emulsion (SBCE). Pacific salmon fillets were treated with SBC, and their antifreeze activity was measured in terms of texture characteristics, moisture retention, color difference changes, and flavor stability during multiple freeze-thaw cycles. Subsequently, the physicochemical stability of emulsions with different oil contents was evaluated under ambient storage, centrifugation, and freeze-thaw challenging. Antifreeze efficacy was evaluated by subjecting the Pacific salmon fillets with SBCEs during freeze-thaw cycles. Studied the potential of SBCE freezing and thawing to maintain the quality of Pacific salmon. The results showed that emulsions containing 60%–70% oil phase exhibited the highest stability. Among formulations, SBCE2.0 most effectively preserved texture, reduced moisture loss, and limited denaturation and aggregation of myofibrillar proteins. Overall, SBCE significantly alleviated ice-induced quality loss in fish product and shows promise as a natural antifreeze agent for aquatic products.

引文格式

引文格式

Xu Z, Xu Y, Mo X, et al. Preparation and characterization of Pacific salmon protein antifreeze emulsion. Food Science of Animal Products, 2026, 4(2): 9240168. https://doi.org/10.26599/FSAP.2026.9240168

李婷婷 教授

大连民族大学生命科学学院 院长

李婷婷，满族，博士/博士后，教授，大连民族大学生命科学学院副院长，中国共产党辽宁省第十三次代表大会代表。荣获辽宁省“百千万人才工程”千人层次、辽宁省优秀科技工作者、国家民委中青年英才、大连市高端人才等称号。现任中国水产学会水产品加工和综合利用分会委员、中国民族医药协会民族医药教育专业委员会常务理事、第三届辽宁省食品科学技术学会理事，《食品工业科技》第二届青年编委会主任委员，《食品科学技术学报》青年编委。

主持国家自然科学基金、中国博士后科学基金、国家重点研发计划子课题等项目15 项。作为主要完成人荣获国家科技进步奖二等奖1 项、辽宁省科技进步一等奖1 项、中国商业联合会科技进步特等奖3 项、辽宁省高校科技成果转化大赛一等奖1 项。发表学术论文101 篇，其中在《Coordination Chemistry Reviews》《Biomaterials》《Critical Reviews in Food Science and Nutrition》等期刊以第一或通信作者发表SCI收录论文37 篇、EI收录论文27 篇，入选ESI高被引论文2 篇，申请国家发明专利21 项（已授权9 项），合作出版著作1 部。

许喆 副教授

大连民族大学生命科学学院

许喆，大连民族大学生命科学学院副教授，硕士生导师，主要研究方向为蛋白质资源开发与利用，生物  活性肽构效关系。于2020年12月毕业于大连工业大学国家海洋食品工程技术研究中心杜明教授课题组，2021年1月加入大连民族大学李婷婷教授团队，2022年6月在中国农业科学院麻类研究所和农产品加工所谭志坚研究员和王凤忠研究员从事博士后工作，2023年9月在加拿大阿尔伯塔大学进行访学。主持国家自然科学基金青年项目等基金5 项，参与国家重点研发计划“现代食品加工及粮食收储运技术与装备”重点专项“民族特色工业化食品加工关键技术与装备开发”项目子任务（2018YFD0400105）1 项，国家自然科学基金项目2 项，辽宁特色海产品深加工产业化关键技术开发利用与示范项目1 项。《Frontiersin Nutrition》客座副主编、《Food Science & Nutrition》和当代化工研究编委。以第一作者在《Biomaterials》《Journal of Agricultural and Food Chemistry》《Food & Function》等国际学术刊物上发表论文20余篇，申请中国发明专利15 项其中授权5 项，参编英文合作出版著作1 部，参与了“十三五”书籍《水产品加工学》文字校对工作。

为系统提升我国食品营养与安全的科技创新策源能力，加速科技成果向现实生产力转化，推动食品产业向绿色化、智能化、高端化转型升级，由北京食品科学研究院、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，合肥工业大学、安徽省食品行业协会、安徽大学、合肥大学、合肥师范学院、北京工商大学、中国科技大学附属第一医院临床营养科、安徽粮食工程职业学院、皖西学院、滁州学院、蚌埠学院共同主办的“第六届食品科学与人类健康国际研讨会”，将于 2026年8月15-16日（8月14日全天报到）在中国 安徽 合肥召开。

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