《基于LF-NMR技术
解析短链多肽对鱼丸
冻藏品质的调控》
本期文献解读推荐
研究团队
深圳大学范方辉副教授团队
研究内容
《基于LF-NMR技术解析短链多肽对鱼丸冻藏品质的调控》
发表期刊
《LWT》
影响因子
中科院JCR分区 大类：农林科学（1区）
研究背景
以鱼丸为代表的鱼糜制品在冷冻贮藏过程中，易因冰晶形成与重结晶导致蛋白质变性、质构劣化和汁液流失，其中冰晶对肌原纤维结构和水分分布的破坏是品质下降的核心，也是制约传统鱼丸产业化升级的关键瓶颈。传统抗冻体系多依赖磷酸盐和糖类，但在“清洁标签”与健康需求背景下，亟需开发天然来源且感官影响小的新型抗冻剂。
短链多肽（Short-chain polypeptides，SCPs）因其分子量小、极性基团丰富及具有吸附-抑制活性和热滞后效应等特性，作为天然抗冻剂在冷冻食品领域展现出应用潜力。然而在鱼丸体系中，SCPs 调控冰晶生长的机制仍不清晰，尤其是其对鱼丸凝胶网络的水分存在状态与迁移行为的具体影响机制，仍缺乏分子水平的直接证据。
本研究采用复合蛋白酶酶解牛皮明胶制备 SCPs，其分子量主要分布在 180-3000 Da（占比 86.16%），这一组分范围赋予了其极佳的分子柔韧性与亲水性。
低场时域核磁共振技术的核心作用
本研究通过 LF-NMR 技术，从水分状态分布与空间分布两个维度，清晰揭示了SCPs对鱼丸冻藏过程中水分存在状态与迁移行为的影响，其核心价值在于精准量化水分相态迁移、可视化水分分布，并与理化指标相互印证，为 SCPs 的抗冻效果提供了直接的分子证据。
研究采用CPMG脉冲序列获取横向弛豫时间（T2）数据，并结合反演算法对信号进行解析，获得不同水分组分在结晶过程中的动态演变信息。而MRI成像结果及其阈值分割图像对鱼丸中水分的空间分布情况进行了可视化。
图1是本研究中通过LF-NMR分析获得的核心结果，通过T2 弛豫时间分布谱和磁共振成像（MRI），直观对比了不同SCPs添加量的鱼丸在冻藏前后水分状态与分布的动态变化。
图1. 不同SCPs添加量的鱼丸在冻藏前后水分状态与分布的动态变化： (A) 不同SCPs添加量鱼丸的T2弛豫谱；(B) 鱼丸在0°C冻藏不同时间后的MRI图像及其阈值分割图像（红色信号区域代表高水分含量）。
1
T2弛豫谱：揭示水分状态迁移规律
通过分析T2弛豫时间（横轴，单位：ms）与信号强度（纵轴），LF-NMR将鱼丸中的水分清晰地划分为两个主峰：
T21 (0.1 - 10 ms) ：结合水，通过氢键等作用与肌原纤维蛋白等组分紧密结合。
T22 (10 - 100 ms)：不易流动水，分布于凝胶网络孔隙中，占总水分的90%以上，是决定持水性的关键。
关键发现：
冻藏前竞争性结合：添加SCPs后，T21 弛豫时间右移，且其峰面积比例A21下降。这表明SCPs参与重塑水-蛋白相互作用，SCPs 的极性基团竞争性结合肌原纤维蛋白的亲水位点，诱导结合水（T21）向不易流动水（T22）迁移，增强了结合水的流动性并优化了初始水分分布。
冻藏后缓解水分流失：冻藏后，未添加SCPs的对照组A22（不易流动水峰面积比例）降低，表明冰晶生长导致凝胶网络破坏、水分流失。而SCPs处理组能更好地维持A22，从水分状态变化这一角度证明了其抑制冰晶破坏、保护凝胶网络的能力。
此外，LF-NMR 数据证实 10.0 g/kg 的 SCPs 能将 T21弛豫时间从对照组的 0.285 ms 缩短至 0.187 ms，显著降低了冻藏过程中的水分迁移速率。
2
MRI成像：可视化水分空间分布
在成像结果中，红色信号区域代表高水分含量，蓝色信号区域代表低水分含量。
随着冻藏过程，对照组鱼丸的红色区域在逐渐变为绿色/蓝色，说明冻结过程使得鱼丸中的水分分布变得不均均，持水能力下降、水分流失严重。
SCPs添加组在整个冻藏期内能保持更大、更均匀的红色区域。这表明SCPs通过抑制冰晶生长，显著改善了鱼丸的持水性，从水分空间分布上印证了其抗冻保护效果。
3
机制解析：基于LF - NMR的
水分调控模型
综合LF - NMR、SEM与理化指标，本研究提出双重机制：
竞争结合机制
SCPs 含有丰富的羧基、氨基及疏水基团。适量添加（10.0 g/kg）可优化水分分布；但过量添加（≥15.0 g/kg）会干扰蛋白质间的疏水相互作用和二硫键形成，导致流变学参数（储能模量 G′、损耗模量 G′′）显著下降，表现为凝胶网络松散和烹饪损失增加（20.0 g/kg 组高达 13.1%）。
吸附抑制机制
SCPs 通过氢键吸附于冰晶表面抑制其生长，产生热滞后效应（Thermal Hysteresis），导致冰晶生长出现"间隙"并形成特有的金字塔形冰晶结构。这种微观形态的改变减轻了冰晶对肌原纤维蛋白网络的机械刺破作用，维持了冻藏后的结构完整性。
总结
本研究通过LF-NMR技术，从分子水平揭示了短链多肽在鱼丸冻藏过程中的双重作用机制：一方面通过竞争性结合改变水分初始状态，另一方面通过抑制冰晶生长保护凝胶网络，从而减少不易流动水的流失，维持产品品质。
实验表明，10.0 g/kg 为最适添加量，在该浓度下，鱼丸在 -20 ℃ 冻藏 120h 后，其烹饪损失比无添加组降低了 10.8%，色泽稳定性（b∗值）提升了 11.8%，且感官评价最接近新鲜样本。
在实际应用中，LF-NMR技术能够为冷冻食品配方的精准优化（如确定SCPs的最适添加量）、冻藏工艺改进及产品质量控制提供数据支持，为其他复杂食品体系中水分的相态行为与品质调控研究提供可靠的技术方案。
参考文献
Xu, Y., Guo, X., Zhao, L., Ma, H., Zhang, L., & Fan, F. (2026). Short-chain polypeptides modulate ice crystallization to enhance cryoprotection of Saurida tumbil-derived fish balls. LWT, 119031. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2026.119031
