APPS | 明胶-茶多酚基于冰抑制和组分稳定对鱼糜实现多靶点冷冻保护

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Introduction

冷冻可以减缓由微生物和酶引起的鱼糜变质。然而，冰晶的形成会诱导蛋白质变性和脂质氧化等生化反应使水产品品质发生劣变。因此，抑制冰晶的形成是水产品冷冻保护的主要途径。蔗糖、多元醇和磷酸盐等传统冷冻保护剂以及冰结合蛋白（IBP）、抗冻蛋白和肽等新型天然冷冻保护剂常被用于冷冻鱼糜质量提升，但其存在一定的安全风险和技术挑战。受现有冷冻保护机制的启发，本文开发了明胶-多酚复合物作为一种多靶点冷冻保护剂。明胶作为胶原蛋白的部分降解产物，具有丰富的亲水基团和部分特征性的聚脯氨酸II（PPII）螺旋结构，表现出理想的凝胶化特性和多糖的功能性抗冻特性。同时，研究表明天然多酚可以用作稳定剂，延缓鱼糜冷冻过程中蛋白质和脂质的氧化。浙江工业大学食品科学与工程学院朱士臣副教授、周绪霞教授等在本文中制备了不同配比的明胶-茶多酚化合物。研究了明胶茶多酚化合物的结构（FTIR和XRD），并基于DSC和冰重结晶抑制能力测定，探索了化合物的冷冻行为和抗冻能力。此外，通过表面疏水性、羰基含量和蛋白质溶解度进一步表征了不同添加量（1%、2.5%和4%，m/m）的化合物对肌原纤维蛋白的低温保护作用，旨在为开发理想的鱼糜抗冻剂提供一些启发性的参考。

Results and Discussion

明胶的聚集作用随着比率的增加而增加，进而导致吸收强度的增强，表明明胶和茶多酚之间存在潜在的疏水相互作用。茶多酚羟基和明胶之间的氢键相互作用可能会破坏三螺旋构象，从而降低XRD特征图谱。但随着明胶比例的增加，其与酚类复合物的非共价相互作用会增强，从而增强了其结构稳定性。

图1 不同质量比明胶-多酚复合物的FTIR（A）、XRD（B）

采用DSC测定了不同比例的明胶-茶多酚复合物在冷却和加热过程中的热通量分布。与对照组相比，明胶-茶多酚复合物可以显著降低冰点和可冷冻水含量（P＜0.05），其中，GP-5组显示出相对较大的降低冰点和可冷冻水含量的作用。

图2 明胶-茶多酚复合物的热流曲线（A）、冰点（B）和冷冻水含量（C）

商用抗冻剂组（S组）的质量损失最低。添加2.5%的明胶-茶多酚复合物可以通过IRI效应和组分稳定来增强MP的结构稳定性，抑制蛋白质氧化。粒径测量和十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）分析进一步表明，明胶-多酚复合物的冰抑制作用和成分稳定性增强了蛋白质结构的稳定性。

图3 明胶-茶多酚复合物对F-T处理期间鱼糜相对质量损失（A）、蛋白质溶解度（B）、表面疏水性（C）和羰基（D）的剂量效应，以及6 F-T处理后MP的粒径（E）和SDS-PAGE（F）图谱

Conclusion

本研究开发了具有多方面冷冻保护性能的明胶-茶多酚复合物并研究了其对鱼糜和MP的抗冻能力和低温保护作用。GP-5组表现出显著的抑冰性能，包括冰点和可冻结水含量的降低。与对照组（S组）相比，2.5%复合物的加入对冷冻鱼糜具有最佳的冷冻保护作用，其组织完整性、质量损失和蛋白质稳定性与S组相当。此外，2.5G组表现出增强蛋白质结构稳定性的作用，从而减少了冷冻损伤。总体而言，明胶-多酚复合物在鱼糜中的多靶点低温保护为开发新型抗冻剂提供了宝贵的启示。

第一作者

朱士臣，九三学社社员，浙江工业大学食品科学与工程学院副教授，硕士生导师，食品科学与工程系副主任，入选浙江工业大学“青年英才支持计划”，Food Science of Animal Products青年编委。主要针对食品大分子修饰改性、冰晶调控技术及冷冻食品品质改善等科学与技术问题进行创新性研究。主持国家自然基金、浙江省自然基金、中国博士后科学基金等科研项目。发表Trends in Food Science & Technology, Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, Food Hydrocolloids, Food chemistry, Journal of Materials Chemistry B，食品科学等国内外论文20余篇，作为主要作者参编英文教材、专著各一部。授权美国专利2件、中国发明专利3件。指导学生获得多项省部级科技竞赛奖项。

通信作者

周绪霞，教授，博士生导师，浙江工业大学健康食品与智能制造研究中心主任、浙江省深蓝渔业资源高效开发利用重点实验室副主任、农业部国家远洋水产品加工技术研发分中心（杭州）副主任、中国农业工程学会农产品加工及贮藏工程分会理事、浙江省食品学会理事、全国食品工业行业职业教育教学指导委员会委员，入选浙江省“151”人才工程第二层次培养人员（2018）、浙江省高校领军人才高层次拔尖人才（2020）、浙江省农业科技先进工作者（2021）。长期围绕食品贮藏保鲜与精深加工、健康食品制造等方面开展研究，先后主持国家自然科学基金项目、国家重点研发计划子课题、浙江省重大科技专项、浙江省重点研发计划项目、“三农九方”科技协作计划“揭榜挂帅”项目等国家及省部级科研项目和企业委托项目20余项。第一/通讯作者发表SCI论文50余篇，主编著作1部，授权发明专利10余项；获浙江省科技进步奖一、二等奖，中国商业联合会科学技术奖特等奖等省部级奖项7项。任《Journal of Future Foods》《食品工业科技》《肉类研究》期刊编委，《Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety》《Food Chemistry》《Food Hydrocolloids》《食品科学》等期刊审稿人。

Multi-target cryoprotection of gelatin-tea polyphenol complexes on surimi through ice inhibition and component stabilization

Shichen Zhu1*, Ningning Peng1, Xuan Wang1, Yan Jin1, Yuting Ding1,2, Shulai Liu1, Xuxia Zhou1*

1 Key Laboratory of Green, Low-carbon and Efficient Development of Marine Fishery Resources, National R&D Branch Center for Pelagic Aquatic Products Processing (Hangzhou), College of Food Science and Technology, Zhejiang University of Technology, Hangzhou, 310014, China

2 Food Science Research Institute of Zhangzhou, Zhangzhou, 363000, China

*Corresponding author.

Abstract

In this study, the multi-cryoprotective effects of gelatin-tea polyphenol complexes were explored by ice inhibition and component stabilization. The structural properties of these gelatin-tea polyphenol complexes were characterized using Fourier transform infrared spectroscopy and X-ray diffraction analysis. The freezing behavior and antifreeze capabilities of the complexes were investigated through differential scanning calorimetry and ice recrystallization inhibition assays. Additionally, the cryoprotective effects of the complexes at various concentrations (1%, 2.5%, and 4%, m/m) on myofibrillar proteins were examined. The hydrogen bond interactions between the amino groups of gelatin and the phenolic hydroxyl groups of polyphenol facilitated the formation of complexes. The GP-5 group (the ratio of polyphenols to gelatin is 1:250) has the reduced freezing point (−1.68 ℃) and frozen water content (85.32%) compared to the control group. Notably, the addition of 2.5% (2.5G group) or 4% GP-5 (4G group) consistently demonstrated superior and stable ice-inhibition performance against various frozen conditions. GP-5 group also showed great ice recrystallization inhibition (IRI) ability with minimum size of ice crystals ranged of 125−214 μm2. Furthermore, 2.5G group and S group (commercial antifreeze agent (containing 4% sucrose and sorbitol)) had a comparable total volatile base-nitrogen (3.81, 4.34), thiobarbituric acid reactive substances assay (1.18, 1.32), sulfhydryl contents (29.52, 25.48) and Ca2+-ATP activity (0.44, 0.36). Furthermore, the 2.5G group also demonstrated significant tissue integrity against ice-induced damage, as indicated by similar fractal dimension to that of the S group. Size measurements and sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) analysis further suggested that the ice-inhibiting effects and compositional stabilization from complexes enhanced protein structure stability. This is the first study to make gelatin-tea polyphenol composite microgels to protect surimi from freezing. Thereafter, the dual cryoprotective roles of microgels for surimi provide some inspiring references for the development of the desired antifreeze.

Reference:

Zhu, S., Peng, N., Wang, X. et al. Multi-target cryoprotection of gelatin-tea polyphenol complexes on surimi through ice inhibition and component stabilization. Agric. Prod. Process. Sto. 2, 19 (2026). https://doi.org/10.1007/s44462-025-00052-2

本文编译内容由作者提供

编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇

封面图片来源：摄图网

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