《食品科学》：大连工业大学李冬梅教授级高级工程师等：赖氨酸对复合虾丸品质的影响

南极磷虾作为地球上储量最丰富的动物蛋白资源之一，其可持续开发利用对缓解全球蛋白质供应压力具有重要意义。尽管如此，南极磷虾至今尚未被充分开发为优质蛋白质食品，主要原因在于其加工过程中面临技术瓶颈与消费接受度挑战。传统热处理加工会导致虾肉质地退化、口感粗糙，产品形态和风味难以满足消费者需求，市场接受度低。当前，南极磷虾主要被加工成虾粉、冷冻虾肉等初级产品，或从中提取磷虾油用于保健品，缺乏高附加值的食品产品。为了突破南极磷虾蛋白利用的技术瓶颈，开发重组虾糜产品成为有效的解决方案。前期研究表明，将南美白对虾和南极磷虾以3∶2的质量比复合，并添加氯化钠（2.25%，m/m）与磷酸盐进行斩拌，同时辅以淀粉、蛋清粉、大豆分离蛋白及谷氨酰胺转氨酶，可制备出质地与风味良好的复合虾丸。这种产品开发策略不仅能够改善南极磷虾的食用品质，还可以有效利用南极磷虾蛋白资源，丰富虾糜制品的种类，为南极磷虾的高值化利用开辟新的途径，实现从“可食用”到“好吃营养”的升级。

然而，尽管磷酸盐类添加剂能够有效提高产品的保水性和凝胶强度，但会增加消费者体内钙磷代谢失衡的风险，已成为公众健康关注的焦点。因此，开发天然、绿色且安全的替代添加剂以改善水产品凝胶品质，已成为当前研究的重要方向。碱性氨基酸，如赖氨酸（Lys）、精氨酸（Arg）和组氨酸（His），是人体必需或半必需氨基酸，具有安全无毒、来源广泛、成本较低及易于应用的特点。这类小分子物质不仅不会引入有害化学成分，还符合现代食品工业对绿色添加剂的需求，因而在食品质构改良中展现出良好的应用前景。在产业化应用中，需综合考虑成本因素（如His价格较高），筛选高效、经济且适配特定体系的氨基酸添加剂显得尤为重要，Shi Tong等报道，Arg和谷氨酰胺转氨酶的联合作用使鲢鱼鱼糜凝胶的网络结构更均匀、更紧密，从而提高凝胶强度。Wu Wenmin等通过添加0.1% His并辅助超声技术，在低盐状态下（1% NaCl）对鲢鱼鱼糜凝胶进行处理，结果表明His显著改善了鲢鱼糜的动态流变学特性，并提高热诱导凝胶持水能力。Buamard等研究表明，Lys处理显著提高了添加0.5% NaCl的条纹鲶鱼糜凝胶的硬度和咀嚼度。目前，关于Lys对以南极磷虾为原料的虾糜凝胶体系的影响已有部分研究，但其对成分更复杂的复合虾丸凝胶性能的具体作用仍缺乏系统性探讨。基于此，大连工业大学食品学院的陶辰、李冬梅*，德州乡盛食品有限公司的满昊等人旨在探讨不同浓度Lys对南美白对虾-南极磷虾复合虾丸质构特性、凝胶强度、水分变化、微观结构及感官品质的影响，初步分析其对蛋白质化学作用力及二级结构和体系pH值的调控作用，并进一步通过相关性分析明确各指标间的内在联系。通过对比传统三聚磷酸钠（STPP）的作用效果，评估Lys在替代STPP、提升虾丸产品凝胶品质方面的潜力，为其在产业化应用中的推广提供理论依据与实践参考。

1 Lys对复合虾丸色泽的影响

通常来说，受消费者欢迎的高品质虾丸色泽应为低红度值，偏粉白色。如图1所示，与空白组相比，添加Lys会导致复合虾丸的L*值显著下降，b*值以浓度梯度显著上升（P＜0.05）；当Lys添加量达到0.8%时，L*值和b*值不会随着添加量增加而显著改变，这说明Lys对复合虾丸L*值和b*值的改变受一定的浓度限制。当Lys添加量超过0.2%时，复合虾丸的a*值均显著低于空白组 （P＜0.05），但各Lys添加组之间差异不显著。添加STPP后复合虾丸的L*值显著上升，这与Lys改变L*值的趋势不同。值得注意的是，L*值与白度值的趋势一致，这说明相比a*值和b*值，L*值对白度值的影响更大。Ferrini等的研究表明，肉制品的L*值与其水分含量相关，水分含量高的肉类制品亮度较低，故推测Lys可能提高了复合虾丸的持水能力。

2 Lys对复合虾丸pH值的影响

合适的pH值有利于优良凝胶结构的形成。如图2所示，空白复合虾丸蒸煮前后的pH值分别为6.92和6.90，均为中性，随着Lys添加量增加，pH值呈浓度依赖趋势显著上升（P＜0.05）；添加0.2%～1.0%的Lys后，蒸煮前后的pH值分别上升至7.27～8.29和7.25～8.19。Lys为碱性氨基酸，其侧链的呈碱性ε-氨基与复合虾丸中水的氢离子结合，增加了氢氧根负离子的含量，提高了复合体系的pH值。添加STPP后，复合虾丸在蒸煮前后的pH值均上升，分别为7.03和7.01，但其提高pH值的能力弱于Lys，这说明碱性氨基酸Lys的缓冲能力优于弱酸盐STPP。周向辉等发现随赖氨酸添加量的增加，乳化肠的pH值呈增长趋势，增强了系水力，使乳化肠的出品率提升。Dong Chunhui等通过改性豌豆分离蛋白，提高其pH值，并且添加至猪肌原纤维蛋白（myofibrillar protein，MP）中，显著提高了复合体系的凝胶硬度和持水能力。Xie Chun等通过改性豌豆分离蛋白改善了体系的凝胶特性和保水能力，且在一定的pH值范围内，改善效果最好。Kristinsson等的研究表明，pH值的增加导致鸡胸肉的持水能力急剧增加。

3 Lys对复合虾丸质构特性的影响

物性测试仪能模拟口腔对食品的作用力，直观反映出凝胶产品的硬度和弹性等口感特性，与产品的感官接受度密切相关。表2列出了添加Lys或STPP的复合虾丸质构特性，包括硬度、弹性、内聚性、胶着度和咀嚼度。硬度是用于表征复合虾丸达到给定形变时，探头第1次 下压所需的峰值压力。弹性表示样品从第1次压缩后到第2次压缩开始的恢复度；内聚性表示在第2次重复压缩时样品的相对抵抗力。胶着度数值上等于硬度和内聚性的乘积；物性测试仪通过模拟咀嚼食物的动作，记录所需的力量，即为咀嚼度。与空白组相比，Lys的添加改善了复合虾丸的质构性能，尤其是添加0.6% Lys，复合虾丸的硬度最高（P＜0.05），为（1 620.34±39.86）g， 分别是空白组和0.3% STPP组的1.46 倍和1.41 倍。在Lys添加组中，添加量为0.2%和1.0%复合虾丸的硬度最低，但显著高于空白组和0.3% STPP组（P＜0.05）。弹性、胶着度和咀嚼度均与硬度的趋势有着一定相关性，其中胶着度和咀嚼度的趋势一致，硬度和弹性的趋势一致，添加Lys和STPP的内聚性差别并不明显。本研究结果与Buamard等的结论一致。这说明Lys可以改善复合虾丸的质地，但改善效果受限于添加浓度。Wang Yaosong等证明在pH值为7.59时，添加0.5% Lys的乳清蛋白凝胶弹性达到最大值，在pH值为9.74时弹性趋于平稳下降。在本研究中，Lys对复合虾丸质构特性的改善有一定的pH值范围，最优质构性能改善组为0.6% Lys组，对应蒸煮前复合虾丸的pH值为7.89（图2），此后随着pH值升高，复合虾丸硬度和弹性平稳下降。

4 Lys对复合虾丸凝胶强度的影响

凝胶强度是衡量鱼糜类制品品质优劣的关键性指标，与其商业价值直接相关。断裂力和破断距离均是在探头穿刺复合虾丸时测得的，可分别表示刺破凝胶所需的作用力和作用距离，间接反映出凝胶内部的致密程度和结合能力。鱼糜类凝胶强度可利用断裂力和破裂距离的乘积计算。如图3所示，Lys添加后复合虾丸的凝胶强度显著提高（P＜0.05），且凝胶强度在0.6% Lys组中达到最高值（（1 213.64±35.82）g·mm），是空白组的1.84 倍（P＜0.05）。此外，5 个Lys添加组之间存在显著差异，且随着添加剂量的增加呈现先上升后下降的趋势，与pH值的趋势不同，这说明Lys对复合虾丸凝胶性能的改善有最适浓度和pH值范围。添加0.2% Lys的复合虾丸凝胶强度最低，为（764.57±7.53）g·mm，但对凝胶强度的改善作用显著优于空白组和0.3% STPP组（P＜0.05）。高硬度和高弹性的凝胶样品则需要更大的力和距离打破凝胶内部结构，复合虾丸的凝胶强度和硬度（表2）的趋势一致，均在0.6% Lys时达到最大值，破断距离和断裂力也呈相似的变化趋势。

5 Lys对复合虾丸保水性的影响

水分是虾丸产品中含量最高的物质，约占产品质量的65%。凝胶保持水分的能力即持水能力，在宏观上其与产品的质构特性（硬度和弹性等）和感官属性（多汁性和风味等）密切相关，在微观上可以反映出蛋白质结合水的能力。由图4可知，添加0.6% Lys后，复合虾丸的持水能力从79.10%显著提高到了92.87%，是0.3% STPP组的1.11 倍（P＜0.05），此后随着添加量增加，持水能力趋于稳定，这说明0.6% Lys足以达到较高的持水性。Lys的添加增加了凝胶体系的pH值，当pH值大于等电点时，带负电的蛋白质被带正电的Lys吸引，从而限制了游离水分子在凝胶网络中的不规则运动，持水能力随之增加。Lys能够增强凝胶网络的锁水能力，提高复合虾丸的保水能力，可以替代STPP提高复合虾丸的持水能力，是潜在的水分保持剂。王昱等将Lys添加至鸡肉糜凝胶，持水能力从75%增至88%。 Su Lingxia等将Lys添加至乳清分离蛋白，凝胶持水能力显著提高了1.41 倍。

凝胶在控温加热中水分的损耗可用蒸煮损失表示，蒸煮损失越高表示凝胶体系在热诱导的过程中流失的水分和其他物质越多。持水能力和蒸煮损失是决定产品出品率、保水效果和货架期的关键因素，产品的保水效果越好，持水能力越好，蒸煮损失越小。Lys的添加显著降低了复合虾丸的蒸煮损失，且在Lys添加量为0.6%时，复合虾丸的蒸煮损失达到最小值，为0.25%，分别降低到了空白组和0.3% STPP组的17.73%和28.09% （P＜0.05）。说明Lys能够替代STPP减少二段式加热中复合虾丸水分损耗。蒸煮损失和凝胶强度的趋势相反，水分的损失削弱了凝胶的结合能力和紧密程度，推测可能影响复合虾丸微观结构的致密程度。

6 Lys对复合虾丸水分分布的影响

低场核磁共振技术可以通过检测T2深入了解虾糜凝胶的水分分布、迁移和结合能力。图5展示了虾糜凝胶的T2，分为3 个峰：T21（0.1～10 ms）代表固定在凝胶间隙中的水，与凝胶紧密结合；T22（10～200 ms）对应T21和T23之间的弱流动水；T23（200～1 000 ms）对应游离在凝胶之间的水。如图5所示，在虾糜凝胶中添加0.2%～0.6%的Lys导致T22左移，其中0.6% Lys组的T22从51.79 ms缩短至48.32 ms，说明Lys的添加导致质子迁移率和自由度的降低，这种转变可能归因于较高pH值导致凝胶的静电效应改变，从而促进了凝胶与水之间的键合更强。Wang Xian等报道，氢键促进了凝胶网络中水的结合，这可能解释了Lys添加后低盐凝胶中T21的延长。

7 Lys对复合虾丸MRI的影响

为深入探究Lys对虾糜凝胶中水分状态的影响，本研究采用MRI对其内部结构及水分分布进行无损观测。该技术具有灵敏度高、分析快速、无损及成本较低等优点，已在水产品研究中广泛应用。复合虾糜凝胶的伪彩色图像如图6所示。一般来说，MRI的信号强度与含水量呈正相关，红色表示质子密度高。随着Lys的添加，低盐凝胶的蓝色区域部分变为红色区域，质子密度增加。结果表明，Lys的添加使得信号强度增强，且高于0.3% STPP组的信号强度，尤其是0.6% Lys组。

8 Lys对复合虾丸感官特征的影响

通过评价复合虾丸的感官特性（色泽、气味、组织状态、滋味和总体接受度），对Lys和STPP添加至复合虾丸的整体可接受度进行评分。总体而言，添加Lys显著提高了复合虾丸感官接受度（图7）。添加Lys后复合虾丸的色泽得分显著提升，其中0.6% Lys组的色泽得分最高，其次是0.4% Lys组，0.2% Lys组和0.3% STPP组的色泽得分差异不显著，1.0% Lys组的色泽得分在Lys添加组中最低，这说明当Lys的添加量相对较高时，会降低消费者对色泽的接受度，有可能是受Lys本身呈淡黄色的影响。有研究表明，Lys能起到增强咸度的作用。从滋味上看，0.6% Lys组的复合虾丸咸度适中，回味不苦涩，相较于0.3% STPP组能显著提高复合虾丸的滋味得分。同时，Lys能够促进蛋白的展开，在咀嚼时会更容易释放出谷氨酸等鲜味物质，从而提升产品鲜味；但当添加量达到1.0%时，评定人员认为产品存在氨味，导致评分下降，气味与滋味呈现相似的趋势。0.6% Lys组在各个组别中得分最高，为85.01 分，空白组为66.71 分，0.3% STPP组为70.27 分。含0.6% Lys的复合虾丸持水能力和质构特性的改善解释了复合虾丸的组织状态和总体可接受度评分较高。与空白组和0.3% STPP组相比，0.6% Lys显著提高了复合虾丸的各项感官评分。因此，在不降低复合虾丸品质的前提下，建议添加0.6% Lys替代STPP以提高感官接受度。

9 Lys对复合虾丸微观结构的影响

扫描电镜通常用于观察样品的微观形貌，可清晰监测Lys对复合虾丸内在结构的影响，微观结构与凝胶强度和持水能力紧密相关。由图8可知，空白组的微观网络表面粗糙，有明显的蛋白聚集区，没有形成蓄水的凝胶网络结构，推测与蛋白的过度聚集有关。韩宗元等报道蛋白聚集体的尺寸过大会减少蛋白的交联位点，进而破坏凝胶网络的形成；本课题组前期研究表明，南极磷虾在热诱导后会出现板结和热聚集的现象。少量Lys的加入（0.2%和0.4%）会使虾丸蛋白聚集区明显减少，呈现出均匀的簇状网络结构。Buamard等报道，蛋白质链的密度越高，对应的凝胶网络更为紧凑且均匀，表现为凝胶强度高。当Lys添加量为0.6%时，凝胶网络表面相对光滑且连续，孔径均一且致密，复合虾丸的凝胶强度高。当Lys添加量达到1.0%时，凝胶网络虽呈现簇状，但空隙大小不均匀，出现孔径较大的孔洞，推测与蛋白的过度展开有关。添加STPP的凝胶网络虽有较为明显的蛋白堆积区，但整体孔洞分布较为有序。

10 Lys对复合虾丸化学作用力的影响

氢键、离子键、二硫键、疏水相互作用和其他物理化学因素共同作用，促进了复合虾丸的凝胶网络的形成。这些作用力会影响凝胶网络的结构，改变凝胶的物理化学特性。如图9所示，各组的化学作用力主要为疏水相互作用和二硫键，这表明了两者在复合虾丸形成过程中的关键作用。二硫键由相邻蛋白质上的巯基基团氧化形成，是稳定蛋白质空间结构的刚性化学键，在凝胶质构性能的改善中起着重要作用。添加Lys后，复合虾丸的二硫键含量均显著提高（P＜0.05），随着Lys添加量的增加呈现先上升后下降的趋势，尤其是0.6% Lys组，其二硫键含量最高，为10.40 mg/mL，约为空白组和0.3% STPP组的9.90 倍和4.93 倍，这与硬度的变化趋势相印证。这说明二硫键在提高复合虾丸的刚性结构中起着至关重要的作用，与Li Ruiling等的结论一致。

与空白组相比，其他组的疏水相互作用含量显著降低（P＜0.05），与蒸煮损失的趋势相印证。蛋白质之间疏水相互作用的削弱表明疏水性氨基酸被掩盖，从而使蛋白质与水的相互作用增强。在热诱导凝胶时，氢键受热断裂，而在凝胶冷却时重新形成，对于维持α-螺旋结构至关重要，在凝胶化过程中起到稳定结合水和提高凝胶硬度值的作用。添加Lys显著增加了复合虾丸中氢键的含量，0.6% Lys组的氢键含量达到1.88 mg/mL，是0.3% STPP组的4.27 倍，与凝胶强度的结果相印证。复合虾丸的离子键在Lys的作用下被破坏，推测可能是体系pH值的提高，带正电荷的Lys打破了蛋白质分子内部的离子键，这与Chen Li等的发现一致。本研究观察到，随着Lys添加量增加，二硫键和氢键含量呈相同的变化趋势，而疏水相互作用和离子键含量的趋势则与之相反。

11 Lys对复合虾丸二级结构的影响

利用傅里叶变换红外光谱探究Lys对MP二级结构的影响。如图10所示，添加0.6% Lys使得3 400 cm-1附近的峰（代表O—H和N—H的伸缩振动）发生轻微左移，由3 403.18 cm-1变为3 307.76 cm-1，这说明Lys有可能通过氢键和MP相互作用。Wang Mengyuan等报道了Lys通过氢键作用使含有表没食子儿茶素没食子酸酯的猪MP在3 400 cm-1附近的峰发生左移。1 650 cm-1和1 540 cm-1 附近的峰分别表示酰胺I带（1 700～1 600 cm-1）和酰胺II带（1 600～1 500 cm-1）中C＝O和C—N伸缩振动以及N—H弯曲振动。加入0.6% Lys后样品的吸收峰由1 656.1 cm-1左移至1 649.16 cm-1，在1 540 cm-1附近的吸收峰由1 548.52 cm-1左移至1 538.12 cm-1，说明Lys可以通过影响氢键增强分子间相互作用。Lin Junxin等也报道了类似的结果。

12 Lys对复合虾丸流变特性的影响

图11显示了添加Lys和STPP的复合虾糜随着频率变化的黏弹性特性。所有样品的G’随频率的增加而增加，虾糜的刚性增强，且G’值高于G”值，证明样品具有优异的黏弹性和固体凝胶状特征。与STPP组相比，添加0.6% Lys的虾糜凝胶G’值和G”值均更高，说明添加Lys能提高虾糜的黏弹性，增强凝胶网络的强度和稳定性，达到替代磷酸盐的预期效果，Lys是有效的凝胶品质增强剂，进一步提升了产品的质量。这与Buamard等的研究结果一致。本研究观察到复合虾糜的G’和G”与热诱导凝胶的强度呈正相关（图3a），均匀致密的三维凝胶网络结构（图8）对应于流变黏弹性的最优组别（0.6% Lys）。

结 论

本研究探究了Lys复合虾丸的品质。尤其是添加0.6% Lys对复合虾丸的品质改善效果最好，凝胶强度是空白组的1.84 倍，具有优异的黏弹性和固体凝胶状特征，持水能力从79.10%显著提高到了92.87%，与水之间的键合能力增强，达到了0.3% STPP组的1.11 倍，硬度分别提高到空白组和0.3% STPP组的1.46 倍和1.41 倍，其微观网络表面相对光滑且连续，总体可接受度评分明显提高，复合虾丸的pH值也显著上升。并且添加Lys促进了二硫键与氢键的形成，进而增强了分子间的相互作用。总之，Lys可以提高复合虾丸的质构特性、凝胶强度和持水能力，改善了复合虾丸的微观结构和感官品质，能够替代STPP作为凝胶改良剂应用于虾丸产业的实际生产中，但Lys对复合虾丸品质的改善有一定的浓度范围。本研究可为碱性氨基酸作为绿色添加剂的实际应用提供新思路，有助于提升南极磷虾资源利用率，满足市场对低钠、无磷健康产品的需求，并为相关产品开发提供理论依据。

作者简介

通信作者：

李冬梅，博士，教授级高级工程师，国家海洋食品工程技术研究中心副主任，博士生导师，大连工业大学食品学院教师，大连市领军人才、大连市兴海先进个人。受邀担任“十四五”国家重点研发专项“食品制造与农产品物流科技支撑”实施方案编制专家组专家，指南编制组专家；兼任中国粮油学会粮油营养分会副会长、中国食品科学技术学会预制菜专业委员会委员、中国水产学会水产品加工和综合利用分会会员、辽宁省食品科学技术学会理事等，大连食品产业科技特派团团长。

长期专注于海洋食品资源的开发与利用的基础研究和应用研究工作，主持承担国家重点研发计划专项项目、国家海洋公益性行业科研专项、国家自然科学基金项目、辽宁省揭榜挂帅项目、大连市重点研发计划项目等11 项，参与完成战略研究项目9 项。获国家级科技奖励2 项，省级科技奖励5 项，教学成果奖励3 项，发表学术论文100余篇。参编教材2 部，战略研究著作1 部，其中水产品加工工艺学2021年荣获首届全国教材建设奖（高等教育类）二等奖。作为主要发明人，申报国际发明专利4 项，获授权3 项，中国发明专利60 项，获授权33 项。制定团体标准1 项，企业标准2 项。

第一作者：

陶辰，硕士，大连工业大学食品学院、国家海洋食品工程技术研究中心、海洋食品加工与安全控制全国重点实验室2023级硕士生，研究方向为水产品加工，以第一作者发表EI论文1 篇。

引文格式：

陶辰, 满昊, 谭雨婷, 等. 赖氨酸对复合虾丸品质的影响[J]. 食品科学, 2026, 47(12): 73-82. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251114-114.

TAO Chen, MAN Hao, TAN Yuting, et al. Effect of lysine on the quality of composite shrimp balls[J]. Food Science, 2026, 47(12): 73-82. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251114-114.

实习编辑：王雨婷；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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