南极磷虾肽对未发酵面团在冷冻过程中淀粉的结构、流变学特性、水分分布及消化率的影响

《Food Hydrocolloids》：Effects of Antarctic krill peptide on structure, rheology, water distribution, and digestibility of starch within unfermented dough during freezing1

　　南极磷虾肽（AKP）通过抑制冰晶生长和稳定面筋网络显著改善冷冻面团淀粉的理化性质和结构完整性，最佳浓度为1.5%。AKP降低淀粉短程有序结构和结晶度，减少游离水含量达13.08%-50.07%，增强凝胶粘弹性和膨胀能力，同时抑制淀粉快速消化组分（RDS）形成。

　　南极洲磷虾肽（Antarctic Krill Peptide, AKP）作为一种富含亲水氨基酸和功能性成分的生物活性肽，在冷冻面团中表现出显著的冷冻保护作用。其主要功能在于抑制冰晶生长并稳定面筋网络，从而改善冷冻食品的质量和稳定性。这项研究系统探讨了不同浓度的AKP对淀粉结构、热性质、流变学特性、水分分布以及体外消化性的影响。研究结果表明，AKP的添加能够降低淀粉的短程有序结构和相对结晶度，同时通过低场核磁共振（LF-NMR）分析显示，AKP可以有效减缓水分迁移并减少游离水分含量。在冷冻4周后，1.5%浓度的AKP组游离水分含量减少了0.26 ± 0.01%。扫描电子显微镜（SEM）观察还发现，AKP有助于保持淀粉颗粒的完整性，并缓解冷冻引起的结构损伤。此外，AKP提升了淀粉的起始和峰值凝胶化温度，降低了淀粉的消化性，并增强了淀粉凝胶的粘弹性与膨胀能力。在冷冻4周后，AKP添加组的快速消化淀粉（RDS）含量相比对照组降低了13.08 ± 1.09%—50.07 ± 1.14%。这些发现表明，AKP能够有效改善非发酵冷冻面团中淀粉的物理化学和结构特性，其中1.5%的浓度表现出最显著的效果。这项研究为AKP作为新型冷冻保护剂和功能性添加剂在冷冻淀粉类食品中的应用提供了理论基础。

冷冻面团技术因其在标准化生产、运输和大规模消费方面的优势，以及其抑制微生物增殖的能力而受到广泛关注。然而，随着该领域研究的深入，其固有的局限性也逐渐显现。与新鲜面团相比，冷冻面团常常表现出较差的品质，具体表现为酵母活性下降、面包体积减小、颜色变深、质地粗糙、变硬以及整体感官质量下降（Zhang et al., 2024b）。小麦淀粉占面粉质量的约75%，是面团的主要成分（Kim & Kim, 2021）。淀粉的结构和组成决定了其凝胶化、胶凝和回凝行为，从而影响面团性能和最终小麦制品的质量。反复的冷冻和冷冻储存会逐渐破坏淀粉颗粒，改变其形态并增加结晶度，进而加速淀粉的老化（Liu et al., 2019）。冻融循环还会导致淀粉中直链淀粉的流失，促进链的聚集和淀粉的回凝，使面团质地变硬并影响产品的口感和可食用性（Zhou et al., 2024）。此外，这些过程会降低淀粉凝胶化时的粘度稳定性（Liu et al., 2020），并增加快速消化淀粉的比例（Zhang et al., 2024d），从而限制了冷冻面团在工业中的应用。

为了解决上述问题，研究人员探索了多种方法来优化淀粉的物理化学性质，包括添加寡糖（Su et al., 2020）、亲水胶体（Wang et al., 2023）、微波辅助改性（Yi et al., 2024）、交联处理（Punia Bangar et al., 2024）、酶法改性（Dang et al., 2025）以及组合改性策略，以利用协同效应。近年来，抗冻蛋白和肽因其保护作用而受到广泛关注。例如，斑点叉尾鱼（Tilapia）皮肤抗冻肽显著提高了乳酸菌的冷冻耐受性，通过减少细胞外蛋白质泄漏并保持β-半乳糖苷酶和乳酸脱氢酶的活性（Zeng et al., 2022）。类似地，添加鲱鱼皮肤I型抗冻蛋白可以减缓水分迁移，保持蛋白质结构的完整性，并防止冷冻引起的蛋白质变性（Cai et al., 2020）。雪跳虫抗冻肽能够改变冰核形成形态，减少冰晶含量并抑制再结晶，而猪皮胶原抗冻肽则通过氢键作用与水分子相互作用，限制游离水的迁移并减少面筋网络的结构损伤（Chen et al., 2022a）。

南极洲磷虾是一种丰富的海洋生物资源，近年来因其作为高质量蛋白质来源的潜力而受到越来越多的关注（Huang et al., 2024）。AKP是从磷虾生物量中提取的一类生物活性多肽，具有显著的热滞后性和冰晶再结晶抑制活性（Chen et al., 2022b）。除了这些独特的功能特性，AKP还具有显著的经济和环境优势。作为磷虾加工的副产品，其生产有助于资源的高效利用、广泛可用性和低成本，从而促进循环经济的发展（Liu et al., 2025; Zheng et al., 2024）。AKP包含18种氨基酸，其中包括所有8种必需氨基酸，其比例符合理想蛋白质模型。此外，AKP富含ω-3多不饱和脂肪酸、虾青素和天然硒（Sun et al., 2020; Huang et al., 2024）。特别是，AKP中含有大量的亲水性氨基酸，如谷氨酸和天冬氨酸（Tang et al., 2025），这些氨基酸能够通过氢键和离子-偶极相互作用与水分子迅速结合。这种相互作用增强了水分保持能力，降低了冰点，并抑制了冰晶的生长，这些特性对于冷冻面团中的淀粉基质尤为重要。先前的研究表明，AKP在含淀粉的系统中具有潜在的应用价值。将1.5%的AKP加入面团中，可以提高发酵高度25.85%，减少可冻结水分含量和T2弛豫时间，并缓解冰晶引起的网络损伤（Zhang et al., 2024a）。这些发现表明，AKP可能还会影响冷冻环境下淀粉的结构和物理化学行为。基于这一假设，我们推测AKP有助于在冷冻面团系统中保持淀粉颗粒的完整性并改变其性质。

截至目前，生物活性肽对淀粉加工和结构演变的影响尚未得到充分理解，也没有专门针对AKP在淀粉基系统中作用的研究。鉴于AKP具有良好的功能性和对海洋衍生成分日益增长的兴趣，系统研究AKP与淀粉的相互作用具有重要的现实意义和研究价值。因此，本研究旨在探讨AKP对未发酵冷冻面团中淀粉的结构、热、流变、水化和消化特性的影响。为了全面分析这些特性，采用了多种先进的技术手段：低场核磁共振（LF-NMR）用于评估水分分布，差示扫描量热法（DSC）用于表征热转变，动态流变仪用于检测粘弹性性质。淀粉颗粒的形态和微观结构则通过扫描电子显微镜（SEM）、光学显微镜和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）进行分析。此外，还进行了体外消化实验，以量化快速消化淀粉（RDS）、慢速消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）的比例。基于整合的实验结果，提出了AKP在冷冻条件下与淀粉相互作用的潜在机制。这些发现不仅为生物活性肽在冷冻系统中调控淀粉行为提供了新的理论依据，还为开发具有更高稳定性和更长保质期的高质量淀粉基冷冻食品提供了实际指导。通过将海洋衍生肽的应用扩展到冷冻淀粉基质，本研究不仅推动了南极洲磷虾资源的高值化利用，还支持了更广泛的可持续和循环生物经济的发展，为食品工业中创新利用海洋生物活性化合物开辟了新的途径。