南美白对虾学名为凡纳滨对虾，是一种海洋甲壳动物，以其高营养价值和独特风味深受市场青睐，成为广受欢迎的水产品。但是由于南美白对虾自身水分含量高，在运输过程中容易发生微生物污染、蛋白质变性及脂肪氧化，从而导致腐败现象发生。冷冻保藏是南美白对虾一种主要的运输方式，冻藏可以有效防止虾仁腐败变质，但随着冻藏时间的延长，冰晶生长导致汁液流失以及虾仁解冻后会出现褐变、口感变差等现象，造成虾仁品质下降及营养成分流失。
为了抑制水产品在冷冻过程中各项理化性质的劣化及营养成分的流失，在冷冻处理前添加抗冻剂是一种普遍且有效的措施。抗冻剂的添加能够有效地抑制水产品冷冻过程中冰晶生长、重结晶现象及蛋白质的聚集强度，同时能够减少水产品细胞中汁液流失，抑制脂类物质的氧化作用，从而保持冻品的营养价值。虾类产品中最常用的抗冻剂主要包括磷酸盐与糖类，研究表明，磷酸盐类抗冻剂虽然能有效改善水产品的保水性能并延长保鲜期，但若摄入过量可能对人体健康产生负面影响。蔗糖作为最常用的糖类抗冻剂，具有良好的抗冻效果，且价格相对较低，但由于甜味、热量高的特性，使其在工业生产中的应用受到很大限制。因此，研究低热量、环境友好性和高能效的生物抗冻剂具有重要意义。研究表明，天然低共熔溶剂（NADES）作为一种很有前途的冷冻食品抗冻剂，已成为一种安全、廉价、具有巨大应用潜力的防冻食品策略。
NADES广泛存在于一些耐寒性动植物体内，具有毒性小、绿色环保、可生物降解和易制备等特性。NADES是由氢键供体（HBD）和氢键受体（HBA）通过氢键作用键合，形成的一种具有高黏性的超分子网络体系，通过限制水分子的运动减少冰晶的形成。目前，NADES作为抗冻剂主要应用于畜禽类食品，但是其作为抗冻剂在冷冻水产品中的应用研究较少。山梨醇是一种天然的糖醇，广泛存在于苹果、梨、海藻等植物中，也是一种安全性较高的食品添加剂，对人体无害。此外，山梨醇热量值远低于蔗糖，这使得它成为一种“低热”型的抗冻剂，符合现代消费者对健康、低糖食品的需求。氯化胆碱作为一种多功能的化合物，近年来在绿色化学和可持续技术领域的应用备受关注，它作为广泛使用的HBA之一，具有高水溶性、生物相容性、易降解等特性。氯化胆碱本身是人体必需的营养素（VB4），广泛用于食品营养强化剂和饲料添加剂，其安全性已得到广泛认可，以氯化胆碱作为HBA制备的NADES与“绿色、可持续”理念高度契合。浙江海洋大学比萨海洋研究生学院的包钰菡，浙江省海洋水产研究所的何鹏飞*、陈雪昌等研究以山梨醇为HBD、氯化胆碱为HBA制备NADES并作为抗冻剂，以南美白对虾为实验对象，通过测定冻藏期间南美白对虾的解冻损失率、pH值、硫代巴比妥酸反应物（TBARS）值等指标变化，评价NADES对南美白对虾虾仁的防冻保水效果及对冻藏虾仁的品质保障作用。实验选用食品级山梨醇和氯化胆碱，从原料上保证纯度与安全，其用量均低于标准规定的限量，且在虾仁后续加工和烹饪中大部分已被去除，因此，其对人体健康造成的风险是可忽略的。本研究旨在为绿色低热型NADES抗冻剂在水产品保鲜中的应用提供理论依据。
1 NADES对冻藏南美白对虾解冻损失率的影响
解冻损失率作为冷冻虾仁品质评价的关键指标，其与冻藏过程中水分相变密切相关，虾仁组织内自由水优先结冰形成初始晶核，随着冻藏时间延长，冰晶持续吸附周围水分子生长，导致蛋白质基团不可逆凝聚及水分分布失衡，最终引发解冻汁液流失。如图1所示，冻藏期间各组虾仁的解冻损失率均呈现上升趋势，冻藏至60 d时，蒸馏水组达到12.50%，ChS11、ChS23、ChS32、ChS25、ChS52及山梨醇处理组解冻损失率分别为10.24%、10.07%、10.47%、9.21%、10.80%、10.90%，其中ChS25组值最低，明显优于蒸馏水组及其他处理组。该结果表明，山梨醇处理组虽在一定程度上减少了汁液流失，但其效果明显差于ChS25组，说明单一山梨醇分子对水分迁移的抑制能力和冰晶形态调控作用有限。NADES的应用性能由其熔点、密度、黏度、表面张力等理化特性决定，而HBA和HBD的物质的量比则是影响这些理化特性的主要因素之一。适宜的物质的量比能调控体系氢键网络的致密性和稳定性，进而影响其束缚水分、抑制冰晶生长的能力。氯化胆碱-山梨醇NADES的抗冻保水机制核心在于其分子间形成的氢键网络。Biernacki等的研究证实，氯化胆碱的季铵基团（-N+(CH3)3）与山梨醇的羟基（-OH）可通过氢键相互作用构建稳定的低共熔体系，且这种氢键作用是决定体系黏度等理化性质的关键因素。结合不同物质的量比的氯化胆碱-山梨醇NADES黏度结果可知，本实验中ChS25处理组虾仁在冻藏期间解冻损失率变化最小，其原因可能是当氯化胆碱和山梨醇物质的量比为2∶5时，HBA和HBD适配性最佳，组分间产生强氢键作用，ChS25处理组虾仁内形成了结构致密、功能协同的氢键网络，从而有效束缚了游离水，减少水分子的迁移，并促进虾仁肌肉中自由水转变为结合水，从而减轻冰晶形成及生长对肌肉组织及细胞的物理损伤，降低解冻损失率。
2 NADES对冻藏南美白对虾持水率的影响
持水率是评价水产品新鲜度的重要指标之一。新鲜样品通常具有较高的持水能力，这主要依赖于其完整的细胞结构及功能性蛋白质的活性。随着贮藏时间的延长，虾肌肉组织的持水性呈下降趋势，该变化与内源蛋白酶引发的肌原纤维降解和收缩有关，导致肌纤维间隙增大、水分渗出。同时，在微生物和酶的共同作用下，蛋白质与脂肪发生分解，进一步破坏肌肉组织结构，加剧持水能力下降。结果表明，各处理组之间的持水率均存在较大差异，该变化与组织损伤和蛋白质变性程度密切相关。如图2所示，初始阶段，新鲜虾肌肉的持水率约为95.56%；经-18 ℃冻藏60 d后蒸馏水组持水率下降至88%。ChS11、ChS23、ChS32、ChS52及山梨醇处理组分别为90.57%、89.91%、89.58%、89.46%、89.01%，而ChS25组的持水率下降最为缓慢，冻藏终点时仍保持91.79%，显著优于其他各处理组，表明ChS25组在维持水分方面效果最佳。可能是因为物质的量比2∶5氯化胆碱-山梨醇NADES形成的氢键网络能够通过氢键与水分子相互作用，将水分子固定在网络结构中，减少了自由水分子的数量，从而降低水分在冷冻过程中因冰晶形成而导致的迁移和流失，使持水率缓慢下降。且NADES的HBD-HBA特性可能与蛋白质分子中的极性基团（如羟基、氨基）形成氢键相互作用，稳定蛋白质的空间构象，保护其持水相关功能位点，从而协同提升虾仁的持水能力。此外，较高黏度的NADES体系有效阻碍了水分子的迁移与扩散，从而减少了水分的蒸发和流失。
3 NADES对冻藏南美白对虾pH值的影响
pH值能够反映虾仁的酸碱度，是评价水产品新鲜度的一个重要指标，可用来判定虾仁冻藏后发生化学变化的情况。如图3所示，在0～20 d时，各组pH值均出现较大幅度下降，主要归因于初期微生物代谢活动（无氧呼吸产生乳酸）及脂质或碳水化合物降解生成酸性物质（脂肪酸、碳酸）。其中，ChS25组下降至6.72，而蒸馏水组下降至6.62，其他各组也有不同程度地下降，且均低于ChS25组，可能是因为物质的量比2∶5氯化胆碱-山梨醇NADES的氢键网络体系能够更好地抑制微生物代谢，从而减少其无氧呼吸产生的乳酸。20 d后pH值则持续上升，是由于蛋白质氧化变性及微生物降解产生的碱性化合物。至60 d冻藏终点时，蒸馏水组pH值升至7.25，远高于其他组，ChS11、ChS23、ChS32、ChS25、ChS52组分别为7.18、7.15、7.11、7.07、7.15，山梨醇组为7.19。ChS25组的pH值上升趋势最为缓慢，可能是因为山梨醇可降低水分活度，进而抑制腐败微生物的代谢活性，同时物质的量比2∶5氯化胆碱-山梨醇NADES所形成的致密氢键网络体系能够对肌肉蛋白质的冷冻变性及氧化反应起到更好的抑制作用。因此，ChS25组通过抑制蛋白质与脂肪的氧化反应，维持细胞内的环境稳定性及抑制微生物活性，从而保障虾仁在冻藏期间的品质。
4 NADES对冻藏南美白对虾TVB-N含量的影响
TVB-N是评价肉品新鲜度的重要指标，其是肌肉内源酶和微生物共同作用导致的蛋白质降解产物，主要包括氨类、胺类等碱性含氮化合物。研究表明，TVB-N含量与肉品贮藏条件密切相关，不当的贮藏温度和时间会促进微生物增殖，进而产生三甲胺、二甲胺等特征性腐败代谢产物等。这些挥发性物质不仅会导致肉制品产生不良风味和品质劣变，还会影响其食用安全性。通过测定TVB-N含量可有效反映肉品新鲜度，为产品质量控制提供重要依据。如图4所示，冻藏至60 d时，蒸馏水组TVB-N含量达到10.62 mg/100 g，远高于各处理组，表明各处理组均能有效抑制TVB-N的积累；ChS11、ChS23、ChS32、ChS25、ChS52、山梨醇组的TVB-N含量分别为8.52、8.44、8.62、7.80、8.80、8.92 mg/100 g，其中，ChS25组对TVB-N的抑制效果最为显著，可能是因为物质的量比2∶5氯化胆碱-山梨醇NADES能够有效减少组织蛋白酶的释放，同时体系中较高比例的山梨醇作为强HBD，通过与水分子形成密集的氢键网络，有效束缚水分并降低水分活度，进而抑制微生物增殖及降低酶促反应速率。已有研究证实，通过抑制水产品贮藏期间微生物生长与内源性蛋白酶导致的蛋白降解反应，可有效减少TVB-N的积累。因此，ChS25组能显著抑制微生物生长，减少蛋白质降解等，从而减少TVB-N的产生。
5 NADES对冻藏南美白对虾TBARS值的影响
TBARS值作为水产品脂质氧化的关键评价指标，其升高反映丙二醛等氧化终产物的积累，与产品新鲜度呈显著负相关。新鲜虾肉的TBARS值通常维持在较低水平，这可能与其肌肉组织中脂质含量相对较低有关。Boonsumrej等认为冰晶形成时，体积膨胀使细胞受到挤压，导致细胞结构损伤，促使氧化酶和促氧化物质释放，从而加速脂质氧化进程。如图5所示，冻藏至60 d时所有处理组TBARS值均低于蒸馏水组，说明各处理组均能有效抑制脂质氧化；其中，蒸馏水组TBARS值为0.44 mg/kg，ChS25组为0.35 mg/kg，明显低于蒸馏水组，略低于ChS11组和ChS23组及山梨醇处理组，表明氯化胆碱-山梨醇物质的量比为2∶5 NADES对抑制脂质氧化的效果最佳。Chen Wensong等发现了相同的效果，即山梨醇的加入能有效地减缓猪肉脯贮藏期间TBARS值的上升，起到了一定的抗氧化效果。可能是因为山梨醇能够降低水分活度，而脂质氧化的发生与体系中自由水含量密切相关，低水分活度不仅能减少氧化反应，还能抑制脂肪氧化酶等酶类的活性。此外，ChS25组中氯化胆碱和山梨醇形成的氢键网络能够在脂质周围形成一层“保护屏障”，减少了氧气分子与脂质分子接触，进而降低脂质氧化的速率，使TBARS值上升缓慢。因此，ChS25配比通过在降低水分活度和物理保护之间形成协同作用，体现出最优的脂质氧化抑制效果。
6 NADES对冻藏南美白对虾色泽的影响
色差是反映冷冻虾仁感官品质变化的重要指标之一，通过测定样品的色度差异可有效判断其新鲜度水平。活虾呈灰色且稍微半透明的状态，以L*、a*、b*值分别代表明度、红绿度、黄蓝度。如图6所示，在冷冻贮藏0～60 d过程中，各组虾肉的L*值均呈上升的趋势，可能是由于冷冻肌肉中形成的冰晶使解冻虾肉表面游离水增加，从而增强了对光的反射效果，L*值变化与蛋白质变性程度呈显著正相关。冻藏至60 d时，蒸馏水组L*值由初始状态43.58升高至51.30，ChS11、ChS23、ChS32、ChS25、ChS52及山梨醇处理组分别为49.71、48.62、50.19、47.89、49.82、49.92，其中ChS25组L*值上升最为缓慢，明显低于蒸馏水组及各处理组。原因可能是物质的量比2∶5氯化胆碱-山梨醇NADES中的氢键网络能够降低水分子的迁移能力，使冷冻过程中形成的冰晶更加细小且均匀分布，细小的冰晶对虾肉组织结构的破坏较小，能够保持组织的完整性和透明度，并通过氢键结合蛋白质表面的游离水分子，从而降低虾肉表面反光效果。结果说明，ChS25处理后的虾仁具有更好的保水性，可抑制冰晶生长及其对肌肉组织造成的机械损伤，有助于维持虾仁原有的致密平滑结构，最大限度地延缓因水分流失、组织破坏及界面形成所导致的光散射增强。
a*值表示红绿度，正值偏红，负值偏绿，0为中性色。该指标常用于评估食品色泽变化，可作为新鲜度判定的重要指标。如图7所示，在冻藏0～60 d内，南美白对虾的a*值呈上升趋势，是因为在冻藏期间，虾肌肉组织发生的美拉德反应会生成典型褐色产物（如丙烯醛-赖氨酸），这些物质不仅导致色泽褐变和风味劣变，也会不断提高样品的a*值。同时，虾青素等色素逐渐氧化降解，生成红色或暗黄色化合物，进一步促使a*值增加。新鲜虾的a*值为-2.22，冻藏至60 d时，蒸馏水组a*值上升至0.50，表明虾体颜色从偏绿色转向红色。冻藏60 d时，ChS11、ChS23、ChS32、ChS25、ChS52、山梨醇处理组a*值分别为0.04、-0.01、0.09、-0.23、0.16、0.28，与蒸馏水组相比，各处理组都有效抑制了a*值的上升，其中ChS25组抑制效果显著优于山梨醇处理组及其他配比组。ChS25组能够最有效延缓该趋势，可能是因为物质的量比2∶5氯化胆碱-山梨醇NADES氢键网络可维持体系pH值相对稳定，抑制酸碱催化降解反应；同时，其较低水分活度、较高黏度及抗氧化能力共同减缓了化学反应与酶促反应进程，从而最大限度维持虾体原有色泽，进而显著抑制a*值上升。
另外，在0～60 d的冻藏期内，不同处理组虾仁的b*值变化不显著，表明NADES处理对虾仁黄-蓝色光线的吸收和反射无显著影响（结果未列出）。
7 NADES对冻藏南美白对虾质构特性的影响
水产品贮藏期间的质构特性变化主要受硬度、弹性及咀嚼性等参数影响。其中，肌肉组织结合力强弱和肌纤维完整性是决定上述特性的关键因素。在冻藏过程中，虾仁品质的下降主要是因为蛋白质的氧化变性以及冰晶生长对肌肉组织造成的机械损伤。这两种机制共同导致肌纤维结构破坏，从而引起弹性和咀嚼性显著降低。如图8所示，初始状态下南美白对虾弹性为1.64 mm，经过冻藏之后，各组虾仁弹性均出现了下降。在0～40 d时，各组弹性下降较为明显，40 d后下降趋势趋于平缓。可能是因为在冻藏初期，冰晶会持续生长与重结晶，小冰晶聚集为更大的冰晶，这些大冰晶会对肌肉的肌原纤维结构造成较大损伤。冻藏至60 d时，ChS25组的弹性保持最佳，为1.43 mm，明显优于蒸馏水组（1.34 mm），同时也优于其他各处理组。可能是因为物质的量比2∶5氯化胆碱-山梨醇NADES体系形成的氢键网络能够稳定虾肉蛋白质的构象，更好抑制虾仁组织内部冰晶的生长，减少蛋白质在冻藏过程中的变性和聚集，进而维持虾肌肉的弹性。
硬度是评估水产品品质的重要物理指标。由图9可知，各处理组硬度在冻藏过程中呈现下降趋势，主要是因为冰晶生长扩大肌原纤维间隙及促进蛋白质变性。与蒸馏水组相比，各处理组均有效延缓了硬度的下降。新鲜状态下南美白对虾虾仁硬度为562.17 g，冻藏至60 d时，ChS25组硬度为367.60 g，其次为ChS23组（344.78 g）、ChS11组（332.49 g）、ChS32组（316.32 g）、ChS52组（310.23 g）及山梨醇处理组（306.56 g），ChS25组显著高于蒸馏水组及其他各处理组。可能是因为物质的量比2∶5氯化胆碱-山梨醇NADES体系中氢键网络能够与水分子形成较强的氢键作用，限制水分子在肌肉组织中的迁移，使形成的冰晶更加细小且均匀分布，缓解冰晶生长与重结晶引发的肌肉组织损伤。从而能够更好地保护肌原纤维蛋白，减少肌肉组织受到的损伤，维持冻藏虾仁的硬度。
咀嚼性是评价水产品品质的重要指标之一，其主要受硬度、弹性及蛋白质结构稳定性的影响。如图10所示，与蒸馏水组相比，各处理组均有效地延缓了咀嚼性的下降，表明山梨醇及NADES中的成分均对维持样品质地结构、防止软化具有促进作用。冻藏60 d后，相较于蒸馏水组（5.90 mJ），ChS25组能够较好地维持冷冻虾仁的咀嚼性，其咀嚼性为8.60 mJ，其次为ChS23组（8.04 mJ）、ChS11组（7.62 mJ）、ChS32组（7.08 mJ）及山梨醇组（6.98 mJ），可能是由于ChS25组的氢键网络能够更有效减少冰晶的生成，阻止细胞内水分向细胞外迁移，也减少细胞外水分因冰晶升华导致的流失，进而保护虾仁肌原纤维结构的完整性，减少肌原纤维的断裂、扭曲现象发生，从而维持虾仁的咀嚼性。
结果表明，随着冻藏时间的延长，各处理组冻藏虾仁弹性、硬度和咀嚼性均呈现下降趋势，且ChS25组虾仁的弹性、硬度和咀嚼性均优于其他处理组和对照组，说明ChS25组能在一定程度上延缓南美白对虾因冰晶破坏肌肉组织、蛋白质发生冷冻变性所导致的质构劣变，进而维持虾仁的质构特性。
3 结 论
本研究以南美白对虾虾仁为实验对象，探讨了氯化胆碱-山梨醇NADES对其冻藏品质的影响。实验结果表明，在南美白对虾冻藏60 d周期内，氯化胆碱与山梨醇物质的量比为2∶5（ChS25）时，NADES表现出最优的抗冻效果，能够明显降低虾仁的解冻损失率、提高其持水能力，有效延缓pH值上升和色泽劣变，并更好地维持虾仁的硬度、弹性与咀嚼性等质构特性。同时，ChS25组处理减缓了南美白对虾冻藏期间蛋白质降解和腐败进程，维持虾仁品质的稳定性。结合实验结果与分析可知氯化胆碱-山梨醇NADES在物质的量比2∶5条件下具有优异的抗冻保水性能。此外，本研究采用的氯化胆碱-山梨醇NADES在虾仁表面的作用形式以形成致密保护膜为主，其高黏度特性可显著限制分子向虾肉内部渗透，浸渍后沥干工艺能进一步减少游离成分残留，且氯化胆碱与山梨醇均为GB 2760—2024《食品添加剂使用标准》评估认可的食品级原料，二者无异味、水溶性强，后续烹饪过程中可进一步溶解去除，不会影响食用安全性。同时，其组分本身热量较低，比起蔗糖等传统抗冻剂可减少产品的热量负荷，更加符合现代健康饮食需求。因此，该抗冻剂在高效维持品质的同时，兼具环境友好和低热健康等优势，具备作为绿色低热且高效的新型水产品抗冻剂的潜力，本研究可为NADES在冷冻水产品中的应用提供理论依据和技术参考。
引文格式：
包钰菡, 何鹏飞, 陈雪昌, 等. 氯化胆碱-山梨醇天然低共熔溶剂对冻藏南美白对虾品质的维持作用[J]. 食品科学, 2026, 47(6): 317-324. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250930-248.
BAO Yuhan, HE Pengfei, CHEN Xuechang, et al. Quality maintenance of Litopenaeus vannamei during frozen storage using choline chloride-sorbitol natural deep eutectic solvents[J]. Food Science, 2026, 47(6): 317-324. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250930-248.
实习编辑：刘芯；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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