阐明不同鱼胃种类中凝胶的差异及其形成机制：一项关于网络形态、物理化学性质和蛋白质结构的多尺度研究

时间：2026年2月17日

来源：Food Chemistry

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本研究对比分析了石斑鱼、巴沙鱼和鳕鱼鱼鳔的凝胶特性及分子机制，发现石斑鱼鱼鳔凝胶硬度最高（16.70g），氨基酸含量（20.59g/100g）与氢键网络密度正相关，而鳕鱼鱼鳔因氨基酸不足（15.82g/100g）难以形成稳定凝胶。研究揭示了不同物种鱼鳔凝胶性能差异的分子基础。

吴丹轩|吴琼|王振明|徐青刚|高明辉|焦健|董秀萍

中国辽宁省大连市大连理工大学食品科学与技术学院，国家海洋食品加工与安全控制重点实验室，海鲜国家工程技术研究中心，邮编116034

摘要

鱼鳔的凝胶性质是衡量其质量的关键指标，但不同品种之间的差异及其形成机制尚不明确。本研究分析了三种商业鱼鳔的凝胶特性及其潜在机制：石斑鱼鳔（SFM）、巴沙鱼鳔（BFM）和鳕鱼鳔（CFM）。实验结果表明，SFM形成的凝胶结构紧密均匀，硬度最高（16.70克），粒径最小（104.75纳米）；而BFM的凝胶质地较差，CFM则保持液态。相关性分析显示，SFM中丰富的氨基酸含量（20.59克/100克）促进了强健的氢键网络的形成（酰胺A波数最低：3403厘米⁻¹），从而稳定了其三螺旋结构。相反，CFM中氨基酸含量较低（15.82克/100克），导致分子组装受阻。本研究为鱼鳔产品的质量评估和定向加工提供了科学依据。

引言

全球鱼类消费量巨大，但每年约有70%的鱼类副产品被丢弃，造成了资源浪费（Yuan等人，2024年）。鱼鳔是鱼类生产的主要副产品，经过去除杂质、清洗和干燥后可用于加工（Yu等人，2024年）。鱼鳔含有约80%的粗蛋白和0.4%的糖胺聚糖，是中国四种最珍贵的干制海产品之一，广泛用于传统滋补食品中（Sinthusamran & Benjakul，2015年）。

目前关于鱼鳔的研究主要集中在胶原蛋白的提取（Li等人，2022年）、胶原蛋白肽的功能活性分析（Zhang等人，2023年）以及物种鉴定（Sun等人，2024年）方面。鱼鳔质量的大幅差异与鱼的年龄（He等人，2021年）和加工方法（Li等人，2024年）密切相关。例如，水分含量较高的海鲈鱼鳔具有最高的膨胀率（Sinthusamran & Benjakul，2015年）。虽然老化后的鱼鳔胶原蛋白具有与新鲜鱼鳔相似的热性质，但老化过程会导致三螺旋胶原蛋白相对含量下降（He等人，2021年）。然而，这些研究并未直接解释为何不同种类的鱼鳔在相同条件下会产生不同的凝胶行为。凝胶性质是影响鱼鳔食品质量和商业价值的重要指标。先前研究表明，富含胶原蛋白材料的凝胶特性与其氨基酸组成和分子结构密切相关（Işık等人，2024年）。特别是氨基酸通过吡咯烷环结构稳定三螺旋结构，从而影响凝胶特性。现有研究主要关注鱼皮明胶的结构稳定性或提取方法的评估（Işık等人，2024年；Yang等人，2022年），缺乏对不同种类鱼鳔结构和凝胶行为的系统比较。尽管其他动物明胶的凝胶化原理已较为明确（Aykın-Dinçer等人，2017年），但缺乏针对鱼鳔的物种特异性差异研究以及“分子结构-宏观性质”关联性的研究，严重限制了定向加工和高价值产品的开发。更重要的是，尽管市场上鱼鳔原料种类繁多，但缺乏将分子结构与宏观凝胶性能定量关联的比较研究。事实上，不同种类的鱼鳔可以制成具有不同质地和性质的凝胶。

因此，本研究选择了市场上常见的三种鱼鳔：石斑鱼鳔（Miichthys miiuy）、巴沙鱼鳔（pangasius bocourti）和鳕鱼鳔（Gadus morhua）。通过多尺度表征方法，我们系统分析了它们的网络结构、分子特性和理化性质，并基于凝胶变异性进行了关联分析。最终，利用皮尔逊相关性分析确定了影响凝胶性能的关键因素。本研究揭示了不同鱼鳔品种间凝胶性能差异的潜在机制，为鱼鳔产品的加工提供了理论指导。

材料与试剂

本研究使用的干燥石斑鱼鳔（Miichthys miiuy）、巴沙鱼鳔（pangasius bocourti）和鳕鱼鳔（Gadus morhua）均购自北京同仁堂健康（大连）海产品有限公司（中国大连）。这些鱼鳔的平均重量分别为57±4克、6±1克和17±3克。

所用试剂包括氯化钠、柠檬酸一水合物、盐酸、溴化钾、柠檬酸钠二水合物、硫酸、氢氧化钠和石油醚。

三种鱼鳔凝胶的视觉外观和TPA测试

图1A展示了由不同鱼鳔制成的凝胶的视觉外观。在4°C下冷藏12小时后，石斑鱼鳔凝胶（SFMG）和巴沙鱼鳔凝胶（BFMG）形成了结构良好的凝胶，而鳕鱼鳔凝胶（CFMG）仍保持液态。TPA测试进一步证实了这三种鱼鳔凝胶的质地差异。质地分析表明，SFMG的凝胶硬度最高。

结论

本研究评估了不同鱼类对鱼鳔凝胶网络和结构性质的影响。结果显示，凝胶硬度从高到低依次为SFMG、BFMG和CFMG。SFMG中较高的氨基酸含量促进了更多氢键的形成，使得凝胶网络更加紧密，增强了凝胶中螺旋结构的稳定性和有序性。相比之下，BFMG的凝胶性质较差。

作者贡献声明

吴丹轩：撰写、审稿与编辑、数据整理。吴琼：撰写、审稿与编辑、指导、概念构思。王振明：撰写、审稿与编辑。徐青刚：撰写、原始稿撰写、方法学设计。高明辉：撰写、原始稿撰写。焦健：软件使用、数据整理。董秀萍：撰写、审稿与编辑、指导、资金筹集、概念构思。