2026年2月5日，东北农业大学食品学院夏秀芳教授和刘骞教授团队联合工程学院郑先哲教授团队在中科院农林科学一区Top期刊Food Chemistry （IF:9.8）上在线发表了题为“The improvement of freeze-thaw stability of surimi 3D printing products by fructooligosaccharides/trehalose-based natural deep eutectic solvent”的研究型论文。
3D打印技术为食品产业带来定制化与减废新可能，鱼糜因其良好流变性成为理想打印材料。然而，鱼糜产品高水分、高蛋白质的特性使其易腐败，常依赖冷冻保鲜以维持打印结构的完整性。冻藏过程中的温度波动会引发反复冻融，导致冰晶生长、蛋白质结构损伤与水分流失，严重影响3D打印产品的形态精度与品质稳定。因此，抑制冻藏期间鱼糜打印产品的形变与质构劣化，是推动该技术应用的关键难题。
新型物理场辅助冷冻技术成本高昂，难以广泛应用，因此开发高效抗冻剂更具现实意义。目前商业抗冻剂存在甜度高、健康风险或成本高等局限，亟需新型解决方案。天然深共晶溶剂（NADES）作为一种源于生物体系的绿色抗冻体系，通过氢键网络调控水分、抑制冰晶，在冷冻保鲜中展现出潜力。研究表明，基于氨基酸、糖类等构建的NADES可有效保护蛋白质结构、减少水分流失。近期，以低聚果糖和海藻糖为基础的多糖基NADES因其良好的流变调控能力和分子保护作用，在改善鱼糜3D打印适性方面表现突出，但对其提升冻融稳定性的机制仍待深入研究。
本研究开发了基于低聚果糖和海藻糖的NADES，旨在缓解冻融循环过程中因冰晶生长与重结晶导致的鱼糜3D打印产品结构软化及水分流失问题。实验将鱼糜分为三组：对照组（未添加抗冻剂）、SS组（添加4 wt%山梨糖醇+4 wt%蔗糖的商用抗冻剂）和NADES组（添加4 wt% NADES）。各组鱼糜分别进行3D打印后，均经历5次冻融循环处理（−18 °C冷冻7天，4 °C解冻12 h）。通过微观结构、水分特性及基础品质分析以证实NADES是否能有效提升鱼糜3D打印产品的冻融稳定性；进一步结合冻融条件下肌原纤维蛋白的流变性、结构性质、热稳定性、氧化变性及降解行为等系统研究，阐明了NADES改善产品冻融稳定性的作用机制。本研究为鱼糜3D打印产品及冷冻食品的品质提升提供了理论依据。
研究亮点
• 基于低聚果糖/海藻糖的天然深共晶溶剂（NADES）具有低温保护性。
• 相较于商用抗冻剂，NADES更能提升3D打印产品的保形性。
• NADES样品的流变性能优于商用抗冻剂。
• NADES在冻融循环过程中保持了肌原纤维蛋白的结构稳定性。
• NADES能有效抑制肌原纤维蛋白的氧化变性和降解。
研究结论
（1）经过5次冻融循环后，对照组、商用抗冻剂组和NADES处理组的变形率分别为25.30%、7.05%和3.70%。
（2）NADES在冻融过程中有效抑制了不易流动水向自由水的迁移。
（3）NADES缓解了鱼糜及其肌原纤维蛋白储能模量与损耗模量的下降，增强了鱼糜3D打印产品的自支撑能力，并保护了肌原纤维蛋白的结构。
（4）在整个冻融循环过程中，NADES有效维持了分子间作用力的稳定性，防止溶解度降低、浊度上升和表面疏水性增加，从而减少了肌原纤维蛋白的聚集。
（5）NADES在抑制肌原纤维蛋白降解反应的同时，显著增强了其结构稳定性和热稳定性。
（6）本研究为开发高品质、长货架期、可持续、可定制的冷冻食品体系提供了新的技术路径和科学依据。
（7）现有研究主要集中于蛋白质结构稳定性方面，其在提升营养特性方面的潜力尚待系统阐明。未来研究需进一步探索该类产品在提升冷冻食品附加值、实现高值化利用方面的应用潜力。
图文赏析
图1. 图文摘要。
图2. 鱼糜3D打印产品在冻融循环中的形变程度。F-T cycles：冻融循环、Control：未添加抗冻剂、SS：商用抗冻剂（4 wt%山梨糖醇+4 wt%蔗糖）、NADES：天然深共晶溶剂。
图3. NADES在冻融循环中对鱼糜3D打印产品微观结构（A）与水分含量（B）的影响。冰晶占有率（IOR）指冰晶在肌肉组织中所占的比例。F-T cycles：冻融循环、Control：未添加抗冻剂、SS：商用抗冻剂（4 wt%山梨糖醇+4 wt%蔗糖）、NADES：天然深共晶溶剂。
图4. NADES在冻融循环中对鱼糜3D打印产品和肌原纤维蛋白动态流变特性的影响。A：鱼糜3D打印产品的储能模量、B：鱼糜3D打印产品的损耗模量、C：肌原纤维蛋白的储能模量、D：肌原纤维蛋白的损耗模量。F-T cycles：冻融循环、Control：未添加抗冻剂、SS：商用抗冻剂（4 wt%山梨糖醇+4 wt%蔗糖）、NADES：天然深共晶溶剂。
图5. NADES在冻融循环中对肌原纤维蛋白结构的影响：溶解度（A）、浊度（B）、表面疏水性（C）、游离氨基含量（D）、活性巯基含量（E）、总巯基含量（F）、二级结构（G1–G3）以及基于三维荧光光谱的三级结构分析（H）。F-T cycles：冻融循环、Control：未添加抗冻剂、SS：商用抗冻剂（4 wt%山梨糖醇+4 wt%蔗糖）、NADES：天然深共晶溶剂。
图6. NADES在冻融循环中对肌原纤维蛋白降解的影响：Ca²⁺-ATP酶活性（A）、TCA-可溶性肽含量（B）、分子量分布（C）、肌球蛋白重链相对灰度值（C1）、肌动蛋白相对灰度值（C2）以及热稳定性分析（D1–D3）。F-T cycles：冻融循环、Control：未添加抗冻剂、SS：商用抗冻剂（4 wt%山梨糖醇+4 wt%蔗糖）、NADES：天然深共晶溶剂。
图7. NADES抑制冻融循环导致鱼糜3D打印产品品质下降的作用机制。F-T cycles：冻融循环、Control：未添加抗冻剂、SS：商用抗冻剂（4 wt%山梨糖醇+4 wt%蔗糖）、NADES：天然深共晶溶剂。
作者简介
夏秀芳，教授，博士生导师，省春雁支持计划科技创新团队负责人、省高层次人才。主要从事原料肉贮藏保鲜、精深加工，以及新型肉类食品开发及质量安全控制等科研工作。主持国家/省部级科研课题17项；发表SCI论文200余篇，获得授权专利12项。研究成果获黑龙江省科技进步发明类一等奖1项，二等奖2项、中国轻工业联合会一等奖1项等11项奖励。
刘骞，教授，博士生导师，食品学院“畜产品加工工程”二级学科带头人。主要研究方向为畜产品加工工程以及肉类加工与质量控制。主持国家/省部级科研课题20余项；获省部级科技奖励7项；授权国家发明专利18件；第一/通讯作者发表SCI论文100余篇，入选全球前2%顶尖科学家；主编参编著作或教材17部；主持/参与制订国家标准1项、国家农业行业标准1项、团体标准2项；多次参加国内外高水平学术会议并做学术报告。
郑先哲，教授，博士生导师。主要研究方向集中在食品及农产品的微波干燥加工、特色农产品的保鲜包装及储运，以及农产品品质的无损检测技术等方面。现为黑龙江省农业工程学会常务理事、国际期刊《IJABE》（SCI收录）期刊编委、《农业工程学报》（EI收录）期刊编委。近年来，主持国家自然科学基金面上项目等科研项目10余项；发表学术论文100余篇；荣获省部级二等奖3项。