水产品肌肉中的主要蛋白质是肌原纤维蛋白。在冻结贮藏的过程中，肌原纤维蛋白会发生冻结变性，表现为在稀食盐水中的溶解性降低，ATP酶活性减小，粘度降低，蛋白质分子凝集，其空间立体结构发生变化。蛋白质变性后，冻结水产品的组织质地变得干燥、发硬，加工适宜性下降，产品缺乏弹性。

水产品发生冷冻变性主要由下述的一个或几个因素共同造成。第一，水产品在冻藏时肌肉中的结合水脱离，导致分子内形成二硫键，使蛋白质凝聚发生变性。第二，水产品在冻藏时形成的冰晶对蛋白质的结构产生破坏，冰晶的生长致使蛋白质分子中的化学键发生断裂，引发蛋白质的变性。第三，水产品在冻藏时细胞内的自由水形成冰晶，导致细胞液浓缩，离子浓度升高，造成胞内pH的改变，酶活性降低，导致蛋白质发生变性。第四，水产品在冻藏时肌肉组织中的脂肪酸发生氧化降解，产生低分子的醛、酮等有害物质，诱发蛋白质与脂质发生交联，导致蛋白质发生变性。第五，水产品肌肉组织中的部分蛋白质结构不稳定，易于变性，使Ca² -ATPase活性明显降低、盐溶性发生改变，肌肉持水性下降。