鱼类抗冻蛋白结构与抗冻活性的关系

抗冻蛋白通过不可逆附着于冰特定表面来有效抑制冰晶生长和重结晶,具有很强的抗冻活性。本文选取若干代表性鱼类抗冻蛋白为例,阐述6 类鱼类抗冻蛋白的结构特性（氨基酸残基组成与特定序列、二级结构组成以及蛋白的空间构象等）、稳定蛋白结构的重要因素以及分子中参与冰晶结合的氨基酸残基位点,重点揭示蛋白结构与抗冻活性的内在关系,以期为将来的广泛应用提供一定理论基础。     

γ-聚谷氨酸在冷冻食品中的应用及其抗冻机理的研究进展

食品在贮藏和运输过程中常常因为冰晶的形成和重结晶的变化而导致品质劣变，目前，添加抗冻剂是延缓冷冻食品劣变、保持食品品质的有效手段。γ-聚谷氨酸（γ-polyglutamic acid,γ-PGA）是一种阴离子型多肽聚合物，分子链上含有大量的羧基，通过氢键连接水分子，抑制了水分迁移和冰晶的生长，具有优异的抗冻功效。同时，γ-PGA具有低盐、低热量、促进矿物质吸收等优势，相比传统的商业抗冻剂，更能满足消费者“减糖、减盐、减油”的需求。本文基于目前γ-PGA的研究现状，综述γ-PGA的基本结构、抗冻机理以及在食品工业中的应用进展，以期为开发基于食品级的γ-PGA抗冻剂及其在食品领域的应用提供理论参考。     

The structures and functions of ice crystal-controlling proteins from bacteria

Many organisms have evolved into unique mechanisms which minimize freezing injury due to extracellular ice formation. Specifically, certain bacteria have produced a few proteins each with different functions. For example, the ice nucleation protein acts as a template for ice formation, which is responsible for imparting ice nucleating activity. The anti-nucleating protein inhibits the fluctuation of ice nucleus formation by a foreign particle in the water drop. Also, the antifreeze proteins depress the freezing temperature, modify or suppress ice crystal growth, inhibit ice recrystallization, and protect the cell membrane from cold-induced damage. In this article, a review on the current knowledge of the structure and the function of these three types of proteins, which are capable of interacting with ice itself or its nuclei from bacteria.     

植物抗冻蛋白分离纯化方法的研究进展

为植物抗冻蛋白是一类具有热滞活性的蛋白质,它能抑制冰晶的生长和重结晶。因其特殊的结构和功能,植物抗冻蛋白对延长冷冻食品的贮藏期和提高产品质量具有积极意义。从复杂提取液中高效分离纯化出抗冻蛋白已成为当前热点和难点问题,作者介绍了近年来植物抗冻蛋白分离纯化方法的基本原理和研究进展,主要有传统层析分离方法、SDS-PAGE电泳、冰特异吸附分离法和浊点萃取法,展望了抗冻蛋白分离纯化方法的未来发展方向。     

抗冻蛋白与冰-水界面层相互作用的理论机制研究进展

抗冻蛋白（antifreeze proteins,AFPs）具有热滞活性和重结晶抑制活性,在冷冻食品品质调控、细菌低温保护、植物霜冻保护等领域具有广泛的应用价值。本文围绕种类和结构复杂的AFPs在低温冷冻环境下如何通过调控冰-水界面层结构、与冰晶结合或相互作用从而实现其抑制冰晶生长、产生热滞活性和重结晶抑制活性的理论问题,系统综述了吸附-抑制模型、偶极子-偶极子模型、晶格匹配与占有模型、刚体能量模型、包合物锚定模型、亲和相互作用偶联团聚模型等理论模型原理和特点,揭示了AFPs通过调控冰-水界面层结构产生结合或相互作用的原理及其驱动力作用特点,为解析AFPs抗冻活性机理及其筛选、食品工业应用提供理论参考。     

抗冻蛋白在食品工业中的应用现状及前景

抗冻蛋白具有特殊的功能和热滞性质,能够降低冰点、抑制冰晶的生长和重结晶,修饰冰晶的形态。作者回顾了近年来抗冻蛋白的研究进展,对目前已知的抗冻蛋白的种类、结构特点、功能性质及抗冻机理做了介绍,并阐述了抗冻蛋白在食品工业中的应用现状和前景。     

水产源抗冻蛋白构效关系及在食品加工储藏中应用的研究进展

抗冻蛋白(Antifreeze protein,AFP)是一类具有提高生物抗冻能力的蛋白质类化合物总称。它通过不可逆地附着于冰晶特定表面来有效抑制冰晶生长、修饰冰晶形态和重结晶,具有很强的抗冻活性。因此将抗冻蛋白应用于延长冷冻食品的贮藏期和提高产品质量具有重要意义。本文就水产源(主要包括鱼、虾、贝类及其它水产生物)抗冻蛋白的构效关系以及水产源抗冻蛋白在食品加工与储藏领域中的应用进行了综述。总结了水产源抗冻蛋白作为冷冻保护剂,在转基因水产品加工和水产品冻结或冻藏、肉制品加工和储藏、粮油制品的冷冻面团技术、转基因果蔬加工和果蔬储藏以及乳制品加工和储藏中的应用,以期为水产源抗冻蛋白的深入研究与应用提供理论基础,并对其未来的研究方向进行讨论和展望。     

水产品中冰晶重结晶机理及控制方法的研究进展

冷冻处理已被广泛用于延长水产品的货架期,但是冰晶重结晶会不可避免地降低水产品品质。冰晶重结晶会影响冰晶尺寸和分布,加剧水分流失、蛋白质和脂质氧化、颜色变化和质构劣变。为了深入阐述水产品中冰晶重结晶的机理,本文首先总结了驱动冰晶重结晶的积聚、迁移和表面等渗的机制,介绍了冰晶重结晶对水产品品质的影响及其变化原因,分析了抑制冰晶重结晶的措施及其机制,包括添加糖类、抗冻蛋白、抗冻肽和具有冰重结晶抑制活性的聚合物,并对其在冷冻水产品中应用前景进行了展望,以期为优化冷冻水产品品质提供理论依据。     

基于分子对接技术研究鱼源抗冻多肽与鱼肌球蛋白的相互作用

冻藏期间蛋白质冷冻变性是引起解冻后鱼糜凝胶化能力下降的主要原因之一,而肌球蛋白重链（Myosin Heavy Chain,MHC）是鱼糜凝胶形成的主要贡献者。本研究使用不同生物酶酶解制备抗冻多肽,通过计算机模拟酶解技术筛选抗冻多肽。利用蛋白质同源建模构建海鲈鱼肌球蛋白空间结构,通过分子对接和分子动力学模拟解析抗冻多肽与海鲈鱼肌球蛋白重链的作用位点及可能的作用机制。结果表明,胰蛋白酶酶解物具有高抗冻活性,对菌体低温胁迫保护达到80.35%±4.39%,并具有良好的热滞活性及抑制重结晶作用。模拟胰蛋白酶酶解获得的肽段GPR与GPAGGK可以与肌球蛋白重链通过分子间作用力结合,其中GPAGGK的结合更为稳定。这种相互作用可以阻碍肌球蛋白在温度变化中的结构改变,其机理可能是抗冻多肽结合在肌球蛋白重链的结构空腔上,影响了结合水解离后引起的疏水键及二硫键等化学键的形成,阻碍蛋白侧链聚集、结构改变和冰晶的位移等,这有利于鱼糜及鱼糜制品在冷冻贮藏中的品质保持。本研究结果为抗冻多肽应用于鱼糜及其制品在冷冻贮藏过程中品质保持的应用提供科学依据。     

苜蓿冰结构蛋白的提取及对冷冻面团的影响

以“肇东”紫花苜蓿干草为原料。利用磷酸盐缓冲溶液法提取苜蓿蛋白,通过单因素和响应曲面试验,得到提取苜蓿蛋白的最佳工艺条件为料液比1∶20、磷酸盐缓冲溶液浓度63 mmol/L、pH 7.7、草粉粉碎粒度80 目、搅拌时间2 h。在此条件下苜蓿蛋白的提取率为37.77%。经硫酸铵沉淀,透析脱盐,冷冻干燥后复溶,对其溶液进行冰晶形态观察,可以看出苜蓿蛋白的冰晶体积小、数量多、形态多样,说明其抑制冰晶生长及对冰晶的形态修饰效果显著,具有很好的抗冻活性,为冰结构蛋白。将其应用于冷冻面团后,冷冻面团的硬度明显降低,弹性、回复性和内聚性稍增强,咀嚼性有所降低,质地细腻柔软。     

γ-聚谷氨酸钠对面包酵母的抗冻作用及其机理

γ-聚谷氨酸钠(γ-PGA钠)是由γ-聚谷氨酸与钠离子结合而成的水溶性物质,可以食用,无色无味。γ-PGA钠作为面包酵母抗冻剂,具有较强的实用性。在0.03～0.40℃/min的冷冻速率、-7～-60℃的冻藏温度条件下,探讨了γ-PGA钠对面包酵母的抗冻作用及其机理。实验结果表明,酵母细胞存活率在冻藏初期逐渐下降,6d后趋于稳定。γ-PGA钠对酵母的抗冻作用明显高于葡萄糖和谷氨酸。γ-PGA钠抑制了冷冻和冷藏过程中大冰晶的产生、以及冰晶的重结晶。在冷冻速率大于0.27℃/min、冻藏温度低于-30℃、冻藏时间6d的条件下,添加1%的γ-PGA钠使酵母细胞存活率从无γ-PGA钠时的36.5%上升到67.5%。γ-PGA钠、葡萄糖和谷氨酸的抗冻活性分别为2.48、2.03和1.42。细胞存活率(η,%)随抗冻活性(Aa,-)的增加呈线性上升。γ-PGA钠具有较大抗冻活性的机理是,γ-PGA钠的解离度较大,并且Na+能够固定较多的水分子。     

新技术在食品冷冻过程中的应用

文中对超声冷冻技术、高压冷冻技术、冰核活性细菌和冰核活性蛋白及抗冻蛋白在食品冷冻过程中的应用作一介绍。     

鱼糜冷冻稳定剂的种类及作用机理

鱼糜在冷冻贮藏过程中冰晶的形成是导致其品质降低的根本原因.鉴于现有抗冻剂的安全性和经济性,单纯通过抗冻剂来抑制冰晶形成,或许无法最大程度地提高鱼糜的冻藏品质.与抗冻剂的作用对象不同(控制冰晶形成),冷冻稳定剂可作为现有冷冻保护策略的重要补充,通过增强鱼糜组分的稳定性,以抑制其在冷冻过程中的各种生化反应,从而达到鱼糜冷冻...     

Control of ice crystal nucleation and growth during the food freezing process

Freezing can maintain a low-temperature environment inside food, reducing water activity and preventing microorganism growth. However, when ice crystals are large, present in high amounts, and/or irregularly distributed, irreversible damage to food can occur. Therefore, ice growth is a vital parameter that needs to be controlled during frozen food processing and storage. In this review, ice growth theory and control are described. Macroscopic heat and mass transfer processes, the relationship between the growth of ice crystals and macroscopic heat transfer factors, and nucleation theory are reviewed based on the reported theoretical and experimental approaches. The issues addressed include how heat transfer occurs inside samples, variations in thermal properties with temperature, boundary conditions, and the functional relationship between ice crystal growth and freezing parameters. Quick freezing (e.g., cryogenic freezing) and unavoidable temperature fluctuations (e.g., multiple freeze–thaw cycles) are both taken into consideration. The approaches for controlling ice crystal growth based on the ice morphology and content are discussed. The characteristics and initial mechanisms of ice growth inhibitors (e.g., antifreeze proteins (AFPs), polysaccharides, and phenols) and ice nucleation agents (INAs) are complex, especially when considering their molecular structures, the ice-binding interface, and the dose. Although the market share for nonthermal processing technology is low, there will be more work on freezing technologies and their theoretical basis. Superchilling technology (partial freezing) is also mentioned here.     

Production,structure–function relationships,mechanisms, and applications of antifreeze peptides

Growth of ice crystals can cause serious problems, such as frozen products deterioration, road damage, energy losses, and safety risks of human beings. Antifreeze peptides (AFPs), a healthy and effective cryoprotectant, have great potential as ice crystal growth inhibitors for a variety of frozen products. In this review, methods and technologies for the production, purification, evaluation, and characterization of AFPs are comprehensively summarized. First, this review describes the preparation of AFPs, including the methods of enzymatic hydrolysis, chemical synthesis, and microbial fermentation. Next, this review introduces the major methods by which to evaluate AFPs’ antifreeze activity, including nanoliter osmometer, differential scanning calorimetry, splat-cooling, the biovaluation model, and novel technology. Moreover, this review presents an overview of the molecular characteristics, structure–function relationships, and action mechanisms of AFPs. Furthermore, advances in the application of AFPs to frozen food, including frozen dough, meat products, fruits, vegetable products, and dairy, are summarized and holistically analyzed. Finally, challenges of AFPs and future perspectives on their use are also discussed. An understanding of the production, structure–function relationships, mechanisms and applications of AFPs provides inspiration for further research into the use of AFPs in food science and food nutrition applications.     

植物源抗冻蛋白作用机制及其在食品中的应用

抗冻蛋白是一类具有热滞活性的蛋白质,它能够与冰晶吸附结合,降低溶液冰点,阻止冰晶生长,而且可以抑制冰晶再结晶现象。因其特殊的结构和功能,抗冻蛋白对延长冷冻食品的贮藏期和提高冷冻产品质量具有积极意义。本文简述了植物源抗冻蛋白的研究概况,综述植物源抗冻蛋白在食品加工方面的作用机理和分离纯化方法及在未来食品领域的应用,以期为植物源抗冻蛋白在食品冻藏中的应用提供理论参考。     

海藻糖复配蔗糖和山梨醇对未漂洗大黄鱼鱼糜的抗冻效果研究

测定海藻糖、山梨醇、蔗糖以不同比例复配对未漂洗大黄鱼肌原纤维蛋白理化指标以及凝胶特性变化的影响.结果表明,经过90 d的冻藏,复配抗冻剂与商业抗冻剂均能延缓肌原纤维蛋白降解,抑制冰晶的形成及成长.海藻糖、山梨醇、蔗糖的添加量为4％+2％+2％(均为质量分数)时,鱼糜肌原纤维蛋白Ca2+-ATPase活性、总巯基含量相较...     

抗冻剂对鱼肉蛋白质冷冻变性的保护作用

冷冻贮藏是一种广泛用于长期保存鱼肉及鱼肉制品的方法,而添加抗冻剂是抑制冻藏过程中蛋白质冷冻变 性、保持鱼肉品质的有效方式。本文简述了鱼肉蛋白质的冷冻变性机理,对目前行业领域内常用的糖类和糖醇类、 糖类降解物、多酚类、蛋白质水解物、盐类及抗冻肽等几种抗冻剂对鱼肉蛋白质的抗冻变性机理进行综述,并阐明 抗冻剂使用效果的影响因素及抗冻剂的应用及其局限,旨在为鱼类蛋白抗冻提供参考。     

抗冻蛋白对冷冻虾夷扇贝闭壳肌持水性及质构特性的影响

为探究抗冻蛋白对冷冻虾夷扇贝闭壳肌持水性及质构特性的影响，以虾夷扇贝闭壳肌为原料，分别采用0.2 g/100 mL抗冻蛋白、3.0 g/100 mL焦磷酸钠和3.0 g/100 mL海藻糖溶液3 种抗冻剂进行真空浸渍，检测样品得率、离心损失、质构、色泽、水分分布及迁移状态、冰晶形态以及组织微观结构等指标。结果显示，抗冻蛋白组闭壳肌硬度、黏聚性及质子密度图像亮度与新鲜闭壳肌几乎一致，且显著高于焦磷酸钠和海藻糖组。而相比于其他浸渍组，抗冻蛋白组得率、弹性及剪切力显著增加，T21显著缩短（P＜0.05）。由光学显微镜和扫描电子显微镜观察可知，抗冻蛋白组的冰晶细小且呈球状，肌纤维结构较清晰完整，冰晶平均横截面积较空白组减少了65.06%。该研究证实，抗冻蛋白具有吸附于冰晶表面且抑制冰晶生长、修饰冰晶形态的作用，通过真空浸渍处理后，其对冷冻虾夷扇贝闭壳肌持水性及质构特性的调控作用优于焦磷酸钠、海藻糖，是一种有效的冻品品质调控手段。     

Production of two types of ice crystal-controlling proteins in Antarctic bacterium

Pseudomonas fluorescens KUAF-68, which was isolated from Antarctica, had both ice-nucleating protein and antifreeze protein activities in the culture broth. We found that both proteins were separately produced based on the results of column chromatography, SDS-PAGE analysis and Southern hybridization. The activity of the ice-nucleating protein was stimulated by the addition of glycine (0.020 N%), whereas the activity of the antifreeze protein was stimulated by the addition of L-asparagine (0.025 N%). This is the first report on the production of two types of ice crystal-controlling proteins in one bacterial strain.