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抗冻肽在食品工业的应用
现代畜牧网 http://www.cvonet.com 2024/5/25 16:14:50 关注：388 评论： 我要投稿
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随着全球贸易的增长和产销间距的扩大，冷链加工食品的需求也随之增加。冷冻食品在食品工业中所占的份额也日益增长。然而，冷冻食品通常水分含量较高，在冷链过程中水分形成冰晶，冰晶变大及重结晶对冷冻食品所造成的品质下降是冷冻食品所面临的巨大挑战。抗冻肽作为一类新型食品添加剂，可以有效减少冷链过程食品中冰晶的形成和重结晶，从而提高低温冷链食品的品质。
01
冰淇淋
冷藏过程中冰晶的生长是冰淇淋等冷冻产品制造商面临的主要挑战之一，因为在冷藏和处理过程中温度的波动会促进冰晶的生长，影响冰淇淋口感，使产品品质下降。众所周知，冰晶的大小与粗糙程度和/或冰晶结构的形成之间有着直接的密切关系。因此，在冰淇淋生产配方、加工、贮藏和分销条件等环节都必须努力减小冰晶尺寸和减少重结晶的发生，因为冰晶大小及重结晶的形成均会对冰淇淋质地产生较大影响。
Wang Shaoyun和Damodaran等利用胶原蛋白水解筛分出冰结构肽，经研究发现这类冰结构肽能明显减小冰淇淋中冰晶尺寸，并且通过冷热循环系统模拟冷链过程中的温度波动，发现该类冰结构肽能明显抑制冰淇淋中冰晶重结晶。在－14～－12 ℃之间分别经过7 次和25 次冻融循环的空白组冰晶尺寸明显大于添加4%冰结构肽的实验组。
02
益生菌
益生菌是食品加工过程中常用的有益菌，也是分子生物学、结构生物学、微生物学和传染病研究的关键载体。菌种长时间的连续培养不仅耗时耗力，而且不切实际，因此，在工业应用和学术研究中通常采用低温保存和冷冻干燥技术。然而，冷应激处理时会发生各种物理化学反应，导致细胞结构破坏，细胞存活率及细胞代谢活力降低等不良现象。
细菌、细胞在冷冻及冷冻干燥过程中主要受到的损伤包括：溶质损伤、机械损伤、细胞膜及结构变化、蛋白质和DNA变性5个方面。此外，大量研究表明，低温保存也可能与细胞凋亡有关。低温保存通常需要添加有机溶剂，以减少冰晶形成和生长以及膜破裂和渗透胁迫造成的损害，否则会导致细胞死亡。
对于细菌来说，甘油是应用最广泛的低温保护剂，用于缓慢冷冻和玻璃化（取决于甘油浓度），对于哺乳动物细胞，通常使用二甲基亚砜。尽管这些方法非常成功，并在全球范围内得到了应用，但它们同样对细胞具有不可逆损害。典型的低温贮藏需要高质量分数（10%～40%）的有机溶剂，这种有机溶剂可能存在细胞毒性影响并造成不可逆转的细胞损伤。
细胞膜表面通常含有大量的水分，这些水分与磷脂的极性头部PO2－通过氢键结合，在细胞膜上的磷脂双分子层周围形成一层水化层，从而起到维持细胞膜结构及功能的作用。但是在冷冻过程中这部分水会形成冰晶，加速菌体细胞机械损伤。
针对以上问题，福州大学汪少芸课题组以益生菌为模式菌，筛选得到系列新型抗冻肽，经研究发现，分子质量集中在180～2 000 Da的抗冻肽活性最佳。抗冻肽能显著提高益生菌冷冻存活率、冷冻稳定性和维持菌体细胞代谢活力。
此外，抗冻肽一方面能与细胞膜通过氢键形式结合保护细胞膜，减少胞内物质泄漏；另一方面抗冻肽能进入细胞内，降低冷冻过程中细胞内形成的冰晶对细胞的损伤。
03
冷冻面团
现代冷冻技术是解决传统主食易老化、货架期短等难题的有效手段。然而，长时间的冷链过程中，由于冰晶的长大及小颗粒冰晶的重结晶会导致冷冻面团等制品出现面筋网络结构被破坏的现象，活力酵母细胞受损或死亡，最终导致冷冻面团醒发难，比容减小及产品质构特性下降等劣变。因此，近年来学者们试图挖掘各种抗冻剂，用于改善冷冻面团制品的贮藏稳定性，提升冷冻面团制品品质。
抗冻肽或冰结构多肽作为一种新型食品抗冻剂，近年来将其应用于冷冻面团制品低温保藏的相关研究屡见报道。其中，福州大学汪少芸团队、江南大学张晖团队和黄卫宁团队等成功将抗冻肽应用于冷冻面团、冷冻马铃薯面团。
添加抗冻肽后，冷冻面团的发酵时间相比于对照组显著缩短，冷冻后比容显著高于对照组。此外，研究还发现由添加抗冻肽冷冻面团制作的馒头比容明显高于对照组。
04
冷冻肉
目前，全球肉类出口总额超过130亿 美元，冷冻技术在确保供应世界各地肉类产品安全方面发挥着至关重要的作用。然而，冷冻和解冻对肉类品质的影响仍然是一个重大问题。反复冻融主要影响肉的水分含量。由于水分包含在肌肉纤维内部和间隙处，当水分结冰时，剩余溶质（蛋白质、脂类、碳水化合物、矿物质和维生素）的浓度增加，冻结过程和冷链过程中冰晶长大、重结晶，从而破坏了复杂的肉类系统稳态，损害肉类原本的组织结构。
李晓坤报道了抗冻肽应用于鱼糜的低温保护作用，在新鲜制备的鱼糜中添加质量分数为2%、4%、8%抗冻肽以及8%商业抗冻剂，于－18 ℃冻藏，测定二硫键含量、巯基含量、表面疏水性、盐溶性蛋白含量、Ca2＋-ATPase活力在冻藏过程中的变化，进而研究蛋白质的冷冻变性情况。
结果表明，抗冻肽可以抑制鱼糜中二硫键含量和表面疏水性的增加，保留巯基和盐溶性蛋白含量，抑制Ca2＋-ATPase活力的降低。其中添加8%抗冻肽的效果最佳，其次是添加4%抗冻肽、8%商业抗冻剂、2%抗冻肽。
05
结 语
添加抗冻剂是降低冷冻食品品质下降的有效途径，而抗冻肽等新型抗冻剂取代传统高糖、高盐商业抗冻剂是随着消费者对生活品质及健康食品需求增长的必然趋势。具有特定肽链长度和结构域组成的食源性抗冻肽是解决天然抗冻蛋白研究和应用受限问题的有效途径。
来源：福州大学，陈旭，蔡茜茜，汪少芸，杨傅佳，吴金鸿；上海交通大学农业与生物学院，吴金鸿
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