生物以冻抗冻的生命特性的发现

生物以冻抗冻的生命特性的发现生物以冻抗冻的生命特性的发现 发表时间 2014 3 14 20 25 13 韩永苗韩永苗 摘要摘要 通过对抗冻生物抗冻活性的研究 认为生物以冻抗冻形成了一 种特殊的控制胞外冰晶形成的机制 即抗冻物质和冰核聚物质的协同 作用 在生物以冻抗冻的特性和细胞生化反应的相对机理 是生物为 了适应环境及基因渐变的进化形象 在研究如何用自然的方法 应用现代科技模拟自然条件在食品安全 的前提下进行动植物食品保鲜过程中在观察和研究冬眠的动物和休 眠的植物的过程中我发现了生物以冻抗冻的生命特征 研究生物以冻抗冻的生命特性的发现 不但解决了人类无防腐剂 无添加剂的状态下可长期保存食物不仅能保持全价营养和提高食物 的品质又能够对人类提高免疫能力和提高人类对疾病的抗衡能力 其研究价值意义非凡 透过进一步的研究发现 地球上的生物所含 的抗冻物质的机理 生物所含的抗冻物质的高低和生物的内因和外 因的关联并论证了生物的生存 繁衍 进化与抗冻物质的含量相关 联 动植物的细胞是生物活动的基本单位 一旦细胞破裂维持生命 的液体就会流失 就标志着死亡 当寒冷的冬季和恶劣的环境下部 分的生物体内的细胞遭到大量的破坏 就开始大量的死亡 研究发 现因为这个细胞里面和细胞外面的液体浓度不一致 有些生物不能 调节的话就会出现体外的细胞液体形成冰结晶 细胞浓度稀的地方 往浓度高的细胞里的那个液体 细胞壁戳破了 同时因为细胞内和 外的液体浓度不一致 在同等的温度下细胞外的液体先结冰 内部 细胞的液体还是保持原样 但外部细胞的液体已经是冰渣了 这样 很容易刺破细胞壁 此时生物的细胞就容易破裂和死亡 除了这样 的变化我们研究还发现 细胞外的液体结冰后还会造成细胞内外的 压力的不均衡 导致细胞壁的破裂 随后细胞内的营养流失 导致 生物的死亡 我们研究实验发现生物经过冬季后仍然活过来的它的细胞排列整齐 而没有活过来的生物细胞看不出细胞排列的顺序了 完整的细胞 透露出生物复活的秘密 细胞外面的液体和细胞内部的液体 它各 种营养物质和矿物质及电解质和其他的一些物质的含量不一样 就 导致它的冰点不一样 要让它保持同步将细胞的内和外的液体和各 种营养物质同时结晶 才能保证生物的不死 因为细胞的生死决定 着动植物的活体 我们要保证动植物被冬眠和休眠后细胞不死 我 们经过大量的试验得出 自然界中的动植物的休眠是它们抗冻保护 了自己生命的一种方法 当气温降低时 动植物体内会分泌出一种 抗冻物 这种抗冻物调节细胞内外液体的浓度 让细胞内外液体浓 度达到一致 浓度相同 也就没有压力差了 细胞也就不会破裂 这样动植物就可以安全过冬 每一种动植物含有的抗冻物都是不同 的 即使同一种物种也存在差别 因此 抗冻的植物必须具备以下 生命特性 第 在温度降低时 必须能够维持机体内生物膜正常 的液晶相 第二 具备膜结构上的稳定性 这种稳定性与植物品种 的抗寒性成正相关 第三 能够避免细胞内结冰 以防止冰晶对膜 的破坏 第四 细胞内的水流到细胞外结冰也会造成一定的伤害 这是因为冰冻脱水会引起细胞干旱 使蛋白质变性 同时也会使细 胞发生收缩塌陷 使细胞质膜遭到破坏所致 因此 还必须具备抗 冻脱水的性能 但是 各种植物对上述要求的抗冻性并不相同 有 些只具备其中的一种或两种 有的甚至完全不具备 因而便出现了 有些怕寒 有些抗冻的现象 如西红柿 黄瓜 香蕉 菠萝等 在 10 摄氏度以下就常常发生寒害 而松 柏 竹 云杉等 却能够在 白雪皑皑 冰天雪地的环境中正常存活 和冷害作斗争 预防低温 对动植物造成的危害 主要应从提高动植物抗冻性应用现代科学技 术加以控制动植物的细胞机理的协同作用促进动植物体内一系列生 理上的转变 从而增加其抗冻能力 自然界的动物为了在冬天时仍能生存 它们就通过换毛 迁徙 冬眠 产卵的方式来过冬 有些动物是以冻抗冻的生命特性来适应 冰温 它能够克服冰冻恶劣的环境因为它以以冻抗冻的生命特性方 式生存 我们通过观察发现它们体内具有特殊的以冻抗冻特性 以 控制细胞外冰晶的形成 并利用体内的抗冻物质来控制冰晶的扩大 此外 它们体内必须具有低分子量的抗冻物质 来维持细胞的体 积和细胞膜的结构 及保持未结冰的水分不结冰 同时再减低代谢 速率或是以无氧呼吸方式 来维持生命 如果体液如果出现结冰现 象 则会危及生存 所以如何避免体内出现冰晶 动物体内具备了 抑制冰晶核的形成和避免体温降至凝固点以下的能力 它们在低温 时必须能清除体内的冰晶核 并且以体内的抗冻物质抑制冰晶核的 形成 及累积高浓度的抗冻剂以维持体温在凝固点以上 避免了结 冰 无论动物在那一种方式来渡过冰温的环境 我们发现它们体内 都发现自然以冻抗冻的能力 此外 一些青蛙直接就用葡萄糖做为 抗冻剂 原料仍是肝糖 当青蛙的皮肤降至冰温时 便会刺漱肝脏 大量将肝糖水解成葡萄糖 再出血液运送到全身 此时血液中的含 量每 100 毫升有 4500 毫克 比平常血糖的含量约高 9 45 倍 由此 可见 这种自然以冻抗冻的机理是动物用以适应恶劣的冰温环境所 不可或缺的利器 我们发现在自然界中 冬眠的动物其体细胞具备 自然以冻抗冻的机理 如青蛙 泥鳅 鲫鱼 等生活在亚热带 寒 带的动物和水生动物 在大气温度急聚下降时 会增加体细胞的多 糖类抗冻物质 在其亚细胞膜的脂酸分子的双键数急聚增加 以冻 抗冻从细胞动力学来研究 致使其体细胞因外界的温度下降 而不 被冰结晶冻胀破裂 生物是以体细胞处在微冻状态 而保存生命体 在温度上升时复苏 复活 事物总是相对的 在温度和时间的拐点 条件不符和生物还未进化到一定程度时 如外界的气温是逐步下降 外界条件形成生物体细胞冰结晶 冻裂体细胞 温度的上升亦是 急聚上升时 冬眠的青蛙 泥鳅 河鳗 鲫鱼 也会大量死去 春 天来临时也活不过来 留在洞穴的不是活生生的生命体 我们在植 物中也发现此类现象 在温度急聚下降时 植物细胞会增加糖类物 质 例如 香山枫叶由绿变红 大白菜 红薯 青菜在温度下降时 细胞内会产生抗冻的糖类物质处在微冻状态以冻抗冻 以延长生命 周期保持生命 故在食用时带微甜口味 从大自然的启示中 专题 研究和进行科学实验 通过对生物细胞在低温状态下的细胞学 细 胞动力学的研究 掌握了生物以冻抗冻的生命特性 任何动 植物 包括人类 都是由一个个细细胞组成的 亦必须从研究细胞在低 温状态下的变化开始 生物的进化总是遵守着自然规律 由内因和外因的相互作用 辩证 和相对论的法则进行的 冰蛇在冬天冻成冰棍 人们拿着可作拐杖 温度上升时活了 游走了 生物的以冻抗冻生命特性 进化到淋 漓尽致 每一种动植物都存在生死的临界温度 当温度低于临界点 这种动植物就会死亡 这个临界点就是动植物休眠所需要的温度 通过试验我们找到了动植物细胞死亡临界点的范围 在科学实验过 程中 用提取的 抗冻物质 应用现代科学专利技术模拟自然条件 对白老鼠 鳗鱼 青蛙 泥鳅进行以冻抗冻复活试验 采用液态瞬 时冻结 液体温度设置在 30 35 冻结时间在 6 分钟内 中 心温度分别在 7 10 18 表面温度在 27 30 冻结后 在实验冰柜 放置 7 天 均能复活 70 年代 上海水产大学骆肇荛教授 根据食品在冻结过程中 细胞产生的冰结晶状态 发表了 冰结晶理论 引起全球科技界 的重视 我们以骆肇荛教授的 冰结晶理论 为基础 通过多年的 研究和科学实验 研究生物以冻抗冻的机理 研究生物细胞在低温 的状态下 冰结晶不均衡胀力状态的生物抗冻相对最佳温度和时间 通过科学实验 已掌握生物体细胞所发生的生物活化反应的生物 分子动力学问题 采用华罗庚先生发明的正交实验法 掌握了生物 细胞 在温度和时间变化过程中生物以冻抗冻生命信息 经过反复实 验 掌握和破译了多种动 植物在以冻抗冻生命过程中细胞在变温 过程中细胞在温度 时间生化变量和生与死的拐点 食品都是由无数的细胞组成的 细胞质 细胞内的液体 与细胞 间质 细胞与细胞的间的液体 中存在着蛋白质 糖 无机盐等物 质 细胞质比细胞间质的浓度要大 当外界温度降低到细胞间质的 冰点时 细胞间质中就会产生大量细小的冰晶 当温度进一步下降 达到细胞质的冰点时 细胞质中也产生冰晶 但是由于细胞质和细 胞间质产生冰晶的时间先后不同及两者浓度上的差异 产生的冰晶 数量也远远不同 并由此产生一定的压力差 当这种压力差达到一 定程度时 就会破坏细胞膜 在细胞膜上形成许多足以使营养物质 自由出入的通道 当食品解冻时 细胞质内的大量营养物质就会通 过这些通道流失 常规冻结的食品在解冻时 解冻水会有大量泡沫 这些泡沫就是营养物质 大大降低了食品的营养价值 通过试验证明 食品中产生的冰结晶的大小 分布情况与通过最大 冰结晶生成区有关 在越短的时间内通过最大冰晶生成区 细胞膜 所受到的压力差就越小 细胞就越不会被破坏 常规冻结的一个明 显缺点通过最大冰晶生成区的时间比较长 因此无法避免地在细胞 膜内外产生不均衡压力差 破坏细胞膜 导致解冻后的营养流失 我发现了生物以冻抗冻的生命特性的这个特征来对食物的保鲜 生物以冻抗冻的生命特性不产生任何毒副作用和二次污染 只作用 在食品冻结中 加快热传导及在冷冻过程中同时杀菌 并在快速冷 冻过程的中 使肉类食品组织细胞中所形成的冰晶体很小 使肉类 细胞膜不破裂 不产生干耗 保持肉类食品的新鲜质量它解决了空 气冻结热阻大 热传导慢 耗电大的难题 大大降低了肉类食品加 工中的电耗节能 60 并在相同面积的肉类加工 HACCP 车间中 比 常规冻结的日生产量增加 3 倍 在肉类食品解冻食用时无可溶性蛋 白和高营养物质流失 提高肉类食品的质量 对保护环境 对人类 健康有重大的贡献 生物以冻抗冻的生命特性在极短的时间内使被 冻物品通过最大的冰晶生成区 使食品细胞内外的压力相对达到平 衡 最大程度地保护被冻物品的细胞组织 保持细胞活性 保证被 冻物品的鲜活质量 最大限度保留原营养成分的新型食品保鲜 生物以冻抗冻的生命特性这一发现将彻底改变人类对食物的保鲜 保存体系 无防腐剂 无添加剂 保持食品全价营养 增加糖元物质 提高食用者的免疫率 消除和改变农产品 因保鲜问题而浪费的现 状 节省能源 合理利用农业资源 为全人类提供优化的食品 保障人 类的健康 生物以冻抗冻生命特性的发现 在研究过程中对草莓 杨梅 葡萄 青豆 鲜玉米 哈密瓜等进行研究 这类农产品 细胞内产生多 糖类物质 延长保存时间 而普通的葡萄进行处理后 糖元物质增 加 可以酿出冰葡萄酒的高品质产品 青豆处理后根据现在处理方 法 可节省 70 的能耗 而且口感更好 现代生物科学主题研究 直接从动植物提取有效物质 供人类食用 提高人类对疾病抗衡能 力 提取主要系糖元物质 和维生素类 科学实验科学实验 编号 CIMG0901 1088 1112 1224 1230 1245 132 2 1337 1347 1363 GIMG6056 6335 7201 7206 7278 7291 7294 7433 7437 7 439 7624 7999 上海嘉生微冻技术研究中心 韩永苗研究员 陈廉达副主任 上海嘉生台湾微冻技术研究中心 韩永苗研究员 陈廉达副主任 分别在 2005 年至 2008 年 在应用此项农业生物专利技术 农产品 保鲜应用的同时 分别进行了 鱼 虾 蟹 贝 金枪鱼 等各种 水产品进行科学实验 冻结液体温度为 30 35 结冻时间在 6 15 分钟 存放 18 冷库 存放 12 个月 解冻后细胞不损坏 仍保持鲜活品质 科学实验 科学实验 编号 CIMG7187 CIMG7225 上海嘉生台湾微冻技术研究 中心 韩永苗主任 陈廉达副主任 在 2008 年 11 月 25 日在台湾做 动物肾脏和肝脏器官 以冻抗冻活性实验 液冻 液体温度 40 45 加入天然抗冻液 冻结时间 7 分钟 中心温度 18 在实验 冰柜存放 90 天解冻后 检测系活体 为生物器官的活体保存提供科 学依据 科学实验科学实验 编号 CIMG6174 6175 6176 6177 上海嘉生广东微冻技术服务中心 韩永苗 叶焕强 利海于在 2006 年 7 月 2007 年 8 月 2008 年 10 月进行荔枝以冻抗冻活性保鲜试验 加入天然抗冻液 冷库存放 180 天 最长 300 天取出后 仍保持新 鲜品质 荔枝