食品生物保藏技术

关于食品生物保藏技术一、生物保藏技术的概念生物保藏技术是将某些具有抑菌或杀菌活性的天然物质配制成适当浓度的溶液，通过浸渍、喷淋或涂抹等方式应用于食品中，进而达到防腐保鲜的效果第2页,共103页，2024年2月25日，星期天

生物保鲜技术的一般机理包括抑制或杀灭食品中的微生物、隔离食品与空气的接触、延缓氧化作用、调节贮藏环境的气体组成以及相对湿度等第3页,共103页，2024年2月25日，星期天二、涂膜保鲜技术涂膜保鲜技术是在食品表面人工涂上一层特殊的薄膜使食品保鲜的方法1.涂膜保鲜的发展历史早在12~13世纪，我国就用蜂蜡来装桔子和柠檬，16世纪开始用脂类涂膜保鲜水果第4页,共103页，2024年2月25日，星期天

19世纪，Harvard和Harmony提出用明胶涂层保护肉制品及其它食品

90年代，无污染易降解的可食用膜的应用越来越受到人们的关注目前，涂膜保鲜技术不仅广泛应用于果蔬类保鲜，而且在肉类、水产品等食品中的应用也日益增加

第5页,共103页，2024年2月25日，星期天2.涂膜保鲜的机理

涂膜是人为形成的一种有一定阻隔性的膜，可阻止果蔬失水果蔬的呼吸作用使膜内O2浓度下降，CO2浓度上升。当膜内O2和

CO2浓度符合果蔬贮藏的适宜气体条件，可起到自发气调作用，抑制果蔬呼吸延缓衰老第6页,共103页，2024年2月25日，星期天涂膜对气体的通透性是影响涂膜保鲜效果的主要因素之一。涂膜对气体的通透性可用膜对气体的分离因子（α）来表示一般地，含有羟基的分子所形成的涂膜，其α（CO2/O2）＜1，对果蔬保鲜的效果较好。对于α(CO2/O2）＜1的涂膜，其适宜保鲜的果蔬种类依其分离因子不同而异第7页,共103页，2024年2月25日，星期天3.涂膜保鲜的特点①发挥气调作用②保水防蔫，改善食品的外观品质，提高食品的商品价值③具有一定的抑菌性④能够在一定程度上减轻表皮的机械损伤⑤可发挥保鲜增效作用第8页,共103页，2024年2月25日，星期天4.涂膜的种类、特性及其保鲜效果

理想的涂膜剂有以下要求：①有一定的粘度，易于成膜②形成的膜均匀、连续，具有良好的保质保鲜作用，并能提高果蔬的外观水平③无毒、无异味，与食品接触不产生对人体有害的物质第9页,共103页，2024年2月25日，星期天（1）多糖类①壳聚糖类甲壳素的脱乙酰产物，属氨基多糖，有良好的成膜性、通透性、保湿性和广谱抗菌性，不溶于水，溶于稀酸

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影响壳聚糖涂膜保鲜效果的因素有：

酸：酒石酸和柠檬酸的效果较好表面活性剂：可改善其黏附性脱乙酰度：脱乙酰度越高，膜抗拉强度越高，通透性越差增塑剂种类和浓度：浓度的增加，透氧性明显上升，对膜的透湿性无显著影响第11页,共103页，2024年2月25日，星期天

分子量：相对分子质量为20万和1万左右防腐效果最好衍生化反应：N,O-羧甲基壳聚糖所形成的膜对气体具有选择通透性，特别适合于果蔬保鲜金属离子：保鲜效果优于无金属离子的壳聚糖膜第12页,共103页，2024年2月25日，星期天②纤维素类羧甲基纤维素（CMC）、甲基纤维素（MC）、羧丙基甲基纤维素（HPMC）、羧丙基纤维素（HPC）均溶于水并具有良好的成膜性纤维素类膜透湿性强，常与脂类复合以改善其性能第13页,共103页，2024年2月25日，星期天

制MC膜时，溶剂种类和MC的分子量对膜的阻氧性影响很大环境的相对湿度对纤维素膜透氧性也有很大的影响，当环境湿度升高时，纤维素膜的透氧性急速上升第14页,共103页，2024年2月25日，星期天③淀粉类

直链淀粉含量高的淀粉所成膜呈透明状可食膜成分中脂类和增塑剂对膜的透过性有显著影响淀粉经改性生成的羟丙基淀粉所成膜阻氧性非常强，但阻湿性极低第15页,共103页，2024年2月25日，星期天④魔芋葡甘聚糖所成膜在冷热水及酸碱中均稳定膜的透水性受添加亲水物质或疏水物质的影响，添加亲水性物质，则透水性增强，添加疏水性物质，则透水性减弱改性后魔芋精粉的保鲜效果将得到明显改善

第16页,共103页，2024年2月25日，星期天⑤褐藻酸钠类具有良好的成膜性，但阻湿性有限膜厚度对抗拉强度影响不大，但透湿性随着膜厚度的增加而减小交联膜的性质明显优于非交联膜，环氧丙烷和钙双重交联膜的性能最好

环境湿度高于95%时，仍能显著地阻止果蔬失水脂质可显著降低褐藻酸钠膜的透水性第17页,共103页，2024年2月25日，星期天⑥微生物多糖类

A.茁霉多糖具有良好的成膜性，是理想的果蔬保鲜剂不同分子量的茁霉多糖都有较好的保水作用，尤其以高分子量的茁霉多糖效果更好茁霉多糖不具有杀菌、抑菌作用，但同杀虫剂共用具有良好的杀菌、防病毒侵染和防腐防病作用第18页,共103页，2024年2月25日，星期天B.NPS多糖在果蔬表面成膜后无色、无味，肉眼很难看出，光泽性明显增强，有打蜡的效果，是一种很好的果蔬涂膜保鲜剂

第19页,共103页，2024年2月25日，星期天（2）蛋白质类①小麦面筋蛋白

小麦面筋蛋白膜柔韧、牢固，阻氧性好，但阻水性和透光性差当小麦面筋蛋白膜中脂类含量为干物质含量的20%时，透水率显著下降小麦面筋蛋白制膜液的pH值应控制在5第20页,共103页，2024年2月25日，星期天②大豆分离蛋白

大豆分离蛋白制膜液的pH值应控制在8

大豆分离蛋白膜的透氧率低、透水率高，因而常与糖类、脂类复合后使用③玉米醇溶蛋白

所形成的膜具有良好的阻氧性和阻湿性第21页,共103页，2024年2月25日，星期天（3）脂质类①蜡类成膜性好，对水分有较好的阻隔性。其中石蜡最为有效，蜂蜡其次已商业化生产的蜡类涂膜剂有中国林业科学研究院林产化学工业研究所的紫胶涂料、中国农业科学院的京2B系列膜剂、北京化工研究所的CFW果蜡第22页,共103页，2024年2月25日，星期天②天然树脂

醇溶性虫胶成膜性好、干燥快、有光泽、在空气中稳定、不溶于水、溶于乙醇和碱性溶液，适合作为涂膜保鲜剂使用我国云南玉溪产的虫胶品质好，杂质少，易溶解，成膜后光泽自然第23页,共103页，2024年2月25日，星期天③油脂油脂具有油腻性，主要成分是脂肪酸的甘油酯，不溶于水借助乳化剂和机械力作用，将互不相溶的油和水制成乳状液体制剂，涂覆果实，可以达到长期保鲜的目的第24页,共103页，2024年2月25日，星期天（4）复合膜类复合膜是由多糖类、蛋白质类、脂质类中的两种或两种以上物质经一定处理而成的涂膜如：①由HPMC与棕榈酸和硬脂酸组成的双层膜，透湿性比HPMC膜减少约90%②由多糖与蛋白质组成的复合天然植物保鲜剂膜具有良好的保鲜效果第25页,共103页，2024年2月25日，星期天③TALPro-long（英国）：由蔗糖脂肪酸酯、CMC-Na和甘油一酯或甘油二酯组成。Superfresh是其改进型，含60%的蔗糖酯、26%的CMC-Na、14%的双乙酰脂肪酸单酯④OED（日本）：由10份蜂蜡、2份朊酪、1份蔗糖酯组成第26页,共103页，2024年2月25日，星期天

涂膜保鲜时必须注意以下几方面的问题：研制出不同特性的膜以适用于不同品种食品的需求准确测量膜的气体渗透特性准确测量目标果蔬的果皮与果肉的气体及水分扩散特性第27页,共103页，2024年2月25日，星期天

分析待贮果蔬内部气体组分根据果蔬的品质变化，对涂膜的性质进行适当调整，以达到最佳保鲜效果5.涂膜保鲜的方法（1）浸涂法将涂料配成适当浓度的溶液，将果实浸入，蘸上一层薄薄的涂料后，取出晾干即成第28页,共103页，2024年2月25日，星期天（2）刷涂法用软毛刷蘸上涂料液，在果实上辗转涂刷，使果皮上涂一层薄薄的涂膜料（3）喷涂法用机器在果实表面喷上一层均匀而极薄的涂料第29页,共103页，2024年2月25日，星期天

目前普遍用涂膜机（打蜡机）涂膜，涂膜机由清洗、擦吸干燥、喷涂、低温干燥、分级和包装等部分联合组成第30页,共103页，2024年2月25日，星期天三、生物保鲜剂保鲜技术

生物保鲜剂保鲜是通过浸渍、喷淋或混合等方式，将生物保鲜剂与食品充分接触，从而使食品保鲜的方法

生物保鲜剂也称作天然保鲜剂，是直接来源于生物体自身组成成分或其代谢产物，不仅具有良好的抑菌作用，而且一般都可被生物降解，具有无味、无毒、安全等特点第31页,共103页，2024年2月25日，星期天1.植物源生物保鲜剂

许多植物中都存在抗菌物质，主要是醛类、酮类、酚类、酯类物质（1）茶多酚能抑制G+菌和G-菌，属于广谱性的抗菌剂最小抑菌浓度随菌种不同而差异较大，大多在50~500mg/kg之间，符合食品添加剂用量的一般要求第32页,共103页，2024年2月25日，星期天（2）大蒜提取物大蒜辣素和大蒜新素是大蒜中的主要抗菌成份

大蒜辣素的抗菌机理：分子中的氧原子与细菌中半胱氨结合使之不能转变为胱氨酸，从而影响细菌体内的氧化还原反应的进行

大蒜对多种球菌、霉菌有明显的抑制和杀菌作用，是目前发现的具有抗真菌作用植物中效力最强的一种

第33页,共103页，2024年2月25日，星期天茶多酚第34页,共103页，2024年2月25日，星期天2.动物源生物保鲜剂

（1）鱼精蛋白（protamine）

鱼精蛋白是一种特殊的抗菌肽，是存在于许多鱼类中的成熟精细胞中的一种球形碱性蛋白。相对分子质量较小，大约为4000~10000，由30个左右的氨基酸组成，精氨酸占其氨基酸组成的2/3以上，加热不凝固，等电点在10~12之间，带正电荷

第35页,共103页，2024年2月25日，星期天①抑菌机理

A.鱼精蛋白作用于微生物细胞壁，破坏了细胞壁的合成以达到其抑菌效果

B.鱼精蛋白作用于微生物细胞质膜，通过破坏细胞对营养物质的吸收来起抑菌作用

第36页,共103页，2024年2月25日，星期天②制备方法鱼精置于稀硫酸溶液中，抽取出鱼精蛋白和混杂蛋白，然后在抽出液中加入有机溶剂沉淀，将沉淀溶于温水中，再冷却即析出鱼精蛋白。或用聚膦酸盐使硫酸或盐酸抽出液中的鱼精蛋白以磷酸盐形式沉淀出来，然后将沉淀溶解在高浓度的硫酸铵中，分解为精蛋白硫酸盐

纯化方法一般采用葡聚糖凝胶柱色谱法

第37页,共103页，2024年2月25日，星期天③影响鱼精蛋白抗菌活性的因素

A.菌种及其生长状况鱼精蛋白的抑菌性因其来源不同而存在差异革兰阳性菌的发育受到了明显的抑制，而革兰阴性菌几乎不受影响鱼精蛋白对新鲜鱼贝类和肉食品中所含的多数细菌起不到抑制作用第38页,共103页，2024年2月25日，星期天

鱼精蛋白对经过热处理后的食品具有较好的保存效果鱼精蛋白的最小抑菌浓度因菌种不同而异对于同一种菌类来说，微生物所处的新陈代谢状况也会影响鱼精蛋白的效果第39页,共103页，2024年2月25日，星期天B.食品的pH

鱼精蛋白在pH6.0以上时具有明显的抗菌活性

C.所含盐类及其浓度食品中各种盐类浓度的提高，鱼精蛋白的抑菌性会相应降低。同等浓度条件下二价盐类比一价盐类对细菌的保护作用更好D.环境温度大多数食品加工时采用的温度对鱼精蛋白的抑菌作用影响不大

第40页,共103页，2024年2月25日，星期天④在食品中应用需注意的问题应用中一般将鱼精蛋白与其它防腐剂或保鲜方法结合使用鱼精蛋白与甘氨酸、醋酸钠、乙醇、单甘油酯混合使用时，抗菌作用有相乘的效果

使用大豆卵磷脂等乳化剂与鱼精蛋白复配，可解决鱼精蛋白在食品介质中溶解性的问题第41页,共103页，2024年2月25日，星期天⑤鱼精蛋白的安全性鱼精蛋白是一种对人体无害的、高度安全的、具有很高营养性和功能性的新型食品防腐剂除鱼精蛋白以外，昆虫抗菌肽、防卫肽以及海洋生物抗菌肽等也是常见的生物保鲜剂

第42页,共103页，2024年2月25日，星期天（2）溶菌酶（lysozyme）溶菌酶，又称细胞壁溶解酶，是一种专门作用于微生物细胞壁的水解酶

①溶菌酶的种类

A.鸡蛋清溶菌酶相对分子质量为14307，等电点为11.1，最适溶菌温度为50℃，最适pH为7.0，一级结构由129个氨基酸组成，其高级结构的稳定性由4个二硫键、氢键和疏水键来维持

第43页,共103页，2024年2月25日，星期天B.人和哺乳动物溶菌酶

人和哺乳动物溶菌酶由130个氨基酸组成一级结构中的氨基酸排列顺序与鸡蛋清溶菌酶的差异较大高级结构也存在四个二硫键人溶菌酶的溶菌活性比鸡蛋清溶菌酶高3倍第44页,共103页，2024年2月25日，星期天C.植物溶菌酶植物溶菌酶对小球菌的溶菌活性较鸡蛋清溶菌酶低，但对胶状甲壳质的分解活性则为鸡蛋清溶菌酶的10倍左右第45页,共103页，2024年2月25日，星期天D.微生物溶菌酶内-N-乙酰己糖胺酶：其作用是分解构成细菌细胞壁骨架的多糖酰胺酶：其作用是切断连接多糖和氨基酸之间的酰胺键内-肽酶和蛋白酶：作用与酰胺酶相似第46页,共103页，2024年2月25日，星期天β-1，3葡聚糖酶、β-1，6-葡聚糖酶、甘露糖酶：其作用是分解细胞壁磷酸甘露糖酶：与β-1，3葡聚糖酶、β-1，6-葡聚糖酶和甘露糖酶共同作用，分解细胞原生质壳多糖酶：与葡聚糖酶共同作用，分解霉菌和酵母菌脱乙酰壳多糖酶：主要作用是分解毛霉和根霉

第47页,共103页，2024年2月25日，星期天②溶菌酶提取分离的方法原料一般都用蛋清或蛋壳提取分离的方法有亲和色谱法、离子交换法、沉淀法、沉淀与凝胶色谱结合法等③溶菌酶的作用机理溶菌酶能选择性地分解微生物细胞壁，主要是分解细胞壁中的肽聚糖第48页,共103页，2024年2月25日，星期天

溶菌酶水解球菌细胞壁的作用点是N-乙酰胞壁酸（NAM）与N-乙酰葡萄糖胺（NAG）之间的β-1，4糖苷键断开经过溶菌酶作用后，微生物细胞因为渗透压受到破坏而引起平衡破裂，从而使得微生物细胞的内溶物渗出导致细胞死亡第49页,共103页，2024年2月25日，星期天

一般地，溶菌酶对G+菌均有较强的分解作用，而对G-菌无分解作用溶菌酶的最适小分子底物为NAM-NAG交替组成的六糖在溶菌酶分子中存在一个狭长的凹穴，在凹穴中的Glu35与Asp52构成了活性中心，它们在水解糖苷键时起协同作用第50页,共103页，2024年2月25日，星期天④溶菌酶在食品中的应用奶粉：有利于婴儿肠道菌群的正常化奶酪：防止中后期奶酪的后期起泡、风味变差，具有抑菌作用，不至引起酪酸发酵日本清酒：代替水杨酸用于防腐，加入量为l5mg/kg第51页,共103页，2024年2月25日，星期天

肉制品、水果、水产品、面制品：防腐保鲜酵母：经溶菌酶处理后，在培养过程中氮核蛋白质的释放量增加，提高了酵母蛋白利用率壳聚糖：降解为低分子量单独使用溶菌酶作为防腐保鲜剂使用有一定的局限性，需要添加其他的成分来促进防腐效果。在实际应用时，常与甘氨酸联用

第52页,共103页，2024年2月25日，星期天3.微生物源生物保鲜剂乳酸链球菌素（Nisin）又叫乳链菌肽、乳球菌肽，是某些乳酸乳球菌在代谢过程中合成和分泌的具有很强杀菌作用的小分子肽

①Nisin的分子结构

Nisin是一种含有34个氨基酸的多肽，N端为异亮氨酸，C末端为赖氨酸，分子质量为3510Da

第53页,共103页，2024年2月25日，星期天☆单体中含有5种异常氨基酸：氨基丁酸（ABA）、脱氢丙氨酸（DHA）、β-甲基脱氢丙氨酸（DHB）、羊毛硫氨酸（ALA-S-ALA）、β-甲基羊毛硫氨酸（ALA-S-ABA），通过硫醚键形成5个环第54页,共103页，2024年2月25日，星期天Nisin活性分子常为二聚体或四聚体。二聚体分子量为7000，四聚体分子量为14000

已发现了6种类型的Nisin，分别是A、B、C、D、E和Z

天然状态下的Nisin主要有NisinA和NisinZ两种形式。它们之间的差别在于第27位的氨基酸不同，NisinA为组氨酸，NisinZ为天冬氨酸第55页,共103页，2024年2月25日，星期天②Nisin的溶解性与稳定性

Nisin的溶解度主要取决于溶液的pH值，在pH值较低的情况下，溶解性较好。在中性和碱性条件下几乎不溶解

Nisin的稳定性主要取决于温度、pH值、基质等因素

第56页,共103页，2024年2月25日，星期天③Nisin的抑菌机理

A.在一定的膜电位下，疏水性的、带正电荷的Nisin可吸附于敏感菌的细胞膜上，并通过其C末端的作用侵入膜内而形成通道

B.Nisin属于孔道形成蛋白，由于其分子特殊的三级结构，可允许分子质量小于0.5kDa的亲水分子通过，从而导致K+从胞浆中流出，细胞膜去极化及ATP泄漏，细胞外水分子流入，造成细胞内外能差消失，细胞自溶而死亡第57页,共103页，2024年2月25日，星期天Nisin主要杀灭或抑制G+菌及其芽孢，而对G-菌基本无影响对于某些G-菌，如将Nisin与冷冻、加热、调节pH和EDTA处理等结合起来，可以被杀死或被抑制

pH、Mg2+浓度、乳酸浓度、氮源种类等均可影响Nisin对细胞膜的吸附作用，从而影响Nisin的抑菌作用第58页,共103页，2024年2月25日，星期天④Nisin在食品中的应用乳制品：延长保存期，缩短杀菌时间肉类食品：代替部分硝酸盐和亚硝酸盐，抑制肉毒梭状芽孢杆菌产生肉毒素，还可以降低亚硝胺对人体的危害啤酒、果酒、烈性乙醇等酒精饮料：抑制G+菌第59页,共103页，2024年2月25日，星期天四、抗冻蛋白保鲜技术抗冻蛋白（antifreezeprotein，AFP）是一类能够抑制冰晶生长，能以非依数形式降低水溶液的冰点，但不影响其熔点的特殊蛋白质荧光抗冻蛋白装饰的冰晶体第60页,共103页，2024年2月25日，星期天1.抗冻蛋白的特性（1）热滞活性抗冻蛋白能特异地吸附于冰晶表面，阻止冰晶生长，非依数性降低溶液冰点，但不影响其熔点，导致熔点与冰点之间出现差异。冰点和熔点的差值称为热滞值，这一现象称为抗冻蛋白的热滞活性（THA）

第61页,共103页，2024年2月25日，星期天

影响热滞活性的因素抗冻蛋白的浓度：越高，热滞活性越大分子量：高分子量的糖肽比低分子量的糖肽热滞活性更强小分子量溶质：如柠檬酸盐、甘油和山梨醇能显著阻止冰核的形成，提高抗冻蛋白的热滞活性来源：鱼类的热滞值为0.7~1.5℃，植物为0.2~0.5℃，昆虫为5~10℃第62页,共103页，2024年2月25日，星期天（2）改变冰晶的生长方式在纯水中，冰晶通常沿着平行于基面的方向（a轴）伸展，而在晶格表面方向（c轴）伸展很少抗冻蛋白分子与冰晶表面相互作用导致水分子在晶格表面外层的排列顺序发生改变，冰核会变得沿着c轴以骨针形、纤维状生长，形成对称的双六面体金字塔形冰晶

第63页,共103页，2024年2月25日，星期天（3）抑制冰晶的重结晶重结晶是指环境温度在冰点以下较高温度波动时，冰晶的大小将发生变化，通常大冰晶越来越大，小冰晶越来越小抗冻蛋白可以阻止冰晶的重结晶，所形成的晶粒体积小而且比较均匀，防止组织因冰晶增大而产生机械性损伤第64页,共103页，2024年2月25日，星期天2.抗冻蛋白的类型及其结构（1）鱼类中的抗冻蛋白及其结构

①抗冻糖蛋白（AFGP）

主要由3肽糖单位[-Ala-Ala-Thr（双糖基）-]以不同重复度串联而成分子质量一般在2.6~34kDa之间糖基是抗冻活性形成的主要基团，且活性与分子质量有关，分子质量大，一般活性也高第65页,共103页，2024年2月25日，星期天②Ⅰ型抗冻蛋白（AFP-Ⅰ）由11个氨基酸串联而成的α-螺旋单体结构，富含丙氨酸（占总氨基酸的60%以上），且部分螺旋具有双嗜性冬鲽产生的AFP-Ⅰ包括两种亚型，即肝脏型和皮肤型，皮肤型的活性是肝脏型的1/2第66页,共103页，2024年2月25日，星期天③Ⅱ型抗冻蛋白（AFP-Ⅱ）

与C型凝集素同源，有2个α-螺旋、2个β-折叠和大量无规则结构日本胡瓜鱼中的AFP-Ⅱ的N端的氨基酸序列与鲱鱼有75%的同源性且核苷酸顺序85%相同，分子质量为16.7kDa，结构上含有至少一个Ca2+结合结构域，但去除Ca2+并未使它的活性完全丧失胡瓜鱼第67页,共103页，2024年2月25日，星期天④Ⅲ型抗冻蛋白（AFP-Ⅲ）主要存在于绵鳚亚科鱼类中，是一种7kDa的球状蛋白二级结构主要由9个β-折叠组成三级结构由3个β-折叠反向排列成川字形，两个川字形结构互相垂直排列成三级结构的主体部分，其余β-折叠则处于连接位置上第68页,共103页，2024年2月25日，星期天⑤Ⅳ型抗冻蛋白（AFP-Ⅳ）存在于多棘床杜父鱼

108个氨基酸残基，其中Glu的含量高达17%

和膜载脂蛋白具有22%的同源性有较高的α-螺旋结构，其中4个α-螺旋反向平行排列，疏水基团向内，亲水基团向外杜父鱼第69页,共103页，2024年2月25日，星期天⑥Hyperactive-AFP

从冬鲽中分离出分子量大于来源于同一生物中的AFP-Ⅰ，活性远远高于后者第70页,共103页，2024年2月25日，星期天（2）昆虫中的抗冻蛋白昆虫抗冻蛋白结构与鱼类的不同，在沿着抗冻蛋白折叠的一侧有两行苏氨酸残基，能够与冰晶表面的棱柱和基面很好的匹配结合

含有比鱼类更多的亲水性氨基酸

第71页,共103页，2024年2月25日，星期天①甲虫抗冻蛋白甲虫抗冻蛋白为8.4kDa的右手β-螺旋，即螺旋本身是β-片层结构，每一圈由12个氨基酸组成，共7个螺周富含Thr和Cys，8个二硫键分布在螺旋内侧热滞活性比鱼的高得多，二聚体的活性更高甲虫第72页,共103页，2024年2月25日，星期天②云杉蚜虫抗冻蛋白分子质量为9.0kDa左右，呈左手β-螺旋，每螺圈呈三角形，包括15个氨基酸残基，Thr-X-Thr模体重复出现在每一螺圈当中，三角形的边是β-折叠片层热滞活性，为鱼的热滞活性的3~4倍云杉蚜虫抗冻蛋白的同型中有一种分子质量为12kDa的蛋白质的热滞活性比鱼的高出10~100倍第73页,共103页，2024年2月25日，星期天③毛虫抗冻蛋白

DAFP-1和DAFP-2两类研究得较清楚分子质量约为8.7kDa，分别含83和84个氨基酸残基组成7个含12个或13个氨基酸残基的重复单元。每1个重复单元中第1个与第7个半胱氨酸都形成二硫键，共8对二硫键第74页,共103页，2024年2月25日，星期天（3）细菌中的抗冻蛋白有6种来源于南极洲的细菌可以产生抗冻蛋白，其中热滞活性最高的一种抗冻蛋白是由82号菌株（Mdraxellasp.）产生的一类脂蛋白，N端氨基酸顺序与该菌的外膜蛋白有很高的相似性

第75页,共103页，2024年2月25日，星期天（4）植物中的抗冻蛋白①冬黑麦中的抗冻蛋白包括7种类型，分子质量在11~36kDa，且具有相似的氨基酸组成，均富含Asp/Asn、Glu/Gln、Ser、Thr、Gly及Ala，均缺少His，Cys含量达5%以上

第76页,共103页，2024年2月25日，星期天②千年不烂心的冬季枝条中的抗冻糖蛋白分子质量为67kDa

富含甘氨酸残基（含量达23.7%）半乳糖是其抗冻活性的关键组成部分第77页,共103页，2024年2月25日，星期天③沙冬青叶片中的抗冻蛋白抗冻糖蛋白：分子质量为40kDa，热滞活性为0.9℃（20mg/mL），与植物凝集素具有同源性

3种抗冻蛋白：分子质量67kDa，热滞活性0.46℃（8mg/mL）；分子质量21kDa，热滞活性0.46℃（8mg/mL)；分子质量39.8kDa，热滞活性0.45℃（10mg/mL）第78页,共103页，2024年2月25日，星期天④胡萝卜中的抗冻蛋白分子质量为36kDa，热滞活性为0.35℃（1mg/mL)

热滞活性比鱼类Ⅲ型抗冻蛋白的热滞活性高去掉糖基不影响其抑制重结晶的活性第79页,共103页，2024年2月25日，星期天⑤桃树树皮中的抗冻蛋白是一种脱水素蛋白PCA60

由472个氨基酸组成，富含赖氨酸、甘氨酸，分子质量为50kDa

热滞活性为0.06℃，具有较强的修饰冰晶的能力第80页,共103页，2024年2月25日，星期天⑥黑麦草中的抗冻蛋白由118个氨基酸组成，分子质量为11.77kDa，100℃时仍稳定存在热滞效应较低，但对冰晶重结晶抑制效应是鱼类Ⅲ型抗冻蛋白的200倍黑麦草第81页,共103页，2024年2月25日，星期天⑦珠芽蓼叶片中的抗冻蛋白热滞活性为0.3℃（7.8mg/mL）分子质量在15.2~72.3kDa范围内的7条多肽，且均为糖蛋白其中分子质量为72.3kDa的糖蛋白是迄今为止在动植物中得到的分子量最大的抗冻蛋白珠芽蓼第82页,共103页，2024年2月25日，星期天⑧沙冬青中的抗冻蛋白分子质量约为28kDa

热滞活性为0.15℃（10mg/mL），能够调节冰晶的生长沙冬青第83页,共103页，2024年2月25日，星期天

植物抗冻蛋白的特点：结构多样化：没有相似的氨基酸序列和共同的冰晶结合单元具有多重功能：具有抗冻活性，又有酶、抗菌、抗虫和抗旱等活性第84页,共103页，2024年2月25日，星期天

热滞活性一般都大大低于鱼类和昆虫抗冻蛋白的热滞活性，但有些植物抗冻蛋白的冰晶重结晶抑制效应明显优于鱼类和昆虫抗冻蛋白除低温以外，其他因子如干旱、外源乙烯、脱落酸等也可诱导植物抗冻蛋白的产生第85页,共103页，2024年2月25日，星期天3.抗冻蛋白的抗冻机制

（1）“偶极子-偶极子”假说模型

抗冻蛋白与冰表面相互作用导致冰晶外层上的水分子排列顺序发生局部改变由于水分子和无序冰晶格结合的熵值低于和有序冰晶格结合，冰晶在c轴方向上不受有序晶格外层的影响而进一步增长，导致螺距平行于c轴的双六面体金字塔冰晶的形成第86页,共103页，2024年2月25日，星期天

随着抗冻蛋白浓度的增大，在每个冰晶面螺旋-螺旋偶极子之间的相互作用逐渐变大，导致螺旋轴逐渐与冰晶的c轴平行，改变了冰晶的生长习惯，增大了双六面体冰晶的螺距当抗冻蛋白浓度足够高时，所有的螺旋都平行于c轴，冰晶的螺距变得无限大，双金字塔变成针状形，冰晶的生长方向变为平行于c轴方向，导致溶液冰点降低第87页,共103页，2024年2月25日，星期天（2）氢原子结合模型

抗冻蛋白分子一侧相对疏水，另一侧相对亲水，二维阵列显示亲水一侧与冰相结合，而疏水一侧与水相作用

N末端帽子结构是由8个氢原子（Asp1、Thr2、Ser4、Asp5和两个水分子的氢）组成的有序网

抗冻蛋白-冰结合面相对扁平和链的刚性是抗冻蛋白-冰结合机制的关键第88页,共103页，2024年2月25日，星期天（3）刚体能量学说“抗冻蛋白-冰”和“抗冻蛋白-水”界面之间的表面能存在差异

当抗冻蛋白分子存在时，由于冰-水表面积缩减，抗冻蛋白就会强烈吸附冰晶第89页,共103页，2024年2月25日，星期天4.抗冻蛋白的应用

（1）食品加工的原料在食品加工的原料中导入抗冻蛋白基因，降低了细胞内水分的冰点（2）在食品运输和贮藏中的应用抗冻蛋白和抗冻糖蛋白均可抑制冷冻贮藏过程中冰晶的重结晶

第90页,共103页，2024年2月25日，星期天（3）在肉类食品冷藏中的应用

Payne等发现，用抗冻蛋白溶液处理过的肉类冻藏后，冰晶的大小会明显减小

Steven研究表明，屠宰前1h或24h注射抗冻蛋白的羊肉，在-20℃下贮藏2~16周，汁液流失和冰晶大小均受到抑制，且屠宰前24h进行注射的羊肉中的冰晶更小

第91页,共103页，2024年2月25日，星期天（4）在冷冻乳制品中的应用将抗冻蛋白添加到冷冻乳制品中（如冰淇淋）抑制其冰晶重结晶现象以提高冷冻乳制品质量是目前抗冻蛋白在食品中应用最成功的方面

抗冻蛋白的应用方法：①常压浸泡食品材料②真空灌注抗冻蛋白第92页,共103页，2024年2月25日，星期天五、冰核细菌保鲜技术冰核细菌是一类广泛附生于植物表面尤其是叶表面，能够在-5~-2℃范围内诱发植物结冰