植物冰结构蛋白及其在食品中的应用研究进展

作者:admin 来源:未知 点击数: 发布时间:2019年07月28日

  动物冰布局卵白及其在食物中的使用研究进展_农林牧渔_专业材料。农产物加工(学刊) 第 10 期 (总第 368 期) 2014 年 10 月 农产物加工 (学刊) Academic Periodical of Farm Products Processing

  农产物加工(学刊) 第 10 期 (总第 368 期) 2014 年 10 月 农产物加工 (学刊) Academic Periodical of Farm Products Processing 文章编号:1671-9646 (2014) 10b-0072-03 2014 年第 10 期 No.10 Oct. 动物冰布局卵白及其在食物中的使用研究进展 董正婷,* 曲 敏 (哈尔滨贸易大学 食物科学与工程省级重点尝试室,黑龙江 哈尔滨 150076) 摘要:冰布局卵白是无机体为抵御外界寒冷而发生的一类卵白类化合物。动物冰布局卵白具有热滞活性低、润色冰 晶形态、抑止冰晶发展及重结晶性强的特点。综述动物冰布局卵白基因的心理感化、特征、布局模子、感化机理及 其在食物方面的使用。 环节词:动物冰布局卵白;热滞活性;冰晶抑止;抗冻机制 中图分类号:TS201.2 文献标记码:A doi:10.3969/jissn.1671-9646(X).2014.10.052 The Research Progress of Plant Ice Structuring Protein and Its Application in Food DONG Zheng-ting,*QU Min (Key Laboratory of Food Science and Engineering,Harbin University of Commerce,Harbin,Heilongjiang 150076,China) Abstract:Ice structuring proteins are a type of proteins,which produced to resist the cold. Plant ice structural protein has the characteristics of low thermal hysteresis activity, modification of ice crystal morphology, inhibiting ice crystal growth and recrystallization. In this review, the discovery, physiological-biochemical characteristics, structural model, mechanism of interactions with ice crystals and the application of plant ice structuring protein in food industry are also summarized. Key words:plant ice structuring protein;thermal hysteresis;crystallization inhibition;antifreezing mechanism 冰布局卵白 (Ice structuring protein,ISP),又称 为抗冻卵白、不冻卵白 (Antifreeze protein,AFP), 或热滞卵白 (Thermal hysteresis protein,THP) [1],近 年来国表里趋势统称为冰布局卵白,是一类生物体 为抵御外界寒冷情况刺激而发生的多肽,是一种应 激性反映。冰布局卵白具有必然的热滞活性,可以或许 节制冰晶发展的标的目的和体积、润色冰晶形态,并抑 制冰晶重结晶的发生[2]。在严寒情况中,无机体凡是 会遭遇冰冻的要挟,其体内发生的冰晶会在细胞内 外发生较大冰晶而毁伤细胞,直至导致细胞分裂和 灭亡。冰布局卵白是无机体经低温诱导后发生的抗 逆卵白,是在进化过程中抵御冻害的主要保存策略 之一。自 20 世纪 60 年代,ISPs 先后在南极的冷水 鱼类、虫豸、细菌、线]中被顺次发觉,其 中动物 ISPs 的发觉最晚,直到 20 世纪 90 年代初期 才起头研究动物中的 ISPs[4]。 1 动物冰布局卵白基因的心理感化 ISPs 最早是在 20 世纪 60 年代由美国加利福尼 亚大学的 DeVries 从极地鱼血淋巴平分离的一种蛋 白,具有抗冻活性。直到 1992 年,加拿大的 Griffith 等人[4]第 1 次从经低温诱导的冬黑麦 (Secale cereale) 叶片中获得冰布局卵白,此中 7 个多肽组分具较着 的抗冻活性。1994 年,费云标等人[5]初次从我国强抗 冻动物沙冬青 (Ammopiptunthus mongolicus) 叶片中 分手出 2 种热不变的 ISPs 组分,随后研究者又在沙 冬青叶片中发觉多种 ISPs,此中一种抗冻糖卵白的 N - 端的 20 个氨基酸序列与动物凝固素有同源性[6]。 我国科学研究人员证明了唐古特红景天的叶片中有 ISPs 的具有[7],进一步证明了 ISPs 在抗冻动物中具有 的遍及性及联系关系性。我国天山寒区的冰缘动物珠芽 寥 叶 片 中 发 现 了 ISPs, 相 对 分 子 量 为 15.2 ×103 ̄ 72.3×103,均为抗冻糖卵白[8]。随后,又在 30 多种 动物中发觉 ISPs,包罗被子动物、裸子动物、蕨类 动物和苔藓动物[9]等。 在很多多年生越冬动物的种子、茎、叶片、花、 果实和根中均含有冰布局卵白。动物冰布局卵白的 热滞活性比力低,可是却具有很强的抑止冰重结晶 的感化。冰布局卵白的堆集发生在耐寒动物的低温 驯化过程中。因为冰布局卵白次要被释放到原生质 收稿日期:2014-09-16 作者简介:董正婷 (1989— ),女,硕士,研究标的目的为新型动物卵白及食物添加剂。 * 通信作者:曲 敏 (1966— ),女,博士,传授,研究标的目的为苜蓿质量改良及无效成分的提取。 2014 年第 10 期 董正婷,等:动物冰布局卵白及其在食物中的使用研究进展 · 73 · 体,并在原生质体中堆集,所以冰布局卵白是原生 质体卵白。在很多动物中都发觉了冰布局卵白,如 冬麦草、胡萝卜和女贞叶,它们的布局雷同于抗病 卵白。 2 动物冰布局卵白的特征 2.1 热滞活性 冰布局卵白能有以非依数形式降低水溶液的冰 点而对其熔点影响很小,从而使冰点低于熔点,其 熔点与冰点的差别称为热滞活性 (Thermal hytersis activity,THA),热滞活性越大、抗冻活性越强[3]。冰 布局卵白能够影响结冰过程,而不影响熔化过程, 即冰点低于熔点[10]。其抗冻特征分歧于简单的盐类, 影响热滞活性的要素次要有 ISPs 浓度、一些小分子 量溶质和肽链长度。ISPs 浓度越大,热滞活性越强; 小分子量的溶质更能阻遏冰核构成,可显著提高热 滞活性;高分子肽的热滞活性要强于低分子肽。 2.2 润色冰晶形态 ISPs 对冰晶发展的抑止及冰晶形态的润色次要 通过节制冰晶的发展方历来实现。在纯水中,冰大 多以平行于晶格基面 (a 轴) 的标的目的发展,冰晶晶格 呈扁圆状。而在插手 ISPs 的溶液中,冰的这种发展 习惯发生了变化,冰核逐步沿 c 轴标的目的以针形、纤 维状发展,最终构成了对称的双六面体金字塔形冰 晶,而不再是能对细胞和组织发生较大危险的树枝 状冰晶,构成的晶粒体积小、数量多、分布平均。 2.3 抑止冰晶重结晶的构成 重结晶是指冰晶在已构成的晶体颗粒之间进行 发展重分派。小的冰晶彼此连系,而大的冰晶继续 长大,最终冰晶颗粒增大,连为一体。当温度波动 时,重结晶会形成生物的致命危险。在范德华力、 疏水彼此感化和氢键的感化下[2],冰布局卵白吸附到 液体中的冰核概况,抑止冰核发展并降低冰点[11],保 护无机体免受结冰惹起的危险。一般 ISPs 抑止冰晶 重结晶的感化在低浓度下就能够阐扬感化。 3 动物冰布局卵白的布局模子 关于冰布局卵白的布局模子研究大多集中于鱼 类。Kuiper 等人[12]发觉多年生黑麦草 (Lolium perenne) 其冰晶抑止活性高,而热滞活性低,此外其一级结 构中含有反复性序列。该 ISPs 分子量为 40 000,由 118 个氨基酸残基构成的,而且每 14 ̄15 个氨基酸成 一个环,8 个环构成一个 β- 筒状布局,这个 β- 筒 状布局一端是保守的缬氨酸疏水核,而另一端是由 内部天冬酰氨酸构成的梯状布局[12]。已知缬氨酸是疏 水性氨基酸,而天冬酰氨酸是亲水性氨基酸;β- 筒 状布局的亲水端与冰晶概况吻合互补,疏水端则有 效地防止了水与冰的连系,阻遏了冰继续发展。这 个模子很好地注释了动物 ISPs 热滞活性低、冰重结 晶抑止活性高的现象。 4 动物 ISPs 的抗冻机制 对于 ISPs 的抗冻机制研究,有连系水学说、表 面连系学说、空间樊篱及吸附抑止学说等。吸附抑 制学说由 Raymond 和 DeVries 提出,ISPs 吸附在冰 晶概况,通过 Kelvin 效应抑止其发展[13]。但在动物体 内,热滞效应并不较着,而冰重结晶抑止效应显著, 所以吸附抑止学说能否顺应于动物冰布局卵白仍有 待证明。 在动物中发觉的 ISPs 布局各别,而且几乎不存 在类似性序列,也没有配合的演化纪律[14],因此分歧 的 ISPs 的抗冻机理也不尽不异。迄今,相关动物 ISPs 抗冻机理的研究鲜见报道。动物 ISPs 较其他来 源的 ISPs 具有热滞值较低 (0.2 ̄0.6 ℃)、润色冰晶 形态及抑止冰晶重结晶力强的特点。且热滞效应与 重结晶抑止效应之间不具有任何联系。可见,分歧 类型的 ISPs 与冰之间具有着分歧的感化体例。 虽然良多动物 ISPs 在 DNA 和氨基酸程度上完全 分歧,几乎没有同源性,但却具有类似的高级布局, 冰晶连系位点也有必然的类似性,能够通过“概况 互补”模子较好地注释它们与冰晶之间的彼此作 用[15]。该模子也具有良多问题,但对于范德华力和疏 水感化起次要感化、氢键起辅助感化这一点似乎都 认同。 5 动物 ISPs 在食物中的使用 冰布局卵白在动物、海洋鱼类、虫豸和微生物 中均有分布,而动物冰布局卵白最容易为食物出产 企业和一般消费者所接管,其来历也比力普遍易得。 操纵 ISPs 抑止冰晶重结晶效应,在食物的冰冻、储 运息争冻等过程中抑止重结晶化,削减滴液、防止 养分成分的丧失,庇护食物的柔嫩质地。这些使用 正显示出动物 ISPs 的劣势。 对 ISPs 在食物使用中的平安性及可行性进行的 评估表白 ISPs 平安无毒,其功能特征与任何毒性蛋 白也没相关联[16]。现已作为食物添加剂正在越来越广 泛地使用于冷冻食物。作为一类新型食物添加剂, ISPs 及其在食物行业中的使用遭到研究者的普遍关 注,但相关 ISPs 的来历、制备及其在冷冻食物中应 用等方面的相关研究较少。因为冰布局卵白价钱昂 贵,因而开辟食物源的、价钱低廉、平安的冰布局 卵白日益成为研究的热点与标的目的。李玲玲等人[17]研究 了冬小麦 ISPs 对湿面筋卵白冻藏不变性的影响,通 过察看湿面筋中可冻结水含量、流变学特征及超微 布局发生变化,获得冬小麦 ISPs 通过抑止冰晶的形 成和重结晶,减小冻藏过程中湿面筋卵白的收集遭 · 74 · 农产物加工(学刊) 2014 年第 10 期 受粉碎。 6 结语 虽然曾经认识到冰布局卵白潜在的使用价值, 可是若何能更好地实现其财产化,更好地使用其价 值,仍是急需研究处理的问题。与之联系关系的是 ISPs 的贸易操纵和研究就集中到动物来历及其分手上, 以及若何拓展其来历获得食物源的、价钱低廉的植 物 ISPs。相信跟着研究的不竭深切,动物冰布局蛋 白必将普遍、便利地使用于食物行业中。 参考文献: [1] Graether S P,Kuiper M J,Gagn S M,et al. 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[8] 农业部赴德国农产质量量平安监管系统培训团.德国农产 质量量平安监管体 系 概 览 [ J] . 农 产 品 质 量 与 安 全 , 2013 (3):70-76. ◇

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