Hvad er kendetegnene for virkningen af antifryseproteiner af vegetabilsk oprindelse og deres anvendelse i fødevarer?

Planteafledte antifryseproteiner
Planteafledte antifryseproteiner (AFP'er) er funktionelle proteiner, der produceres af planter for at beskytte deres celler mod frysning, når det ydre miljø ændrer sig. AFP'er er fordelt forskelligt i forskellige planter, og de har alle en vis antifryseaktivitet, som er en generel betegnelse for en gruppe proteiner, der har evnen til at forbedre plantecellers antifryseaktivitet.
AFP'er har tre egenskaber, nemlig termisk hystereseaktivitet (THA), ændring af iskrystallers vækstmorfologi og hæmning af iskrystallers omkrystallisering. Planteafledte AFP'er har lavere termisk hystereseaktivitet end fiske- og insektafledte AFP'er, men stærkere evne til at hæmme omkrystallisering af iskrystaller. Derfor antages det, at den vigtigste vej for planteafledte AFP'er til at regulere frysebestandighed er at hæmme væksten af ekstracellulære iskrystaller og hæmme isrekrystallisering.
Ved at hæmme omkrystalliseringen af iskrystaller i opløsning kan planteafledte AFP'er reducere den mekaniske skade forårsaget af udsving i omgivelsestemperaturen under nul og hæmme kvalitetsforringelsen af fødevarer på grund af gentagen frysning og optøning under køleprocessen, hvilket gør dem mere velegnede til tilsætning til nedkølede fødevarer end andre kilder til AFP'er.
Karakterisering af antifryseproteiner
2.1 Termisk hystereseaktivitet (THA) Frysepunktet for en generel opløsning (f.eks. NaCl, saccharoseopløsning osv.) er den temperatur, hvor damptrykkene i de faste og flydende faser er i ligevægt, og derfor skal frysepunktet være lig med smeltepunktet. Da AFP'er kun påvirker isningsprocessen og næppe påvirker smelteprocessen, hvilket gør frysepunktet lavere end smeltepunktet, kaldes forskellen mellem dets frysepunkt og smeltepunkt den termiske hystereseforskel, og denne aktivitet af AFP'er kaldes THA.
2.2 Ændring af iskrystalvækstmorfologisk effekt ved lave temperaturer, iskrystaller på grund af AFP'ernes indflydelse, hvilket får væksten af iskrystalmorfologi til at ændre sig fra den normale iskrystal af flad rund type vækst til sekskantet prismatisk kegle. Med koncentrationen af AFP'er og forlængelsen af tiden har iskrystallernes morfologi en tendens til at være nålelignende.
2.3 Hæmmer omkrystallisering af iskrystaller i opløsningen ved frysetemperatur, de små iskrystaller i opløsningen forsvandt gradvist og samlede sig til store iskrystaller, hvilket forårsagede skade på produktets organisationsstruktur. Opløsningen med AFP'er kan hæmme omkrystalliseringen af iskrystaller og gøre de små iskrystaller jævnt fordelt.
Anvendelse af planteafledte AFP'er på fødevareområdet
Frysning er et af de vigtigste trin i kølekædetransporten af fødevarer, og køling er en almindeligt anvendt opbevaringsmetode inden for fødevareområdet. Det er meget sandsynligt, at der vil forekomme temperatursvingninger i kølekædetransporten af fødevarer, hvilket resulterer i fødevarernes fryse-tø-cyklus. Derfor er det uundgåeligt, at der opstår et fænomen med omkrystallisering af iskrystaller, som igen forårsager skade på cellevævet, hvilket fører til ændringer i fødevarernes fysisk-kemiske egenskaber og vævsmorfologi.
Samtidig vil omkrystalliseringsfænomenet af vand også føre til ændringer i cellernes indre komponenter, proteindenaturering, stivelsesregenerering og andre fænomener. Planteafledte AFP'er som tilsætningsstoffer til frosne fødevarer kan effektivt forbedre kvaliteten af frosne fødevarer.
3.1 Anvendelse i is Dannelsen og omkrystalliseringen af iskrystaller i frosne, søde mejeriprodukter spiller en afgørende rolle for produkternes kvalitet. Dannelsesprocessen af iskrystaller bestemmer væksten af iskrystaller under hærdning og opbevaring af frosne mejeriprodukter og påvirker de sensoriske kvaliteter såsom isens cremede tilstand, ruhed og hydrering, hårdhed og den iskolde mundfølelse osv. og omkrystallisering bestemmer stabiliteten af isens tekstur og struktur efter hele fryseprocessen.
Tilsætning af AFP'er kan mekanisk kontrollere størrelsen af iskrystalkerner, hæmme væksten af iskrystaller i saccharoseopløsning og forbedre stabiliteten under statiske opbevaringsforhold.
Lillford et al. ekstraherede AFP'er fra vinterhvedegræs og tilsatte dem til is og observerede gennem eksperimentelle undersøgelser, at den gennemsnitlige størrelse af iskrystaller kunne bringes til at falde, når koncentrationen af AFP'er nåede 0,05% ~ 0,1%.
Regand et al. tilsatte vinterhvedegræs-AFP'er til is og observerede, at vinterhvedegræs-AFP'er viste betydelige antifryseegenskaber, når 0,003% råprotein blev tilsat ved hjælp af lysfeltmikroskopi.
Sensorisk evaluering af is efter en måneds opbevaring ved lav temperatur (-18 °C) viste, at isen fra blankgruppen ved -18 °C og svingende forhold (-20 °C~-10 °C) var meget ru, og iskrystallerne i isen var i form af flager, mens isen med tilsætning af vintergræs-AFP'er havde en glat tekstur, og iskrystallerne var fine og homogene, hvilket bekræftede, at isen med tilsætning af vintergræs-AFP'er var i stand til at ændre iskrystallernes vækstmorfologi og hæmmede omkrystallisering.
Desuden blev aktiviteten af vintergræs-AFP'er verificeret ved varmebehandling, og aktiviteten af vintergræs-AFP'er blev ikke påvirket af pasteurisering, og aktivitetseffekten af vintergræs-AFP'er nåede ligevægt ved et tilsætningsniveau på 0,13%.
Zhang et al. ekstraherede AFP'er fra kold tam havre og modificerede is med 0,1% AFP'er, som øgede glasovergangstemperaturen fra -29,14 ℃ til -27,74 ℃, forbedrede isens smeltemodstand og effektivt hæmmede dens omkrystallisering. Tilsætningen af planteafledte AFP'er afbødede skaderne på is forårsaget af frysning og temperatursvingninger, hvilket resulterede i et frossent fødevareprodukt med høj kvalitet og smag.
3.2 Anvendelse i frossen dej Stivelse er et uundværligt forarbejdningsråmateriale i mange former for fødevareforarbejdning, og anvendelsen af planteafledte AFP'er i frossen dej er relativt stor.
Planteafledte AFP'er kan regulere mængden af krystallinsk vand, der udfældes fra dejen, så vandet og gluten i dejen kan bevares i tilstanden før frysning, og dermed vil dejens gelstabilitet, porestørrelsen og ensartetheden af den fermenterede dej og dejens tekstur og aroma efter modning ikke blive forringet.
Jia Chunli et al. tilføjede Ligustrum officinale AFP'er til hvedestivelse for at undersøge stivelsesgelens stabilitet efter frysning og optøning og fandt, at med stigningen i koncentrationen af Ligustrum officinale AFP'er blev udfældningshastigheden for frysning og optøning af stivelse og det frysbare vandindhold reduceret betydeligt, og ændringen af gelens ultrastruktur gjorde, at stigningen i stivelsesporestørrelsen blev hæmmet, og stivelsens homogenitet blev forbedret, og stigningen i gelens hårdhed og faldet i gelens elasticitet blev forsinket, hvilket forbedrede gelens tekstur efter frysning og optøning.
Kontogiorgos et al. isolerede en slags varmestabile AFP'er fra vinterhvedegræs og tilsatte dem til dejen og fandt, at glutenstrukturen i blank dej blev ændret, når den blev opbevaret under temperaturudsving (-20 °C til -10 °C) i 30 dage, mens omkrystallisering af iskrystaller blev reduceret i dejen med tilsætning af 0,1% vinterhvedegræs-AFP'er, og dejens glutennetstruktur var mindre og ensartet i form.
Derudover tilsatte Liu Mei et al. gulerods-AFP'er til dejen og fandt, at tilsætningen af gulerods-AFP'er reducerede stigningen i vandindholdet i dejen under fryse-tø-cyklussen, dæmpede skaden på opbevaringsegenskaberne og ultrastrukturen i den frosne dej forårsaget af fryse-tø-cyklussen og dermed forbedrede dejens karakteristiske volumen og teksturelle egenskaber efter modning.
Xia Lu et al. brugte AFP'er udvundet af vinterhvedeklid som tilsætningsstof til at tilberede hurtigfrosne suppedumplings ved 1%, 2%, 2,5% og 3% tilsætninger i forhold til glutinøst rismel, og de eksperimentelle resultater viste, at 2,5% AFP-tilsætninger forbedrede kvaliteten af dumplings betydeligt, og de kogte dumplings havde et glat udseende, god elasticitet og klar og gennemsigtig bouillon.
3.3 Anvendelse i friske frugter Frosne frugter har et højt vandindhold og er tilbøjelige til safttab og blød deformation under frysning og nedkøling. Alginat og vinterhvede AFP'er blandet i friske jordbær, derefter frosset med flydende nitrogen, efter optøning for at bestemme dens celleaktivitet og safttabshastighed, viser resultaterne, at AFP'er forbedrer jordbærs frysemodstand betydeligt og kan bevare sin oprindelige form og tekstur af selve frugten for at opretholde frugtens sensoriske og smag.
Rui et al. brugte vakuumimprægneringsmetoden til at reagere bønneblade med AFP'er i en lukket opbevaringstank, og efter en kort tid med vakuumtryk og atmosfærisk trykgenvindingsproces var AFP'erne i direkte kontakt med porerne i bønneblade for at undgå skader på bladvævet og for at reducere tabet af bladsaft.
Mikrostrukturanalysen viste, at iskrystallerne i bønneblade var små. Frostbeskyttelse af friske frugter og grøntsager fokuserer på, om cellemorfologien er intakt efter frysning, og om cellelevedygtigheden af forfrossen væv eksisterer, og anvendeligheden af forskellige AFP'er inden for frostbeskyttelse af frugt og grøntsager til cellulære fødevarer af frugt og grøntsager har også brug for yderligere forskning.
Konklusion og fremtidsudsigter
Produktionen af AFP'er i planter er en kompleks proces, og eksistensen af planteafledte AFP'er er tæt forbundet med planternes vækstresistens. Ændringer i det ydre miljø vil direkte påvirke koncentrationen af planteafledte AFP'er, og faktorer som kemisk induktion vil også stimulere produktionen af AFP'er i planter, blandt hvilke fødevareområdet for det meste anvender kloning eller transgen rute for at opnå planteafledte AFP'er.
Planteafledte AFP'er kan hæmme omkrystallisering under frysning og kryokonservering og reducere den ernæringsmæssige og kvalitetsmæssige forringelse forårsaget af strømmen af juice under optøning. Derudover er planteafledte AFP'er ikke-toksiske, og deres tilsætning til en række fødevareprodukter vil ikke have negative virkninger, og deres funktionelle egenskaber er ikke forbundet med nogen giftige proteiner, så undersøgelsen af planteafledte AFP'er i den fremtidige anvendelse af fødevareområdet er meget lovende.
I øjeblikket har forskning i AFP's mekanisme afsløret en ny retning for frostvæsketeknologi i fødevarer og har også givet et teoretisk grundlag for produktionspraksis. Planteafledte AFP'er er dog stadig begrænsede i deres anvendelse i stor skala, hovedsageligt på grund af den lille mængde AFP'er, der udvindes fra planter, hvilket forhindrer produktion i stor skala, og de høje omkostninger og den dårlige reproducerbarhed af syntetiske AFP'er.
Derfor er det vigtigt at bruge egenskaberne ved planteafledte AFP'er, såsom relativ molekylmasse, isoelektrisk punkt, termohysteretisk aktivitet og dets antifrysningsmekanisme, til at udvikle effektive separations- og oprensningsmetoder til anvendelse i stor skala og til at finde de optimale betingelser for anvendelse af planteafledte AFP'er i forskellige typer fødevarer, som kan yde beskyttelse til produktion, transport og opbevaring af fødevarer i den kolde kæde. I mellemtiden vil anvendelse af genteknologi til at overføre antifrysegener fra planter til modtagerceller for at opnå et stort antal molekyler med antifryseaktivitet også være en ny retning for os i anvendelsen af planteafledte AFP'er i fødevarer.