Die Technologie der Tiefk\u00fchlkette ist eine der g\u00e4ngigsten und effektivsten Methoden zur langfristigen Lagerung von Lebensmitteln. Das Wachstum von Eiskristallen und die Rekristallisation, die durch das Einfrieren, die Lagerung, den Transport und das Einfrieren\/Auftauen von Lebensmitteln in der Tieftemperatur-K\u00fchlkette verursacht werden, sind die wichtigsten Einschr\u00e4nkungen f\u00fcr die Produktqualit\u00e4t. Wiederholte Temperaturschwankungen f\u00fchren zum Wachstum von Eiskristallen, zum Einfrieren und Auftauen und zur Rekristallisation, wodurch die Zell- und Gewebestrukturen gesch\u00e4digt werden und die Produkte ihre urspr\u00fcngliche Qualit\u00e4t verlieren, was zu Qualit\u00e4tseinbu\u00dfen und enormen wirtschaftlichen Verlusten f\u00fchrt, die den Menschen zunehmend Sorgen bereiten.<\/p>\n
Wissenschaftler in verwandten Bereichen stehen weltweit vor einer gro\u00dfen Herausforderung: Wie kann man das Wachstum und die Rekristallisation von Eiskristallen kontrollieren und wie kann man das Wachstum von Eiskristallen in der K\u00fchlkette bei niedrigen Temperaturen verhindern, was der Schl\u00fcssel zur Sicherung der Qualit\u00e4t vieler Lebensmittel ist.<\/p>\n
Einf\u00fchrung von Antifreeze-Proteinen<\/strong><\/p>\n Nach einer langen Selektionsphase in der nat\u00fcrlichen Umwelt produzieren Organismen in Gebieten mit hohen Temperaturen und gro\u00dfen H\u00f6hen eine Art aktives Protein, das Frostschutzprotein (AFP), um der K\u00e4lte zu widerstehen.<\/p>\n Die wichtigste Eigenschaft von Frostschutzproteinen ist, dass sie an der Oberfl\u00e4che von Eiskristallen adsorbiert werden k\u00f6nnen und so das Wachstum von Eiskristallen einschr\u00e4nken, die Rekristallisation von Eiskristallen verhindern und die Morphologie von Eiskristallen ver\u00e4ndern.<\/p>\n Mit der Entdeckung verschiedener Frostschutzproteine und der Vertiefung der Forschung sind die beiden Hauptprobleme, die die Erforschung und Anwendung nat\u00fcrlicher Frostschutzproteine im Lebensmittelbereich einschr\u00e4nken, immer st\u00e4rker in den Vordergrund getreten:<\/strong> Quellen f\u00fcr Frostschutzpeptide<\/strong><\/p>\n Frostschutzproteine werden haupts\u00e4chlich aus Fischen, Insekten, Bakterien, Pflanzen und anderen Organismen gewonnen, die unter extremen Bedingungen wie hohen Temperaturen und gro\u00dfen H\u00f6hen gez\u00fcchtet werden.<\/p>\n Frostschutzproteine lassen sich nach ihren Quellen in vier Gruppen einteilen: aus Fischen gewonnene Frostschutzproteine, aus Insekten gewonnene Frostschutzproteine, aus Bakterien gewonnene Frostschutzproteine und aus Pflanzen gewonnene Frostschutzproteine; nach ihren Aktivit\u00e4ten lassen sie sich in folgende Kategorien einteilen: AFP I bis IV, hyperaktives AFP und Frostschutz-Glykoproteine.<\/p>\n Nat\u00fcrliche Frostschutzproteine haben einen sehr geringen Gehalt in Organismen, hohe Reinigungskosten und einen gro\u00dfen Aktivit\u00e4tsverlust w\u00e4hrend der Reinigung, was die Forschung und die gro\u00df angelegte Anwendung von Frostschutzproteinen einschr\u00e4nkt. Im Gegensatz dazu werden Frostschutzpeptide haupts\u00e4chlich aus lebensmittelbasierten Proteinquellen durch Hydrolyse spezifischer enzymatischer Stellen gewonnen, was sich durch eine kontrollierbare und effiziente Herstellung auszeichnet.<\/p>\n Die derzeit gemeldeten lebensmittelbedingten Frostschutzpeptide werden meist aus Speisegelatine oder Verarbeitungsnebenprodukten wie Tierhaut und Fischschuppen hergestellt.<\/p>\n Eigenschaften von Antifreeze-Peptiden<\/strong><\/p>\n 3.1 Thermische Hysterese Aktivit\u00e4t<\/strong> Studien haben gezeigt, dass die frostschutzaktiven Fragmente von Frostschutzproteinen nur in lokalisierten, spezifischen Polypeptidketten-Strukturbereichen vorhanden sind und ihre Frostschutzaktivit\u00e4t nicht das gesamte Protein in Aktion ist.<\/p>\n Hong Jing und Wu Jinhong fanden au\u00dferdem heraus, dass kollagene Frostschutzpeptide mit bestimmten Aminos\u00e4urel\u00e4ngen und -strukturen in der Lage waren, sich durch Wasserstoffbr\u00fcckenbindungen an die Eisschicht zu binden und dann die Bildung von Eiskristallen durch hydrophobe Wechselwirkungen zu hemmen, was darauf hindeutet, dass der Kelvin-Effekt von Frostschutzproteinen auch auf Frostschutzpeptide anwendbar ist, die auch als thermische Hystereseaktivit\u00e4t bekannt sind.<\/p>\n 3.2 Rekristallisationshemmende Wirkung<\/strong> Die rekristallisationshemmende Wirkung des Frostschutzpeptids kann die Eiskristalle regulieren und die Eiskristallaggregation verhindern, so dass die Gr\u00f6\u00dfe und Form der Eiskristalle reguliert werden kann und die gebildeten Eiskristalle fein und gleichm\u00e4\u00dfig sind.<\/p>\n Unter dem Einfluss von Wasserstoffbr\u00fcckenbindungen, hydrophober Wechselwirkung und Van-der-Waals-Kr\u00e4ften kann das Frostschutzpeptid Eiskristalle regulieren und die durch Eiskristalle verursachten mechanischen Sch\u00e4den im Organismus verringern.<\/p>\n 3.3 Schutz der Zellmembran<\/strong> Anwendung von Frostschutzpeptiden in der Lebensmittelindustrie<\/strong><\/p>\n Mit dem Wachstum des Welthandels und der Ausdehnung der Produktions- und Vermarktungsr\u00e4ume ist die Nachfrage nach verarbeiteten Lebensmitteln in der K\u00fchlkette gestiegen. Auch der Anteil der Tiefk\u00fchlkost in der Lebensmittelindustrie nimmt zu.<\/p>\n Als eine neue Klasse von Lebensmittelzusatzstoffen k\u00f6nnen Frostschutzpeptide die Bildung von Eiskristallen und die Rekristallisation in Lebensmitteln w\u00e4hrend des K\u00fchlkettenprozesses wirksam reduzieren und so die Qualit\u00e4t von Lebensmitteln mit niedriger Temperatur in der K\u00fchlkette verbessern.<\/p>\n 4.1 Speiseeis<\/strong> Es ist bekannt, dass ein direkter und enger Zusammenhang zwischen der Gr\u00f6\u00dfe der Eiskristalle und dem Grad der Rauheit und\/oder der Bildung der Eiskristallstruktur besteht. Daher m\u00fcssen Anstrengungen unternommen werden, um die Gr\u00f6\u00dfe der Eiskristalle und das Auftreten von Rekristallisationen bei der Herstellung von Speiseeis sowie bei den Verarbeitungs-, Lagerungs- und Vertriebsbedingungen zu verringern, da sowohl die Gr\u00f6\u00dfe der Eiskristalle als auch die Bildung von Rekristallisationen einen gro\u00dfen Einfluss auf die Textur von Speiseeis haben.<\/p>\n Wang Shaoyun und Damodaran et al. verwendeten Kollagenhydrolyse, um Eisstrukturpeptide zu sieben. Es wurde festgestellt, dass diese Art von Eisstrukturpeptiden die Gr\u00f6\u00dfe der Eiskristalle im Speiseeis erheblich reduzieren kann, und durch das Hei\u00df-Kalt-Zyklus-System, um die Temperaturschwankungen in der K\u00fchlkette zu simulieren, wurde festgestellt, dass diese Art von Eisstrukturpeptiden die Eiskristallrekristallrekristallisierung im Speiseeis erheblich hemmen kann.<\/p>\n 4.2 Probiotika<\/strong> Gefrierschutzpeptide k\u00f6nnen die probiotische \u00dcberlebensrate beim Einfrieren und die Gefrierstabilit\u00e4t erheblich verbessern und die metabolische Vitalit\u00e4t der Bakterienzellen aufrechterhalten. Dar\u00fcber hinaus kann das Frostschutzpeptid die Zellmembran durch Wasserstoffbr\u00fcckenbindungen mit der Zellmembran sch\u00fctzen, um das Austreten intrazellul\u00e4rer Substanzen zu verringern; andererseits kann das Frostschutzpeptid in die Zelle eindringen, um die Sch\u00e4den durch Eiskristalle zu verringern, die sich w\u00e4hrend des Gefrierprozesses in der Zelle bilden.<\/p>\n 4.3 Gefrorener Teig<\/strong> Das Team von Wang Shaoyun von der Universit\u00e4t Fuzhou, das Team von Zhang Hui von der Universit\u00e4t Jiangnan und das Team von Huang Weining wendeten erfolgreich Frostschutzpeptide auf gefrorenen Teig und gefrorenen Kartoffelteig an. Nach dem Zusatz von Frostschutzpeptid war die G\u00e4rzeit des gefrorenen Teigs deutlich k\u00fcrzer und das spezifische Volumen nach dem Einfrieren deutlich h\u00f6her als das der Kontrollgruppe. Dar\u00fcber hinaus wurde festgestellt, dass das spezifische Volumen von ged\u00e4mpftem Brot aus gefrorenem Teig mit Frostschutzpeptid signifikant h\u00f6her war als das der Kontrollgruppe.<\/p>\n 4.4 Gefrorenes Fleisch<\/strong> Wiederholtes Einfrieren und Auftauen wirkt sich vor allem auf den Feuchtigkeitsgehalt von Fleisch aus. Da Feuchtigkeit in und an den Zwischenr\u00e4umen der Muskelfasern enthalten ist, steigt beim Gefrieren von Feuchtigkeit die Konzentration der verbleibenden gel\u00f6sten Stoffe (Proteine, Lipide, Kohlenhydrate, Mineralien und Vitamine) an, und Eiskristalle wachsen und rekristallisieren w\u00e4hrend des Gefrierprozesses und der K\u00fchlkette, wodurch die Hom\u00f6ostase des komplexen Fleischsystems gest\u00f6rt und die urspr\u00fcngliche Organisation des Fleisches besch\u00e4digt wird.<\/p>\n Zusammenfassend<\/strong><\/p>\n Die Zugabe von Frostschutzmitteln ist ein wirksames Mittel, um die Qualit\u00e4tsminderung von Tiefk\u00fchlkost zu verringern, und neue Frostschutzmittel wie z. B. Frostschutzpeptide, die die herk\u00f6mmlichen zucker- und salzhaltigen handels\u00fcblichen Frostschutzmittel ersetzen, sind ein unvermeidlicher Trend angesichts der wachsenden Nachfrage der Verbraucher nach Lebensqualit\u00e4t und gesunden Lebensmitteln.<\/p>\n Aus Lebensmitteln gewonnene Frostschutzpeptide mit spezifischer Peptidkettenl\u00e4nge und struktureller Dom\u00e4nenzusammensetzung sind ein wirksames Mittel, um das Problem der begrenzten Erforschung und Anwendung nat\u00fcrlicher Frostschutzproteine zu l\u00f6sen.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Die Technologie der Tiefk\u00fchlkette ist eine der g\u00e4ngigsten und effektivsten Methoden zur langfristigen Lagerung von Lebensmitteln. 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\n(1) Die Menge an Frostschutzproteinen, die durch nat\u00fcrliche Isolierung und Reinigung gewonnen werden, ist winzig, und die sehr begrenzte Menge schr\u00e4nkt die Aussichten auf eine gro\u00df angelegte Anwendung in der Lebensmittelindustrie ein;
\n(2) W\u00e4hrend Wissenschaftler an der transgenen Technologie arbeiten, um die Produktion von Gefrierschutzproteinen aus lebenden Organismen zu erweitern, ist die Sicherheit von gentechnisch ver\u00e4nderten Gefrierschutzproteinen in Lebensmitteln f\u00fcr die Verbraucher, die Europ\u00e4ische Union und die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) zu einer allgemeinen Sorge geworden.<\/p>\n
\nFrostschutzproteine k\u00f6nnen den Gefrierpunkt einer L\u00f6sung gezielt senken, ohne ihren Schmelzpunkt zu beeinflussen, so dass der Unterschied zwischen Gefrier- und Schmelzpunkt als thermische Hystereseaktivit\u00e4t bezeichnet wird.<\/p>\n
\nWenn die Temperatur unter dem Schmelzpunkt liegt, neigen Eiskristalle zur Aggregation, und der Rekristallisationseffekt ist die Aggregation zwischen Eiskristallen und die Aggregation von kleinen Eiskristallen zu gro\u00dfen Eiskristallen.<\/p>\n
\nWenn sich Zellen in einem gefrorenen oder unterk\u00fchlten Zustand befinden, verursachen die Eiskristalle, die sich in der Umgebung und im Inneren der Zellen bilden, mechanische Sch\u00e4den an den Zellen, und der K\u00e4ltestress l\u00f6st Apoptose aus, was den Tod der Zellen beschleunigt.Hirano, Tatsuro und Davies berichteten, dass Frostschutzproteine in Fischen die Zellmembranen vor Sch\u00e4den durch niedrige Temperaturen sch\u00fctzen k\u00f6nnen.<\/p>\n
\nDas Wachstum von Eiskristallen w\u00e4hrend der K\u00fchllagerung ist eine der gr\u00f6\u00dften Herausforderungen f\u00fcr Hersteller von Tiefk\u00fchlprodukten wie Speiseeis, denn Temperaturschwankungen w\u00e4hrend der Lagerung und Handhabung k\u00f6nnen das Wachstum von Eiskristallen f\u00f6rdern, was den Geschmack von Speiseeis beeintr\u00e4chtigen und die Qualit\u00e4t des Produkts mindern kann.<\/p>\n
\nProbiotika sind n\u00fctzliche Bakterien, die h\u00e4ufig in der Lebensmittelverarbeitung eingesetzt werden und auch in der Molekularbiologie, der Strukturbiologie, der Mikrobiologie und der Erforschung von Infektionskrankheiten eine wichtige Rolle spielen. Die kontinuierliche Kultivierung von St\u00e4mmen \u00fcber einen langen Zeitraum ist nicht nur zeit- und arbeitsaufw\u00e4ndig, sondern auch unpraktisch. Daher werden in industriellen Anwendungen und in der akademischen Forschung in der Regel Verfahren zur Kryokonservierung und Gefriertrocknung eingesetzt.<\/p>\n
\nDie moderne Gefriertechnologie ist ein wirksames Mittel, um die Probleme traditioneller Grundnahrungsmittel wie leichte Alterung und kurze Haltbarkeit zu l\u00f6sen. Als eine neue Art von Frostschutzmittel f\u00fcr Lebensmittel wurden in den letzten Jahren Frostschutzpeptide oder Peptide mit Eisstruktur f\u00fcr die Kryokonservierung von gefrorenen Teigprodukten verwendet.<\/p>\n
\nBei weltweiten Fleischexporten im Wert von \u00fcber $13 Milliarden US-Dollar spielt die Gefriertechnik eine entscheidende Rolle bei der Gew\u00e4hrleistung der Sicherheit der in die Welt gelieferten Fleischprodukte. Die Auswirkungen des Einfrierens und Auftauens auf die Fleischqualit\u00e4t sind jedoch nach wie vor ein gro\u00dfes Problem.<\/p>\n