Melyek a növényi eredetű fagyálló fehérjék hatásának jellemzői és alkalmazásuk az élelmiszerekben?

Növényi eredetű fagyálló fehérjék
A növényi eredetű fagyálló fehérjék (AFP-k) olyan funkcionális fehérjék, amelyeket a növények termelnek, hogy a külső környezet változásakor megvédjék sejtjeiket a fagyástól.Az AFP-k különbözőképpen oszlanak el a különböző növényekben, és mindegyikük rendelkezik bizonyos fagyálló aktivitással, amely egy általános kifejezés a fehérjék azon csoportjára, amelyek képesek javítani a növényi sejtek fagyálló aktivitását.
Az AFP-k három tulajdonsággal rendelkeznek, nevezetesen a termikus hiszterézis aktivitással (THA), a jégkristályok növekedési morfológiájának módosításával és a jégkristályok újrakristályosodásának gátlásával. A növényi eredetű AFP-k alacsonyabb termikus hiszterézisaktivitással rendelkeznek, mint a halakból és rovarokból származó AFP-k, de erősebb a jégkristályok újrakristályosodásának gátlása. Ezért úgy gondoljuk, hogy a növényi eredetű AFP-k fő útja a fagyállóság szabályozásában az extracelluláris jégkristályok növekedésének gátlása és a jég újrakristályosodásának gátlása.
A növényi eredetű AFP-k a jégkristályok oldatban történő újrakristályosodásának gátlásával csökkenthetik a környezeti hőmérséklet nulla fok alatti ingadozása által okozott mechanikai károsodást, és gátolhatják az élelmiszerek minőségromlását a hűtési folyamat során történő ismételt fagyasztás és felolvasztás miatt, ami alkalmassá teszi őket a hűtött élelmiszerekhez való hozzáadásra, mint más AFP-forrásokat.
Fagyálló fehérjék jellemzése
2.1. Termikus hiszterézisaktivitás (THA) Egy általános oldat (pl. NaCl, szacharózoldat stb.) fagyáspontja az a hőmérséklet, amelyen a szilárd és a folyékony fázis gőznyomása egyensúlyban van, és így a fagyáspontnak meg kell egyeznie az olvadásponttal. Mivel az AFP-k csak a jegesedési folyamatot befolyásolják, és alig befolyásolják az olvadási folyamatot, így a fagyáspont alacsonyabb, mint az olvadáspont, a fagyáspont és az olvadáspont közötti különbséget termikus hiszterézis különbségnek nevezzük, és az AFP-k ezen aktivitását THA-nak nevezzük.
2.2 A jégkristály növekedési morfológiai hatásának módosítása alacsony hőmérsékleten a jégkristályok az AFP-k hatására, így a jégkristály morfológiájának növekedése a normál jégkristályból a lapos kerek típusú növekedésből hexagonális prizmatikus kúpba változik. Az AFP-k koncentrációjával és az idő meghosszabbításával a jégkristályok morfológiája tűszerűvé válik.
2.3 A jégkristályok átkristályosodásának gátlása az oldatban fagyasztási hőmérsékleten, az oldatban lévő kis jégkristályok fokozatosan eltűntek és nagy jégkristályokká aggregálódtak, ami károsítja a termék szervezeti szerkezetét. Az AFP-ket tartalmazó oldat képes gátolni a jégkristályok újrakristályosodását és egyenletesen eloszlatni a kis jégkristályokat.
A növényi eredetű AFP-k alkalmazása az élelmiszeriparban
A fagyasztás az élelmiszerek hűtőlánc-szállításának egyik legfontosabb szakasza, és a hűtés az élelmiszeriparban általánosan használt tárolási módszer. Az élelmiszerek hűtőláncban történő szállítása során nagy valószínűséggel hőmérséklet-ingadozás következik be, ami az élelmiszerek fagyasztási-olvadási ciklusát eredményezi. Ezért elkerülhetetlen, hogy a jégkristályok átkristályosodási jelensége bekövetkezzen, ami viszont a sejtes szövetek károsodását okozza, ami az élelmiszer fizikai-kémiai tulajdonságainak, a szövetek morfológiájának megváltozásához vezet.
Ugyanakkor a víz átkristályosodási jelensége a sejtek belső összetevőinek megváltozásához, a fehérjék denaturációjához, a keményítő regenerációjához és más jelenségekhez is vezet. A növényi eredetű AFP-k mint fagyasztott élelmiszer-adalékanyagok hatékonyan javíthatják a fagyasztott élelmiszerek minőségét.
3.1 Alkalmazás a fagylaltban A fagyasztott édes tejtermékekben a jégkristályok kialakulása és újrakristályosodása döntő szerepet játszik a termékek minőségében. A jégkristályok kialakulásának folyamata meghatározza a jégkristályok növekedését a fagyasztott tejtermékek keményedése és tárolása során, és befolyásolja az érzékszervi tulajdonságokat, mint például a jégkrém krémes állapotát, az érdességet és a hidratáltságot, a keménységet és a jeges szájérzetet stb.; az újrakristályosodás pedig meghatározza a fagylalt textúrájának és szerkezetének stabilitását a teljes fagyasztási művelet után.
Az AFP-k hozzáadása mechanikusan szabályozhatja a jégkristálymagok méretét, gátolhatja a jégkristályok növekedését a szacharózoldatban, és javíthatja a stabilitást statikus tárolási körülmények között.
Lillford és munkatársai AFP-ket vontak ki a téli búzafűből, és jégkrémhez adták, és kísérleti vizsgálatok során megfigyelték, hogy a jégkristályok átlagos mérete csökken, amikor az AFP-k koncentrációja elérte a 0,05%~0,1% értéket.
Regand és munkatársai téli búzafű AFP-ket adtak jégkrémhez, és fényesmezős mikroszkópiával megfigyelték, hogy a téli búzafű AFP-k jelentős fagyálló tulajdonságokat mutattak, amikor 0,003% nyers fehérjét adtak hozzá.
A jégkrém érzékszervi értékelése egy hónapos alacsony hőmérsékletű tárolás (-18 ℃) után azt mutatta, hogy az üres csoport jégkrémje -18 ℃ és ingadozó körülmények között (-20 ℃ ~ 10 ℃) nagyon durva volt, és a jégkristályok pehely alakúak voltak, míg a téli fű AFP-k hozzáadásával készült jégkrém sima textúrájú volt, és a jégkristályok finom és homogén alakúak voltak, ami megerősítette, hogy a téli fű AFP-k hozzáadásával készült jégkrém képes volt módosítani a jégkristályok növekedési morfológiáját és gátolta az újrakristályosodást.
Ezenkívül a téli fű AFP-k aktivitását hőkezeléssel ellenőrizték, és a téli fű AFP-k aktivitását nem befolyásolta a pasztőrözés, és a téli fű AFP-k aktivitási hatása 0,13% hozzáadási szintnél egyensúlyba került.
Zhang és munkatársai hideg háziasított zabból extrahálták az AFP-ket, és 0,1% AFP-kkel módosították a fagylaltot, ami az üvegesedési hőmérsékletet -29,14 ℃-ról -27,74 ℃-ra növelte, javította a fagylalt olvadásállóságát és hatékonyan gátolta az átkristályosodást. A növényi eredetű AFP-k hozzáadása mérsékelte a fagyasztás és a hőmérséklet-ingadozás által a fagylaltban okozott károsodást, ami kiváló minőségű és ízű fagyasztott élelmiszerterméket eredményezett.
3.2 Alkalmazás a fagyasztott tésztában A keményítő nélkülözhetetlen feldolgozási nyersanyag sokféle élelmiszer-feldolgozásban, és a növényi eredetű AFP-k alkalmazása a fagyasztott tésztában viszonylag nagy.
A növényi eredetű AFP-k képesek szabályozni a tésztából kicsapódó kristályos víz mennyiségét, így a tésztában lévő víz és glutén a fagyasztás előtti állapotban tartható, és így a tészta gélstabilitása, az erjesztett tészta pórusmérete és egyenletessége, valamint a tészta textúrája és aromája az érlelés után nem romlik.
Jia Chunli et al. Ligustrum officinale AFP-ket adtak búzakeményítőhöz, hogy tanulmányozzák a keményítőgél stabilitását fagyasztás és felolvasztás után, és megállapították, hogy a Ligustrum officinale AFP-k koncentrációjának növelésével a fagyasztás és felolvasztás során a keményítő kicsapódási sebessége és a fagyasztható víztartalom jelentősen csökkent, a gél ultrastruktúrájának módosítása pedig gátolta a keményítő pórusméretének növekedését, javította a keményítő homogenitását, valamint késleltette a gél keménységének növekedését és a gél rugalmasságának csökkenését, ami javította a gél textúráját fagyasztás és felolvasztás után.
Kontogiorgos és munkatársai hőstabil AFP-ket izoláltak a téli búzafűből, és tésztához adták őket, és megállapították, hogy az üres tészta gluténszerkezete megváltozott, amikor 30 napig hőmérséklet-ingadozásos körülmények között (-20 ℃ és -10 ℃ között) tárolták, míg a 0,1% téli búzafű AFP-k hozzáadásával a tésztában csökkent a jégkristályok újrakristályosodása, és a tészta gluténhálós szerkezete kisebb és egységes alakú volt.
Liu Mei és munkatársai ezen kívül sárgarépa AFP-ket adtak a tésztához, és megállapították, hogy a sárgarépa AFP-k hozzáadása csökkentette a tészta fagyasztási-felengedési víztartalmának növekedését a fagyasztási-felengedési ciklus során, mérsékelte a fagyasztott tészta tárolási tulajdonságainak és ultrastruktúrájának a fagyasztási-felengedési ciklus által okozott károsodását, és így javította a tészta jellegzetes térfogatát és texturális tulajdonságait az érlelés után.
Xia Lu és munkatársai az őszi búzakorpából kivont AFP-ket adalékanyagként használták gyorsfagyasztott levesgombócok készítéséhez 1%, 2%, 2,5% és 3% adalékokkal a glutinos rizsliszthez képest, és a kísérleti eredmények azt mutatták, hogy a 2,5% AFP-k hozzáadása jelentősen javította a gombócok minőségét, és a főtt gombócok sima megjelenésűek, jó rugalmasságúak és tiszta és átlátszó levesek voltak.
3.3 Alkalmazás friss gyümölcsöknél A fagyasztott gyümölcsök magas víztartalommal rendelkeznek, és fagyasztás és hűtés során hajlamosak a léveszteségre és a lágy deformációra. Az alginát és az őszi búza AFP-ket friss eperbe keverve, majd folyékony nitrogénnel fagyasztva, felolvasztás után a sejtaktivitás és a léveszteség mértékének meghatározására, az eredmények azt mutatják, hogy az AFP-k jelentősen javítják az eper fagyasztási ellenállását, és megtartják az eredeti formáját és a gyümölcs textúráját, hogy megőrizzék a gyümölcs érzékszervi és ízét.
Rui és munkatársai a vákuumos impregnálási módszert alkalmazták a babtúró levelek AFP-kkel való reakciójára egy zárt tárolótartályban, és a vákuumnyomás és a légköri nyomás helyreállítási folyamatának rövid idő után az AFP-k közvetlenül érintkeztek a babtúró levelek pórusaival, hogy elkerüljék a levélszövetek károsodását és csökkentsék a levéllé veszteségét.
A mikroszerkezeti elemzés azt mutatta, hogy a babtúrólevélben a jégkristályok kicsik voltak. A friss gyümölcsök és zöldségek fagyálló védelme arra összpontosít, hogy a sejtmorfológia sértetlen-e a fagyasztás után, és hogy a fagyott szövetek sejtéletképessége fennáll-e. A különböző AFP-k alkalmazhatósága a gyümölcsök és zöldségek fagyálló területén a gyümölcsök és zöldségek sejtes élelmiszerekre is további kutatásokat igényel.
Következtetés és kilátások
Az AFP-k termelése a növényekben összetett folyamat, és a növényi eredetű AFP-k létezése szorosan összefügg a növények növekedési ellenállásával. A külső környezet változásai közvetlenül befolyásolják a növényi eredetű AFP-k koncentrációját, és olyan tényezők, mint a kémiai indukció, szintén serkentik az AFP-k termelését a növényekben, amelyek közül az élelmiszeripar többnyire a klónozás vagy a transzgenikus útvonalat választja a növényi eredetű AFP-k előállítására.
A növényi eredetű AFP-k gátolhatják a fagyasztás és a kriokonzerválás során történő átkristályosodást, és csökkenthetik a tápanyag- és minőségromlást, amelyet a lé kiolvasztás során történő áramlása okoz. Ezenkívül a növényi eredetű AFP-k nem toxikusak, és a különböző élelmiszeripari termékekhez való hozzáadásuk nem okoz negatív hatásokat, és funkcionális tulajdonságaik nem kapcsolódnak toxikus fehérjékhez, így a növényi eredetű AFP-k tanulmányozása az élelmiszeripar jövőbeli alkalmazásában nagyon ígéretes.
Jelenleg az AFP-k mechanizmusának kutatása feltárta az élelmiszerekben alkalmazott fagyálló technológia új irányát, és elméleti alapot biztosított a termelési gyakorlat számára is. A növényi eredetű AFP-k azonban még mindig korlátozottak a nagyüzemi alkalmazásukban, főként a növényekből kivont AFP-k kis mennyisége miatt, ami megakadályozza a nagyüzemi termelést, valamint a szintetikus AFP-k magas költsége és rossz reprodukálhatósága miatt.
Ezért fontos, hogy a növényi eredetű AFP-k tulajdonságait, például a relatív molekulatömeget, az izoelektromos pontot, a termohisztérikus aktivitást és a fagyásgátló mechanizmust felhasználva hatékony elválasztási és tisztítási módszereket dolgozzunk ki a nagyüzemi alkalmazáshoz, és megtaláljuk az optimális feltételeket a növényi eredetű AFP-k különböző típusú élelmiszerekben való alkalmazásához, amelyek védelmet nyújthatnak a hidegláncú élelmiszerek előállításához, szállításához és tárolásához. Eközben a géntechnológia felhasználása a növényekből származó fagyálló géneknek a befogadó sejtekbe történő átvitelére, hogy nagyszámú fagyálló aktivitású molekulát nyerjünk, szintén új irányt jelent számunkra a növényi eredetű AFP-k élelmiszerekben való alkalmazása terén.