食品的生物保藏技術(shù)

食品的生物保藏技術(shù)演示文稿當(dāng)前第1頁\共有89頁\編于星期四\23點（優(yōu)選）第五節(jié)食品的生物保藏技術(shù)當(dāng)前第2頁\共有89頁\編于星期四\23點二、涂膜保鮮技術(shù)

涂膜保鮮技術(shù)是在食品表面人工涂上一層特殊的薄膜使食品保鮮的方法。1、涂膜保鮮的發(fā)展歷史早在12~13世紀(jì)，我國就用蜂蠟來裝桔子和檸檬，16世紀(jì)開始用脂類涂膜保鮮水果。

19世紀(jì)，Harvard和Harmony提出用明膠涂層保護(hù)肉制品及其它食品。

90年代，無污染易降解的可食用膜的應(yīng)用越來越受到人們的關(guān)注。目前，涂膜保鮮技術(shù)不僅廣泛應(yīng)用于果蔬類保鮮，而且在肉類、水產(chǎn)品等食品中的應(yīng)用也日益增加。當(dāng)前第3頁\共有89頁\編于星期四\23點2、涂膜保鮮的機理

形成有一定阻隔性的膜，阻止果蔬失水。果蔬的呼吸作用使膜內(nèi)O2濃度下降，CO2濃度上升。當(dāng)膜內(nèi)O2和

CO2濃度符合果蔬貯藏的適宜氣體條件，可起到自發(fā)氣調(diào)作用，抑制果蔬呼吸延緩衰老。當(dāng)前第4頁\共有89頁\編于星期四\23點

涂膜對氣體的通透性是影響涂膜保鮮效果的主要因素之一。涂膜對氣體的通透性可用膜對氣體的分離因子（α）來表示：一般地，含有羥基的分子所形成的涂膜，其α（CO2/O2）＜1，對果蔬保鮮的效果較好。對于α(CO2/O2）＜1的涂膜，其適宜保鮮的果蔬種類依其分離因子不同而異。當(dāng)前第5頁\共有89頁\編于星期四\23點3、涂膜保鮮的特點①發(fā)揮氣調(diào)作用②保水防蔫，改善食品的外觀品質(zhì)，提高食品的商品價值③具有一定的抑菌性④能夠在一定程度上減輕表皮的機械損傷⑤可發(fā)揮保鮮增效作用當(dāng)前第6頁\共有89頁\編于星期四\23點4、涂膜的種類、特性及其保鮮效果

理想的涂膜劑有以下要求：①有一定的粘度，易于成膜②形成的膜均勻、連續(xù)，具有良好的保質(zhì)保鮮作用，并能提高果蔬的外觀水平③無毒、無異味，與食品接觸不產(chǎn)生對人體有害的物質(zhì)當(dāng)前第7頁\共有89頁\編于星期四\23點（1）多糖類

①殼聚糖類甲殼素的脫乙酰產(chǎn)物，屬氨基多糖，有良好的成膜性、通透性、保濕性和廣譜抗菌性，不溶于水，溶于稀酸。

當(dāng)前第8頁\共有89頁\編于星期四\23點影響殼聚糖涂膜保鮮效果的因素有：酸：酒石酸和檸檬酸的效果較好表面活性劑：可改善其黏附性脫乙酰度：脫乙酰度越高，膜抗拉強度越高，通透性越差增塑劑種類和濃度：濃度的增加，透氧性明顯上升，對膜的透濕

性無顯著影響分子量：相對分子質(zhì)量為20萬和1萬左右防腐效果最好衍生化反應(yīng)：N,O-羧甲基殼聚糖所形成的膜對氣體具有選擇通透性，特

別適合于果蔬保鮮金屬離子：保鮮效果優(yōu)于無金屬離子的殼聚糖膜當(dāng)前第9頁\共有89頁\編于星期四\23點②纖維素類

羧甲基纖維素（CMC）、甲基纖維素（MC）、羧丙基甲基纖維素（HPMC）、羧丙基纖維素（HPC）均溶于水并具有良好的成膜性。纖維素類膜透濕性強，常與脂類復(fù)合以改善其性能。制MC膜時，溶劑種類和MC的分子量對膜的阻氧性影響很大。環(huán)境的相對濕度對纖維素膜透氧性也有很大的影響，當(dāng)環(huán)境濕度升高時，纖維素膜的透氧性急速上升。當(dāng)前第10頁\共有89頁\編于星期四\23點③淀粉類

直鏈淀粉含量高的淀粉所成膜呈透明狀可食膜成分中脂類和增塑劑對膜的透過性有顯著影響淀粉經(jīng)改性生成的羥丙基淀粉所成膜阻氧性非常強，但阻濕性極低當(dāng)前第11頁\共有89頁\編于星期四\23點④魔芋葡甘聚糖

所成膜在冷熱水及酸堿中均穩(wěn)定。膜的透水性受添加親水物質(zhì)或疏水物質(zhì)的影響，添加親水性物質(zhì)，則透水性增強，添加疏水性物質(zhì)，則透水性減弱。改性后魔芋精粉的保鮮效果將得到明顯改善。

當(dāng)前第12頁\共有89頁\編于星期四\23點⑤褐藻酸鈉類

具有良好的成膜性，但阻濕性有限；膜厚度對抗拉強度影響不大，但透濕性隨著膜厚度的增加而減??；交聯(lián)膜的性質(zhì)明顯優(yōu)于非交聯(lián)膜，環(huán)氧丙烷和鈣雙重交聯(lián)膜的性能最好；環(huán)境濕度高于95%時，仍能顯著地阻止果蔬失水；脂質(zhì)可顯著降低褐藻酸鈉膜的透水性。當(dāng)前第13頁\共有89頁\編于星期四\23點⑥微生物多糖類

A.茁霉多糖具有良好的成膜性，是理想的果蔬保鮮劑；不同分子量的茁霉多糖都有較好的保水作用，尤其以高分子量的茁霉多糖效果更好；茁霉多糖不具有殺菌、抑菌作用，但同殺蟲劑共用具有良好的殺菌、防病毒侵染和防腐防病作用。當(dāng)前第14頁\共有89頁\編于星期四\23點B.NPS多糖

用半野生植物為原料,經(jīng)科學(xué)加工制成的一種天然多糖類物質(zhì)，pH微酸性，無毒可食，有營養(yǎng)，速溶于水，最大吸水量可達(dá)原重的100倍以上，吸漲后的體積相當(dāng)于原體積的1000倍以上。NPS多糖具有兩性物質(zhì)的特點并具極好的成膜性。在果蔬表面成膜后無色、無味，肉眼很難看出，光澤性明顯增強，有打蠟的效果，是一種很好的果蔬涂膜保鮮劑。當(dāng)前第15頁\共有89頁\編于星期四\23點（2）蛋白質(zhì)類①小麥面筋蛋白

小麥面筋蛋白膜柔韌、牢固，阻氧性好，但阻水性和透光性差；當(dāng)小麥面筋蛋白膜中脂類含量為干物質(zhì)含量的20%時，透水率顯著下降；小麥面筋蛋白制膜液的pH值應(yīng)控制在5。②大豆分離蛋白

大豆分離蛋白制膜液的pH值應(yīng)控制在8；

大豆分離蛋白膜的透氧率低、透水率高，因而常與糖類、脂類復(fù)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濕性。當(dāng)前第16頁\共有89頁\編于星期四\23點（3）脂質(zhì)類①蠟類成膜性好，對水分有較好的阻隔性。其中石蠟最為有效，蜂蠟其次；已商業(yè)化生產(chǎn)的蠟類涂膜劑有中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所的紫膠涂料、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院的京2B系列膜劑、北京化工研究所的CFW果蠟。當(dāng)前第17頁\共有89頁\編于星期四\23點②天然樹脂

醇溶性蟲膠成膜性好、干燥快、有光澤、在空氣中穩(wěn)定、不溶于水、溶于乙醇和堿性溶液，適合作為涂膜保鮮劑使用；我國云南玉溪產(chǎn)的蟲膠品質(zhì)好，雜質(zhì)少，易溶解，成膜后光澤自然。當(dāng)前第18頁\共有89頁\編于星期四\23點③油脂

油脂具有油膩性，主要成分是脂肪酸的甘油酯，不溶于水；借助乳化劑和機械力作用，將互不相溶的油和水制成乳狀液體制劑，涂覆果實，可以達(dá)到長期保鮮的目的。當(dāng)前第19頁\共有89頁\編于星期四\23點（4）復(fù)合膜類

復(fù)合膜是由多糖類、蛋白質(zhì)類、脂質(zhì)類中的兩種或兩種以上物質(zhì)經(jīng)一定處理而成的涂膜；

①

由HPMC與棕櫚酸和硬脂酸組成的雙層膜，透濕性比HPMC膜減少約90%；

②由多糖與蛋白質(zhì)組成的復(fù)合天然植物保鮮劑膜具有良好的保鮮效果。當(dāng)前第20頁\共有89頁\編于星期四\23點③TALPro-long（英國）：

由蔗糖脂肪酸酯、CMC-Na和甘油一酯或甘油二酯組成。Superfresh是其改進(jìn)型，含60%的蔗糖酯、26%的CMC-Na、14%的雙乙酰脂肪酸單酯。④OED（日本）：

由10份蜂蠟、2份朊酪、1份蔗糖酯組成。當(dāng)前第21頁\共有89頁\編于星期四\23點涂膜保鮮時必須注意以下幾方面的問題：研制出不同特性的膜以適用于不同品種食品的需求；準(zhǔn)確測量膜的氣體滲透特性；準(zhǔn)確測量目標(biāo)果蔬的果皮與果肉的氣體及水分?jǐn)U散特性；分析待貯果蔬內(nèi)部氣體組分；根據(jù)果蔬的品質(zhì)變化，對涂膜的性質(zhì)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以達(dá)到最佳保鮮效果。當(dāng)前第22頁\共有89頁\編于星期四\23點5、涂膜保鮮的方法（1）浸涂法將涂料配成適當(dāng)濃度的溶液，將果實浸入，蘸上一層薄薄的涂料后，取出晾干即成。（2）刷涂法用軟毛刷蘸上涂料液，在果實上輾轉(zhuǎn)涂刷，使果皮上涂一層薄薄的涂膜料。（3）噴涂法用機器在果實表面噴上一層均勻而極薄的涂料。

當(dāng)前第23頁\共有89頁\編于星期四\23點

目前普遍用涂膜機（打蠟機）涂膜，涂膜機由清洗、擦吸干燥、噴涂、低溫干燥、分級和包裝等部分聯(lián)合組成。

當(dāng)前第24頁\共有89頁\編于星期四\23點三、生物保鮮劑保鮮技術(shù)

生物保鮮劑保鮮是通過浸漬、噴淋或混合等方式，將生物保鮮劑與食品充分接觸，從而使食品保鮮的方法。

生物保鮮劑也稱作天然保鮮劑，是直接來源于生物體自身組成成分或其代謝產(chǎn)物，不僅具有良好的抑菌作用，而且一般都可被生物降解，具有無味、無毒、安全等特點。當(dāng)前第25頁\共有89頁\編于星期四\23點1、植物源生物保鮮劑

許多植物中都存在抗菌物質(zhì)，主要是醛類、酮類、酚類、酯類物質(zhì)。（1）茶多酚能抑制G+菌和G-菌，屬于廣譜性的抗菌劑；最小抑菌濃度隨菌種不同而差異較大，大多在50~500mg/kg之間，符合食品添加劑用量的一般要求。當(dāng)前第26頁\共有89頁\編于星期四\23點（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。

大蒜辣素的抗菌機理：分子中的氧原子與細(xì)菌中半胱氨結(jié)合使之不能轉(zhuǎn)變?yōu)殡装彼幔瑥亩绊懠?xì)菌體內(nèi)的氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行。

大蒜對多種球菌、霉菌有明顯的抑制和殺菌作用，是目前發(fā)現(xiàn)的具有抗真菌作用植物中效力最強的一種。

當(dāng)前第27頁\共有89頁\編于星期四\23點茶多酚當(dāng)前第28頁\共有89頁\編于星期四\23點2、動物源生物保鮮劑（1）魚精蛋白（protamine）

魚精蛋白是一種特殊的抗菌肽，是存在于許多魚類中的成熟精細(xì)胞中的一種球形堿性蛋白。相對分子質(zhì)量較小，大約為4000~10000，由30個左右的氨基酸組成，精氨酸占其氨基酸組成的2/3以上，加熱不凝固，等電點在10~12之間，帶正電荷。當(dāng)前第29頁\共有89頁\編于星期四\23點①抑菌機理

A、魚精蛋白作用于微生物細(xì)胞壁，破壞了細(xì)胞壁的合成以達(dá)到其抑菌效果。

B、魚精蛋白作用于微生物細(xì)胞質(zhì)膜，通過破壞細(xì)胞對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收來起抑菌作用。

當(dāng)前第30頁\共有89頁\編于星期四\23點②制備方法魚精置于稀硫酸溶液中，抽取出魚精蛋白和混雜蛋白，然后在抽出液中加入有機溶劑沉淀，將沉淀溶于溫水中，再冷卻即析出魚精蛋白。或用聚膦酸鹽使硫酸或鹽酸抽出液中的魚精蛋白以磷酸鹽形式沉淀出來，然后將沉淀溶解在高濃度的硫酸銨中，分解為精蛋白硫酸鹽。

純化方法一般采用葡聚糖凝膠柱色譜法。

當(dāng)前第31頁\共有89頁\編于星期四\23點③影響魚精蛋白抗菌活性的因素A、菌種及其生長狀況魚精蛋白的抑菌性因其來源不同而存在差異；革蘭陽性菌的發(fā)育受到了明顯的抑制，而革蘭陰性菌幾乎不受影響；魚精蛋白對新鮮魚貝類和肉食品中所含的多數(shù)細(xì)菌起不到抑制作用。當(dāng)前第32頁\共有89頁\編于星期四\23點

魚精蛋白對經(jīng)過熱處理后的食品具有較好的保存效果；魚精蛋白的最小抑菌濃度因菌種不同而異；對于同一種菌類來說，微生物所處的新陳代謝狀況也會影響魚精蛋白的效果。當(dāng)前第33頁\共有89頁\編于星期四\23點B、食品的pH

魚精蛋白在pH6.0以上時具有明顯的抗菌活性。

C、所含鹽類及其濃度食品中各種鹽類濃度的提高，魚精蛋白的抑菌性會相應(yīng)降低。同等濃度條件下二價鹽類比一價鹽類對細(xì)菌的保護(hù)作用更好。D、環(huán)境溫度大多數(shù)食品加工時采用的溫度對魚精蛋白的抑菌作用影響不大。當(dāng)前第34頁\共有89頁\編于星期四\23點④在食品中應(yīng)用需注意的問題應(yīng)用中一般將魚精蛋白與其它防腐劑或保鮮方法結(jié)合使用；魚精蛋白與甘氨酸、醋酸鈉、乙醇、單甘油酯混合使用時，抗菌作用有相乘的效果；

使用大豆卵磷脂等乳化劑與魚精蛋白復(fù)配，可解決魚精蛋白在食品介質(zhì)中溶解性的問題。當(dāng)前第35頁\共有89頁\編于星期四\23點⑤魚精蛋白的安全性魚精蛋白是一種對人體無害的、高度安全的、具有很高營養(yǎng)性和功能性的新型食品防腐劑；除魚精蛋白以外，昆蟲抗菌肽、防衛(wèi)肽以及海洋生物抗菌肽等也是常見的生物保鮮劑。當(dāng)前第36頁\共有89頁\編于星期四\23點（2）溶菌酶（lysozyme）

溶菌酶，又稱細(xì)胞壁溶解酶，是一種專門作用于微生物細(xì)胞壁的水解酶。

①溶菌酶的種類

A、雞蛋清溶菌酶相對分子質(zhì)量為14307，等電點為11.1，最適溶菌溫度為50℃，最適pH為7.0，一級結(jié)構(gòu)由129個氨基酸組成，其高級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性由4個二硫鍵、氫鍵和疏水鍵來維持。當(dāng)前第37頁\共有89頁\編于星期四\23點B、人和哺乳動物溶菌酶

人和哺乳動物溶菌酶由130個氨基酸組成；一級結(jié)構(gòu)中的氨基酸排列順序與雞蛋清溶菌酶的差異較大；高級結(jié)構(gòu)也存在四個二硫鍵；人溶菌酶的溶菌活性比雞蛋清溶菌酶高3倍。

C、植物溶菌酶植物溶菌酶對小球菌的溶菌活性較雞蛋清溶菌酶低，但對膠狀甲殼質(zhì)的分解活性則為雞蛋清溶菌酶的10倍左右。

當(dāng)前第38頁\共有89頁\編于星期四\23點D、微生物溶菌酶內(nèi)-N-乙酰己糖胺酶：作用是分解構(gòu)成細(xì)菌細(xì)胞壁骨架的多糖；酰胺酶：其作用是切斷連接多糖和氨基酸之間的酰胺鍵；內(nèi)-肽酶和蛋白酶：作用與酰胺酶相似；β-1，3葡聚糖酶、β-1，6-葡聚糖酶、甘露糖酶：其作用是分解細(xì)胞壁；磷酸甘露糖酶：與β-1，3葡聚糖酶、β-1，6-葡聚糖酶和甘露糖酶共同作用，分解細(xì)胞原生質(zhì)；殼多糖酶：與葡聚糖酶共同作用，分解霉菌和酵母菌；脫乙酰殼多糖酶：主要作用是分解毛霉和根霉。當(dāng)前第39頁\共有89頁\編于星期四\23點②溶菌酶提取分離的方法原料一般都用蛋清或蛋殼；提取分離的方法有親和色譜法、離子交換法、沉淀法、沉淀與凝膠色譜結(jié)合法等。③溶菌酶的作用機理溶菌酶能選擇性地分解微生物細(xì)胞壁，主要是分解細(xì)胞壁中的肽聚糖。當(dāng)前第40頁\共有89頁\編于星期四\23點

溶菌酶水解球菌細(xì)胞壁的作用點是N-乙酰胞壁酸（NAM）與N-乙酰葡萄糖胺（NAG）之間的β-1，4糖苷鍵斷開；經(jīng)過溶菌酶作用后，微生物細(xì)胞因為滲透壓受到破壞而引起平衡破裂，從而使得微生物細(xì)胞的內(nèi)溶物滲出導(dǎo)致細(xì)胞死亡。當(dāng)前第41頁\共有89頁\編于星期四\23點

一般地，溶菌酶對G+菌均有較強的分解作用，而對G-菌無分解作用；溶菌酶的最適小分子底物為NAM-NAG交替組成的六糖；在溶菌酶分子中存在一個狹長的凹穴，在凹穴中的Glu35與Asp52構(gòu)成了活性中心，它們在水解糖苷鍵時起協(xié)同作用。

當(dāng)前第42頁\共有89頁\編于星期四\23點④溶菌酶在食品中的應(yīng)用奶粉：有利于嬰兒腸道菌群的正?；?；奶酪：防止中后期奶酪的后期起泡、風(fēng)味變差，具有抑菌作用，不至引起酪酸發(fā)酵；日本清酒：代替水楊酸用于防腐，加入量為l5mg/kg。當(dāng)前第43頁\共有89頁\編于星期四\23點肉制品、水果、水產(chǎn)品、面制品：防腐保鮮；酵母：經(jīng)溶菌酶處理后，在培養(yǎng)過程中氮核蛋白質(zhì)的釋放量增加，提高了酵母蛋白利用率；殼聚糖：降解為低分子量；單獨使用溶菌酶作為防腐保鮮劑使用有一定的局限性，需要添加其他的成分來促進(jìn)防腐效果。在實際應(yīng)用時，常與甘氨酸聯(lián)用。

當(dāng)前第44頁\共有89頁\編于星期四\23點3、微生物源生物保鮮劑

乳酸鏈球菌素（Nisin）又叫乳鏈菌肽、乳球菌肽，是某些乳酸乳球菌在代謝過程中合成和分泌的具有很強殺菌作用的小分子肽。

①Nisin的分子結(jié)構(gòu)

Nisin是一種含有34個氨基酸的多肽，N端為異亮氨酸，C末端為賴氨酸，分子質(zhì)量為3510Da。

當(dāng)前第45頁\共有89頁\編于星期四\23點☆單體中含有5種異常氨基酸：

氨基丁酸（ABA）、脫氫丙氨酸（DHA）、β-甲基脫氫丙氨酸（DHB）、羊毛硫氨酸（ALA-S-ALA）、β-甲基羊毛硫氨酸（ALA-S-ABA），通過硫醚鍵形成5個環(huán)。當(dāng)前第46頁\共有89頁\編于星期四\23點

Nisin活性分子常為二聚體或四聚體。二聚體分子量為7000，四聚體分子量為14000；

已發(fā)現(xiàn)了6種類型的Nisin，分別是A、B、C、D、E和Z；

天然狀態(tài)下的Nisin主要有NisinA和NisinZ兩種形式。它們之間的差別在于第27位的氨基酸不同，NisinA為組氨酸，NisinZ為天冬氨酸。當(dāng)前第47頁\共有89頁\編于星期四\23點②Nisin的溶解性與穩(wěn)定性

Nisin的溶解度主要取決于溶液的pH值，在pH值較低的情況下，溶解性較好。在中性和堿性條件下幾乎不溶解；

Nisin的穩(wěn)定性主要取決于溫度、pH值、基質(zhì)等因素。

當(dāng)前第48頁\共有89頁\編于星期四\23點③Nisin的抑菌機理

A、在一定的膜電位下，疏水性的、帶正電荷的Nisin可吸附于敏感菌的細(xì)胞膜上，并通過其C末端的作用侵入膜內(nèi)而形成通道；

B、Nisin屬于孔道形成蛋白，由于其分子特殊的三級結(jié)構(gòu)，可允許分子質(zhì)量小于0.5kDa的親水分子通過，從而導(dǎo)致K+從胞漿中流出，細(xì)胞膜去極化及ATP泄漏，細(xì)胞外水分子流入，造成細(xì)胞內(nèi)外能差消失，細(xì)胞自溶而死亡。當(dāng)前第49頁\共有89頁\編于星期四\23點

Nisin主要殺滅或抑制G+菌及其芽孢，而對G-菌基本無影響；對于某些G-菌，如將Nisin與冷凍、加熱、調(diào)節(jié)pH和EDTA處理等結(jié)合起來，可以被殺死或被抑制；

pH、Mg2+濃度、乳酸濃度、氮源種類等均可影響Nisin對細(xì)胞膜的吸附作用，從而影響Nisin的抑菌作用。當(dāng)前第50頁\共有89頁\編于星期四\23點

④Nisin在食品中的應(yīng)用乳制品：延長保存期，縮短殺菌時間；肉類食品：代替部分硝酸鹽和亞硝酸鹽，抑制肉毒梭狀芽孢桿菌產(chǎn)生肉毒素，還可以降低亞硝胺對人體的危害；啤酒、果酒、烈性乙醇等酒精飲料：抑制G+菌。當(dāng)前第51頁\共有89頁\編于星期四\23點四、抗凍蛋白保鮮技術(shù)

抗凍蛋白（antifreezeprotein，AFP）是一類能夠抑制冰晶生長，能以非依數(shù)形式降低水溶液的冰點，但不影響其熔點的特殊蛋白質(zhì)。熒光抗凍蛋白裝飾的冰晶體當(dāng)前第52頁\共有89頁\編于星期四\23點1、抗凍蛋白的特性（1）熱滯活性抗凍蛋白能特異地吸附于冰晶表面，阻止冰晶生長，非依數(shù)性降低溶液冰點，但不影響其熔點，導(dǎo)致熔點與冰點之間出現(xiàn)差異。冰點和熔點的差值稱為熱滯值，這一現(xiàn)象稱為抗凍蛋白的熱滯活性（THA）。

當(dāng)前第53頁\共有89頁\編于星期四\23點

影響熱滯活性的因素

抗凍蛋白的濃度：越高，熱滯活性越大分子量：高分子量的糖肽比低分子量的糖肽熱滯活性更強小分子量溶質(zhì)：如檸檬酸鹽、甘油和山梨醇能顯著阻止冰核的形成，提高抗凍蛋白的熱滯活性來源：魚類的熱滯值為0.7~1.5℃，植物為0.2~0.5℃，昆蟲為5~10℃當(dāng)前第54頁\共有89頁\編于星期四\23點（2）改變冰晶的生長方式在純水中，冰晶通常沿著平行于基面的方向（a軸）伸展，而在晶格表面方向（c軸）伸展很少；抗凍蛋白分子與冰晶表面相互作用導(dǎo)致水分子在晶格表面外層的排列順序發(fā)生改變，冰核會變得沿著c軸以骨針形、纖維狀生長，形成對稱的雙六面體金字塔形冰晶。

當(dāng)前第55頁\共有89頁\編于星期四\23點（3）抑制冰晶的重結(jié)晶重結(jié)晶是指環(huán)境溫度在冰點以下較高溫度波動時，冰晶的大小將發(fā)生變化，通常大冰晶越來越大，小冰晶越來越??；抗凍蛋白可以阻止冰晶的重結(jié)晶，所形成的晶粒體積小而且比較均勻，防止組織因冰晶增大而產(chǎn)生機械性損傷。當(dāng)前第56頁\共有89頁\編于星期四\23點2、抗凍蛋白的類型及其結(jié)構(gòu)（1）魚類中的抗凍蛋白及其結(jié)構(gòu)

①抗凍糖蛋白（AFGP）

主要由3肽糖單位[-Ala-Ala-Thr（雙糖基）-]以不同重復(fù)度串聯(lián)而成；分子質(zhì)量一般在2.6~34kDa之間；糖基是抗凍活性形成的主要基團(tuán)，且活性與分子質(zhì)量有關(guān)，分子質(zhì)量大，一般活性也高。當(dāng)前第57頁\共有89頁\編于星期四\23點②Ⅰ型抗凍蛋白（AFP-Ⅰ）由11個氨基酸串聯(lián)而成的α-螺旋單體結(jié)構(gòu)，富含丙氨酸（占總氨基酸的60%以上），且部分螺旋具有雙嗜性；冬鰈產(chǎn)生的AFP-Ⅰ包括兩種亞型，即肝臟型和皮膚型，皮膚型的活性是肝臟型的1/2。當(dāng)前第58頁\共有89頁\編于星期四\23點③Ⅱ型抗凍蛋白（AFP-Ⅱ）

與C型凝集素同源，有2個α-螺旋、2個β-折疊和大量無規(guī)則結(jié)構(gòu)；日本胡瓜魚中的AFP-Ⅱ的N端的氨基酸序列與鯡魚有75%的同源性且核苷酸順序85%相同，分子質(zhì)量為16.7kDa，結(jié)構(gòu)上含有至少一個Ca2+結(jié)合結(jié)構(gòu)域，但去除Ca2+并未使它的活性完全喪失。胡瓜魚當(dāng)前第59頁\共有89頁\編于星期四\23點④Ⅲ型抗凍蛋白（AFP-Ⅲ）主要存在于綿鳚亞科魚類中，是一種7kDa的球狀蛋白二級結(jié)構(gòu)主要由9個β-折疊組成三級結(jié)構(gòu)由3個β-折疊反向排列成川字形，兩個川字形結(jié)構(gòu)互相垂直排列成三級結(jié)構(gòu)的主體部分，其余β-折疊則處于連接位置上當(dāng)前第60頁\共有89頁\編于星期四\23點⑤Ⅳ型抗凍蛋白（AFP-Ⅳ）存在于多棘床杜父魚

108個氨基酸殘基，其中Glu的含量高達(dá)17%

和膜載脂蛋白具有22%的同源性有較高的α-螺旋結(jié)構(gòu)，其中4個α-螺旋反向平行排列，疏水基團(tuán)向內(nèi)，親水基團(tuán)向外

杜父魚當(dāng)前第61頁\共有89頁\編于星期四\23點⑥Hyperactive-AFP

從冬鰈中分離出；分子量大于來源于同一生物中的AFP-Ⅰ，活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于后者。當(dāng)前第62頁\共有89頁\編于星期四\23點（2）昆蟲中的抗凍蛋白

昆蟲抗凍蛋白結(jié)構(gòu)與魚類的不同，在沿著抗凍蛋白折疊的一側(cè)有兩行蘇氨酸殘基，能夠與冰晶表面的棱柱和基面很好的匹配結(jié)合；

含有比魚類更多的親水性氨基酸。

當(dāng)前第63頁\共有89頁\編于星期四\23點①甲蟲抗凍蛋白甲蟲抗凍蛋白為8.4kDa的右手β-螺旋，即螺旋本身是β-片層結(jié)構(gòu)，每一圈由12個氨基酸組成，共7個螺周；富含Thr和Cys，8個二硫鍵分布在螺旋內(nèi)側(cè)；熱滯活性比魚的高得多，二聚體的活性更高。甲蟲當(dāng)前第64頁\共有89頁\編于星期四\23點②云杉蚜蟲抗凍蛋白分子質(zhì)量為9.0kDa左右，呈左手β-螺旋，每螺圈呈三角形，包括15個氨基酸殘基，Thr-X-Thr模體重復(fù)出現(xiàn)在每一螺圈當(dāng)中，三角形的邊是β-折疊片層；熱滯活性，為魚的熱滯活性的3~4倍；云杉蚜蟲抗凍蛋白的同型中有一種分子質(zhì)量為12kDa的蛋白質(zhì)的熱滯活性比魚的高出10~100倍。

當(dāng)前第65頁\共有89頁\編于星期四\23點③毛蟲抗凍蛋白

DAFP-1和DAFP-2兩類研究得較清楚分子質(zhì)量約為8.7kDa，分別含83和84個氨基酸殘基組成7個含12個或13個氨基酸殘基的重復(fù)單元。每1個重復(fù)單元中第1個與第7個半胱氨酸都形成二硫鍵，共8對二硫鍵當(dāng)前第66頁\共有89頁\編于星期四\23點（3）細(xì)菌中的抗凍蛋白

6種來源于南極洲的細(xì)菌可以產(chǎn)生抗凍蛋白，其中熱滯活性最高的一種抗凍蛋白是由82號菌株（Mdraxellasp.）產(chǎn)生的一類脂蛋白，N端氨基酸順序與該菌的外膜蛋白有很高的相似性。

當(dāng)前第67頁\共有89頁\編于星期四\23點（4）植物中的抗凍蛋白①冬黑麥中的抗凍蛋白包括7種類型，分子質(zhì)量在11~36kDa，且具有相似的氨基酸組成，均富含Asp/Asn、Glu/Gln、Ser、Thr、Gly及Ala，均缺少His，Cys含量達(dá)5%以上。

當(dāng)前第68頁\共有89頁\編于星期四\23點②千年不爛心的冬季枝條中的抗凍糖蛋白分子質(zhì)量為67kDa

富含甘氨酸殘基（含量達(dá)23.7%）半乳糖是其抗凍活性的關(guān)鍵組成部分當(dāng)前第69頁\共有89頁\編于星期四\23點③沙冬青葉片中的抗凍蛋白抗凍糖蛋白：分子質(zhì)量為40kDa，熱滯活性為0.9℃（20mg/mL），與植物凝集素具有同源性；

3種抗凍蛋白：分子質(zhì)量67kDa，熱滯活性0.46℃（8mg/mL）；分子質(zhì)量21kDa，熱滯活性0.46℃（8mg/mL)；分子質(zhì)量39.8kDa，熱滯活性0.45℃（10mg/mL）。當(dāng)前第70頁\共有89頁\編于星期四\23點④胡蘿卜中的抗凍蛋白分子質(zhì)量為36kDa，熱滯活性為0.35℃（1mg/mL)

熱滯活性比魚類Ⅲ型抗凍蛋白的熱滯活性高去掉糖基不影響其抑制重結(jié)晶的活性

當(dāng)前第71頁\共有89頁\編于星期四\23點⑤桃樹樹皮中的抗凍蛋白是一種脫水素蛋白PCA60

由472個氨基酸組成，富含賴氨酸、甘氨酸，分子質(zhì)量為50kDa

熱滯活性為0.06℃，具有較強的修飾冰晶的能力當(dāng)前第72頁\共有89頁\編于星期四\23點⑥黑麥草中的抗凍蛋白由118個氨基酸組成，分子質(zhì)量為11.77kDa，100℃時仍穩(wěn)定存在熱滯效應(yīng)較低，但對冰晶重結(jié)晶抑制效應(yīng)是魚類Ⅲ型抗凍蛋白的200倍黑麥草當(dāng)前第73頁\共有89頁\編于星期四\23點⑦珠芽蓼葉片中的抗凍蛋白熱滯活性為0.3℃（7.8mg/mL）分子質(zhì)量在15.2~72.3kDa范圍內(nèi)的7條多肽，且均為糖蛋白其中分子質(zhì)量為72.3kDa的糖蛋白是迄今為止在動植物中得到的分子量最大的抗凍蛋白珠芽蓼當(dāng)前第74頁\共有89頁\編于星期四\23點⑧沙冬青中的抗凍蛋白分子質(zhì)量約為28kDa

熱滯活性為0.15℃（10mg/mL），能夠調(diào)節(jié)冰晶的生長沙冬青當(dāng)前第75頁\共有89頁\編于星期四\23點植物抗凍蛋白的特點：

結(jié)構(gòu)多樣化：沒有相似的氨基酸序列和共同的冰晶結(jié)合單元；具有多重功能：具有抗凍活性，又有酶、抗菌、抗蟲和抗旱等活性；熱滯活性一般都大大低于魚類和昆蟲抗凍蛋白的熱滯活性，但有些植物抗凍蛋白的冰晶重結(jié)晶抑制效應(yīng)明顯優(yōu)于魚類和昆蟲抗凍蛋白；除低溫以外，其他因子如干旱、外源乙烯、脫落酸等也可誘導(dǎo)植物抗凍蛋白的產(chǎn)生。當(dāng)前第76頁\共有89頁\編于星期四\23點3、抗凍蛋白的抗凍機制

（1）“偶極子-偶極子”假說模型

抗凍蛋白與冰表面相互作用導(dǎo)致冰晶外層上的水分子排列順序發(fā)生局部改變；由于水分子和無序冰晶格結(jié)合的熵值低于和有序冰晶格結(jié)合，冰晶在c軸方向上不受有序晶格外層的影響而進(jìn)一步增長，導(dǎo)致螺距平行于c軸的雙六面體金字塔冰晶的形成。當(dāng)前第77頁\共有89頁\編于星期四\23點

隨著抗凍蛋白濃度的增大，在每個冰晶面螺旋-螺旋偶極子之間的相互作用逐漸變大，導(dǎo)致螺旋軸逐漸與冰晶的c軸平行，改變了冰晶的生長習(xí)慣，增大了雙六面體冰晶的螺距；當(dāng)抗凍蛋白濃度足夠高時，所有的螺旋都平行于c軸，冰晶的螺距變得無限大，雙金字塔變成針狀形，冰晶的生長方向變?yōu)槠叫杏赾軸方向，導(dǎo)致溶液冰點降低。當(dāng)前第78頁\共有89頁\編于星期四\23點（2）氫原子結(jié)合模型

抗凍蛋白分子一側(cè)相對疏水，另一側(cè)相對親水，二維陣列顯示親水一側(cè)與冰相結(jié)合，而疏水一側(cè)與水相作用；

N末端帽子結(jié)構(gòu)是由8個氫原子（Asp1、Thr2、Ser4、Asp5和兩個水分子的氫）組成的有序網(wǎng)；

抗凍蛋白-冰結(jié)合面相對扁平和鏈的剛性是抗凍蛋白-冰結(jié)合機制的關(guān)鍵。當(dāng)前第79頁\共有89頁\編于星期四\23點（3）剛體能量學(xué)說

“抗凍蛋白-冰”和“抗凍蛋白-水”界面之間的表面能存在差異；

當(dāng)抗凍蛋白分子存在時，由于冰