張 暉，張艷杰，王 立，郭曉娜

（江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫214122）

抗凍蛋白（antifreeze proteins，AFPs）是一類抑制冰晶生長的蛋白質(zhì)，它能以非依數(shù)性形式降低水溶液的冰點(diǎn)而對其熔點(diǎn)影響甚微，從而導(dǎo)致水溶液的 熔 點(diǎn) （melting point，MP） 和 冰 點(diǎn) （freezing point，F(xiàn)P）之間出現(xiàn)差值，這種差值稱為熱滯活性（thermal hysteresis activity，THA），因而抗凍蛋白亦稱為熱滯蛋白或溫度遲滯蛋白 （thermal hysteresis proteins，THPs）[1]。 1969 年，Devries 在南極 Mcmurdo 海峽的一種Nototheneniid魚的血液中首先發(fā)現(xiàn)了具有這種性質(zhì)的抗凍蛋白。其后30多年里，人們又先后從極區(qū)魚類、昆蟲、植物及真菌和細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了抗凍蛋白。抗凍蛋白通過吸附到冰晶表面，由于Kelvin效應(yīng)使冰晶的生長處于熱力學(xué)上不利的狀態(tài)，從而抑制冰晶的生長，保護(hù)避免結(jié)冰或者對結(jié)冰敏感的生命有機(jī)體免受結(jié)冰引起的傷害。由于抗凍蛋白具有阻止冰晶生長而不破壞細(xì)胞的特點(diǎn)，因而有望在食品原料的冷處理、冷凍食品的保鮮等方面發(fā)揮重大作用[2]。

1 抗凍蛋白的研究現(xiàn)狀

1.1 抗凍蛋白的特性

AFP降低魚血清、植物體液或水溶液冰點(diǎn)的效率比一般溶質(zhì)要高。按質(zhì)量濃度算，比NaCl的效率高2倍；按摩爾濃度算，比NaCl的效率高200～500倍。顯然這不能用一般的溶液理論來解釋。一般溶液（如NaCl，蔗糖溶液等）的冰點(diǎn)是固、液兩相蒸氣壓平衡時(shí)的溫度，因而冰點(diǎn)等于熔點(diǎn)。而AFP在其溶液中只影響結(jié)冰過程，幾乎不影響熔化過程，所以使冰點(diǎn)低于熔點(diǎn)。例如，2%抗凍糖蛋白溶液-0.9℃結(jié)冰，而結(jié)的冰直至溫度上升到-0.02℃也不熔化。這種現(xiàn)象叫做熱滯（thromal hysteresis）效應(yīng)，是AFP的第一個(gè)顯著特性。熱滯是一種非理想溶液的行為，溶液的冰點(diǎn)不由溶液的依數(shù)性決定，而其熔點(diǎn)卻由溶液的依數(shù)性決定，故兩者出現(xiàn)差值。冰點(diǎn)和熔點(diǎn)的差值稱為熱滯值[3-4]。

AFP有抑制冰晶生長的作用，而且這種作用在不同的方向上有強(qiáng)弱之分，因而引起冰晶形態(tài)的改變。在純水中，冰通常以平行于晶格基面（a軸）的方式生長，而在垂直于基面的方向（C軸）很少生長，故冰晶格看起來呈扁圓狀。低濃度AFP（μmol/L）優(yōu)先抑制冰晶沿a軸的生長，因此冰晶格的六邊柱表面變得明顯。高濃度AFP條件下冰晶主要沿C軸生長而形成六邊雙棱錐及針形晶體。這就是AFP的另一個(gè)特性——冰晶形態(tài)效應(yīng)[3]。AFP的第三個(gè)特性即重結(jié)晶抑制作用（recrystalization inhibition）。所謂重結(jié)晶是指在已經(jīng)形成的晶體顆粒之間進(jìn)行生長重分配，有的增大，有的減小；大的愈大，小的愈小。這種情形多發(fā)生在溫度波動(dòng)之時(shí)，往往對植物組織造成致命傷害。而AFP具有抑制重結(jié)晶發(fā)生的作用，所形成的晶粒體積小而比較均勻[3，5-6]。

1.2 抗凍蛋白的分類及結(jié)構(gòu)分析

按抗凍蛋白的來源分，主要有魚類抗凍蛋白、植物抗凍蛋白、昆蟲抗凍蛋白以及細(xì)菌抗凍蛋白。

1.2.1 魚類抗凍蛋白 迄今為止在魚類中共發(fā)現(xiàn)了5種抗凍蛋白，分別是抗凍糖蛋白（AFGPs）、I型抗凍蛋白（AFPI）、Ⅱ型抗凍蛋白（AFP Ⅱ）、Ⅲ型抗凍蛋白（AFPⅢ）和Ⅳ型抗凍蛋白（AIP IV）。

AFGPs于1969年首先由DeVeries在魚（Trematomus borohgrevinki）的血液中發(fā)現(xiàn)，肽鏈?zhǔn)怯葾la—Ala—Thr三肽單位重復(fù)組成，相對分子質(zhì)量從2 700～32 000，活性隨相對分子質(zhì)量的增加及重復(fù)數(shù)的增多而提高。

AFP I由Duman和DeVries于1974年在北大西洋沿海的美洲擬鰈（Pseudopleuronectes americanus）（俗稱冬鰈）的血清中發(fā)現(xiàn)，相對分子質(zhì)量為3 300～4 500，其二級(jí)結(jié)構(gòu)全為α螺旋。

AFPⅡ僅發(fā)現(xiàn)于少數(shù)幾種魚類 （如海渡鴉、胡爪魚和鯡魚等）的血清中，其重要特征在于富含半胱氨酸（海渡鴉中8.3%、大西洋鯡中9.3%）。在大洋條鱈（Macrozoacrces americnus）中發(fā)現(xiàn)的AFPⅢ既不富含丙氨酸，也沒有半胱氨酸，相對分子質(zhì)量約6000。用NMR和X-射線衍射技術(shù)分析表明：其二級(jí)結(jié)構(gòu)主要由9個(gè)β折疊組成，其中8個(gè)β折疊組成三明治夾心結(jié)構(gòu)，另一個(gè)β折疊則游離在其外。

AFPⅣ是從長角杜文魚（Longhornosculpin，myoxocephalus octodecimspinosis）血清中分離到的一種新型抗凍蛋白（LS-12），該抗凍蛋白含有108個(gè)氨基酸，相對分子質(zhì)量約為12 300，并且含有高達(dá)17%的 Glu[2]。

1.2.2 昆蟲抗凍蛋白 一些越冬的昆蟲體內(nèi)存在超活性的AFP，維持其體液的過冷（Supercooling）狀態(tài)。目前昆蟲中抗凍蛋白的分離純化主要在4種昆蟲中開展，分別為黃粉蟲（Tenebrio molitor）、美洲脊胸 長 椿 （Oncopeltus fasciatus）、 樅 色 卷 蛾（Choristoneura fumiferana）和 Dendroides canadensis。昆蟲抗凍蛋白的相對分子質(zhì)量一般為8 000～9 000，無糖基，與魚類AFP I型相似，含有較多的親水性氨基酸 （例如 Thr，Set，Asx，Glx，Lys，Arg）， 有 40%～59%的氨基酸殘基能形成氫鍵[7]。有些昆蟲AFPs類似于魚類AFPⅡ，含有一定數(shù)量的半胱氨酸[8]。一般來講，昆蟲抗凍蛋白抑制冰晶生長的活性高于魚類或植物抗凍蛋白[9]。它的最大活性可能達(dá)到魚類抗凍蛋白最大活性的3～4倍，而且在毫摩爾濃度其活性會(huì)比魚類抗凍蛋白的活性高出10～100倍[10]，分子結(jié)構(gòu)也大不一樣，這可能與冬季陸地的溫度更低有關(guān)[11]。

1.2.3 植物抗凍蛋白 植物AFPs的研究起步較晚，目前已被研究的植物材料多達(dá)40余種，如從冬黑麥中提取并純化了AFPs。進(jìn)一步的研究表明：冬黑麥AFPs的7個(gè)多肽組分 （相對分子質(zhì)量從11000～36 000）都表現(xiàn)出明顯的抗凍活性，并且具有相似的氨基酸組成，均富含Asp、Glu、Ser、m、Gly、Ala 等，不含His，Cys含量在5%以上。從強(qiáng)抗凍植物沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus）葉片中分離得到熱穩(wěn)定的AFPs，其中有一種相對分子質(zhì)量約為40 000的抗凍糖蛋白，其pI為9.0。胡蘿卜AFPs是一種相對分子質(zhì)量為36 000的抗凍糖蛋白，pI為5.0。但真正被分離純化的AFPs并不多，且這些AFPs的熱滯活性或抗凍活性大大低于魚類和昆蟲的AFPs。因此，推測AFPs在提高植物抗凍性方面的主要途徑不是阻止冰晶的形成，而是調(diào)控胞外冰晶的增長及抑制冰的重結(jié)晶和降低過冷點(diǎn)[12-13]。

1.2.4 細(xì)菌抗凍蛋白 在加拿大北極地區(qū)的植物根際中發(fā)現(xiàn)一種根瘤菌（Pseudom oltaspluida GR12-2），能耐受-20℃和-50℃的冰凍溫度而存活下來，在5℃生長溫度下，會(huì)合成和分泌一種具有抗凍活性的蛋白質(zhì)。這種蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量為164 000的糖脂蛋白，實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這種菌抗凍的機(jī)制之一是AFP的聚集[14-15]。來源于南極洲的細(xì)菌中有6種可以產(chǎn)生抗凍蛋白，其中熱滯活性最高的一種AFP是由82 號(hào)菌株（Moraxellasp）產(chǎn)生的一類脂蛋白（AFLP），N一端氨基酸順序與該菌的外膜蛋白有很高的相似性，這是首次報(bào)道的第一類抗凍脂蛋白[16]。

1.3 凍蛋白的抗凍機(jī)理及作用模型

水溶液中的溶質(zhì)能夠降低冰點(diǎn)和熔點(diǎn)，如生理鹽水的冰點(diǎn)為-0.539℃。但只靠這種作用，還不足以使生物體適應(yīng)低溫環(huán)境。極地魚類能夠在-1.9℃的海水中生存，單純?nèi)苜|(zhì)的作用只能把冰點(diǎn)降低到-0.8℃。在降低冰點(diǎn)方面，起主要作用的是抗凍蛋白。抗凍蛋白是一種有冰核劑活性的蛋白質(zhì)，當(dāng)溫度降低時(shí)，它能誘發(fā)細(xì)胞周圍結(jié)冰，從而避免細(xì)胞內(nèi)結(jié)冰造成致死性傷害。

抗凍蛋白抗凍機(jī)理目前尚不完全清楚，普遍認(rèn)為：1）抗凍蛋白通過結(jié)合到冰晶的表面抑制其生長，從而改變冰晶的形態(tài)。2）抗凍蛋白具有抑制重結(jié)晶發(fā)生的作用，防止小的冰晶凝結(jié)成更大的冰晶，使形成的晶粒體積小且均勻。AFPs的上述特性都是通過AFPs與冰晶的表面相互作用而實(shí)現(xiàn)的[17]。

隨著人們對抗凍蛋白分子機(jī)理理解的深入，人們先后提出了一序列的模型來解釋這一特殊機(jī)理。1）1977年 Raymond等[18]首先提出“吸附-抑制”模型來解釋AFP的作用機(jī)理，認(rèn)為AFP通過自身吸附到冰晶表面從而抑制冰晶生長，而不是通過把水與冰進(jìn)行隔離，使得水不再結(jié)冰。Du等將小冰晶成核技術(shù)應(yīng)用于AFP—Ⅲ的抗凍機(jī)制研究。發(fā)現(xiàn)AFP一Ⅲ可以吸附到小晶核和塵埃顆粒上，從而阻礙冰晶的成核作用，首次從數(shù)量上來研究了AFP的抗凍機(jī)制[19]。2） 1983 年 DeViles提出了“晶格匹配”模型[20]。在 “晶格匹配”模型中，冬季比目魚（Pleuronectes americanus）AFP-Ⅰ的兩親性α螺旋通過規(guī)律排布，突出螺旋外的Thr和Asx殘基與冰晶棱面相結(jié)合。3）1988年Yang等[21]提出“偶極子-偶極子”模型，認(rèn)為AFP有顯著平行于其螺旋軸親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)的偶板子（Dipole）。 4） 1993 年 Knight等[22]提出了“晶格占有”模型，該模型是在“晶格匹配”模型的基礎(chǔ)上演變而來的?！熬Ц裾加小蹦Ｐ椭校珹FP中部分氫鍵基團(tuán)通過“占有”冰晶表面上氧原子的位置，從而與臨近的氧原子同時(shí)形成了多個(gè)氧鍵，這樣就使得氫鍵數(shù)量增加了幾倍，最終導(dǎo)致AFP冰晶之間形成不可逆結(jié)合。5）2002年Jia等[23]提出了一個(gè)可適用于目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的抗凍蛋白的 “表面互補(bǔ)”模型。這個(gè)模型也被稱為“受體-配體”模型，在該模型中AFP是受體，冰是配體，AFP與冰晶之間所形成的表面互補(bǔ)與多種相互作用力有關(guān)，互補(bǔ)的表面越大則相互作用力越強(qiáng)，AFP如果從冰晶上脫離下來，則必須同時(shí)斷裂這些相互作用力，而這在動(dòng)力學(xué)上幾乎足不可能的，因而導(dǎo)致了AFP與冰晶之間結(jié)合的不可逆性。

1.4 抗凍蛋白的功能

對于AFP的功能及特性可概括為以下幾點(diǎn)：1）盡管發(fā)現(xiàn)抗凍蛋白可降低凝固點(diǎn)，但其熔點(diǎn)卻接近于0℃。熱熵的存在表明其活性機(jī)制是非依數(shù)性的。2）抗凍蛋白的非依數(shù)性大約為具有依數(shù)活性物質(zhì)的500倍左右。但是，卻存在一個(gè)極限濃度點(diǎn)其活性趨于飽和。3）抗凍蛋白以極低質(zhì)量濃度（＜0.1 μg/mL）存在時(shí)即可抑制凍結(jié)溶液的重結(jié)晶現(xiàn)象。4）當(dāng)溶液的過冷溫度稍低于其凝固點(diǎn)時(shí)，冰晶的成長結(jié)構(gòu)就與其在水中截然不同。首先，冰結(jié)晶在魚糖蛋白上從基面沿C-軸方向呈針狀生長，而不是集中地呈樹枝狀生長（即a軸不在基面上）。隨著溶液溫度的進(jìn)一步降低，冰結(jié)晶的生長結(jié)構(gòu)與其在水中基本相同。以上研究表明，特異位點(diǎn)與基面吸附的親和力低于與棱形界面的親和力[24]。

2 抗凍蛋白在食品工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

從食品工業(yè)的發(fā)展趨勢來看，冷凍食品業(yè)在食品工業(yè)中所占的份額越來越大，盡管冷凍加工和貯藏室保證食品品質(zhì)較好的方法之一，但是低溫冷鏈中眾多食品發(fā)生結(jié)晶和重結(jié)晶現(xiàn)象對細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞作用，造成細(xì)胞內(nèi)汁液流失。水的結(jié)晶導(dǎo)致溶液的局部濃縮現(xiàn)象又促使細(xì)胞內(nèi)組分的性質(zhì)發(fā)生改變，發(fā)生蛋白質(zhì)變性、淀粉回生等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象最終使產(chǎn)品品質(zhì)受到嚴(yán)重破壞[25]。作為一類新型的食品添加劑，抗凍蛋白可以有效減少冷凍貯藏的食品中冰晶的形成和重結(jié)晶，而提高低溫冷鏈系列食品的質(zhì)量。

2.1 在食品原料中的應(yīng)用

抗凍蛋白的特性被報(bào)道后，各國很多學(xué)者紛紛尋找它的應(yīng)用，但抗凍蛋白只能很小限度的降低冰點(diǎn)，與常用的可食用的抗凍劑相比，效果不顯著，且自然生產(chǎn)量很小，因此充分運(yùn)用到食品中去條件不成熟。基因工程的發(fā)展為抗凍蛋白的應(yīng)用提供了良好的條件，即運(yùn)用基因過程的方法把異源的高活性的AFP的基因轉(zhuǎn)移到目標(biāo)食品原料上，使之表達(dá)。這種遺傳特性的改良，從根本上增強(qiáng)食品原料在田間的抗寒能力，而且會(huì)改善食品原料采后的貯藏加工特性[26]。在1984年，Pickctt等報(bào)道了從美洲擬蝶中提取的AFPI型抗凍蛋白的DNA序列密碼。Devies報(bào)道了把抗凍基因轉(zhuǎn)移到果蠅，并提出把抗凍基因轉(zhuǎn)移到鮭魚、煙草、和胡蘿卜中的方案，此后的大多數(shù)工作是直接針對轉(zhuǎn)基因品種的生產(chǎn)，來增進(jìn)它對冷或霜凍的抗性，如Georeges等把抗凍蛋白基因轉(zhuǎn)移到玉米中。這些工作本身是食品技術(shù)的一部分，使品種和生長條件更加廣泛，從而使原料更加便宜。Warren等進(jìn)行了大量的研究，把抗凍基因接到載體中并在細(xì)菌、酵母菌和植物中表達(dá)，還進(jìn)行了用發(fā)酵工程制備抗凍蛋白的方法，然后提純抗凍多肽。將抗凍蛋白應(yīng)用到食品的模型中都顯示了改變冰晶生長的活性。美國DNA工程公司在番茄中導(dǎo)入抗凍蛋白基因，降低了細(xì)胞內(nèi)水分的凝固，培育出的耐寒番茄，在-6℃能生存幾個(gè)小時(shí)，果實(shí)冷藏后不變形[27]。

2.2 在食品加工及貯運(yùn)過程中的應(yīng)用

在食品冷凍時(shí)，抗凍蛋白可抑制重晶化保持食品柔軟的質(zhì)地。在冷凍貯藏食品中，抗凍蛋白在食品的冰凍、貯藏、運(yùn)輸和解凍過程抑制重晶化，減少細(xì)胞損傷以保持食品質(zhì)地，還可減少滴液以降低營養(yǎng)成分的損失。果蔬貯藏時(shí)的溫度越低，品質(zhì)保持越好，大部分果蔬可以在-18℃實(shí)現(xiàn)跨季節(jié)凍藏。但果蔬質(zhì)膜均由彈性較差的細(xì)胞壁包裹，凍結(jié)過程對細(xì)胞的機(jī)械損傷和溶質(zhì)損傷較為突出，因此適宜低溫點(diǎn)的選擇往往取決于貯藏對象的耐低溫能力，由于果蔬品種、組織成分、成熟度等多種因素不同，對低溫凍結(jié)的承受能力差別很大。食品在解凍過程中常出現(xiàn)的問題是汁液流失、軟爛、失去原有的形態(tài)。造成汁液流失的原因與食品的原料、凍結(jié)方式、凍藏條件以及解凍方式有關(guān)。能表達(dá)抗凍蛋白的轉(zhuǎn)基因蔬菜可改善這種狀況，提高速凍品的質(zhì)量。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)基因蔬菜在凍結(jié)與凍藏中冰晶對細(xì)胞和蛋白質(zhì)的破壞很小，合理解凍后，部分融化的冰晶也會(huì)緩慢滲透到細(xì)胞內(nèi)，在蛋白質(zhì)顆粒周圍重新形成水化層，使汁液流失減少，保持了解凍食品的營養(yǎng)成分和原有風(fēng)味[2]。

2.3 作為食品添加劑的應(yīng)用

其中一項(xiàng)研究是洛杉磯的Tomorrow Products研究的Eskimo品牌的Twin香檳酒。經(jīng)過-8～-6℃l h的貯藏后，對照樣品產(chǎn)生了大量的冰結(jié)晶，而加人抗凍蛋白的樣品卻未見有冰結(jié)晶出現(xiàn)。冰淇淋在貯存、運(yùn)輸過程易受升溫或溫度波動(dòng)的影響，溫度波動(dòng)對冰晶的影響更大。因?yàn)楫?dāng)溫度升高時(shí)，冰淇淋中的未凍水分增多，而且溫度降低時(shí)，未凍水分重新凝結(jié)，使原來細(xì)小的冰晶長大。可見，在貯存、運(yùn)輸過程中冰晶的再結(jié)晶使冰淇淋的質(zhì)地粗糙，失去了原有的細(xì)膩口感。把少量的抗凍蛋白加入到已融化的冰淇淋樣品中，于-80℃下迅速冷凍，然后在-8～-6℃下放置不同的時(shí)間，用顯微鏡觀察重結(jié)晶的變化。在-8～-6℃下放置1 h后，同對照相比冰晶明顯變小[28]。肉制品的冷凍、冷藏中，加入AFPs可以有效地減少滲水和抑制冰晶的形成，保持原來的組織結(jié)構(gòu)，減少營養(yǎng)流失[15]。據(jù)報(bào)道，將AFPG于屠宰前注入羔羊體內(nèi)，宰后肉體經(jīng)真空包裝，在-20℃凍藏2～l6周，然后解凍，觀察肉的冷凍質(zhì)量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無論在屠宰前1 h或24 h注射AFPG，均可有效降低冰晶體的體積和液滴的數(shù)量。AFPG終注射濃度達(dá)到0.01 mg/kg時(shí)，特別是在宰前24 h注射時(shí)，可以獲得最小的冰晶體[29]。Zhang[30]等研究了抗凍蛋白對冷凍面團(tuán)質(zhì)地特性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加抗凍蛋白的實(shí)驗(yàn)組冷凍面團(tuán)的硬度比對照組更加柔軟和穩(wěn)定，這主要是因?yàn)檩^低的結(jié)冰水含量。

3 抗凍蛋白在食品工業(yè)中的應(yīng)用前景

抗凍蛋白在食品中的應(yīng)用前景非常廣闊，尤其在發(fā)酵菌種的改進(jìn)及保藏方面將取得不可替代的作用。通過原核生物E.coli誘導(dǎo)表達(dá)AFPs，分離純化出AFPs，可以作為一種防凍劑，對菌種保藏及果蔬的貯藏和保鮮有重要的價(jià)值。對于果蔬的貯藏，如果貯藏溫度能降低1℃，就可以明顯延長貯藏壽命。抗凍蛋白及其模擬物將被認(rèn)為是很有潛力的食品添加劑。

然而抗凍蛋白在食品中的應(yīng)用依賴于它的成本，目前抗凍糖蛋白和冬鰈蛋白已有商品出售，價(jià)格與純度有關(guān)，基本售價(jià)為500美元/g。如此昂貴的價(jià)格在食品中的應(yīng)用還不現(xiàn)實(shí)，目前僅適用于特殊研究項(xiàng)目上。也有一些抗凍蛋白不再從魚的血液中提取，而是通過化學(xué)合成或基因工程方法生產(chǎn)，但是成本仍未降到可以在食品中使用的水平。不過，相信不久，合成抗凍蛋白的價(jià)格會(huì)隨著生物合成水平的迅速發(fā)展而大幅下降。另外，從分子生物學(xué)的角度來分析，在某些魚類和作物中植入合適的抗凍基因，生產(chǎn)出含有抗凍蛋白的食品原料（如鮭魚、草莓、柑桔等），加工得到的產(chǎn)品成本可能會(huì)更低[25]。

3.1 抗凍蛋白在果蔬保鮮中的應(yīng)用前景

新鮮果蔬貯藏時(shí)均需有適宜的最低溫度，低于此溫度常造成果蔬的冰害和凍害。適宜低溫點(diǎn)的選擇往往取決于貯藏對象的耐低溫能力。貯藏溫度若能降低1℃就可以明顯延長某些果蔬的貯藏壽命[31]。速凍果蔬在凍藏解凍過程中常出現(xiàn)的主要問題是汁液流失（drip loss）、軟爛、失去原有的形態(tài)。造成汁液流失的原因與食品的原料處理、凍結(jié)方式、包裝、凍藏條件以及解凍方式有關(guān)，最關(guān)鍵的因素是凍藏過程中的溫度波動(dòng)導(dǎo)致重結(jié)晶。能表達(dá)AFPs的轉(zhuǎn)基因蔬菜可改善這種狀況，提高速凍品的質(zhì)量。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)基因蔬菜在凍結(jié)與凍藏中冰晶對細(xì)胞和蛋白質(zhì)的破壞很小，合理解凍后，部分融化的冰晶也會(huì)緩慢滲透到細(xì)胞內(nèi)，在蛋白質(zhì)顆粒周圍重新形成水化層，使汁液流失減少，保持了解凍食品的營養(yǎng)成分和原有風(fēng)味。人們將魚的AFPI抗凍蛋白滲入到植物葉和莖的組織中，使其冰點(diǎn)降低了1.8℃以上，在植物懸浮培養(yǎng)細(xì)胞低溫保存時(shí)，抗凍蛋白可起到冰凍保護(hù)劑的作用，而抗凍蛋白也能降低植物細(xì)胞內(nèi)冰晶形成速度，這表明魚抗凍蛋白在植物中具有抗凍活性。

3.2 抗凍蛋白在水產(chǎn)行業(yè)中的應(yīng)用前景

水體溫度低對很多水產(chǎn)生物都會(huì)造成相當(dāng)大的應(yīng)激，因此在溫和氣候里生活的敏感水產(chǎn)生物在遇到罕見的低溫時(shí)，甚至可能會(huì)全部死亡。例如一些亞熱帶魚類和蝦類，如果在其收獲前期遇到較強(qiáng)冷空氣侵襲，超過其適應(yīng)能力，就會(huì)被凍死而減產(chǎn)。低溫對水產(chǎn)生物的影響，限制了養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。然而抗凍蛋白的發(fā)現(xiàn)和生物技術(shù)的發(fā)展為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)提供了廣闊的發(fā)展前景。楊曉蒨首次將目前己知具有最強(qiáng)抗凍活性的云杉卷葉蛾（spruce budworm，Choristoneura fumiferana）抗凍蛋白（sbw AFP）基因，通過精子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因技術(shù)整合到羅氏沼蝦的胚胎中，獲得了具有sbw AFP基因整合的蝦胚胎[32]。Fletcher等將北美黃蓋蝶抗凍蛋白基因微量注入鮭魚的受精卵內(nèi)，獲得了遺傳表達(dá)AFP的轉(zhuǎn)基因鮭魚。

在水產(chǎn)品冷凍加工的過程中，冷凍的溫度及速度會(huì)引起冷凍產(chǎn)品的組成成分及產(chǎn)品的質(zhì)量發(fā)生變化。如冷凍魚糜，在冷凍過程中，如果冷凍速度過慢，產(chǎn)生的冰晶過大，就會(huì)導(dǎo)致蛋白冷凍變性，降低產(chǎn)品的質(zhì)量。由于抗凍蛋白具有非依數(shù)性的降低冰點(diǎn)，抑制冰晶生長速度的獨(dú)特特性，可以將抗凍蛋白通過物理手段如直接混合、浸泡、真空滲透等應(yīng)用于水產(chǎn)品的冷凍加工過程中，改善冷凍產(chǎn)品的質(zhì)量[33]。

4 結(jié)語

以上是抗凍蛋白的特性、分類、結(jié)構(gòu)分析、作用機(jī)理、功能及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀和作用前景，盡管對抗凍蛋白有了不少的認(rèn)識(shí)，但抗凍蛋白還留下很多需要研究的課題，尤其是抗凍蛋白結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系及如何有效地應(yīng)用到食品工業(yè)中，作為已經(jīng)改變了基因的原料或在食品中應(yīng)用的基因工程抗凍劑如何降低成本等都是迫切需要解決的課題。隨著研究工作的進(jìn)行，抗凍蛋白作用機(jī)理會(huì)變得更為明顯，其在食品工業(yè)中的應(yīng)用將會(huì)有廣闊的前景。

[1]費(fèi)云標(biāo)，魏令波，高素琴，等.沙冬青抗凍蛋白的分離、純化及其理化特性分析[J].科學(xué)通報(bào)，2000，45（20）：2185-2189.FEI Yun-biao，WEI Ling-bo，GAO Su-qin，et al.Separation，purification and its characteristic analysis of antifreeze protein in Ammopiptanthus nanus[J].Chinese Science Bulletin，2000，45（20）：2185-2189.（in Chinese）

[2]閆清華，楊理，邵強(qiáng).抗凍蛋白及其在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，11：89-92.YAN Qing-hua，YANG lin，SHAO Qiang.Antifreeze proteins and their application in food field[J].Shandong Agricultural Science，2010，11：89-92.（in Chinese）

[3]盧存福，王紅，筒令成，等.植物抗凍蛋白研究進(jìn)展[J].生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展，1998，25（3）：210-216.LU Cun-fu，WANG Hong，TONG Ling-cheng，et al.Progress in study of plant antifreeze proteins[J].Prog Biochem Biophys，1998，25（3）：210-216.（in Chinese）

[4]費(fèi)云標(biāo).抗凍蛋白基因結(jié)構(gòu)與基因工程[J].生物工程進(jìn)展，1992，12（3）：33-36.FEI Yun-biao.Genetic structure and genetic engineering of antifreeze proteins[J].Process in Biotechnology，1992，12（3）：33-36.（in Chinese）

[5]Charles A K，Arthur L D V，Laarry D O.Fish antifreeze protein and the freezing and recrystallization of ice[J].Nature，1984，（308）：295-596.

[6]Worrall D，Elias L，Ashford D，et al.A carrot leucine-rich-repeat protein that inhibits ice recrystallization[J].Science，1998，282（5386）：115-117.

[7]李芳，王博，艾秀蓮，等.抗凍蛋白研究進(jìn)展[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，40（6）：349-352.LI Ai，WANG Bo，AI Xiu-lian，et al.Advance in the antifreeze proteins[J].Xinjiang Agricultural Science，2003，40 （6）：349-352.（in Chinese）

[8]費(fèi)云標(biāo)，江勇，趙淑慧，等.昆蟲抗凍蛋白的研究進(jìn)展[J].昆蟲學(xué)報(bào)，2000，43（1）：98-102.FEI Yun-biao，JIANG Yong，ZHAO Shu-hui，et al.Advances in insect antifree protein research[J].Acta Entomologica Sinica，2000，43（1）：98-102.（in Chinese）

[9]Mao X F，Liu Z Y，Ma J，et a1.Characterization of a novel β-helix antifreeze protein from the desert beetle Anatolica polita[J].Cryobiology，2011，62：91-99.

[10]Yue C W，Zhang Y Z.Cloning and expression of Tenebrio molitor antifreeze protein in Escherichia coli[J].Mol Bio Rep，2009，36：529-536.

[11]田云，盧向陽，張海文，等.抗凍蛋白研究進(jìn)展[J].中國生物工程雜志，2002，22（6）：48-53.TIAN Yun，LU Xiang-yang，ZHANG Hai-wen，et al.Advance in the antifreeze proteins[J].Journal of Chinese Biotechnology，2002，22（6）：48-53.（in Chinese）

[12]邵強(qiáng)，閏清華，徐存拴，等.植物抗凍蛋白研究新進(jìn)展[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，9：12-15.SHAO Qiang，RUN Qing-hua，XU Cun-shuan，et al.New research advances in plant antifreeze protein[J].Henan Agricultural Science，2005，9：12-15.（in Chinese）

[13]陳曉光，王巍.抗凍蛋白[J].生物學(xué)教學(xué)，2008，33（7）：11-13.CHEN Xiao-guang，WANG Wei.Antifreeze proteins[J].Biology Teaching，2008，33（7）：11-13.（in Chinese）

[14]劉晨臨，黃曉航，李光友.抗凍蛋白的研究及其在生物技術(shù)中的應(yīng)用[J].海洋科學(xué)進(jìn)展，2002，20（3）：102-109.LIU Chen-lin，HUANG Xiao-hang，LI Guang-you.Advances in antifreeze protein research and its application in biotechnology[J].Journal of Oceanography of Huanghai ﹠Bohal Seas，2002，20（3）：102-109.（in Chinese）

[15]孫琳杰.新疆荒漠昆蟲抗凍蛋白在釀酒酵母低溫保存中的應(yīng)用[D].烏魯木齊：新疆大學(xué)，2008：9-12.

[16]Yamashita Y，Nakamuta N，Omiya K，et a1.Identification of an antifreeze lipoprotein from Moraxeua sp.of Antarctic origin[J].Biosci Biotechnol Biochem，2002，66（2）：239-247.

[17]彭淑紅，姚鵬程，徐寧迎.抗凍蛋白的特性和作用機(jī)制[J].生理科學(xué)進(jìn)展，2003，34（3）：238-240.PENG Shu-hong，YAO Peng-cheng，XU Ning-ying.Characteristics and mechanism of the antifreeze protein[J].Progress in Physiological Science，2003，34（3）：238-240.（in Chinese）

[18]Raymond J A，Devriesal.Adsorption inhibition as a mechanism of freefing resistance in polar fishes[J].Proc Natl Acad Sci，1977，74（6）：2589-2593.

[19]DU N，LIU X Y，HEW C L.Ice nueleation inhibition：mechanism of antifreeze byantifreeze protein[J].J Biol Chem，2003，278（38）：36000-36004.

[20]Devries A L.Antifreeze peptides and glyeopoptides in cold-water fishes[J].Anna Rev Physiol，1983，45：245-260.

[21]Yang D S， Sax M，Chakrabartty A，et al.Crystal structure of all antifreeze polypeptide and its mechanistic implications[J].Nature，1988，333（6170）：232-237.

[22]Knight C A，Driggers E，Devries A L.Adsorption to ice of fish antifreeze glycopeptides 7and 8[J].Biophys J，1993，64（1）：252-259.

[23]Jia Z，Davies P L.Antifreeze proteins：an unusual receptor-lig and interaction[J].Trends Biochem Sci， 2002，27（2）：101-106.

[24]林淑英，孔保華，郭清泉.抗凍蛋白及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].食品工業(yè)，2001，3：13-15.LIN Shu-ying，KONG Bao-hua，GUO Qing-quan.Antifreeze proteins and their application in food industry[J].Food Industry，2001，3：13-15.（in Chinese）

[25]周素梅，廖紅.未來的食品原料—抗凍蛋白[J].冷飲與速凍食品工業(yè)，2011，7（4）：37-38.ZHOU Su-mei，LIAO Hong.Antifreeze protein：Future food raw material[J].Beverage and Fast Frozen Food Industry，2011，7（4）：37-38.（in Chinese）

[26]韓永斌，劉桂玲.抗凍蛋白及其在果蔬保鮮中的應(yīng)用前景[J].天然產(chǎn)物研究與開發(fā)，2003，15（4）：373-378.HAN Yong-bin，LIU Gui-ling.Antifreeze proteins and their potential application in fruits and vegetables fresh keeping[J].Natural Product Research and Development，2003，15（4）：373-378.（in Chinese）

[27]胡愛軍，鄭捷，丘泰球.抗凍蛋白及其在食品中的應(yīng)用[J].西部糧油科技，2002，27（2）：28-31.HU Ai-jun，ZHENG Jie，QIU Tai-qiu.Antifreeze proteins and its applications in food[J].China Western Cereals and Oils Technology，2002，27（2）：28-31.（in Chinese）

[28]尹明安，崔鴻文.抗凍蛋白及其在竹屋抗凍基因工程中的應(yīng)用[J].西北植物學(xué)報(bào)，2001，21（1）：8-13.YI Ming-an，CUI Hong-wen.Antifreeze protein and their application in plant antifreeze genetic engineering[J].Acta Botanica Boreali-occidentalta Sinica，2001，21（1）：8-13.（in Chinese）

[29]Jia Z C，Davies P L.Antifreeze proteins：an unusual receptor-ligand interaction[J].Trends in Biochemical Sciences，2002，27：101-106.

[30]Zhang C，Zhang H，Wang L.Effect of carrot （Daucus carota）antifreeze proteins on texture properties of frozen dough and volatile compounds of crumb[J].LwT，2008，41：1029-1036.

[31]代煥琴，郭索娟，盧存福.抗凍蛋白及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2001，27（12）：44-49.DAI Huan-qin，GUO Suo-juan，LU Cun-fu.Antifreeze proteins and their application in food industry[J].Food and Fermentation Industries，2001，27（12） ：44-49.（in Chinese）

[32]楊曉菁.抗凍蛋白基因的克隆及其在羅氏沼蝦中的整合[D].武漢：華中師范大學(xué)，2004：1-2.

[33]Marilyn Griffith，K Vanya Ew art.Antifreeze proteins and their potential use in frozen foods[J].Biotechnology Advances，2007，13（3）：375-420.