樊凱凱，劉愛國，*，陳東，曾國江，王弘，馮秀月

（1.天津市食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津300134；2.天津市大橋道食品有限公司，天津 300350）

冰結(jié)構(gòu)蛋白（Ice Structuring Proteins，ISP）又稱為抗凍蛋白（anti-freeze proteins）或熱滯蛋白(thermal hysteresis proteins），它們是一組能阻止冰結(jié)晶形成，控制其生長，改變冰凍或自然生長過程中冰核與冰晶體的生長規(guī)律、生長速度、冰晶體形狀和大小，并能抑制重結(jié)晶的天然蛋白質(zhì)。它們可以非依數(shù)性降低溶液的冰點(diǎn)，而對熔點(diǎn)的影響很小，從而使溶液的冰點(diǎn)和熔點(diǎn)之間出現(xiàn)一差值，該差值稱為熱滯活性（thermal hysteresis activity，THA）。ISP存在于動物（如昆蟲和魚類）、植物（如胡蘿卜、冬麥草、桃樹等）、細(xì)菌以及真菌中，可以在低溫下保護(hù)生物機(jī)體免受冷凍的損傷。

1 冰結(jié)構(gòu)蛋白的分類

從20世紀(jì)70年代首次從魚類的血液中提取出冰結(jié)構(gòu)蛋白以來，經(jīng)過幾十年的研究發(fā)展，人們相繼從植物，昆蟲，細(xì)菌，真菌中發(fā)現(xiàn)了具有同樣功能的蛋白質(zhì)，它們在組成和結(jié)構(gòu)上各不相同，并在基因序列上也沒有同源性，從而造就了冰結(jié)構(gòu)蛋白的多樣性和復(fù)雜性。

1.1 魚類中冰結(jié)構(gòu)蛋白的分類

魚類中冰結(jié)構(gòu)蛋白主要分為6大類，分別是ISGP（Ice Structuring GlycoProtein）、ISPⅠ、ISPⅡ、ISPⅢ、ISPⅣ、Hyperactive-ISP。

1.1.1 ISGP

ISGP是從南極Trematomus borchgrevinki血清中分離得到的，由[-Ala-Ala-Thr-雙糖單位-]以不同的重復(fù)度串聯(lián)形成的多聚物，其中雙糖是葡萄糖-N-乙酰半乳糖。其分子量在2.6 ku～33.7 ku之間。分子量越大活性越高。糖基是其起作用的主要集團(tuán)[1]。通過對糖基進(jìn)行乙?；蜻^氧化等化學(xué)修飾后，其活性喪失，并有報(bào)道稱其結(jié)構(gòu)是一種與多聚脯氨酸Ⅱ相似的左手螺旋，并且其雙糖疏水基團(tuán)面向碳骨架，而親水基團(tuán)面向溶液[2]，以此結(jié)構(gòu)來發(fā)揮活性。

1.1.2 ISPⅠ

ISPⅠ是從冬季比目魚和杜父魚中純化出來的一種蛋白質(zhì)，它的分子量一般在3.3 ku～4.5 ku之間，是11個(gè)[-Thr-X2-Asx-X7-]氨基酸殘基的重復(fù)單元，其中X一般代表Ala，在ISPⅠ中Ala的含量高達(dá)60%。ISPⅠ的二級結(jié)構(gòu)都是α-螺旋，三級結(jié)構(gòu)為單一的α-螺旋[3]形成的球狀結(jié)構(gòu)。冬季比目魚和杜父魚產(chǎn)生的ISPⅠ還包括兩個(gè)亞型：肝臟型ISPⅠ（liver-type winter flounderISPⅠ）和皮膚型ISPⅠ（skin-type winter flounder ISPⅠ）。肝臟型ISPⅠ是由肝臟細(xì)胞分泌的，因其含信號肽，所以可以分泌到血液中，發(fā)揮作用；而皮膚型ISPⅠ是由皮膚等與環(huán)境直接接觸的組織細(xì)胞分泌的，不含信號肽。因此，只能在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用，并且肝臟型ISPⅠ的活性是皮膚型ISPⅠ的2倍。

1.1.3 ISPⅡ

ISPⅡ首先是從太平洋鯡魚（Clupea pallas）血清中發(fā)現(xiàn)的，隨后又在日本胡瓜魚以及海渡鴉中發(fā)現(xiàn)，它的分子量在11 ku～24 ku之間，是魚類ISP中分子量最大的一類[4]。它的一級結(jié)構(gòu)的氨基酸排列中富含半胱氨酸，因此二硫鍵居多。二級結(jié)構(gòu)中包含2個(gè)α-螺旋，2個(gè)β-折疊，并含大量的無規(guī)則卷曲。三級結(jié)構(gòu)為球狀蛋白。ISPⅡ是唯一一種與已知蛋白質(zhì)（凝集素C）有同源性的ISP[5]。太平洋鯡魚和日本胡瓜魚中的ISPⅡ的冰結(jié)合位點(diǎn)與凝集素C的糖結(jié)合位點(diǎn)同源，其活性和穩(wěn)定性需要Ca2+存在，而海渡鴉中的ISPⅡ的冰結(jié)合活性與Ca2+無關(guān)。

1.1.4 ISPⅢ

ISPⅢ是從Zoarcoid科的魚類（Ocean Pout美洲大綿鳚）中分離出來的。它的分子量在6.5 ku～14 ku之間。它的一級結(jié)構(gòu)中既不富含丙氨酸也不富含半胱氨酸，二級結(jié)構(gòu)主要有9個(gè)β-折疊組成，其中8個(gè)組成了三明治夾心結(jié)構(gòu)，另外1個(gè)游離在外。在這種三明治夾心結(jié)構(gòu)中，3個(gè)串聯(lián)的β-折疊以“川”字排列，與另外3個(gè)串聯(lián)的β-折疊反向平行，剩余的2個(gè)則反向平行的分布于在“川”字外側(cè)[5]。三級結(jié)構(gòu)是由9個(gè)β折疊相互作用形成的球狀蛋白。

1.1.5 ISPⅣ

ISPⅣ是從多刺床杜父魚（Myoxocephalus octode-cemspinosus）中分離出的一種ISP。其分子量大約為12.3 ku。一級結(jié)構(gòu)包含108個(gè)氨基酸，N端連接了一個(gè)焦谷氨?；鶊F(tuán)，其中谷氨酸含量可達(dá)17%。二級結(jié)構(gòu)主要為4個(gè)α-螺旋。三級結(jié)構(gòu)是由4個(gè)α-螺旋反向平行排列而成的螺旋束，疏水基向內(nèi)、親水基向外發(fā)揮作用。ISPⅣ結(jié)構(gòu)與膜載脂蛋白具有部分同源性[6]。

1.1.6 Hyperactive-ISP

Hyperactive-ISP是從冬季比目魚中發(fā)現(xiàn)的除ISPⅠ外的另一種冰結(jié)構(gòu)蛋白。其分子量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于ISPⅠ，并且活性也高于ISPⅠ，它可以使冬季比目魚在-1.9℃下生存，而ISPⅠ只能使冰點(diǎn)降到-1.5℃[7]。冬季比目魚生活的極地海洋和北溫帶沿岸水域的冬季溫度一般在-1.9℃，因此，可以說是Hyperactive-ISP真正賦予冬季比目魚在-1.9℃的水域下生活的能力。

1.2 昆蟲中冰結(jié)構(gòu)蛋白的分類

目前研究最多的昆蟲ISP基本都是從黃粉蟲（Tenebrio Molitor）、毛蟲（Dendroides Canadensis）、樅色卷蛾（Choristoneura Fumiferana）、美洲脊胸長椿（Oncopeitus Fasciatus）等4種昆蟲中分離純化的。昆蟲ISP是目前已知熱滯活性最高的ISP，可達(dá)5℃～10℃。

黃粉蟲ISP（Tenebrio Molitor ISP）的分子量為8.4ku，一級結(jié)構(gòu)主要是由12個(gè)氨基酸（CTXSXXCXXAXT）的重復(fù)單元組成，富含蘇氨酸、半胱氨酸。二級結(jié)構(gòu)主要是β-片層，三級結(jié)構(gòu)在8個(gè)二硫鍵作用下形成7個(gè)螺周的右手β-螺旋結(jié)構(gòu)。黃粉蟲ISP在毫摩爾濃度下的熱滯活性是魚類的10倍～100倍[8]。ISP可降低黃粉蟲血淋巴的冰點(diǎn)至-5℃，若與高濃度的甘油一起作用可降低冰點(diǎn)至-14℃。

毛蟲 ISP（Dendroides Canadensis ISP）包含 DISP-1、DISP-2兩種亞類，其相對分子質(zhì)量約為8.7 kDa，分別含有83、84個(gè)氨基酸殘基。一級結(jié)構(gòu)是7個(gè)含12或13個(gè)氨基酸殘基（CTXSXXCXXAXTX）的重復(fù)序列，含半胱氨酸15.9%。二級結(jié)構(gòu)是46%β-折疊、39%β-轉(zhuǎn)角、2%螺旋、13%無規(guī)則卷曲。三級結(jié)構(gòu)是由16個(gè)半胱氨酸形成八對二硫鍵的相互作用而形成。用DTT（二硫蘇糖醇）處理毛蟲ISP，可破壞某些二硫鍵，從而使其失去生物活性。也正是由于二硫鍵的存在，賦予其耐受100℃高溫的特性[9]。

樅色卷蛾 ISP（Choristoneura Fumiferana ISP）包含多種同型冰結(jié)構(gòu)蛋白。其分子量在9.0 kDa左右，其結(jié)構(gòu)是左手β-螺旋，每螺周的結(jié)構(gòu)是包含15個(gè)氨基酸殘基形成的三角形結(jié)構(gòu)，三角形的邊是β-折疊，其中Thr-X-Thr重復(fù)出現(xiàn)，富含蘇氨酸和半胱氨酸。樅色卷蛾ISP的抗凍活性是魚類ISP的3～4倍。樅色卷蛾ISP同型冰結(jié)構(gòu)蛋白中的CFISP-501比其他樅色卷蛾ISP多出30或31個(gè)氨基酸殘基，即多出兩個(gè)螺周，而形成兩個(gè)額外環(huán)，有報(bào)道稱正是由于多出的兩個(gè)環(huán)，其與冰晶的結(jié)合更加嚴(yán)密，而使其抗凍活性是魚類ISP的10倍～100倍。

1.3 植物中冰結(jié)構(gòu)蛋白的分類

植物中冰結(jié)構(gòu)蛋白的研究比較晚，但是其來源廣泛易得，如胡蘿卜，女真葉，冬小麥等都可提取冰結(jié)構(gòu)蛋白，并且植物性的冰結(jié)構(gòu)蛋白在應(yīng)用中也容易為人們所接受，因此對植物性冰結(jié)構(gòu)蛋白的研究越來越多，如江南大學(xué)的黃衛(wèi)寧等主要就是研究植物性冰結(jié)構(gòu)蛋白的提取以及在冷凍面食中的應(yīng)用。植物的冰結(jié)構(gòu)蛋白的抗凍活性不高，熱滯活性略低于極地魚類的冰結(jié)構(gòu)蛋白活性。

胡蘿卜ISP包含322個(gè)氨基酸殘基，分子量為36.8 ku。一級結(jié)構(gòu)富含亮氨酸，N端帶有糖基化。二級結(jié)構(gòu)包含24個(gè)氨基酸形成的兩個(gè)β-折疊和一個(gè)螺旋，從而形成了三級結(jié)構(gòu)的有規(guī)律的右手β-螺旋的糖蛋白。pI=5.0，其熱滯活性為0.35℃。用相應(yīng)酶切除糖鏈分子不影響重結(jié)晶抑制活性，從而表明糖鏈不是其主要的活性部位。

黑麥草（Olium perenn）ISP是由118個(gè)氨基酸殘基相互作用形成的，分子量為13 ku。一級結(jié)構(gòu)由14或15個(gè)氨基酸重復(fù)單元組成。二級結(jié)構(gòu)是重復(fù)序列組成的一個(gè)環(huán)，總共8個(gè)環(huán)。三級結(jié)構(gòu)是8個(gè)環(huán)形成的β-筒狀結(jié)構(gòu)，一端是纈氨酸組成的疏水區(qū)域，另一端是天冬酰胺組成的親水的區(qū)域。糖基化或去糖基化不影響黑麥草ISP與冰晶的結(jié)合，也就是說不影響黑麥草ISP的生物活性，并且黑麥草ISP能夠耐受高溫，在100℃下結(jié)構(gòu)和活性穩(wěn)定[10]。

沙冬青中可能包含多種ISP，分子量分別為67、21、50、37.1、28ku。熱滯活性分別為 0.46℃（10 mg/mL）、0.45 ℃（10 mg/mL）、0.35 ℃（5 mg/mL）、0.24 ℃（5 mg/mL）、0.15℃（10 mg/mL）。前兩種不是糖蛋白。其中50 ku ISP中含11%的α-螺旋、34%β-折疊、55%無規(guī)則卷曲。由這些ISP共同作用一起發(fā)揮其抗凍活性。

桃樹皮中含有具有脫水素蛋白的PCA60，分子量50 ku，含有472個(gè)氨基酸殘基，其中富含賴氨酸和甘氨酸，熱滯活性為0.06℃～0.09℃，具有較強(qiáng)的冰晶修飾能力。

1.4 細(xì)菌中冰結(jié)構(gòu)蛋白的分類

細(xì)菌中分離提純冰結(jié)構(gòu)蛋白的研究很少。從南極洲的細(xì)菌中有6種細(xì)菌可分離出ISP，從菌株Moraxella分離出的ISP為脂蛋白，是第一次報(bào)道的冰結(jié)構(gòu)脂蛋白[11]；E.coli的ISP分子量大約為7.4 ku，稱為CS74，含大量的親水基團(tuán)；研究者還在加拿大北極地區(qū)的一種根瘤菌（Pseudomonas putida GR12－2）中發(fā)現(xiàn)了一種冰結(jié)構(gòu)蛋白。

1.5 真菌中冰結(jié)構(gòu)蛋白的分類

真菌中冰結(jié)構(gòu)蛋白的研究也非常少，有報(bào)道稱冬菇（Flammulina velupites）和牡蠣菇（Pleurotus ostreatus）中存在冰結(jié)構(gòu)蛋白。

2 冰結(jié)構(gòu)蛋白抗凍機(jī)制的研究

冰結(jié)構(gòu)蛋白主要通過熱滯效應(yīng)、重結(jié)晶抑制效應(yīng)來發(fā)揮它的抗凍活性。熱滯效應(yīng)是指冰結(jié)構(gòu)蛋白可以非依數(shù)性的降低溶液的冰點(diǎn)，而對其熔點(diǎn)基本沒有影響，從而使冰點(diǎn)與熔點(diǎn)之間出現(xiàn)一差值，這個(gè)差值的大小就反映了冰結(jié)構(gòu)蛋白的熱滯活性，差值越大活性越高。重結(jié)晶抑制效應(yīng)是指冰結(jié)構(gòu)蛋白可以抑制冰晶重結(jié)晶，而重結(jié)晶是指由于溫度波動，已形成的冰晶顆粒進(jìn)行重新分配，大的冰晶越來越大，小的越小。

由于目前發(fā)現(xiàn)的冰結(jié)構(gòu)蛋白種類繁多，基因和結(jié)構(gòu)基本沒有同源性，并且分子量大小相差很大，就是從同一物種提出的冰結(jié)構(gòu)蛋白相差也很大，所以造成它的抗凍機(jī)制的復(fù)雜性。目前公認(rèn)的抗凍機(jī)制有吸附抑制模型、結(jié)構(gòu)互補(bǔ)模型、晶格匹配模型、晶格占有模型、偶極子—偶極子模型、空間屏障學(xué)說等。

吸附抑制模型：這種模型是1977年Raymond[12]和DeVries提出的，他們認(rèn)為冰結(jié)構(gòu)蛋白可以吸附到特異的冰晶c軸表面，通過Kelvin效應(yīng)抑制α軸方向上的生長，從而阻止冰晶生長，修飾冰晶形態(tài)。機(jī)制的模型是：一般晶體的生長垂直于晶體表面，假如雜質(zhì)分子吸附于冰生長的表面，那么需要再外加一推動力（冰點(diǎn)下降），促使冰能在雜質(zhì)間生長。新加坡國立大學(xué)Du[13]等人首次從數(shù)量上檢測冰結(jié)構(gòu)蛋白的抗凍機(jī)制，他們發(fā)現(xiàn)冰結(jié)構(gòu)蛋白可以吸附到小晶核和塵埃顆粒上，從而抑制冰晶的成核作用。這為吸附抑制模型提供了有力的證據(jù)。但是吸附抑制模型不能完整的解釋冰結(jié)構(gòu)蛋白抑制冰晶生長的機(jī)理，因此,還有待進(jìn)一步的完善。

結(jié)構(gòu)互補(bǔ)模型：該模型于2002年由Jia[14]等提出，也稱為“受體—配體模型”，其中冰結(jié)構(gòu)蛋白是受體，冰晶是配體。冰結(jié)構(gòu)蛋白表面與冰晶表面之間主要通過不可逆的疏水作用以及范德華力（也包含部分氫鍵，但是次級作用力）互相吻合，而發(fā)揮抗凍活性。加拿大阿爾伯達(dá)大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)甲蟲冰結(jié)構(gòu)蛋白中的規(guī)則的蘇氨酸排列以最適方式與冰晶表面緊密咬合，排除了水與冰晶的接觸，從而抑制冰晶生長。這為結(jié)構(gòu)互補(bǔ)模型提供了有力的證據(jù)。進(jìn)一步證實(shí)結(jié)構(gòu)互補(bǔ)模型的證據(jù)是[15]，2002年北京師范大學(xué)與加拿大皇后大學(xué)生化系的研究人員首次將分子軌道計(jì)算法應(yīng)用于冰結(jié)構(gòu)蛋白ISP-Ⅱ，檢測到ISP-Ⅱ中的19個(gè)氨基酸殘基可與冰晶表面相吻合。

其他模型有，1983年由Deviles提出的晶格匹配模型，隨后于1988年，Yang等提出的偶極子—偶極子模型，Knigh于1993年在晶格匹配模型的基礎(chǔ)上提出了晶格占有模型。但由于魚類、昆蟲、植物、細(xì)菌能夠耐受寒冷不只是與冰結(jié)構(gòu)蛋白有關(guān)，它還與組織中的一些抗凍因子有關(guān)，從而使其抗凍機(jī)制更加復(fù)雜多樣，因此需進(jìn)一步的探討它的抗凍機(jī)制。

3 冰結(jié)構(gòu)蛋白作為食品添加劑的安全性研究

每種新型蛋白作為食品添加劑，應(yīng)用于食品之前都要對其潛在的危險(xiǎn)進(jìn)行研究，如過敏性等。盡管冰結(jié)構(gòu)蛋白應(yīng)用于食品中具有巨大的商業(yè)價(jià)值，但其過敏性也同樣帶來了爭議。Bindslev[16-17]等研究了冰結(jié)構(gòu)蛋白的過敏性，他們主要從三方面來闡述。其一，對冰結(jié)構(gòu)蛋白進(jìn)行氨基酸序列分析。通過BLAST（局部序列比對基本檢索工具）和PIR-NREF（蛋白質(zhì)信息庫）軟件測序，與已知的過敏原序列進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)其與已知過敏原無同源性；其二，過敏原對胃蛋白酶的抗性分析。通過 RP-HPLC、SDS-PAGE、GFC、LC-MC 等方法對冰結(jié)構(gòu)蛋白進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)通過HPLC或SDSPAGE，冰結(jié)構(gòu)蛋白的生物活性在4 min后下降了一半；其三，平時(shí)人體血液中的免疫球蛋白E（IgE）的含量很少以及嗜堿性粒細(xì)胞不會釋放組胺，當(dāng)有過敏物質(zhì)存在時(shí)，會誘導(dǎo)產(chǎn)生過敏反應(yīng)，從而使IgE含量增加，釋放組胺，因此，通過檢測血液中IgE含量和組胺含量，可以判斷該物質(zhì)是否為過敏原。Bindslev等在添加ISP后，通過Maxisorp RAST（放射免疫吸附法）測定血液中IgE含量不會超過200μg/mL，組胺沒有釋放。因此通過上述三方面實(shí)驗(yàn)，可以斷定ISP不會引起過敏反應(yīng)，是一種安全的食品添加劑，可以放心使用。

4 冰結(jié)構(gòu)蛋白的應(yīng)用

4.1 冰結(jié)構(gòu)蛋白在食品中的應(yīng)用

冰結(jié)構(gòu)蛋白作為一種新型的食品添加劑，比較成功的應(yīng)用于冰淇淋、冷凍面團(tuán)、肉制品等食品中，它可以有效地抑制冰晶生長，并抑制重結(jié)晶，從而提高食品的質(zhì)量，減少營養(yǎng)的流失。

4.1.1 冰結(jié)構(gòu)蛋白在冰淇淋中的應(yīng)用

有資料顯示，隨著生活節(jié)奏的加快，高中檔冰淇淋和雪糕的銷量呈明顯上升的趨勢，而冰淇淋由于其口感細(xì)膩滑潤，冰甜可口，色澤鮮艷，味道宜人，現(xiàn)在越來越受到人們的親睞，并且冰淇淋的樣式也越來越多，市面上的種類也是五花八門，像哈根達(dá)斯和意大利的軟式冰淇淋，但是所有的冰淇淋產(chǎn)業(yè)仍面臨的問題是如何減小冷凍過程中冰晶的生長和重結(jié)晶，尤其是中低端的冰淇淋。而隨著冰結(jié)構(gòu)蛋白的研究使人們看到了希望，通過研究發(fā)現(xiàn)ISP可以與冰晶表面結(jié)合而阻止冰結(jié)晶形成，控制其生長，改變冰凍或自然生長過程中冰核與冰晶體的生長規(guī)律、生長速度和冰晶體形狀和大小，并能抑制重結(jié)晶，從而避免產(chǎn)生大的冰晶而影響口感，并可提高其穩(wěn)定性。我國于2006年首次在食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB2760上公布冰結(jié)構(gòu)蛋白可以以新的食品添加劑添加到冷凍食品中。在國際上目前只有聯(lián)合利華公司將冰結(jié)構(gòu)蛋白應(yīng)用于冰淇淋中，發(fā)現(xiàn)冰結(jié)構(gòu)蛋白添加到冰淇淋中可以消除冰渣，而改善質(zhì)量和口感[18]。其他外國公司還沒有研究使用，因此，冰結(jié)構(gòu)蛋白在冰淇淋中的應(yīng)用前景廣闊。

4.1.2 冰結(jié)構(gòu)蛋白在中式冷凍面團(tuán)中的應(yīng)用

在國內(nèi)，江南大學(xué)黃衛(wèi)寧等主要研究冰結(jié)構(gòu)蛋白在中式冷凍面團(tuán)中的作用。冷凍面團(tuán)技術(shù)是一門新的烘焙食品加工技術(shù)，面團(tuán)經(jīng)過長時(shí)間的冷藏，面團(tuán)的品質(zhì)會下降，如醒發(fā)時(shí)間延長，比容減小等。而研究發(fā)現(xiàn)[19]，與空白樣對比，添加0.5%ISP的面團(tuán)可以有效的縮短面團(tuán)的醒發(fā)時(shí)間，增大面包比容而減小面包硬度。并經(jīng)過掃描電鏡實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)添加0.5%ISP的冷凍面團(tuán)，經(jīng)長時(shí)間凍藏后，仍然可以觀察到明顯的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這說明ISP可以顯著保護(hù)冷凍面團(tuán)超微結(jié)構(gòu)。

4.1.3 冰結(jié)構(gòu)蛋白在肉制品中的應(yīng)用

肉制品經(jīng)過反復(fù)冷凍，由于冰晶不斷集聚變大，會對肉制品的組織產(chǎn)生破壞，從而使汁液外漏，營養(yǎng)流失。而加了ISP的肉制品或者在宰殺前24 h將0.01 mg/mL的ISP注射入待宰羔羊體內(nèi)，均可有效地減少滲水和冰晶的形成，從而保持其原有的組織結(jié)構(gòu)，減少營養(yǎng)流失[20]?？赡苁且?yàn)镮SP使部分融化的冰晶緩慢地滲入到細(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，保持解凍食品的營養(yǎng)成分和原有風(fēng)味。

4.2 冰結(jié)構(gòu)蛋白在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

1998年英國York大學(xué)Worrall首次發(fā)現(xiàn)了植物的ISP基因[21]，2001年尹明安等成功克隆出了胡蘿卜的ISP基因。隨著各種ISP的基因測序的進(jìn)行，研究者通過基因工程技術(shù)將ISP的基因?qū)胫参矬w內(nèi)，并在體內(nèi)表達(dá)，使植物獲得抗凍活性，選育出轉(zhuǎn)基因的抗凍植物，擴(kuò)大了植物的種植范圍，打破了植物因寒冷或霜凍等氣候而限制了產(chǎn)地和產(chǎn)量。

4.3 冰結(jié)構(gòu)蛋白在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

冰結(jié)構(gòu)蛋白能夠保護(hù)移植的人體器官免受運(yùn)輸過程中因溫度的上下波動而生成的冰晶對器官的破壞，并能延長移植器官的壽命，從而為移植手術(shù)爭取更長時(shí)間。

冰結(jié)構(gòu)蛋白還可作為定向藥物運(yùn)輸?shù)侥[瘤細(xì)胞附近，然后控制冰晶生長，從而可定向的冰結(jié)和破壞皮膚中的腫瘤細(xì)胞，而減少對周圍細(xì)胞和組織的損傷。

5 展望

上述介紹了冰結(jié)構(gòu)蛋白的分類、抗凍機(jī)制、安全性以及在各行業(yè)的應(yīng)用。盡管對冰結(jié)構(gòu)蛋白已經(jīng)有了很深的研究，并且也認(rèn)識到了冰結(jié)構(gòu)蛋白具有較高的潛在應(yīng)用價(jià)值，但是不同原料、不同方法研究的絕大多數(shù)冰結(jié)構(gòu)蛋白從實(shí)驗(yàn)研究到實(shí)際生產(chǎn)還面臨很多問題，尤其是研究結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系和如何能更好地實(shí)現(xiàn)冰結(jié)構(gòu)蛋白的產(chǎn)業(yè)化等。然而，可以預(yù)見的是，隨著科技力量的發(fā)展及科研工作的不斷深入和研究者的不斷努力，冰結(jié)構(gòu)蛋白必將實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，為提高速凍食品的品質(zhì)、生產(chǎn)過程中的節(jié)能降耗提供較好的支撐條件。

[1]江勇,賈士榮,費(fèi)云標(biāo),等.冰結(jié)構(gòu)蛋白及其在植物抗凍生理中的應(yīng)用[J].植物學(xué)報(bào),1999,41(7):677-685

[2]謝秀杰,賈宗超,魏群.抗凍蛋白結(jié)構(gòu)與抗凍機(jī)制[J].細(xì)胞生物學(xué)雜志,2005,27:5-8

[3]Harding M M,Ward L G,Haymet A D J.Type I antifreeze proteins:structure-activity studies and mechanisms of ice growth inhibition[J].European journal of biochemistry,1999,264(3):653-656

[4]Sonnichsen FD,Sykes BD,Davies PL.Comparative modeling of the three-dimensional structure of type II antifreeze protein[J].Protein Sci,1995,4(3):460-471

[5]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

[6]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

[7]Marshall C B,Fletcher G L,Davies P L.Hyperactive antifreeze protein in a fish[J].Nature,2004,429:153

[8]Liou Y C,Thibault P,Walker V K,et al.A Complex Family of Highly Heterogeneous and Internally Repetitive Hyperactive Antifreeze Proteins From the Beetle Tenebrio Molitor[J].Biochemistry,1999,38(35):11415-11424

[9]Li N,Bakshy A K,Castellino F J,et al.Mapping of disulfide bridges in antifreeze proteins from overwintering larvae of the beetle Dendroides canadensis[J].Biochemistry,1998,37:6343-6350

[10]Sidebottom C,Buckley S,Pudney P,et al.Heat-stable antifreeze protein from grass[J].Nature,2000,406:325-328

[11]Yamashita Y,Nakamuta N,OmiyaK,etal.Identification ofan antifreeze lipoprotein from Moraxella sp.of Antarctic origin[J].Biosci Biotechnol Biochem,2002,66(2):239-247

[12]RAYMOND JA,DEVRIESA L.Adsorption inhibition as amechanism of freezing resistance in polar fishes[J].Proc Natl Acad Sci,1977,74(6):2589-2593

[13]Du N,Liu X Y,Hew C L.Ice nucleation inhibition:mechanism of antifreeze by antifreeze protein[J].J BiolChem,2003,278(38):36000-36004

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

[15]Cheng Y,Yang Z,Tanh,et al.Analysis of ice-binding sites in fish type Ⅱantifreeze protein by quantum mechanics[J].Biophys J,2002,83(4):2202-2210

[16]Baderschneider B,Crevel R W R,Earl L K,et al.Sequence analysis and resistance to pepsin hydrolysis as part of an assessment of the potential allergenicity of Ice Structuring Protein Type III HPLC 12[J].Food and chemical toxicology,2002,40:965-978

[17]C Bindslev-Jensen,E Sten,L K Earl,et al.Assessment of the potential allergenicity of ice structuring protein type III HPLC 12 using the FAO/WHO 2001 decision tree for novel foods[J].Food and chemical toxicology,2003,41:81-87

[18]馮從經(jīng),陸劍鋒,呂文靜,等.抗凍蛋白研究進(jìn)展[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2007,23(5):481-486

[19]黃衛(wèi)寧,鄒奇波,潘振興,等.冰結(jié)構(gòu)蛋白對長期凍藏冷凍面團(tuán)抗凍發(fā)酵特性與超微結(jié)構(gòu)的影響[J].食品科學(xué),2008,29(08):39-42

[20]Warren C J,Mueller G M,McKown RL.Ice Crystal Growth Suppression Polypeptides and Methods of Preparation[P].US Patent 5,1992,118:792-794

[21]Smallwood M,Worrall D,Byass L,et al.Isolation and characterization of a novel antifreeze protein from carrot(Daucus carota)[J].Biochemical journal,1999(340):385-391