将新鲜完全保留下来冷链新科技——抗冻蛋白-现代物流杂志官网

语：活鱼经过抗冻蛋白处理后急速冷冻，解冻后惊异地活了过来。珍珠粉圆、鸡蛋、牛奶、香蕉、肉品与带鱼冷冻后还原成原样。

我们生活中都有过经验，将买回来的肉类或水产品放冰箱冷冻，要吃时将其解冻再来烹煮。可是我们都会发现，解冻后的肉品或水产品，都会流出不明的血水或汁液，这是因为冷冻时已将其细胞膜刺破，经过冷冻成块，我们没发觉异状。等到解冻时，融化的细胞血水，就流出来了。此时肉品与水产就没冷冻前的新鲜及好味道。了解原因后，许多发达国家都不断在研究如何保鲜，发明了各种保鲜技术，如空间电场设备活化水分子技术、低温高压保鲜技术、细胞活存技术等，都是相当优秀的保鲜技术。但为何产业并未普及呢？这主要来自成本考虑。购置设备后的处理成本，加在商品成本上，是否能够被市场接受呢？

我们曾经与水产大型渠道商商谈，这些渠道商都说产品很好，也确实能够保鲜，也有意愿引进。但当了解到投资成本后，纷纷打了退堂鼓，都说我们卖鱼卖肉，都是一公斤几毛钱的输赢，投资成本摊提后，每公斤要加上几块钱，会让我们没有竞争力的，何况对买家而言，有血水流出是常识，冷冻商品都是这样的，这是现况。因此，保鲜技术如何能将成本降到最低，让买家愿意接受，这才是保鲜技术得以推广的关键。很高兴的是，我们终于发现这个秘密。

何谓冰结晶

食品中有细胞质（细胞内的液体）与细胞间质（细胞与细胞之间的液体），其中存在着蛋白质、糖、无机盐等物质，细胞质比细胞间质的浓度要大。当外界温度降低到细胞间质的冰点时，细胞间质中就会产生大量细小的冰晶；当温度持续下降达到细胞质的冰点时，细胞质中也会产生冰晶。由于细胞质和细胞间质产生冰晶的时间先后不同及两者浓度上的差异，产生的冰晶数量也远远不同，由此产生一定的压力差，当压力差达到一定程度时，就会破坏细胞膜，在细胞膜上形成许多足以使营养物质自由出入的通道。

而食品解冻时，细胞质内的大量营养物质，就会通过这些通道流失，（常规冻结的食品在解冻时，解冻水会有大量泡沫，这些泡沫就是营养物质），使得食品的保鲜期、营养价值及鲜度大大降低。

抗冻蛋白的定义

不冻蛋白质（抗冻蛋白）（Antifreeze proteins，AFPs）或叫冰结构蛋白（ice structuring proteins，ISPs）是指一类由某些脊椎动物、植物、真菌和细菌产生的多肽。这些多肽能保证这些物种在零下温度环境下生存。AFP结合到小的冰晶上，阻止冰的结晶化和晶体的生长，不然，将会对那些生命物种是致命的。越来越多的证据表明，AFP与哺乳动物细胞膜相互作用，保护细胞膜不会被冻坏。

不像广泛使用的汽车抗冻剂、乙二醇，AFP对冰点的降低不和浓度成正比，它们不是按照线性规律起作用。这样，就能使它们在相当于其他溶解的溶质的1/500~1/300的浓度，而起到防冻剂的作用。这将使它们对渗透压的影响降至最小。AFP得到这种非凡的能力，归因于它们在特定的冰晶表面上的结合能力。

目前已发现的抗冻蛋白来自南极鱼科及北部鳕鱼体内，分为五类。另在高冷植物、真菌菇类、海冰微生物及昆虫中皆斩获。

人们认为AFP抑制冰晶的生长，是靠一种吸附—抑制机制。它们被吸附到冰的非底平面，从而，从热力学角度不利于冰的生长。

冷冻冷藏食品运输过程中，冰晶的形成与增大会破坏物品的结构，是造成重要成分流失、产品变质的主因。抗冻蛋白可结合在冰晶的表面，让冰晶不会扩大，能有效抑制冰晶形成，提高冷冻冷藏品的质量。

通过试验证明，食品中产生的冰结晶的大小、分布情况与通过最大冰结晶生成区有关。在越短的时间内通过最大冰晶生成区，细胞膜所受到的压力差就越小，细胞就越不会被破坏。常规冻结的一个明显缺点就在于冻结时间过长，通过最大冰晶生成区的时间比较长，因此无法避免地在细胞膜内外产生不均衡压力差，破坏细胞膜，导致解冻后的营养成分流失。“液体急速冷冻”与一般的冷冻不同，它不是用冷风来冷冻食材，而是用酒精混合冷冻液来急速冷冻。这个技术以-35~-30℃的酒精混合冷冻液作为媒介，将食材浸泡其中快速降温。液体的热传导率比空气快上30倍，因此能快速降温、让食材在短时间进入冻结状态。

技术特性分析

抗冻蛋白晶冻生物液，由特殊的碳水化合物组成，形成透明生物溶液可在产品表面形成特殊保护膜。

其分子量小，容易进入细胞内，发挥其独特保护细胞膜的功能，能提高细胞抗冻能力。

有效保护生物分子结构不被冰结晶破坏，保留产品鲜度，提供全营养价值。

在低温下（-50~-18℃）杀菌效果发挥极致，可消除异味。

抑制紧缩，防止脱水，减少产品解冻后体液流失。

良好的耐冷冻性，可防止脂肪含量氧化，抑制冰晶形成。

可以抑制因冷冻而发生的组织或蛋白质变性。

能保持食物弹性，稳定色泽，延长产品的保鲜期。

以往抗冻蛋白主要是从天然鱼体中萃取纯化，必须配合渔业、季节、气候、产地等因素，不仅来源不稳定、数量少，且须经过多重纯化手续，导致价钱十分昂贵。学术用的抗冻蛋白1克甚至高达40万元新台币。而台湾地区以遗传工程方式，在基因层次即改良其抗冻效能，并以安全级和食品级，微生物宿主分泌生产于菌体外，用好菌大量生产好的蛋白质，简化制程且不受季节、地域之限制，具有省时、省钱与省工的优势。

抗冻蛋白应用的层面十分广泛，包含冷冻食品、水畜产品和生医领域等。冷冻食品如冰淇淋、冷冻肉品、冷冻丸子、冷冻面团等，都能达到增加口感及提高质量的效果。水畜产品如冷冻鱼虾蟹、牡蛎、蛤蛎等，则可延长贮藏期限，经过长时间的冷冻贮藏还是可以保持新鲜的口感。此外，台湾的虱目鱼常因寒害而有大批死伤，在鱼饲料里添加抗冻蛋白，可降低寒害伤亡。在生医方面，如血浆冷藏保存、精卵细胞储存和器官移植等皆可应用。除以上应用项目外，其他冷冻素材都可以开发其配方，达到提升质量及延长保存期效果。

一项最近的成功的商业尝试，是将AFP引入到冰淇淋和酸奶产品中。这个成分被标示为冰结构蛋白（Ice Structuring Proteins，ISP）已经获得FDA（美国食品和药物监管局）的批准。该冰结构蛋白分离自鱼类、并且在酵母中大规模复制。ISP在经过一些认真的试验后，已经批准可以被人类所消费，根据已知的AFP的历史消耗量，可以安全的得出结论：AFP的功能性质，不会对人体造成任何毒理性或过敏性影响。

最近，联合利华公司已经把AFP放到一些美国产品里，包括一些冰棒和一个新系列的Breyers品牌的轻双搅雪糕（Light Double Churned ice cream bars）。在雪糕（冰淇淋）中AFP在加较少添加剂的情况下，使之产生非常滑腻、密实和低脂的效果。

目前发现的抗冻蛋白可以通过降低体系冰点、改变冰晶形态、抑制冰晶生长来防止低温胁迫对生物体造成伤害，提高生物体对低温的适应能力。现已在鱼类、昆虫和植物中发现并分离出具有抗冻能力的蛋白质，并且把植物或动物或动植物融合的抗冻蛋白相关基因转入到受体植株，植株的抗寒能力均有所提高，农作物的产量也随之增加。

抗冻蛋白的研究首先出现在鱼类和昆虫中，后来扩大到微生物、动物和植物中。

1964年，最早从黄粉甲幼虫中发现的抗冻蛋白，1992年，Griffith等从冬黑麦（Secale cereale）叶片质外体中得到，并部分纯化了一种经过低温处理，可以忍受细胞外结冰的蛋白，通过扫描电镜显示，冷驯化的冬黑麦通过形成这种蛋白，仅在细胞间隙中形成冰就使其可以忍受低温，这种蛋白修饰了正常蛋白质冰晶的生长模式和抑制低温时水分流失，是在植物中分离纯化的第一种抗冻蛋白。

目前，在鱼类中已经发现了5种类型的抗冻蛋白即抗冻糖蛋白、抗冻蛋白Ⅰ、抗冻蛋白Ⅱ、抗冻蛋白Ⅲ、抗冻蛋白Ⅳ。抗冻糖蛋白主要是由丙氨酸-丙氨酸-苏氨酸的三肽单位串联重复而成。

抗冻蛋白具有的效应

抗冻蛋白具有3种效应，即热滞效应（Thermal hysteresis activity，THA）、重结晶抑制效应（Recrystalization inhibition，RI）和冰晶形态效应。

热滞效应是指抗冻蛋白与冰晶结合，导致低于其熔点的水溶液的非平衡凝固点下降。1个大气压下，纯水在0℃时冻结，由于细胞液中各种溶质的存在，其在-4～-3℃凝固，而在抗冻蛋白存在的情况下，细胞液的凝固点进一步降低，从而在一定水平上避免了植物中冰晶的形成，提高了植物的抗寒能力。抗冻蛋白在降低冷冻温度方面比任何其他已知的溶质分子有效500倍。当温度降低到一定值时，冰结晶开始形成小的冰分子，由于范德华力、疏水相互作用及氢键作用，在冰核的表面会吸附抗冻蛋白分子，抗冻蛋白分子会抑制冰晶分子的生长而且同时降低冰点，使冰晶不能聚集增大，称为并再结晶抑制。

近年来，抗冻蛋白在农业、医学、冷食品储藏加工和水产养殖等方面应用越来越广泛。如在农业方面，通过种植导入抗冻蛋白基因的农作物，农作物抗寒水平大大增加，从而农作物的种植时间变长，种植地域变广，同时收获之后农作物的储存时间也可以延长。在医学方面，抗冻蛋白的发现可以更好地保存血液、器官、胚胎、肝脏及精子和卵子，大大提高了低温保存中的质量。在冷食品储藏加工方面，抗冻蛋白在冷冻面团馒头质量的改善、冷鲜肉和冰淇淋等加工和保鲜的过程中起到了很大的作用，在低温条件下会阻止冰渣的产生，增加肉类和冰淇淋的口感，但迄今为止，还没有可用的资料来报告毒性或挑战这些“新型”食品成分的安全性。研究发现，化学阳离子化的抗冻蛋白Ⅲ保留与天然抗冻蛋白Ⅲ类似的重结晶抑制活性，在零度以下的温度对蛋白质结构没有直接的负面影响。因此，化学阳离子化可能为开发更强大的抗冻蛋白提供条件，可以作为补充冷冻保护剂在临床相关细胞的冷冻保存中应用。

抗冻蛋白的研究正在继续，热滞效应和抑制冰晶重结晶的作用机理都未完全了解，其中抗寒植物受到冷胁迫以后，大量的抗冻蛋白在胞内累积，这些抗冻蛋白是如何受到调控而表达出来的，至今未知。抗冻蛋白在研究的领域中，正如同婴儿，有着无限成长的空间与遐想，在因人类人口成长所需食物供应商业市场中，更将会是一个巨大利益。

抗冻蛋白在冷链商品的具体应用案例

晶冻生物液

晶冻生物液拥有多国专利及美国FDA认证，依据各种不同产品的特性，制造出适合各品项的生物液，使其在进行降温保鲜的过程中，完好的保护细胞膜，让鲜度与营养在解冻后还原至原有的状况。

低温晶冻机组

低温快速晶冻机组，同时拥有两岸的专利保护。生物体细胞在低温下的冰晶状态，应用低温、超低温技术和新发明专利的天然物质萃取生物液（晶冻生物液），对被冻结保鲜的海鲜、肉类、面包、水果类等等。用创新的冻结曲线，在晶冻生物液中直接冻结保鲜。根据品种与物体的大小，在6~15分钟、15~30分钟内完成，表现在被冻保鲜的食品内的细胞膜未被冻裂，处在生物体的晶冻状态下，再经冷冻冷藏保持质量的鲜活，故称为低温晶冻技术，是食品保鲜领域国际领先的创新科技。

应用流程

把需处理的产品经抗冻蛋白（大隐生技的专利生物液）快速浸泡后，放入塑料袋经真空包装机塑封后，再放入大隐专利的液态快速晶冻机组，大约20分钟（以产品1,000克）后，产品中心温度可达-18℃，即可放入一般-25~-18℃的冷冻库，整个流程即完成。

在水产领域的应用

近年来此技术已被在马来西亚、印尼与菲律宾等国家的大型出口水产商应用于生鲜保存的服务，也同时取得了美国FDA的检验合格证。经该项技术处理后的大虾，水产商经解冻后，均可宣称以现捞海鲜出售，2017年开始，也在两岸同时起动服务做准备。

在水果产业的应用

新鲜水果在0℃时，香味与果肉结构就会被破坏，正如同啤酒与红酒一样。应用抗冻蛋白的冰晶冷冻专利技术，经解冻后，可使的水果的香味与结构不被破坏，而还原至原有的状况，香蕉也不会变黑，存放的时间均在二年以上。但在水果应用上，必需是果肉的部分，而无法带皮处理（如香蕉、芒果等）。此项技术已应用在台湾地区的冷冻水果商。