基本介紹
- 中文名：抗凍劑
- 外文名：antifreeze
- 特點：廉價，化學穩定性好
- 類型：甲醇，乙醇
- 最主要抗凍劑：乙二醇
- 學科：機械工程
簡介,水產品的冷凍變性,抗凍劑的作用機理,抗凍劑在水產品凍藏中的套用,展望,
簡介
隨著中國經濟的發展，農業產業結構的調整和人們膳食結構的改善，消費者對於水產品市場需求持續高速增長。水產品除了口感鮮嫩外，其肌肉中含有大量的營養成分，富含優質蛋白質，以及二十二碳六烯酸(DHA)和二十碳五烯酸(EPA)，這2種成分對營養腦神經，提高智力，擴張心腦血管，降低血脂，預防中風有著重要的食療保健作用。
水產品水分含量高，富含蛋白質，漁獲後在微生物和酶的作用下蛋白質、胺基酸等成分易發生分解，導致水產品品質及營養價值的劣變。食品冷藏是利用低溫技術將食品溫度降低，並維持在低溫狀態以防止食品腐敗變質，從而延長食品貯藏期，是食品保鮮中使用最廣泛的技術之一。冷凍保藏可以最大限度地保持水產品的營養價值，但水產品在凍結貯藏中易發生冰晶的長大，對凍結水產品的品質帶來很大的影響，使細胞受到機械損傷，蛋白質發生變性，解凍時汁液流失量增加，風味和營養價值下降。
通過對水產品蛋白質冷凍變性機理的研究表明：水產品蛋白質冷凍變性同原料魚的鮮度和種類、凍結速度、凍藏條件、抗凍劑和抗氧化劑的選擇等因素密切相關。其中添加抗凍劑被認為是防止水產品蛋白質冷凍變性的最有效方法之一，正受到研究者的廣泛關注。
水產品的冷凍變性
水產品肌肉中的主要蛋白質是肌原纖維蛋白。在凍結貯藏的過程中，肌原纖維蛋白會發生凍結變性，表現為在稀食鹽水中的溶解性降低，ATP酶活性減小，粘度降低，蛋白質分子凝集，其空間立體結構發生變化。蛋白質變性後，凍結水產品的組織質地變得乾燥、發硬，加工適宜性下降，產品缺乏彈性。
水產品發生冷凍變性主要由下述的一個或幾個因素共同造成。第一，水產品在凍藏時肌肉中的結合水脫離，導致分子內形成二硫鍵，使蛋白質凝聚發生變性。第二，水產品在凍藏時形成的冰晶對蛋白質的結構產生破壞，冰晶的生長致使蛋白質分子中的化學鍵發生斷裂，引發蛋白質的變性。第三，水產品在凍藏時細胞內的自由水形成冰晶，導致細胞液濃縮，離子濃度升高，造成胞內pH的改變，酶活性降低，導致蛋白質發生變性。第四，水產品在凍藏時肌肉組織中的脂肪酸發生氧化降解，產生低分子的醛、酮等有害物質，誘發蛋白質與脂質發生交聯，導致蛋白質發生變性。第五，水產品肌肉組織中的部分蛋白質結構不穩定，易於變性，使Ca2+-ATPase活性明顯降低、鹽溶性發生改變，肌肉持水性下降。
抗凍劑的作用機理
通常被用作抗凍劑的糖類物質如蔗糖、麥芽糖、乳糖和山梨醇等可在一定程度上有效防止水產品中的蛋白質發生冷凍變性。研究表明糖類可改變包埋在蛋白質分子中的結合水的狀態，取代蛋白質分子表面的結合水而與之結合，起到抑制蛋白質發生變性的效果。糖類分子中含有的羥基數目越多，對蛋白質冷凍變性的抑制效果也明顯。同等條件下，山梨醇和蔗糖具有更強的抗凍效果，這可能同糖類分子中羥基配位有關。為了強化魚、蝦及其製品的抗凍效果，一般在添加糖類的同時，還要加入複合磷酸鹽與之形成復配。其作用機理主要表現在以下幾個方面。首先，複合磷酸鹽溶液呈弱鹼性，可提高水產製品的pH；此外複合磷酸鹽溶液具有緩衝作用，添加後能維持水產製品保持中性狀態，降低水產製品產生的乳酸對肌原纖維蛋白的破壞以及凝膠強度的減小，同時肌原纖維蛋白在中性時發生冷凍變性的程度最低，保水性能較好，能維持較好的質構，抗凍效果最顯著。其次，添加複合磷酸鹽能增加蛋白質分子的空間結構，從而能更多的容納水分子，增強水產製品的保水性。第三，複合磷酸鹽還能螯合金屬離子，特別是對鈣、鎂離子具有較強的螯合作用，形成金屬螯合物後可增加蛋白質分子中的極性基團暴露的機率，易於形成吸水的溶膠，有利於製品彈性的形成。但單獨使用複合磷酸鹽對抑制水產製品中蛋白質發生冷凍變性的效果不明顯。
抗凍劑在水產品凍藏中的套用
常用的抗凍劑主要有四類：糖類抗凍劑、複合磷酸鹽抗凍劑、蛋白水解產物型抗凍劑和抗凍蛋白。利用抗凍劑來防止凍藏過程發生冷凍變性的水產品有：南美白對蝦、鯉魚、鱅魚、白鰱魚、文蛤、扇貝、狗母魚等，研究主要針對抗凍劑的種類和濃度、水產品凍結速度、凍藏條件以及抗氧化劑的濃度等對於水產品蛋白質冷凍變性的影響，試驗表明水產品經抗凍劑處理後再凍藏可提高Ca2+-ATPase 活性、增加樣品的pH；較好的保持了物料的營養成分；抑制冰晶的生長，降低肌肉組織受到機械損傷，較好的保護了細胞的完整性，具有抑制蛋白質發生冷凍變性的效果。
1.糖類抗凍劑
南美白對蝦在低溫凍藏過程中冰結晶生長所受到的機械損傷，使蛋白質發生了冷凍變性，降低了對蝦的彈性、嫩度、剪下力等物性指標，增加了汁液的流失，造成對蝦營養價值的降低。添加寡糖、海藻膠及海藻多糖等糖類抗凍劑能有效保護冷凍蝦仁品質，抑制蝦仁蛋白質發生冷凍變性。其中0.5%的海藻糖處理對降低南美白對蝦解凍汁液流失效果最為顯著。
甲殼類物質的水解產物對水產品肌原纖維蛋白冷凍變性有顯著效果。將帝王蟹蟹殼的水解產物添加到岐須科魚的肌原纖維蛋白中，有效抑制了Ca2+-ATPase 活性的降低，較好的保持了凍品的保水性。抗凍劑的套用抑制冰晶的生長，降低肌肉組織受到機械損傷，具有抑制蛋白質發生冷凍變性的效果，從而較好的保持冷凍魚的品質。
1%海藻糖處理後對抑制魚糜蛋白質變性的效果不如5%和10%，5%和10%海藻糖溶液浸漬後的鯉魚魚糜鹽溶性蛋白的溶出量差別不顯著。經5%海藻糖溶液浸漬處理後的鯉魚魚糜組，凍藏7周后鹽溶性蛋白含量比對照組高出16.16%；其肌原纖維蛋白Ca2+-ATPase酶活力明顯高於對照組。
2.複合磷酸鹽抗凍劑
焦磷酸鈉和三聚磷酸鈉複合抗凍劑能有效防止貝類組織結構的變形，不同抗凍劑配比對波紋巴非蛤蛋白質變性程度是不一致的，其中經0.4%的複合磷酸鹽處理的波紋巴非蛤凍藏2個月後的Ca2+-ATPase活性達到87.9%，凍藏效果最好。
研究了不同焦磷酸鈉和三聚磷酸鈉複合抗凍劑配比對海灣扇貝閉殼肌蛋白質變性及組織結構的影響。研究表明：在添加抗凍劑條件下，凍藏6個月後的海灣扇貝的閉殼肌鹽溶性蛋白含量高於對照組；胺基酸損失率顯著降低；抑制了冰晶的生長，降低肌肉組織受到機械損傷，較好的保護了細胞的完整性。添加複合磷酸鹽抗凍劑破壞了貝類肌肉蛋白質的網狀結構，使得包埋在結構中的極性基團被釋放出來，提高了肌肉的保水性能，顯著改善了其冷凍品的品質和耐藏能力。
3.蛋白水解產物型抗凍劑
添加超過5.0%的魷魚水解物，可以有效抑制狗母魚Ca2+-ATPase酶活性和保水性的降低。添加10%的蛋白水解物樣品ATP酶活性可保持在79.5%，肌肉組織的機械損傷明顯減少，可有效防止蛋白質的冷凍變性。
蛋白水解產物可顯著抑制肌原纖維蛋白ATP 酶活性和持水性的降低，大大減少了冷凍水產品蛋白質變性的程度，大大改善了其冷凍品的品質和耐藏能力。
研究經不同的蛋白酶酶解紅魚魚排後的酶解產物對防止鱅魚魚糜蛋白質冷凍變性效果的影響。結果表明：添加抗凍劑的魚糜在解凍之後其Ca2+-ATPase 酶活性較未添加抗凍劑的樣品要高，添加抗凍劑的魚糜K值明顯下降，且解凍後TVB-N值較對照組有明顯降低，添加抗凍劑可抑制解凍後魚糜發生腐敗，較好的保持魚糜的鮮度和彈性。
4.抗凍蛋白
添加抗凍蛋白能在魚糜內部形成成緻密、均勻的凝膠網路結構，抑制水分的流失，添加5%的抗凍蛋白對抑制失水率升高效果顯著。此外，添加抗凍蛋白可改善魚糜凝膠的特性，能較好的維持鱅魚魚糜的破斷強度、凝膠強度和凹陷度。與傳統的商業抗凍劑相比，抗凍蛋白能有效改變鱅魚魚糜肌球蛋白的結構，使其變得更穩定，具備更好的凍藏穩定性。
向凍藏的魚肉中添加脯氨酸可有效抑制Ca2+-ATPase 活性的降低，較好的保持了凍品的保水性，可見脯氨酸具有較好的抗凍效果。這可能是因為脯氨酸使得包埋在蛋白質結構中的極性基團被釋放出來，提高了肌肉的保水性能，顯著改善了其冷凍品的品質和耐藏能力，防止冷凍變性的發生。
展望
水產品抗凍劑的研究相對較晚，深入的研究不多。這主要同蛋白質發生冷凍變性的原因和機理尚不十分清楚有關，不同水產品中的蛋白質種類和含量往往不同，其在冷凍過程中的變性程度也存在明顯差異，且水產品冷凍變性的原因是互相伴隨發生的，受生理條件和凍結條件等多方面因素影響。開展水產品蛋白質冷凍變性的研究不僅對水產品加工技術具有重要的指導意義，而且還會促進低溫生物醫學及酶學技術的發展。今後研究者可通過雷射共聚焦顯微鏡獲得蛋白質分子變化的動態特徵，進而闡明水產品蛋白質變性的作用過程，弄清水產品蛋白質冷凍變性的分子作用機制。水產品抗凍劑的使用不僅能提升水產品及其加工製品的品質，還可以擴大水產品加工市場，從而加大對冷凍水產品原料的套用及需求，進一步提升中國水產品加工產業。因此開展抗凍劑在水產品凍藏中的套用研究意義深遠。
