抗冻肽的特性及在速冻食品行业的应用

       速冻食品是指将各类加工后的新鲜食品进行适当的前期处理并加工成型后，在-18℃以下低温环境快速冻结而形成，然后在零下18摄氏度或更低温度下储藏、运输、销售的食品。速冻食品的最大优势是避免了冻藏过程中因冰晶体成长给冻结食品带来的不良影响，同时对营养物质的保留更为充分，并且不需要添加防腐剂即可达到长期保存的目的。

       速冻食品起源于美国，1920年世界上第一台快速冷冻机在美国试制成功后，速冻加工品随即问世。20世纪60年代以后，速冻食品在世界范围内得到快速发展。当下，速冻食品已成为食品中发展最为快速的品类，其世界范围内的增长速度高达20%以上。自20世纪80年代以来，国内的速冻食品行业也发生了翻天覆地的变化，到2018年末，中国速冻食品产量达到1035万吨，同比增长8.7%，产量持续增加。

       速冻食品契合时代需求

       随着生活方式和消费需求的变化，消费者对食品的关注点也在悄然改变，速冻食品以其便捷、美味的特点逐渐受到消费者的追捧。

       便捷：速冻食品的品类较为丰富，米面、肉类、海产品、鱼糜制品、肉类制品及农产品等多种分类能够满足大众不同的需求。在分类上，更符合国内大众口味的米面制品是第一大速冻品类。而速冻食品在烹饪上非常简便，更符合当下消费者对"简单"与"宅"的追求。

       美味：随着食品加工技术的不断完善，加工食品在风味和营养上与常规的"鲜"品相比并没有逊色太多，甚至在风味上要更胜一筹，消费者对速冻食品的认知也在逐步提升。米面制品往往加工过程较为复杂，居家操作既耗时又费力，并且风味、口感方面并不尽如人意，而速冻米面制品只需通过简单加工即可做出美味的食品。最重要的是，速冻食品也能满足当下消费者对营养与健康的要求。

       速冻食品的加工难点

       速冻食品在冷冻过程中存在三个阶段：

       第一阶段是降温阶段，物料首先进行冷却降温，达到零下1℃至零下5℃；

       第二个阶段是冰晶形成阶段，物料中的水分在该阶段会逐步转化为小冰晶，该阶段的冷冻持续时间越长，冰晶越大。

       由于冰的体积比水大，冰晶会膨胀挤压周围的组织结构，造成机械性损伤。以肉类为例，冰晶的变大首先会对周围的组织和细胞造成积压，形成机械性破坏，营养物质、水分流失严重。其次细胞的脱水会造成溶液浓度增加，蛋白质等物质有可能凝固变性，影响肉类的口感和营养；

       第三个阶段是冰晶稳定期，该阶段的冰晶在恒定环境下极少发生变化。

       由此可见，冰晶的生长是导致速冻食品品质下降的主要原因，除了冷冻第二个阶段会造成冰晶生长之外，物料的反复冻融也是造成冰晶生长的重要原因。要想提高冷冻食品的品质，对冰晶生长的抑制是重中之重。

       抗冻剂的机制及种类

       食品抗冻剂是一类提高食品物料抗冻能力的物质的总称，其能稳定食品冷冻、解冻过程中水分的迁移，起到溶解冰晶和阻止冰晶生长的作用。食品抗冻剂的抗冻机理较为复杂，目前常见的有两种解释：

       一种是作为渗透性保护剂，其能进入细胞，降低溶液中溶质浓度，使进入细胞中的电解质减少，减轻冻融过程中细胞皱缩速度，并能有效减少冰晶的形成；

       另一类替代性保护剂，抗冻剂能够代替水分子在失水位置与蛋白质和脂质等形成共价作用，降低大分子形成不可逆的变性。同时，抗冻剂可以附着在已经形成的冰晶之上，阻止冰晶的进一步生长。

       抗冻剂根据成分的不同可以分为糖类抗冻剂、复合磷酸盐抗冻剂、抗冻蛋白等。

       糖类抗冻剂：糖类抗冻剂种类有很多，单糖、寡糖、多糖、变性淀粉、胶体等都具有抗冻的特性，但其抗冻机制并不相同。有些糖类是通过改变蛋白质中存在的水的状态和性质，防止水分子与蛋白质分离，间接地对蛋白质起到保护作用；有些糖类是通过减少自由水的流动，与食品组分形成新的结构来维持体系的稳定。目前来说，海藻糖是糖类抗冻剂中**有前景的种类。

       磷酸盐抗冻剂：磷酸盐是食品中常用的保水剂，其能增加馅料的保水能力，降低解冻后水分的流失率。其作用机理是对食品体系的pH、金属离子浓度等起到缓冲和螯合的作用，阻断或减少不良反应的发生。

       抗冻蛋白：抗冻蛋白是20世纪60年代从极地鱼血淋巴中分离的一种蛋白质，其能抑制鱼类冷冻过程中冰晶的生长。大分子抗冻蛋白的结构较为多样，来源也十分丰富，鱼类、谷物、昆虫等都有抗冻蛋白的发现。抗冻蛋白的作用机制是黏连在已经形成的冰晶之上，进而抑制冰晶的继续生长。

       糖类和磷酸盐类及其复配物是传统的抗冻剂：其在应用上存在各自的不足。蔗糖、糖醇等糖类抗冻剂由于其热量、甜度高等因素不利于高血糖、糖尿病患者及肥胖人群，对产品的风味也有少许影响；磷酸盐的添加有严格的限量要求，添加量偏高时食品有苦涩味，且磷酸盐摄入量高会影响人体钙质吸收；抗冻蛋白虽然抗冻效果较好且安全性高，但抗冻蛋白的天然来源较少，严重制约了其在食品行业中的广泛应用。

       抗冻肽的特点

       研究表明，抗冻蛋白的抗冻活性片段只存在于局部的特异多肽链结构域，其抗冻活性并不是整体蛋白质在起作用，因此通过特异性的酶切位点水解，能够获得具有抗冻特性的多肽，这也极大的弥补了抗冻蛋白资源不足的缺点，具有可控、高效的制备特点。

       与其他抗冻剂相比，抗冻肽具有安全性高、资源丰富、抗冻特性突出等特点，其不仅在食品冷冻中有着很好的应用趋势，将来也有望应用于需要冷冻干燥的产品中，特别是针对益生菌等活细胞的保存具有很好的应用前景。

       文/Huer

       作者简介：

       Huer，从事熟肉制品产品研发10年，糕点生产线产品开发3年。