常用抗冻剂及其在冷链食品工业中的应用（一） 改善食品加工或保藏特性

冷冻是常用一种常见的食品贮藏加工方式，其主要目的抗冻是通过接近或低于冰点的温度处理食品，改善食品加工或保藏特性。剂及食品冷冻加工的其冷过程主要包括降低温度和保持温度两部分，根据食品最终达到的链食温度是否低于食品的冰点，食品冷冻可以被分为食品冷却和食品冻结两类。品工然而，业中用食品在进行冷冻或冷冻后贮藏及运输的常用过程中，常常会因为水分流失、抗冻蛋白质变性以及脂类氧化等多种原因而发生品质劣变。剂及因此，其冷为改善食品的链食冷冻特性，防止其在冷冻加工、品工贮藏过程中发生品质变化，业中用人们尝试了许多不同的常用方法。在众多的方法中，添加抗冻剂被认为是一种较有效的方法，在近些年愈发受到人们的关注。

抗冻剂主要功能为利用自身特殊的基团以及空间结构，与食品中蛋白质等容易在冷冻条件下发生变性的物质发生相互作用，导致蛋白质在冷冻的条件下不易发生变性，以此来达到稳定食品在冷冻融解循环中的品质，即赋予食品抗冻性，使食品的冰点降低、达到冰点的速度减慢，以达到改善食品冷冻加工特性的目的。本文对常用抗冻剂的作用机理、特点以及在食品加工中的应用进行概述。

1　常用抗冻剂及其作用机理

1.1　糖类抗冻剂

糖类抗冻剂主要包括胶类抗冻剂、改性淀粉类抗冻剂以及小分子糖类抗冻剂，其分子结构中有多个羟基，具有较强的亲水性，能与食品中的自由水相互作用。大多数情况下，这类抗冻剂分子结构中的羟基越多，使用其处理过的冷冻食品抗冻性越强。研究表明，此类抗冻剂的主要作用机理不是与食品中的蛋白质直接结合，也不是代替食品中蛋白质表面的结合水，而是通过改变存在于蛋白质分子中的水的状态与性质，间接发挥作用。在这些具有抗冻特性的糖类物质的作用下，蛋白质中水的表面张力和结合水的含量增加，不易与蛋白质外水化层发生分离，增强蛋白质的稳定性。

1.1.1　胶类抗冻剂

胶类物质在速冻产品的冻结过程中，可以减少食品体系中自由水的含量，并可通过与食品中某些组分发生相互作用而形成较稳定的结构，从而提高了食品在进行冷冻加工贮藏过程中的稳定性，降低了食品中自由水凝固和冰晶体积增长的速率以及形成的冰晶体的大小。同时胶类物质也可以与食品中的淀粉、蛋白质等成分发生相互作用而形成网状结构，从而改善食品的组织结构，降低冷冻制品的开裂率，使产品表面更加光滑、细腻，质地更加良好；此外，胶类物质还可以保持生产出食品的品质，延长货架期。

1.1.2　改性淀粉类抗冻剂

改性淀粉即变性淀粉，是一种以甘薯淀粉、马铃薯淀粉以及玉米淀粉等为原料，经过物理方法、化学方法和酶法以及综合使用上述几种方法进行处理后，得到的具有特定用途的降解物或衍生物。由于改性淀粉类物质在原有的淀粉结构基础上引进了磷酸基团、羧甲基、羟丙基等具有较强极性的基团，使改性后的淀粉分子极性增强，亲水能力得到大幅改善，并赋予改性后的淀粉一定的吸水、保水性、较高的透明度及较强的抗凝性。同时，这些基团的引入会使淀粉分子的空间位阻增大，使其在水中不易聚沉，增强了分散体系的稳定性。因此，加入了改性淀粉后的食品在冷冻过程中其结构不易遭受破坏，具有较强的抗冻性。

1.1.3　小分子糖类抗冻剂

蔗糖、葡萄糖等小分子糖类常作为甜味剂加入速冻食品中，以改善食品的风味或色泽。并且，这些小分子糖类除了具有以上作用外，还可以降低食品体系冰点。小分子糖类通过氢键、范德华力与食品中的自由水结合，减少了自由水含量，限制了自由水对食品体系的结构稳定性所产生的影响。此外，小分子糖类物质的胶乳还可以增加食品体系的黏度以及玻璃化转化温度，从而对冷冻过程中冰晶的增大起到控制作用。

1.2　磷酸盐类抗冻剂

在食品加工行业，尤其是在肉制品的加工、运输及贮藏过程中，人们通常会添加磷酸盐、三聚磷酸盐以及六偏磷酸盐等复合磷酸盐类物质，此类物质本身能够作为抗冻剂，提高食品的抗冻性，还会与糖类抗冻剂产生明显的协同作用，提高食品抗冻效果，因而两者常复配使用。

磷酸盐类抗冻剂的作用机理主要有3点。①增加离子强度。肉在冷冻时，其中的蛋白质易发生变性，复合磷酸盐的加入，可以增大肌原纤维的空间结构，增加其中结合水的含量，并稳定蛋白质表面的水分子层，保护蛋白的空间结构，减少冷冻过程中的冷冻变性现象，并提高蛋白质保水性。②降低酸度。由于磷酸盐类物质是强碱弱酸盐，其溶液一般显碱性，同时又可以作为缓冲物质，对肉制品的酸度起到一定的调节与缓冲作用，维持产品的pH，减小食品中蛋白质的变性程度，使之保持较强的弹性以及保水能力。③破坏蛋白质的胶体结构，促进解胶。磷酸盐的加入促进了肉中肌动球蛋白解离为肌动蛋白和肌球蛋白，加快了肌原纤维结构破坏，使具有盐溶性的肌球蛋白从肌原纤维网状结构中脱离，提高了肉的持水能力。此外，在此过程中产生了大量结构松弛的短链骨架，其中的一部分成为了具有一定流动性和黏度的胶体物质，一定程度上增强了肉的抗冻能力。而相比于对持水能力的改善，磷酸盐类抗冻剂增强食品抗冻性的作用较弱，因而常与其他抗冻剂一同被添加到冷冻食品中。

1.3　蛋白及其衍生物类抗冻剂

蛋白及其衍生物类抗冻剂是环保且高效，分为抗冻蛋白和蛋白衍生物。虽然目前对于这类具有生物活性的抗冻剂的实用性研究相对较少，但通过现有的研究仍可以发现，此类抗冻剂作为一种有效的绿色抗冻剂，可作为碳水化合物类抗冻剂的可行替代品。同时，蛋白及其衍生物类抗冻剂也是当今学术界研究的热点。

1.3.1　抗冻蛋白

抗冻蛋白是一类可以对冰晶生长起抑制作用的蛋白质，这种蛋白能够运用滞后效应，以非依数性的形式使食品体系的凝固点降低，而基本不影响其熔点。在抗冻蛋白的作用下，食品体系的熔点与冰点之间产生了差异，冰晶形态也发生改变，冰晶体积增大也受到了一定的抑制。抗冻蛋白主要来源于动物、植物、昆虫以及微生物，在冷冻肉制品和水产品中常用的是鱼类抗冻蛋白，鱼类抗冻蛋白根据结构不同，可以被分为I型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型以及抗冻糖蛋白等5类。

然而，抗冻蛋白的作用机理，由于其来源和结构的不同，至今仍然无定论。目前，关于抗冻蛋白的作用机理的主流假说是Raymond等在1977年提出的吸附抑制假说以及Nutt等在2008年基于分子动力学模拟提出的笼形物固定水假说，两者的共同特点，便是其机理都是以非依数性机制，对冰晶进行一定程度的修饰，从而降低冰点，以及通过大小冰晶所具有的特殊生长机制，改变冰晶形成的形态，抑制水的重结晶。

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