低温冷链技术是长期贮存食物最常见有效的手段之一。而食品在低温冷链中冷冻、贮存、运输和冻融过程导致的冰晶生长和重结晶问题是制约产品品质的关键。温度的反复波动使产品不断遭受冰晶生长、冻融和重结晶带来的伤害，损伤细胞和组织结构，从而使产品失去原有的品质，其导致的质量破坏和巨大经济损失越来越受到人们的关注。

   全球范围内的相关领域科学家正面临严峻的挑战：如何控制冰晶生长及重结晶，实现低温冷链过程中抑制产品的冰晶生长，是保证众多食品品质的关键所在。

   处于高寒、高海拔地区生物体经过长期自然环境选择，应激性地产生一类活性蛋白——抗冻蛋白（antifreeze  protein，AFP），用以抵御外界严寒环境。

   抗冻蛋白的最大特点就是能吸附在冰晶表面，从而制约冰晶生长， 抑制冰晶重结晶，改变冰晶形态。

   伴随着多种抗冻蛋白的发现和研究的深入，制约天然抗冻蛋白在食品领域中研究和应用的两大关键问题也日益凸显：

1）天然分离纯化所得到的抗冻蛋白数量微少，非常有限的数量制约了其在食品工业中的大规模应用前景；

2）当科学家致力于转基因技术以扩大生物体来源的抗冻蛋白产量时，转基因抗冻蛋白在食品应用中的安全性顾虑又成为广大消费者、欧盟组织 和美国食品药品监督管理局所共同担忧的焦点问题。

   抗冻蛋白主要来源于高寒、高海拔等极端条件下生长的鱼、昆虫、细菌和植物等生物体内。

   抗冻蛋白按其来源可分为鱼源抗冻蛋白、昆虫源抗冻蛋白、细菌源抗冻蛋白和植物源抗冻蛋白4类；按照活性可分为：AFP I～IV、hyperactive-AFP和抗冻糖蛋白。

   天然源抗冻蛋白本身生物体内含量极低、纯化成本高，纯化过程中活性损耗较大，限制了抗冻蛋白的研究与规模化应用。而抗冻肽主要以食源性蛋白源为原料，通过特异性的酶切位点水解获得，具有可控、高效的制备特点。

   目前报道的食源性抗冻肽多以食用明胶或者动物皮、鱼鳞等加工副产物制备得到。

3.1 热滞活性

   抗冻蛋白能特异性地降低溶液的冰点而不影响其熔点，这样冰点与熔点间产生的差值称为热滞活性。

   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。

   洪晶和Wu Jinhong等同样通过分子动力学模拟发现，具有特定氨基酸长度和结构的胶原抗冻肽能够通过氢键与冰层结合，再通过疏水相互作用协同起到抑制冰晶形成的作用，说明抗冻蛋白的Kelvin效应同样适用于抗冻肽，一样具有热滞活性。

3.2 重结晶抑制活性

   当温度低于融点时，冰晶有聚集的趋势，重结晶效应是冰晶间聚集，小冰晶聚集形成大冰晶。

   而抗冻肽的重结晶抑制效应则能够调控冰晶，防止冰晶聚集，使得冰晶的大小和形状得以调控，形成的冰晶细小均匀。

   在氢键、疏水相互作用和 范德华力作用下，抗冻肽可以调控冰晶，降低冰晶对有机体造成的机械损伤。

3.3 细胞膜保护作用

   当细胞处于结冰或者过冷状态时，细胞周围及内部环境产生的冰晶会对细胞造成机械损伤，冷应激会诱发细胞发生凋亡，进而加速细胞死亡。Hirano、 Tatsuro以及Davies等报道了鱼类抗冻蛋白能够保护细胞膜免受低温伤害。

   随着全球贸易的增长和产销间距的扩大，冷链加工食品的需求也随之增加。冷冻食品在食品工业中所占的份额也日益增长。

   抗冻肽作为一类新型食品添加剂，可以有效减少冷链过程食品中冰晶的形成和重结晶，从而提高低温冷链食品的品质。

4.1 冰淇淋

   冷藏过程中冰晶的生长是冰淇淋等冷冻产品制造商面临的主要挑战之一，因为在冷藏和处理过程中温度的波动会促进冰晶的生长，影响冰淇淋口感，使产品品质下降。

   众所周知，冰晶的大小与粗糙程度和/或冰晶结构的形成之间有着直接的密切关系。因此，在冰淇淋生产配方、加工、贮藏和分销条件等环节都必须努力减小冰晶尺寸和减少重结晶的发生，因为冰晶大小及重结晶的形成均会对冰淇淋质地产生较大影响。

   Wang Shaoyun和Damodaran等利用胶原蛋白水解筛分出冰结构肽，经研究发现这类冰结构肽能明显减小冰淇淋中冰晶尺寸，并且通过冷热循环系统模拟冷链过程中的温度波动，发现该类冰结构肽能明显抑制冰淇淋中冰晶重结晶。

4.2 益生菌

   益生菌是食品加工过程中常用的有益菌，也是分子生物学、结构生物学、微生物学和传染病研究的关键载体。菌种长时间的连续培养不仅耗时耗力，而且不切实际，因此，在工业应用和学术研究中通常采用低温保存和冷冻干燥技术.

   抗冻肽能显著提高益生菌冷冻存活率、冷冻稳定性和维持菌体细胞代谢活力。此外，抗冻肽一方面能与细胞膜通过氢键形式结合保护细胞膜，减少胞内物质泄漏；另一方面抗冻肽能进入细胞内，降低冷冻过程中细胞内形成的冰晶对细胞的损伤。

4.3 冷冻面团

   现代冷冻技术是解决传统主食易老化、货架期短等难题的有效手段。抗冻肽或冰结构多肽作为一种新型食品抗冻剂，近年来将其应用于冷冻面团制品低温保藏的相关研究屡见报道。

   其中，福州大学汪少芸团队、江南大学张晖团队和黄卫宁团队等成功将抗冻肽应用于冷冻面团、冷冻马铃薯面团。添加抗冻肽后，冷冻面团的发酵时间相比于对照组显著缩短，冷冻后比容显著高于对照组。此外，研究还发现由添加抗冻肽冷冻面团制作的馒头比容明显高于对照组。

4.4 冷冻肉

   目前，全球肉类出口总额超过130亿美元，冷冻技术在确保供应世界各地肉类产品安全方面发挥着至关重要的作用。然而，冷冻和解冻对肉类品质的影响仍然是一个重大问题。

   反复冻融主要影响肉的水分含量。由于水分包含在肌肉纤维内部和间隙处，当水分结冰时，剩余溶质（蛋白质、脂类、碳水化合物、矿物质和维生素）的浓度增加，冻结过程和冷链过程中冰晶长大、重结晶，从而破坏了复杂的肉类系统稳态，损害肉类原本的组织结构。

       添加抗冻剂是降低冷冻食品品质下降的有效途径，而抗冻肽等新型抗冻剂取代传统高糖、高盐商业抗冻剂是随着消费者对生活品质及健康食品需求增长的必然趋势。

   具有特定肽链长度和结构域组成的食源性抗冻肽是解决天然抗冻蛋白研究和应用受限问题的有效途径。