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生物以冻抗冻的生命特性的发现

发表时间:2014/3/14 20:25:13

韩永苗

摘要通过对抗冻生物抗冻活性的研究,认为生物以冻抗冻形成了一种特殊的控制胞外冰晶形成的机制,即抗冻物质和冰核聚物质的协同作用.在生物以冻抗冻的特性和细胞生化反应的相对机理,是生物为了适应环境及基因渐变的进化形象。

在研究如何用自然的方法,应用现代科技模拟自然条件在食品安全的前提下进行动植物食品保鲜过程中在观察和研究冬眠的动物和休眠的植物的过程中我发现了生物以冻抗冻的生命特征。

研究生物以冻抗冻的生命特性的发现,不但解决了人类无防腐剂、无添加剂的状态下可长期保存食物不仅能保持全价营养和提高食物的品质又能够对人类提高免疫能力和提高人类对疾病的抗衡能力。其研究价值意义非凡,透过进一步的研究发现,地球上的生物所含的抗冻物质的机理、生物所含的抗冻物质的高低和生物的内因和外因的关联并论证了生物的生存、繁衍、进化与抗冻物质的含量相关联。

    动植物的细胞是生物活动的基本单位,一旦细胞破裂维持生命的液体就会流失,就标志着死亡,当寒冷的冬季和恶劣的环境下部分的生物体内的细胞遭到大量的破坏,就开始大量的死亡,研究发现因为这个细胞里面和细胞外面的液体浓度不一致,有些生物不能调节的话就会出现体外的细胞液体形成冰结晶,细胞浓度稀的地方往浓度高的细胞里的那个液体,细胞壁戳破了。同时因为细胞内和外的液体浓度不一致,在同等的温度下细胞外的液体先结冰,内部细胞的液体还是保持原样,但外部细胞的液体已经是冰渣了,这样很容易刺破细胞壁,此时生物的细胞就容易破裂和死亡,除了这样的变化我们研究还发现,细胞外的液体结冰后还会造成细胞内外的压力的不均衡,导致细胞壁的破裂,随后细胞内的营养流失,导致生物的死亡。

我们研究实验发现生物经过冬季后仍然活过来的它的细胞排列整齐,而没有活过来的生物细胞看不出细胞排列的顺序了。完整的细胞透露出生物复活的秘密,细胞外面的液体和细胞内部的液体,它各种营养物质和矿物质及电解质和其他的一些物质的含量不一样,就导致它的冰点不一样,要让它保持同步将细胞的内和外的液体和各种营养物质同时结晶,才能保证生物的不死,因为细胞的生死决定着动植物的活体,我们要保证动植物被冬眠和休眠后细胞不死。我们经过大量的试验得出,自然界中的动植物的休眠是它们抗冻保护了自己生命的一种方法,当气温时,动植物体内会分泌出一种抗冻物,这种抗冻物调节细胞内外液体的浓度,让细胞内外液体浓度达到一致、浓度相同,也就没有压力差了,细胞也就不会破裂,这样动植物就可以安全过冬,每一种动植物含有的抗冻物都是不同的,即使同一种物种也存在差别。因此,抗冻的植物必须具备以下生命特性。第—,在温度降低时,必须能够维持机体内生物膜正常的液晶相;第二,具备膜结构上的稳定性,这种稳定性与植物品种的抗寒性成正相关;第三,能够避免细胞内结冰,以防止冰晶对膜的破坏;第四,细胞内的水流到细胞外结冰也会造成一定的伤害,这是因为冰冻脱水会引起细胞干旱,使蛋白质变性,同时也会使细胞发生收缩塌陷,使细胞质膜遭到破坏所致。因此,还必须具备抗冻脱水的性能。但是,各种植物对上述要求的抗冻性并不相同,有些只具备其中的一种或两种,有的甚至完全不具备,因而便出现了有些怕寒、有些抗冻的现象。如西红柿、黄瓜、香蕉、菠萝等,在10摄氏度以下就常常发生寒害,而松、柏、竹、云杉等,却能够在白雪皑皑、冰天雪地的环境中正常存活。和冷害作斗争,预防低温对动植物造成的危害,主要应从提高动植物抗冻性应用现代科学技术加以控制动植物的细胞机理的协同作用促进植物体内一系列生理上的转变,从而增加其抗冻能力。

   自然界的动物为了在冬天时仍能生存,它们就通过换毛、迁徙、冬眠、产卵的方式来过冬。些动物以冻抗冻的生命特性来适应冰温,它能够克服冰冻恶劣的环境因为它以以冻抗冻的生命特性方式生存,我们通过观察发现它们体内具有特殊的以冻抗冻特性;以控制细胞外冰晶的形成,并利用体内的抗冻物质来控制冰晶的扩大。此外,它们体内必须具有低分子量的抗冻物质,来维持细胞的体积和细胞膜的结构,及保持未结冰的水分不结冰,同时再减低代谢速率或是以无氧呼吸方式,来维持生命。如果体液如果出现结冰现象,则会危及生存,所以如何避免体内出现冰晶,动物体内具备抑制冰晶核的形成和避免体温降至凝固点以下的能力,它们在低温时必须能清除体内的冰晶核,并且以体内的抗冻物质抑制冰晶核的形成,及累积高浓度的抗冻剂以维持体温在凝固点以上,避免结冰。无论动物那一种方式来渡过冰温的环境,我们发现它们体内都发现自然以冻抗冻的能力。此外,一些青蛙直接就用葡萄糖做为抗冻剂,原料仍是肝糖。当青蛙的皮肤降至冰温时,便会刺漱肝脏大量将肝糖水解成葡萄糖,再出血液运送到全身,此时血液中的含量每100毫升有4500毫克,比平常血糖的含量约高9~45倍。由此可见,这种自然以冻抗冻的机理是动物用以适应恶劣的冰温环境所不可或缺的利器。我们发现在自然界中,冬眠的动物其体细胞具备自然以冻抗冻的机理,如青蛙、泥鳅、鲫鱼,等生活在亚热带、寒带的动物和水生动物,在大气温度急聚下降时,会增加体细胞的多糖类抗冻物质,在其亚细胞膜的脂酸分子的双键数急聚增加,以冻抗冻从细胞动力学来研究,致使其体细胞因外界的温度下降、而不被冰结晶冻胀破裂;生物是以体细胞处在微冻状态,而保存生命体,在温度上升时复苏、复活。事物总是相对的,在温度和时间的拐点条件不符和生物还未进化到一定程度时,如外界的气温是逐步下降,外界条件形成生物体细胞冰结晶,冻裂体细胞,温度的上升亦是急聚上升时,冬眠的青蛙、泥鳅、河鳗、鲫鱼,也会大量死去,春天来临时也活不过来,留在洞穴的不是活生生的生命体。我们在植物中也发现此类现象;在温度急聚下降时,植物细胞会增加糖类物质,例如:香山枫叶由绿变红、大白菜、红薯、青菜在温度下降时,细胞内会产生抗冻的糖类物质处在微冻状态以冻抗冻,以延长生命周期保持生命,故在食用时带微甜口味。从大自然的启示中;专题研究和进行科学实验:通过对生物细胞在低温状态下的细胞学,细胞动力学的研究,掌握了生物以冻抗冻的生命特性;任何动,植物、包括人类,都是由一个个细细胞组成的,亦必须从研究细胞在低温状态下的变化开始。

  生物的进化总是遵守着自然规律,由内因和外因的相互作用,辩证和相对论的法则进行的。冰蛇在冬天冻成冰棍,人们拿着可作拐杖,温度上升时活了,游走了,生物的以冻抗冻生命特性,进化到淋漓尽致。每一种动植物都存在生死的临界温度,当温度低于临界点这种动植物就会死亡,这个临界点就是动植物休眠所需要的温度,通过试验我们找到了动植物细胞死亡临界点的范围。在科学实验过程中,用提取的,抗冻物质,用现代科学专利技术模拟自然条件对白老鼠、鳗鱼、青蛙、泥鳅进行以冻抗冻复活试验,采用液态瞬时冻结,液体温度设置在-30℃~-35℃,冻结时间在6分钟内,中心温度分别在-7℃~-10℃,~-18℃、表面温度在-27℃~-30℃。冻结后,在实验冰柜,放置7天,均能复活。

70年代,上海水产大学骆肇荛教授,根据食品在冻结过程中,细胞产生的冰结晶状态,发表了《冰结晶理论》,引起全球科技界的重视;我们以骆肇荛教授的《冰结晶理论》为基础,通过多年的研究和科学实验,研究生物以冻抗冻的机理,研究生物细胞在低温的状态下,冰结晶不均衡胀力状态的生物抗冻相对最佳温度和时间,通过科学实验,已掌握生物体细胞所发生的生物活化反应的生物分子动力学问题,采用华罗庚先生发明的正交实验法,掌握了生物细胞,在温度和时间变化过程中生物以冻抗冻生命信息,经过反复实验,掌握和破译了多种动、植物在以冻抗冻生命过程中细胞在变温过程中细胞在温度,时间生化变量和生与死的拐点。

   食品都是由无数的细胞组成的。细胞质(细胞内的液体)与细胞间质(细胞与细胞的间的液体)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;当温度进一步下降达到细胞质的冰点时,细胞质中也产生冰晶。但是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,并由此产生一定的压力差。当这种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。当食品解冻时,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),大大降低了食品的营养价值。

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,导致解冻后的营养流失。

  我发现了生物以冻抗冻的生命特性的这个特征来对食物保鲜生物以冻抗冻的生命特性不产生任何毒副作用和二次污染,只作用在食品冻结中,加快热传导及在冷冻过程中同时杀菌,并在快速冷冻过程的中,使肉类食品组织细胞中所形成的冰晶体很小,使肉类细胞膜不破裂,不产生干耗,保持肉类食品的新鲜质量解决了空气冻结热阻大,热传导慢,耗电大的难题,大大降低了肉类食品加工中的电耗节能60%;并在相同面积的肉类加工HACCP车间中,比常规冻结的日生产量增加3倍。在肉类食品解冻食用时无可溶性蛋白和高营养物质流失,提高肉类食品的质量,对保护环境、对人类健康有重大的贡献。生物以冻抗冻的生命特性在极短的时间内使被冻物品通过最大的冰晶生成区,使食品细胞内外的压力相对达到平衡,最大程度地保护被冻物品的细胞组织,保持细胞活性,保证被冻物品的鲜活质量,最大限度保留原营养成分的新型食品保鲜

  生物以冻抗冻的生命特性这一发现将彻底改变人类对食物的保鲜,保存体系,无防腐剂,无添加剂,保持食品全价营养,增加糖元物质,提高食用者的免疫率,消除和改变农产品,因保鲜问题而浪费的现状,节省能源,合理利用农业资源,为全人类提供优化的食品,保障人类的健康。

生物以冻抗冻生命特性的发现,在研究过程中对草莓,杨梅、葡萄、青豆、鲜玉米、哈密瓜等进行研究,这类农产品,细胞内产生多糖类物质,延长保存时间,而普通的葡萄进行处理后,糖元物质增加,可以酿出冰葡萄酒的高品质产品,青豆处理后根据现在处理方法,可节省70%的能耗,而且口感更好。现代生物科学主题研究;直接从动植物提取有效物质,供人类食用,提高人类对疾病抗衡能力,提取主要系糖元物质,和维生素类。

科学实验:编号:CIMG0901, 1088、1112、1224、1230、1245、1322、1337、1347、1363

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上海嘉生微冻技术研究中心(韩永苗研究员  陈廉达副主任)

上海嘉生台湾微冻技术研究中心(韩永苗研究员  陈廉达副主任)

分别在2005年至2008年,在应用此项农业生物专利技术,农产品保鲜应用的同时,分别进行了:鱼、虾、蟹、贝、金枪鱼,等各种水产品进行科学实验,冻结液体温度为-30℃~-35℃,结冻时间在6~15分钟,存放-18℃冷库,存放12个月,解冻后细胞不损坏,仍保持鲜活品质。

科学实验:编号:CIMG7187,CIMG7225上海嘉生台湾微冻技术研究中心,韩永苗主任,陈廉达副主任,在2008年11月25日在台湾做动物肾脏和肝脏器官,以冻抗冻活性实验,液冻,液体温度-40℃~-45℃。加入天然抗冻液,冻结时间7分钟,中心温度-18℃,在实验冰柜存放90天解冻后,检测系活体,为生物器官的活体保存提供科学依据。

科学实验:编号:CIMG6174, 6175, 6176,6177

上海嘉生广东微冻技术服务中心,韩永苗,叶焕强、利海于在2006年7月2007年8月,2008年10月进行荔枝以冻抗冻活性保鲜试验,加入天然抗冻液,冷库存放180天,最长300天取出后,仍保持新鲜品质,荔枝核植入土中,仍能抽芽生长。荔枝果肉细胞不损坏、外壳鲜艳,解决了荔枝保鲜的难题。

科学实验:编号CIMG:7307、7320、7518、7525、7608、7609

上海嘉生微冻技术研究中心(韩永苗研究员   陈廉达副主任)

上海嘉生台湾微冻技术研究中心(韩永苗研究员 陈廉达副主任)

在2007年至2008年进行鸡、鸭、猪、牛、羊肉进行以冻抗冻科学实验试验液冻、液体温度-30℃~-35℃。加入天然抗冻液,冻结时间1015分钟,冻前中心温度+26℃,冻后中心温度为-18℃。在-18℃冷库存放180天,解冻后仍保持鲜活品质。

 

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