Utiliza in vitro de biológico cryoprotectants

Publicado en Internet el 27 de junio de 2002

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Utiliza in vitro de biológico cryoprotectants

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Peter J. Lillford *  y Chris B. Holt

Colworth, Laboratorio de Investigación de Unilever, Casa Colworth Sharnbrook, Bedford MK44 1LQ, REINO UNIDO

El hielo puede ser cualquier cosa, desde un agente altamente destructivas en la agricultura a un útil material de construcción. Industrias establecidas se basan en las conocidas leyes de la física y la química que permiten un cierto control de las cantidades de hielo o de geometría de cristales de hielo. Sin embargo, organismos tienen mucho más sutil a los requisitos para mantener su delicada estructura interna, si quieren sobrevivir al punto de congelación. Como resultado, se han seleccionado las moléculas específicas para depresión del punto de congelación, la regulación osmótica, Nucleación de hielo y la inhibición del crecimiento de cristal. Todas estas especies activas pueden tener potencial uso comercial una vez que son identificados, comprendidos y producidos en escalas económicas.

Examinamos los progresos realizados hasta ahora en la ampliación de la sutileza biológico en procesos comerciales, y buscar las perspectivas de una mayor innovación.

Keywords: anticongelantes nucleators cryoprotectants;;; lentes

1. Introducción

La gama de sectores que intervienen en el control de la congelación de los procesos o las propiedades del hielo son muy variada en sus aplicaciones y sofisticación tecnológica, pero todos ellos tienen que controlar el mismo fenómeno: la cantidad de hielo, su tamaño, forma y ubicación. En la figura 1, estos indo-intenta están resumidos, mostrando algo acerca de su escala, sus márgenes de beneficio, los sistemas en los que el hielo se está formando y, por lo tanto, la complejidad de sus procesos.

No es demasiado sorprendente, después de inspeccionar la figura 1 que la tecnología se desarrolla con aportaciones de disciplinas que van desde la meteorología a través de química, física y química-engin eering a la biología celular y molecular; y la literatura técnica históricamente muestra feedforward y retroalimentación entre las ciencias y las industrias. Algunos ejemplos de los "héroes" de la tecnología son

1. Francois Raoult, quien sistematizó los efectos de dis-resuelto solutos sobre la congelación del agua.

1. Clarence Birdseye, quien desarrolló la primera gran escala comercial alimentos congelador (Birdseye & Hall, 1931); y

1. Rana sylvatica , un American Tree Frog quién puede sur-vive congelar y descongelar con muy poco daño.

Por desgracia, el último colaborador no publicar sus secretos técnicos o científicos en el abierto de literatura patente y se deja a otros a descubrir la sofisticación de sus métodos (pisos y pisos, 1988).

Examinaremos las diversas industrias" enfoque a sus problemas comunes de control de la cantidad, la nucleación y crecimiento de hielo y cómo el conocimiento puede ser transferido

* Autor para correspondencia (Pl8@york.ac.uk).

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Una contribución de 15 a una reunión de discusión sobre el tema "Afrontar con el frío: la biología molecular y estructural de frío Estrés supervivientes".

Phil. Trans. R. Soc. Lond. B (2002) 357 , 945-951

DOI 10.1098/rstb.2002.1083

Entre ellas. Esto permite una proyección de cómo podrían desarrollar tecnologías futuras.

Empezamos en el extremo "Easy", con control de cantidades de hielo y el uso de solutos disueltos.

2. Minimización de hielo

La ley de Raoult (figura 2) describe el sorprendente hecho de que la depresión del punto de congelación depende principalmente del tamaño del soluto en lugar de su composición química, o que en cualquier temperatura dada la cantidad de hielo es más eficaz reducir añadiendo más pequeñas moléculas.

Las limitaciones de los aditivos que pueden utilizarse indo-trially son altamente dependientes del sistema. La sal común se utiliza en las carreteras porque es barato. El glicol de etileno trabaja en temperaturas bajas y no se pudre radiadores pero es tóxico para los seres humanos. La gama de productos de confitería congelados depende intensamente por sus cualidades de textura en la con-trolled uso de polioles, predominantemente de azúcares. A pesar de su relativa ineficiencia relativa a la glucosa, lactosa, sacarosa y los jarabes de glucosa son utilizados debido a bajo costo. Hay innumerables patentes en la literatura que describe las combinaciones de alimentos de los pequeños los azúcares y el tratamiento mecánico para producir 'soft' helado, que requiere de bajo contenido de hielo y pequeños cristales (Cole et al., 1983). El primero es el requisito predominante, sino la incapacidad de los pequeños sol-utes para limitar el crecimiento de cristales de hielo y sinterización todavía hace larga vida soft ice un ambicioso objetivo.

Los aminoácidos son demasiado caros en el nivel necesario para la reducción de hielo en alimentos y produciría un importante cambio de sabor, aunque la "fortificada" helado puede ser una futura posición de comercialización.

Tan pronto como el tejido animal o vegetal se congelan con el mínimo daño, entonces las principales limitaciones adicionales que deben ser considerados. Para fines alimenticios, el mantenimiento de la osmorregulación funcional no es necesaria y mem-branas y enzimas no necesitan ser preservadas, pero la recup-ery de arquitectura celular después de la congelación y la descongelación debe ocurrir o textura será radicalmente diferente. Comercial

945          2002 La Real Sociedad

946          P. J. Lillford y C. B. Holt          cryoprotectants biológicos

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Figura 1. Las industrias con intereses en el control de la congelación.

La congelación casi siempre provoca algunos daños como los cristales de hielo crecen tanto inter- e intracelularmente. En la descongelación, la presa-edad no se invierte; células permanecen colapsó, resultando en "deshielo" por goteo de la carne y el pescado, y la textura blanda de muchas frutas y verduras (figuras 3 y 4). Es evidente que ninguna de las herramientas de un tejido u órgano conservación son de interés inmediato para resolver este problema. Esta es la razón por la que hay un interés de la industria alimentaria en el Mech-anisms permitiendo tolerancia a la congelación en los sistemas naturales, y en las técnicas de criopreservación de tejidos.

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