徐世杰1，赵钟2，周辉1，3*，王颖1，王兆明1，李琦3，徐宝才1*

（1.合肥工业大学食品与生物工程学院，安徽 合肥 230009；2.六安胜缘食品有限公司，安徽 六安 237143；3.江苏雨润肉食品有限公司，江苏 南京 210000）

摘 要：冷冻储藏延长了食品的货架期，也会降低冻藏食品的品质。食品在冷冻过程中的不良反应和品质劣变主要包括冰晶生长、汁液流失、脂肪和蛋白质氧化、蛋白质变性等。添加抗冻剂是延缓冷冻食品劣变、保持食品品质的有效手段。糖类因其良好的抗冻效果，在冷冻食品中广泛作为抗冻剂应用。糖类添加剂在食品中的作用主要有保水、增稠、增筋、乳化和抗氧化等。近年来，新的抗冻糖类不断涌现，对糖类物质抗冻机理的研究也不断深入。该文对这些新发现、新理论进行总结，旨在为抗冻糖类的研究应用提供参考

关键词：糖类；冷冻储藏；冰晶生长；抗氧化剂；静电相互作用；凝胶网络

冷冻储藏能抑制食品中微生物增殖、延长产品货架期[1]，也会降低冻藏食品的品质。 冻藏引起的食品品质下降主要体现在保水性、口感、pH 值、滋味、风味[2-6]等方面。 在感官上，冻藏后解冻食品品质降低的表现有多汁性降低、口感粗硬、风味下降甚至劣化呈哈喇味等。 糖类抗冻剂通过保水、乳化等方式影响冷冻食品内部结构，从而减小冷冻储藏对食品品质的负面影响。 目前，糖类商业抗冻剂主要为海藻糖、蔗糖等水溶性好的小分子糖类。 一些研究将大分子多糖应用于冷冻储藏的鱼糜、面团等产品，效果较好。

自然界中丰富的天然糖类资源为糖类抗冻剂的研究、应用提供了丰富材料。 随着应用范围的不断扩大，糖类抗冻剂在各类产品中不断展现出保水、增稠、增筋、乳化、抗氧化等良好性能。 总结糖类抗冻剂在各类产品中表现出的不同影响，将有利于发挥不同糖类物质特点，促进糖类抗冻剂的产品个性化应用。 本文总结糖类抗冻剂应用现状， 阐述糖类抗冻作用机理，展望糖类抗冻剂未来应用方向，以期为抗冻糖类的研究与应用提供参考。

食品中的水分由自由水、结合水和弱结合水组成[7]。糖类抗冻剂能促进食品中自由水向结合水和弱结合水的转化。 通过促进水分状态的转化，糖类抗冻剂能有效降低水分迁移。Tang 等[8]研究了Weissella confusa QS813 产生的胞外多糖（exopolysaccharide，EPS）对冻融循环期间小麦面筋的水分分布、流变学特征和微观结构的影响。 EPS 增加了冻融循环期间新鲜面筋的水分含量，延迟了面筋的脱水。EPS 同时降低了冻融循环期间面筋中结合水和自由水（confined and bulk water）的迁移。EPS 有效减少了自由水的释放。超微结构观察结果显示，EPS 降低了重结晶作用对面筋结构的机械损伤，保护了面筋结构。Jiang 等[9]研究了富含膳食纤维的膳食粉对冷冻面团的质地、水分分布和面筋特性的影响。 膳食纤维降低了面团储存过程中水分迁移、减缓了冰晶生长，保留了冷冻面团质构特性。 在冷冻面团中，纤维素、膳食纤维等多糖类抗冻剂有良好的降低水分迁移、保护蛋白网络结构的作用。 Xuan 等[10]研究了羟丙基甲基纤维素（hydroxypropylmethylcellulose，HPMC）对冷冻小麦面筋中水分转变的影响。 HPMC 阻止了不可冻结水向可冻结水的转变，降低了冰晶的数量，减小了冰晶尺寸。 HPMC 稳定了面筋结构，促进更均匀完整的微观网络结构的形成。Wang 等[11]研究了黑麦麸中提取的水溶性阿拉伯木聚糖对冷冻馒头面团的影响，获得了与Xuan 相似的结果。 多糖可作为冷冻面团的保水剂、乳化剂、增筋剂发挥良好效果。

食品中的可冻结水在冷冻条件下会冻结形成冰晶。冰晶破坏食品微观结构，加剧汁液损失。糖类抗冻剂富含大量羟基，吸水性强。 糖类抗冻剂对水分子有较大的束缚作用，能促进食品中自由水向不易流动水转化。 糖类物质对食品中水分迁移的抑制作用，是糖类抗冻剂减少汁液损失的内在原因。

冷冻时食品内部冰晶生长，对食品的品质产生负面影响。 这些负面影响主要包括微观结构破坏和汁液流失。 冰晶的形成受冷冻速率、冷冻温度、温度波动等多种因素影响，相关研究探讨了这些因素对冰晶生长的影响。Shi 等[12]研究了冷冻温度对预冰冻鲈鱼微观结构和理化特性的影响。 试验选取-18、-40、-80 ℃和液氮（-196 ℃）条件，将鲈鱼冷冻保存1 个月。 结果显示，冰晶数量和区域随着储存温度的升高逐渐增加，冷冻鲈鱼冰晶生长有温度依赖性。 Sakata 等[13]将猪背最长肌分别在-20 ℃和-80 ℃下冷冻储藏1 个月。获得了与Shi 相似的结果：-80 ℃下储存的样品细胞内的冰晶形成程度小于-20 ℃。 在各处理组中，-20 ℃条件下储藏的样品内部的冰晶尺寸最大，而肌纤维直径更小。 试验同时证实了冷冻食品冰晶的分布情况与冷冻速率有关。 Grujiè 等[14]研究了利用不同的冷冻介质产生不同的冷冻速率对牛背最长肌超微结构的影响。 在较低冷冻速率范围内，冰晶形成的位置随着冷冻速率的增加发生了变化。 高冷冻速率冷冻食品内部冰晶分布更为均匀。 在此条件下，细胞内部也有冰晶形成。

对鲈鱼、猪肉、牛肉等动物性食品的研究结果显示，温度对冷冻食品的冰晶形成有较大影响。 更低的温度将有利于体积细小、分布均匀的冰晶的形成。 温度的波动影响冷冻食品内部冰晶的重结晶。Ullaha[15]和Xu 等[16]分别研究了温度波动对冷冻马铃薯和冷冻芹菜的影响，两项研究获得了相似的结果。 结果表明温度波动引起冰晶的重结晶和冷冻水分状态的转变，加剧了冰晶对冷冻食品微观结构的损伤。

除温度参数外，超声波、脉冲电场等附加物理环境也能影响冰晶的形成情况。Zhang 等[17]应用超声波辅助浸泡冷冻（ultrasound-assisted immersion freezing，UIF）猪背最长肌。 结果表明附加超声波处理提高了冷冻速率。 附加180 W 超声波处理有效降低了冰晶尺寸、促进了冰晶的均匀分布。 Sun 等[18]则将UIF 应用于鲤鱼的冷冻， 获得了与Zhang 相似的结果。 Hafezparast-Moadab 等[19]研究了射频辅助冷冻对虹鳟鱼鱼片微观结构和品质的影响。 射频辅助冷冻降低了冰晶尺寸、减少了汁液损失，改善了冻虹鳟鱼片的品质。

冰晶的形成、生长受上述多重因素的影响，实际生产中往往难以控制。 通过冷冻工艺控制冰晶形成需付出较大成本。 向食品中添加糖类保水剂可以有效抑制冰晶的生成。 Jia 等[20]向鱼糜中添加小颗粒淀粉。 小颗粒淀粉有效降低了冰晶尺寸、减少了滴水损失和质构劣化。糖类抗冻剂有效抑制了冰晶的形成、生长。冰晶对冷冻肉品的损害主要包括冰晶对细胞膜的直接机械损伤和细胞膜破裂后细胞溶液流出的间接损伤。细胞溶液流出又会加剧汁液流失、 引起内源酶释放，加速脂肪和蛋白氧化[21]。 食品冷冻过程中的温度波动会引起肉品中冰晶的重结晶，造成二次伤害[22]。糖类物质抑制粗大冰晶形成、 避免冰晶对细胞的机械损伤。糖类物质的这一性质可在减少肉类汁液损失、提高冰激凌口感方面发挥作用。

玻璃是高分子化学中的概念，指的是无定形非晶体的状态。 食品中富含蛋白质、多糖等天然大分子，在食品冷冻干燥等过程中广泛存在玻璃态现象。 在食品冷冻过程中，随着温度降低，大部分水分被冻结。 食品内部溶液的黏度增加到一个很高的状态， 即玻璃态。冷冻食品的玻璃态转化温度受原材料组成、 冷冻速率、退火工艺等多种因素影响。 在玻璃态下储存的食品，分子链被“固定”、难以移动。 玻璃态下食品内部生化反应活性低，受扩散过程控制的反应被抑制到很低的状态。 玻璃态转化有利于食品的稳定储藏[23]。

Rogers 等[24]研究了二糖、多糖、蛋白混合体系的玻璃态温度试验。 结果表明聚合物（蛋白或多糖）升高了玻璃态转化温度。 对于食品储藏来说，这是有利的，因为可以较容易地达到玻璃态来实现食品的稳定储存。然而，不同聚合物的不相容和分离引起了微观尺度上混合体系结构的不均一性，因而理论测定可能难以准确预测玻璃化转变温度。 这给相关研究和应用带来了挑战。 Goff 等[25]将多糖添加到蔗糖溶液和冰激凌中，研究多糖的冷冻稳定作用。 在这种情况下，多糖没有改变蔗糖或冰激凌的玻璃态转化温度。 多糖通过增大玻璃态温度以上、零度以下温度区间内冰激凌体系的黏度、减小冰晶尺寸实现了对冰激凌的稳定作用。 与前述糖类物质对水分迁移、 冰晶形成等过程的影响一致。 此外，将多糖添加到冻干蛋白中作为冷冻保护剂有较好的效果。Rodríguez Furlán 等[26]添加葡萄糖、蔗糖和菊粉作为冻干牛血浆蛋白冷冻保护剂。 混合体系的玻璃态转化温度随着糖类分子量的升高而升高。 其中，添加菊粉的混合体系玻璃态转化温度最高。 菊粉对冻干牛血浆蛋白有良好的稳定作用。

多糖在蔬菜的玻璃态冷冻保藏中也有良好效果。Song 等[27]研究了麦芽糖糖浆真空浸渍对冷冻莲藕片品质和感官特性的影响。 麦芽糖糖浆的加入降低了莲藕片的冰点，扩大了玻璃态转化的温度范围。 糖浆浸渍使冷冻莲藕的玻璃态转化温度升高了8.3 ℃～13.6 ℃。感官评价和微观结构观察也显示了麦芽糖糖浆真空浸渍对冷冻莲藕片冷冻储存稳定性的积极影响。

糖类物质按分子量大小的不同，对食品的玻璃态转化分别起到不同的促进作用：水溶性的小分子糖类影响食品冻结曲线，降低冰点；而大分子糖类增加食品黏度，升高玻璃态转化温度。 根据食品的具体性质和需要，可选择适当分子量的糖类物质添加，对食品玻璃态转化起到促进作用。

总结食品冷冻过程，水分以多种方式对冷冻过程的食品品质变化产生影响。 这些影响包括水分冻结形成的冰晶对细胞造成机械损伤，剪切力、咀嚼性和内聚性降低，质构特性降低。 冰晶造成的机械损伤破坏细胞膜完整性，导致细胞内液流出、内源酶释放，加速了脂肪和蛋白的氧化和风味物质的损失。 这同时也破坏了食品内部的稳定平衡状态。 冰晶的不均匀性分布引起了食品外层溶液和细胞外液渗透压的上升，加剧了粗大冰晶的形成和汁液流失。 糖类物质能减少冷冻造成的汁液损失。 糖类物质保水的机理主要为通过羟基与水分子以氢键连接，促进食品内部自由水向结合水转化；减少食品内部可冻结水含量，抑制冰晶形成；升高食品玻璃态转化温度， 促进食品的玻璃态转化。糖类物质的保水能力， 可在减少冷冻肉食品汁液损失、提高冷冻水产口感等方面应用。

冷冻期间脂肪氧化会分解产生小分子醛、酮类物质，降低食品的风味。脂肪氧化酸败还会引起pH 值的降低[28]，导致肉内部酸碱平衡的破坏。添加糖类物质能够显著地减缓冷冻食品中脂质的氧化。 Beriz 等[29]研究了壳聚糖和石榴皮提取物对冷冻储藏虹鳟鱼品质的影响。 添加壳聚糖降低了冷冻虹鳟鱼的过氧化值和硫代巴比妥反应物（thiobar bituric acid reactive substance，TBARS）值。石榴皮提取物提升了壳聚糖的抗氧化能力。Supawong 等[30]通过亚临界碱性水萃取、酶促水解、己烷脱脂成功制备了米糠水解物（rice bran hydrolysates，RBH）。傅里叶转换红外光谱（Fourier transform infrared spectrum，FTIR）结果显示RBH 主要由蛋白质（酰胺I和II）、糖、酚羟基和美拉德反应产物组成。体外实验显示RBH 有抗氧化活性。将RBH 添加到炸鱼饼中，显示出与对照组相比最高的DPPH·和ABTS+·清除活性。RBH 具有较高抗氧化活性， 可作为BHT 等抗氧化剂的天然替代产品。

然而，向食品中添加多糖不仅有减缓氧化反应的正面作用。 Kim 等[31]从大豆壳中分离得到果胶和不溶性纤维并添加到牛肉饼中。 这些分离产物提升了肉饼的持水性， 同时降低了肉饼的色泽和氧化稳定性。应当参考糖类物质的分子量、组成、结构、电荷等性质，选择适宜的糖类添加。 糖类物质通过清除自由基的方式有效减缓脂肪氧化反应。结合其优良的保水性能，糖类物质可作为冷冻肉等产品的辅助抗氧化剂应用。

蛋白质是肉类、鱼类等多种冷冻食品中的主要组成成分和结构物质。 蛋白质的氧化对高蛋白冷冻食品的整体品质形成有较大影响。 影响冷冻食品中蛋白质氧化的因素有冷冻速率、储藏温度、冻藏时间、温度波动、解冻方式、包装方式、抗氧化剂添加等。 Coombs等[32]研究了冷藏、随后冻藏羔羊肉中蛋白质的氧化状况。 冷藏期间， 蛋白质发生了降解。 蛋白质溶解度降低，这可能是蛋白质空间结构被破坏引起疏水基团暴露导致。 研究证实了畜禽肉中蛋白质在冷冻过程中的氧化现象。

2014 年，Utrera 等[33-35]探讨了不同分割部位牛肉在冷冻储藏和随后加工过程中的蛋白氧化情况、温度对冻藏牛肉饼蛋白氧化的影响和脂肪含量对冻藏牛肉糜蛋白氧化情况的影响。 结果显示，冷冻储藏对蛋白质的氧化有显著影响，且进一步影响了牛肉及其加工产品的持水性、红度和硬度。 温度对冷冻储藏期间蛋白质的氧化有显著影响，内源性抗氧化成分和脂肪酸的组成对肉饼的氧化稳定性产生较小程度影响。 脂肪含量对牛肉糜中蛋白质的氧化有显著影响，脂肪含量较高的馅饼中蛋白质的氧化作用更强，同时伴随着牛肉馅饼持水性降低而变色。 将蛋白质和脂肪的氧化情况比较之后，发现蛋白质与脂质的氧化之间存在即时性的相互作用。

蛋白质氧化的主要表现有羰基值上升、Ca2+-ATPase 活性降低、巯基值降低和二硫键形成、蛋白质溶解性降低等。 蛋白质氧化对食品的影响主要有氧化反应引起的色泽的变化和蛋白质结构破坏，进而导致冷冻食品的持水力下降和汁液流失。 对于冷冻储藏引起的蛋白质氧化敏感性增加，糖类物质有很好的稳定作用。

Liu 等[36]将鲤鱼鱼糜在-3 ℃下超冷冷藏，研究糖类抗冻剂对冷冻鲤鱼鱼糜的保护作用。 鲤鱼鱼糜在超冷冷藏期间羰基值含量显著增加，同时伴随着鱼糜质地劣化。 添加蔗糖和山梨糖醇1 ∶1（质量比）混合物可显著减缓鲤鱼鱼糜蛋白冷藏期间羰基含量的上升。 混合抗冻剂对冷冻引起的蛋白质表面疏水性上升、巯基含量降低、凝胶乳化活性和弹性下降等劣变也有良好的延缓作用。 试验结果证实糖类抗冻剂添加能减缓冷冻过程中肉的氧化，进一步的研究揭示了其抗氧化的作用方式。 Zhang 等[37]研究了κ-角叉菜低聚糖对冷冻虾肌原纤维蛋白氧化的影响。 评估了羰基含量、总巯基含量、二氢酪氨酸含量和表面疏水性。 同时检查了κ-角叉菜低聚糖的体外抗氧化活性。 κ-角叉菜低聚糖在体外实验中展现了良好的OH·、O2-·和DPPH·清除能力和Fe2+螯合活性。 κ-角叉菜胶低聚糖显著减少了蛋白质羰基和二氢酪氨酸的形成，减小肌原纤维表面疏水性的变化。 κ-角叉菜胶对肌肉蛋白质的氧化稳定性有显著的促进作用。

糖类物质对通过清除自由基、螯合金属离子等方式对蛋白质氧化有一定的延缓作用，可以作为辅助抗氧化剂在肉类、鱼类等高蛋白冷冻食品中应用。

脂肪的氧化反应和蛋白质的氧化反应组成了冷冻食品中的氧化反应体系。 脂肪的小分子氧化产物与蛋白质的氧化密切相关，二者相互影响[38]。氧化反应是食品冷冻过程中的主要劣变反应。 氧化反应对冷冻食品品质的负面影响主要包括： 引起冷冻食品风味、色泽和质构劣变。 其中，脂肪氧化产生的小分子醛、酮等引起肉品的风味劣变，降低肉品品质。 蛋白质氧化会引起蛋白质过度聚集、降低蛋白质溶解度和结构完整性。 蛋白质氧化会引起食品持水力降低、汁液流失加剧[39]。对于食品冷冻过程中的氧化反应，糖类物质有较好的延缓作用。

糖类物质主要通过清除自由基、螯合金属离子的方式发挥抗氧化作用。 糖类广泛存在于食品加工所产生的副产物，如果实的壳、籽，谷物的糠、麸和虾蟹的壳等。 合理利用食品加工副产物中的多糖有利于原料的充分利用，减少使用合成食品抗氧化剂。 多糖与富含天然多酚类的植物果皮、籽提取物等配合使用能增强抗氧化活性，减小酚类抗氧化剂用量，减小酚类物质对食品风味、色泽的影响，起到协同的作用。 许多植物来源的多糖类抗冻剂本身就是以多糖为主，富含蛋白质、美拉德反应产物、多酚、有机酸等多种天然活性成分的混合物[40]。 多糖与酚类抗氧化剂的配合使用体现了糖类物质的天然特性。 在肉饼、鱼糜等采用冷冻储藏方式的高脂肪含量产品中， 添加适量富含多糖、酚类物质、多肽等天然活性物质的抗冻剂将有助于其氧化稳定性的提高。 结合糖类物质的来源背景，以天然植物提取物的形式与酚类物质、多肽、有机酸等联合使用将是糖类物质作为食品抗冻剂发挥抗氧化作用的有效形式。

交联是大分子之间相互连接的现象，糖类抗冻剂的交联作用主要指多糖类物质与食品中的蛋白质以氢键和/或静电相互作用交联、 形成凝胶网络的现象。多糖类抗冻剂与食品中大分子交联，提高体系的凝胶特性[41]。 糖类物质的交联性质可以起到保护蛋白质结构的作用。

针对蛋白质-多糖共热凝胶的研究证实了糖类物质与蛋白质之间的交联现象。 Chou 等[41]研究了盐溶性蛋白质（salt-soluble proteins， SSP）和木寡糖（xylooligosaccharides，XOS）等糖类混合凝胶的凝胶特性。 多糖的添加降低了可表达水（expressible moisture）含量。添加木寡糖的蛋白质凝胶表面疏水性低于其它处理组。 这表明蛋白质疏水基团的暴露量可能更低。 研究证实多糖对蛋白质的结构起到了调整作用。 这种调整作用可能与多糖与蛋白质之间的静电相互作用有关。

Zhang 等[42]研究了不同组成比例的肌原纤维蛋白和κ-卡拉胶在pH3.0～8.0 的范围内的相互作用。 研究指出了蛋白质和多糖之间的静电相互作用和在不同pH 值条件下的聚集状态。 在酸滴定的过程中，多糖的带电基团和蛋白质极性残基之间的相互作用首先表现为蛋白质-多糖聚集程度的快速增大。 当滴定进行到多糖-蛋白聚合体呈电中性时， 聚集程度又呈减小的变化趋势。 结果证实静电相互作用在蛋白质-多糖混合体系中扮演重要角色。Zhang 等[43]通过同源性建模和MD 分子模拟研究了海藻糖（trehalose，TR）和藻酸盐低聚糖（oligosaccharides，AO）对虾中肌球蛋白的作用方式。 证实了TR 和AO 能与肌球蛋白氨基酸残基以氢键连接，并对水分子有替代作用。 Feng 等[44]研究了添加亚麻籽胶（flaxseed gum， FG）的猪肌原纤维蛋白（myofibrillar protein， MP） 热凝胶在不同离子（NaCl） 强度下的胶凝特性。 较高的NaCl 浓度增加了MP 和MP-FG 凝胶的持水性和凝胶强度。 FG 的添加增强了凝胶的持水性。 FG 可以通过静电相互作用促进更致密的凝胶网络的形成。 将FG 添加到MP 中还会导致蛋白质α-螺旋结构向β-折叠转变。 随着凝胶体系中NaCl 浓度的增加，FG 的添加使MP 的网络结构变得更加紧凑。 研究证实了多糖类物质能与蛋白质交联、促进更紧凑稳定蛋白凝胶网络的形成。

上述研究证实多糖类物质有良好交联性，能与食品中蛋白质交联。 在冷冻食品中，由于冰晶生长、蛋白氧化等理化反应过程的影响，冷冻食品中的蛋白质易发生变性。 对此，多糖类能发挥交联性，与蛋白质交联形成网络结构，对冷冻食品中蛋白质的结构起到保护作用。

Jiang 等[45]研究了普鲁兰对-18 ℃储藏30 d 草鱼肌原纤维蛋白的影响。 普鲁兰增加了未冻结水量和巯基含量。 普鲁兰抑制了肌原纤维蛋白溶解度和Ca2+-ATPase 活性的降低。这反映了蛋白质疏水性残基暴露减少，蛋白质的结构得到了保护。 研究显示糖类物质保护了蛋白质的结构。 Gao 等[46]研究组合应用3%可溶性大豆多糖（soluble soybean polysaccharides，SSPS）和液氮冷冻（-80 ℃）对鳙鱼鱼糜的冷冻过程和蛋白质变性的影响。 液氮冷冻加速了鱼糜冷冻过程，而多糖延缓了肌原纤维蛋白在冷冻期间的变性。

蛋白质是组成细胞的基本物质。 蛋白质的状态很大程度上决定了食品的品质。 蛋白质在食品冷冻过程中发生的劣变是多方面的，主要包括氧化反应和空间结构破坏。 冷冻食品中蛋白质劣变的具体表现为氧化反应产生的二硫键引起的过度交联导致蛋白质凝聚变性。 蛋白质内部氨基酸残基之间氢键被破坏引起的二级结构由α-螺旋等有序结构转变、 疏水性残基暴露、 肌球蛋白头部完整性被破坏引起的Ca2+-ATPase活性降低和大分子蛋白降解。

蛋白质空间结构破坏对冷冻食品品质有较大影响。 这些影响包括空间结构破坏导致热稳定性降低、疏水性残基暴露引起溶解度降低、持水性减弱、质构特性降低等[4]。 糖类抗冻剂对蛋白质的空间结构的保护作用包括直接的和间接的方式。 直接的方式包括与蛋白质氨基酸残基以氢键等静电相互作用和非键作用交联，促进致密、稳定凝胶网络的形成。 间接的方式包括降低水分迁移率、抑制冰晶形成、升高玻璃态温度等。 糖类物质可通过对水分的影响间接地对蛋白质结构起到保护作用。 多糖具有与蛋白质交联的性质和良好的保水性。 在面团、肉糜、鱼糜、乳化肠等以水分和蛋白质为主要成分，具有凝胶网络结构的食品中多糖可以作为保水剂、乳化剂、增稠剂、增筋剂发挥良好效果，降低冷冻储藏对这些食品品质的负面影响。

大量研究考察了糖类抗冻剂在水产、面团、蔬菜等产品中的抗冻作用。 糖类抗冻剂的抗冻作用方式可以归结为其对食品内部水分、蛋白质、脂肪等主要组分的影响。 针对糖类抗冻剂的保水、抗氧化等抗冻作用，糖类物质的抗冻机理可总结如下。

1） 糖类抗冻剂通过羟基与食品中的水分以氢键连接，促进自由水向结合水转化，减小水分迁移。 这种作用即为糖类物质的吸水性。 冰晶对食品的微观结构有很大的破坏作用，是冷冻食品品质劣化的一个主要原因。 糖类物质的吸水性可以降低可冻结水含量，抑制冰晶形成。 糖类物质通过降低水分迁移、抑制冰晶形成[47-48]等方式，有效减少冷冻引起的食品汁液流失、质构劣化。

2）糖类抗冻剂通过清除自由基、螯合金属离子等方式抑制氧化反应[30-37]。 脂肪冷冻氧化反应产生小分子醛、酮和酸类物质，引起食品酸败、产生不良风味。蛋白质冷冻氧化反应引起蛋白疏水基暴露和过度聚集。 糖类物质抑制食品冷冻期间氧化反应，对冷冻食品风味、色泽起到保护作用。

3）糖类物质通过与蛋白质以氢键交联，保护蛋白质结构。 冷冻期间食品中冰晶生长、蛋白质氧化，这些理化反应损伤蛋白质的结构。 糖类物质通过与蛋白质以氢键交联，取代蛋白质周围水分[49]，促进致密凝胶网络形成。 糖类物质保护冷冻食品内部蛋白质结构，对冷冻食品质构、持水性起保护作用。

总结糖类物质的抗冻作用和抗冻机理，糖类物质在各类产品中将会发挥不同的作用。

肉类、鱼类、虾等高水分含量的动物性食品在冷冻期间的主要品质变化为冰晶生长引起的汁液损失和蛋白质变性。 可应用糖类物质作为保水剂、防冻剂，抑制冰晶形成，减少解冻的汁液损失。 大分子糖类的交联作用还可以保护食品内部的蛋白质结构。

乳化肠、鱼糜、面团、冰激凌制品等乳化体系食品在冷冻期间的主要品质变化为冰晶生长引起的凝胶网络结构破坏和质构劣化。 可应用大分子糖类物质作为保水剂、增稠剂。 糖类物质的吸水性、交联性可以抑制冰晶形成，促进形成稳定、致密凝胶网络结构[50-52]。

蔬菜、水果等高水分含量的植物性食品在冷冻期间的主要品质变化为冰晶生长引起的微观结构破坏。可应用糖类物质作为防冻剂，抑制冰晶形成。 糖类抑制冰晶形成、促进玻璃态转化的作用有利于冻藏植物性食品保持品质。

调味料、浓缩果汁、果酱等黏稠流体或半流体食品也可以应用糖类抗冻剂作为增稠剂、防冻剂。 糖类抗冻剂可以在这些产品中发挥降低水分迁移、抑制冰晶形成的作用。

糖类抗冻剂具有保水、增稠、增筋、乳化、抗氧化、防冻等良好性能，可作为食品抗冻剂应用。 目前，多数糖类抗冻剂还处于研究阶段，应用于冷冻食品的糖类抗冻剂种类还不太多。 糖类物质作为食品抗冻剂有较大发展潜力。 充分发挥糖类物质的抗冻潜力有利于提高冷冻食品品质，减少冷冻食品品质降低引起的经济损失。

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Research Progress of Saccharides Cryoprotectants： A Review

XU Shi-jie1，ZHAO Zhong2，ZHOU Hui1，3*，WANG Ying1，WANG Zhao-ming1，LI Qi3，XU Bao-cai1*（1.School of Food and Biological Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，Anhui，China；2.Lu'an Shengyuan Food Co.，Ltd.，Lu'an 237143，Anhui，China；3.Jiangsu Yurun Meat Food Co.，Ltd.，Nanjing 210000，Jiangsu，China）

Abstract： Frozen storage extended the shelf life of food，which also reduced its quality. The adverse reactions and quality deterioration occurred in food during the freezing process mainly included ice crystal growth， juice loss， fat and protein oxidation， and protein denaturation. Add cryoprotectants was an effective means to delay the quality deterioration of frozen food thus maintain its quality. Saccharides are widely used as cryoprotectants in frozen foods for its favourable cryoprotective effect.The functions that saccharides additives performed in food mainly included water retention， thickening， gluten enhancement， emulsification and anti -oxidation.Recently， new cryoprotective saccharides had continuously emerged， while research on the cryoprotectant mechanism of saccharides substances had also kept going forward deeper. This paper summarized these new findings and new theories，whose aim was to provide a reference for the research and application of saccharides cryoprotectants.

Key words：saccharides；frozen storage；ice crystal growth；antioxidants；electrostatic interaction；gel network

DOI：10.12161/j.issn.1005-6521.2021.12.031

基金项目：“十三五”国家重点研发计划（2018YFD0701004-04）

作者简介：徐世杰（1997—），男（汉），硕士研究生，研究方向：肉品加工与质量控制。

*通信作者：周辉（1972—），男，研究员，研究方向：肉品加工与质量控制；徐宝才（1973—），男， 教授，博士，研究方向：肉品加工与质量控制。

引文格式：

徐世杰，赵钟，周辉，等.糖类食品抗冻剂研究进展[J].食品研究与开发，2021，42（12）：198-205.

XU Shijie，ZHAO Zhong，ZHOU Hui，et al.Research Progress of Saccharides Cryoprotectants ：A Review[J].Food Research and Development，2021，42（12）：198-205.

加工编辑：张璐

收稿日期：2020-07-31