不同冷冻温度下低聚糖对小麦淀粉颗粒结构

（EffectsofOligosaccharidesonParticleStructure,PastingandThermalPropertiesofWheatStarchGranulesunderDifferentFreezingTemperatures）

doi.org/10./j.foodchem..

摘要（一句话介绍做了什么→一句话结论→结果→一句话讨论→总结）

本项目研究了低聚果糖FOS，低聚半乳糖GOS，低聚木糖XOS在不同冷冻温度下对小麦淀粉糊化，回生，热力学特性，粒度的影响。结果表明小麦淀粉孔隙率，粒径，结晶度，糊化温度，峰值粘度和崩解粘度随着冷冻温度的升高而增大。低聚糖添加为16%时，淀粉颗粒的孔隙率、粒径、结晶度、起始糊化温度、峰值、崩解粘度和回生粘度均显著降低，顺序为XOSGOSFOS。但颗粒的糊化温度有所提高。低聚糖(尤其是抑制淀粉回生效果最显著的低聚糖)的加入，在一定程度上抑制了淀粉晶体结构的形成，减少了冰晶对淀粉颗粒的损伤，延缓了淀粉回生。因此，功能性低聚糖可以作为一种潜在有效的添加剂来提高冷冻淀粉食品的冷冻稳定性。

前言（介绍冷冻面团→引入添加剂→介绍低聚糖→介绍冷冻面团的研究及低聚糖应用→介绍本文研究内容及目的）

冷冻处理常用来淀粉类食品的储存和干燥过程。冷冻面团是面制品储藏中的一个重要保鲜技术。面团经常被冷冻，然后解冻和烘焙之后再吃。但是，随着冷冻时间的增加，冰晶的形成和重结晶会导致酵母活性的降低，弱化面筋结构，感官品质下降，从而导致产品很难恢复到原有的品质特征。面粉中淀粉浓度高达70-75%，其中A型淀粉颗粒占总质量的70-80%，B型淀粉颗粒占比不到10%。淀粉是面团固体中占比最多的一部分，它通过影响面包中水分吸收率，对最终产品的质量有很重要的影响，从而影响焙烤产品的硬度。在冷冻过程中，淀粉基质中的水分在膨胀的通道中被包裹，导致结构改变，进而加速淀粉或者淀粉食品回生。

淀粉分子结构的改变（直链淀粉与支链淀粉的比值），淀粉溶液的浓度，环境温度ambienttemperature,和非淀粉组分（盐，低聚糖，脂质和亲水胶体）能够在一定程度上（toacertainextent）影响冷冻淀粉的质量特性。过量摄入甜味剂，盐类和脂质对人体健康不利。

低聚糖溶于水，它们的甜度是蔗糖的0.3-0.6倍。低甜度使它们成为糖尿病，心脏病和血栓患者食物中蔗糖的理想替代品。益生元添加剂可以有益的影响宿主的健康。FAO/WHO将益生元定义为一种不可消化的食物，选择性的刺激结肠中某些微生物（如乳杆菌和双歧杆菌）的生长或活性。益生元的一些来源包括不可消化的碳水化合物，特别是不能够消化的低聚糖（主要是低聚果糖FOS，通过β-(2→1)连接的呋喃果糖残基链；低聚半乳糖(GOS，由乳糖通过半乳糖转移反应产生的复杂的低聚糖，主要通过β(1→4)和β(1→6)连接)；以及低聚木糖XOS，是由木糖残基通过β(1→4)-键连接形成的低聚糖混合物），符合益生元分类的所有标准。

在过去几十年，对冷冻面团进行了广泛的研究。碳水化合物的使用降低了冰晶的形成。关于面团淀粉颗粒的研究主要集中在不同的冻结速率，冻融循环次数和颗粒大小（Studiesonthechangesinthestarchgranulepropertiesindoughhavemainlyfocusedonthedifferentfreezingrates,timesoffreeze-thawcycles,andparticlesizes）。但是关于益生菌低聚糖在不同温度下对冷冻面团中淀粉颗粒特性影响的研究较少。这篇研究的目的是为了分析具有益生菌功能的功能低聚糖在冷冻贮藏温度下对小麦淀粉颗粒特性，热力学特性和糊化特性的影响（Thepurposeofthisstudywastoanalyzetheeffectsoffunctionaloligosaccharideswithprobioticfunctionsontheproperties,thermalandgelatinizationpropertiesofwheatstarchgranulesatfreezingstoragetemperatures），以及测定了淀粉颗粒特性和冷冻面团品质改善的相关性。提高最终解冻产品（finalthawedproducts）的质量和营养是非常重要的。

材料与方法

材料→冷冻面团的制备（样品放入-20，-50，-80℃冰箱冷冻保存10周，然后在室温解冻）→真实密度（气体比重瓶gaspycnometer）→体积密度和孔隙率→粒度分布(PSD)分析→X射线衍射(XRD)→傅里叶变换红外光谱(FTIR)→差示扫描量热仪(DSC)→粘度测定(RVA)→统计分析

结果与讨论

真实密度Truedensity

真实密度是指在绝对密度下单位体积固体物质的实际质量，即去除内部孔隙和/或颗粒间空隙后的密度，它反映了淀粉颗粒内部的螺旋紧密程度。随着冷冻温度的降低，淀粉的真实密度增加。这可能是由于冷冻处理影响淀粉颗粒的内部结构。解冻之后，淀粉颗粒孔隙和无定形区域的直链淀粉分子之间的水分别排出，然后从颗粒中重新分布，导致气孔大小的增加，结构收缩和淀粉颗粒中水分有限（Afterthawing,thewaterbetweentheporesinstarchgranulesandtheamylosemoleculesinamorphousareasaredischargedandthenredistributedfromthegranules,resultinginanincreaseinporesize,shrinkageofthestructureinthegranulesandalimitedamountofwaterinthestarchgranules）。也就是说，随着淀粉颗粒的体积增加，分子内螺旋变得更加紧密，真实密度增加。

在冷冻过程中，淀粉颗粒里面的自由水会变成结晶冰。由于冰晶在颗粒中占据比水更多的空间，冷冻处理后的冰晶膨胀力增大了淀粉颗粒的体积，产生了压力，挤压了颗粒内的淀粉分子，导致大颗粒样品中形成更致密的淀粉聚集体。这种变化伴随着冷冻过程淀粉颗粒中冰晶原来双螺旋结构的破坏，以及解冻过程支链淀粉双螺旋复壮结构的形成。在这些因素中，回生带来的淀粉分子体积收缩比颗粒原有的双螺旋结构的影响更大。

在不同冷冻温度下，向小麦淀粉中添加不同浓度的FOS,GOS和XOS，淀粉的真实密度比冷冻淀粉更低（表）。不同低聚糖处理的淀粉的真实密度中，以XOS最低，FOS和GOS最高，在一些浓度下，可能是由于糖与水分子之间的相互作用。在加入糖之后，淀粉颗粒中有限的自由水减少了内部冷冻水的含量。这些结果表明低聚糖的添加可以降低冰晶膨胀对淀粉颗粒的压力，从而降低了淀粉颗粒间的双螺旋效益和真实密度，且XOS效果更好。冷冻面团的真实密度值当浓度为16%时不再增加，因此16%被选择作为低聚糖添加浓度，进行后续研究。

体积密度和孔隙率

低温下结晶的体积密度较低，冷冻在较高温度下天然淀粉和添加XOS的淀粉表现出比其他样品更低的体积密度。其中趋势上的差异可能是由于不同温度下晶体数量不同导致的。孔隙度porosity是指颗粒中没有被占据的空间部分。淀粉颗粒的大小和形状会导致密度和空隙的差异。在冷冻过程中，淀粉颗粒中的自由水转变成结晶冰，然后破坏了淀粉颗粒。在冷冻过程中由于冰晶的形成和逐渐膨胀，对淀粉颗粒产生压力，导致淀粉颗粒膨胀。在解冻thawing过程中，冰晶融化，水分从淀粉颗粒中释放出来。冰晶产生的压力导致淀粉颗粒形成疏松的孔隙结构。内部和外部融化的冰晶可能导致淀粉颗粒表面出现气孔。冰晶的形态和融化对淀粉颗粒产生一定的微观机械力，使淀粉的内部通道分子膨胀，使更多的可溶性成分溶解，水分重新分布，孔隙和淀粉颗粒中出现更多的凹坑。

随着冷冻温度的升高，淀粉的孔隙率增加，这可能是由于更高的冷冻温度促进了更大冰晶的形成以及对淀粉颗粒产生了更大的伤害，从而导致解冻后淀粉孔隙率的增加。温度越低，冰晶越小。冻结速率越慢，冰晶越大，膨胀产生的空隙越大，导致孔隙率增加。

在淀粉中添加FOS,GOS和XOS后，淀粉的孔隙率显著降低（表），这个可能是由于低聚糖降低了系统中的冻结水，抑制了淀粉颗粒中冰晶的形成。这个结果表明低聚糖可能通过减少冰晶膨胀引起的颗粒损伤来抑制孔洞的形成。不同低聚糖在淀粉冷冻之后对冰晶形成的抑制程度为FOSGOSXOS，说明XOS对增加淀粉孔隙率的效果最好。由于低聚糖分子量小，聚合度低，XOS的摩尔质量相对较大，羟基数目较多，水合作用强，淀粉中的水分含量降低，导致了水分不足以与淀粉分子结合。淀粉中自由水含量最高，孔隙率增加。相反的，GOS和FOS由于它们的低分子量所以只有较少的羟基，导致更少的冰晶和更低的孔隙率。

粒度分布分析particlesizedistribution(PSD)analysis

小麦淀粉按其大小可以分为大点的A型（10-40μm）淀粉和小点的B型淀粉（1-10μm）。本试验所用小麦淀粉主要为A型淀粉，含有少量的B型淀粉。与A型淀粉相比，B型淀粉的直链淀粉较少，体积较小，比表面积较大，但蛋白质和脂肪含量较高。B型淀粉在碾磨过程中易破碎，吸水率高，影响面团的捏合和烘焙特性。

未冷冻小麦淀粉D[4,3]的大小是16.38μm。随着冷冻温度的增加，小麦淀粉D[4,3]在冷冻之后显著增加。表明在更低温度冷冻之后淀粉颗粒膨胀。这个结果可能是由于淀粉颗粒中自由水在冷冻过程中转变成冰晶，冰晶膨胀施加向外的压力来增加淀粉颗粒的体积，导致颗粒尺寸的增加。

当FOS，GOS，XOS加入淀粉中，淀粉颗粒大小显著降低。低聚糖由于水合作用降低了溶液的冰点，导致较小的冰核形成（Oligosaccharidesreducethefreezingpointofasolutionduetohydration,resultinginsmallericecoreformation）。较小冰晶的形成也可能导致较大的小麦淀粉粒度大小。另外，这些差异可能与冷冻颗粒表明各组分（主要是蛋白质和脂肪）的相互作用相关。小麦淀粉中含有较多的淀粉颗粒相关蛋白和结合脂，限制了淀粉与低聚糖之间的相互作用。低聚糖的水合能力与单糖分子中的羟基数目有关，这些羟基与水分子相互作用形成氢键，增强糖的水合能力，XOS和GOS分子的羟基数目大于和FOS(由于相对分子质量较低)，因此其水合能力为XOSGOSFOS。因此，FOS-淀粉之间的相互作用力可能比XOS和GOS强，因此蛋白质/脂质包围的颗粒相对较弱，颗粒尺寸相对较小，这与孔隙率结果一致。

X射线衍射

淀粉是一种天然的多晶体聚合物。根据结构的不同，其颗粒可以分为非结晶区，亚结晶区和结晶区。晶体结构的X射线衍射图表现为峰值衍射特征，而非结晶，亚结晶态结构表现出离散峰衍射特征。非结晶区离散峰的形成是由于该区域存在短而有序和长而无序的分子。亚结晶区离散峰的形成是由于晶体细小或者不完全结晶导致。利用XRD技术可以检测到再生过程中晶体结构，晶胞大小，规则有序的双螺旋结构（regularandordereddoublehelicalstructure）变化，反映了淀粉晶体的类型，程度和三维有序性。

小麦淀粉在所有冷冻温度下的X射线衍射图在15.4°、17.0°、18°、20.0°和23.0°（表现出典型的A型衍射峰）处均有较强的衍射峰（图），且在17.0°和18.0°处有双峰。20.0°处的衍射峰表明，淀粉颗粒中存在直链淀粉-脂质结晶复合物，说明冷冻温度对淀粉结构没有显著影响，也没有改变淀粉的晶型。小麦淀粉是半结晶结构，其结晶区主要由颗粒内支链淀粉的双螺旋结构组成。在淀粉冻融过程中，随着水分的散失，淀粉分子链之间的距离缩短，分子链通过氢键重新键合，逐渐形成线性度较小，晶型不完整的初步晶体结构，但是，这种结构并没有表现出微晶的峰值衍射特性，而仅仅表现出扩展的非晶体离散衍射特性，这就是亚微晶结构。

更低温度下淀粉颗粒结晶度的提高可能是由于解冻后低温冷冻条件下支链淀粉在结晶区发生双螺旋重排，将亚晶转变为结晶区。这样就形成了更加有序稳定的双螺旋结构，提高了结晶区的比例和晶体的完整性。在较高温度下结晶度较低，可能是由于支链淀粉在冷冻过程中原有的分枝双螺旋结构被破坏，大于解冻过程中淀粉的回生效应，导致淀粉结晶有序性降低。结晶倾向与陶等人报道的不同，这可能是由于不同的冰点温度或在-30℃或更低的冰冻温度下冰晶尺寸较小，导致淀粉的持水能力不同所致。不足以破坏原始结晶区的有序性。

与原淀粉相比，添加FOS、GOS和XOS后冷冻淀粉的衍射峰均未发生变化，仍为A型晶体结构。但是，淀粉的峰强度降低，结晶度显著降低(表)。低聚糖对淀粉结晶度的抑制程度为XOSGOSFOS，说明低聚糖的加入降低了淀粉的结晶度和晶体有序度，这可能是由于低聚糖与水分子相互作用所致。糖的亲水作用在淀粉分子间争夺自由水，由于冰晶被破坏或者促进原支链淀粉分子的解离，导致淀粉和自由水接触减少，抑制了淀粉分子重新聚集，形成了双螺旋结构，降低了结晶度。随着糖分子的加入，结晶区中有序的双螺旋淀粉分子在大冰晶的破坏下逐渐转变为相对无序的亚晶和无定形区(FWS-XOS和FWS-FOS的结晶区转变为非晶区；FWS-GOS区转变为亚晶区)。

傅里叶变换红外光谱Fouriertransforminfraredspectroscopy（FTIR）

FTIR可以检测淀粉的回生程度。-cm-1波长范围内的特征峰主要由C-O和C-C伸缩振动引起，能反映淀粉聚合物的构象和水化程度。该区域的红外光谱主要表现为三种模式。最大吸光度的特征峰分别为、和cm-1。cm-1和cm-1吸收带分别与淀粉结晶度和双螺旋短程有序度有关。cm-1处的吸收带主要与淀粉的无定形结构有关。吸收峰强度比/cm-1(R/)和/cm-1(R/)可分别代表淀粉的结晶度和分子有序度。

随着冻结温度的降低，小麦淀粉R/表现出上升趋势。这可能是因为冻结前小麦淀粉中的直链淀粉分子阻碍了支链淀粉的迁移，抑制了支链淀粉的结构重组（restrainthestructuralreorganizationofamylopectin）。直链淀粉在冷冻后溶解，导致支链淀粉重排，形成更有序的双螺旋结构，并增加淀粉结晶区的结晶。这与XRD测试结果一致。其中，冻结温度为-20℃和-50°C时形成的冰晶淀粉晶序紊乱程度较大，导致R/低于天然淀粉。R/反映了小麦淀粉冷冻形成的分子螺旋结构的有序性。吸水度随温度的降低而增加，说明较低的冷冻温度有利于淀粉双螺旋的形成，这可能是由于淀粉分子中保留了较高的水分所致。

在不同冷冻温度下，添加FOS、GOS和XOS后，小麦淀粉的R/值显著降低(p0.05)，说明添加低聚糖可以促进冻结过程中支链淀粉原结晶区的无序，但抑制解冻过程中支链淀粉的回生结晶。抑制结晶效果为XOSGOSFOS，这可能与相对分子质量有关，即XOS较低，GOS相对分子质量较高。此外，与低聚糖的分子量和单糖组成有关，XOS作为五碳糖的一种，与六碳糖相比分子量相对较低，因此在相同的质量浓度下，溶液中的分子数量较多。可以发生水合的羟基的数量比六碳糖的数量多。因此，XOS在淀粉体系中的整体相互作用较强。（XOS抑制更强的原因分析）

双螺旋数目为FOSGOSXOS，与孔隙率和粒径的变化趋势不同。低聚糖的加入具有很强的破坏双螺旋的能力，说明这不仅仅是冰晶冻结造成的破坏。这也可能是因为①低聚糖主要参与与原始淀粉颗粒结晶区的支链淀粉交联作用后促进解螺旋。②二是低聚糖水合不良形成大冰晶，可能会明显破坏淀粉颗粒的双螺旋结构和受损晶区的有序度。最后，③低聚糖与水分子之间的相互作用抑制了淀粉与水的结合和淀粉分子的重新聚集，从而降低了结晶回生。

差示扫描量热法Differentialscanningcalorimetry(DSC)

gelatinization糊化是一个膨胀驱动的过程，在这个过程中，由于胶凝过程产生压力，无定形区域的膨胀破坏了结晶域。小麦淀粉的起始糊化温度(T0)、峰值温度(Tp)、终止温度(Tc)和糊化焓(ΔH)随冻结温度的降低而增大（Theinitialgelatinizationtemperature(T0),peaktemperature(Tp),terminationtemperature(Tc)andgelatinizationenthalpy(ΔH)ofwheatstarchincreasedwiththedecreaseinthefreezingtemperature）（表）。这可能是由于冻结后小麦淀粉无定形区（amorphousregion）的直链淀粉分子分离，导致支链淀粉重新聚集(reaggregationofamylopectin)，形成更加有序稳定的双螺旋结构，从而提高了淀粉晶体的结晶度和稳定性。加热过程中融化淀粉链的双螺旋结构所需的能量增加。淀粉的起始糊化温度和糊化焓增加，说明破坏淀粉颗粒结构需要更多的能量。但在-20℃和-50°C下的ΔH值低于天然淀粉，这可能是由于冰晶破坏了结晶区和双螺旋的有序性，导致了较低的回生程度。-80°C时的ΔH较高，因为在淀粉糊冷却过程中，氢键再次形成稳定的三维结构，破坏回生产生的双螺旋所需的能量高于原淀粉颗粒的支链双螺旋所需的能量。（为什么-20和-50焓值低，-80℃焓值反而高了？）

与冷冻淀粉相比，添加FOS、GOS和XOS显著降低了冻淀粉的T0、Tp、Tc和糊化温度(p0.05)，表明低聚糖提高了颗粒中微晶的起始糊化温度(根据T0的结果)和颗粒在糊化过程中的膨胀程度。一方面，低聚糖与水分子之间的相互作用可能会降低水的活度，增加淀粉分子间的作用以及糖-淀粉分子，进一步改善淀粉的塑化作用。

另一方面，低聚糖作为一种低分子量的多糖，很容易插入淀粉分子内部。淀粉颗粒中支链淀粉的双螺旋解离促进了淀粉分子中直链淀粉的溶解。通过排除空间位阻，支链淀粉的结合不受限制地形成双螺旋，从而促进淀粉颗粒的膨胀。添加糖后淀粉的回生受到抑制，完成糊化所需的能量较少，ΔH与结晶度的变化趋势一致。

粘度测量

具有吸水性能的淀粉颗粒加热后膨胀，结构不可逆地由有序变为无序。颗粒中无定形区域的直链淀粉分子在受热时会溶解出来，但晶态区域保持稳定。随着温度的升高，热能导致结晶淀粉溶胀，大量水分子进入淀粉颗粒。颗粒破碎后，形成松散的胶状分散相，发生糊化。溶解的直链淀粉与支链淀粉相互作用形成三维网络结构，分散体系的粘度最大。糊化后，淀粉的簇状结构解离，交叉极化现象消失，形成半透明的高粘度胶体。在加热过程中，淀粉的粘度开始快速升高时的温度称为糊化温度（pastingtemperature）。淀粉的糊化温度随着冻结温度的降低而升高(表4和图2)，这可能是由于低温下淀粉颗粒结晶度的增加和糊化过程中破坏稳定结构所需的能量的增加。添加FOS、GOS和XOS后，含有高分子量或六碳低聚糖的小麦淀粉糊化温度进一步提高。这一结果可能是由于低分子量的糖渗透到淀粉颗粒中，并通过淀粉颗粒无定形区域的淀粉链之间的交联(糖桥)形成复合物，从而稳定了这些区域。结果表明，FOS与淀粉有较强的相互作用，糊化温度最高。

峰值粘度Peakviscosity是指淀粉颗粒完全糊化时的粘度，这可能与淀粉颗粒的溶胀能力有关。支链淀粉是影响淀粉粒膨胀的重要因素，而直链淀粉和脂类则抑制淀粉粒膨胀和维持膨化淀粉粒的完整性。冷冻温度越高，淀粉分子中溶解的直链淀粉越多，支链淀粉所占比例越大，淀粉的峰值粘度越高。FOS、GOS、XOS的加入增加了低聚糖与支链淀粉之间的相互作用，降低了淀粉的膨胀度和峰值粘度。糊化温度的升高和峰值粘度的降低表明，在加热过程中，低聚糖抑制并膨胀了淀粉颗粒，延缓了粘糊状viscouspaste的形成。考虑到寡糖可能比淀粉具有更高的与水相互作用的能力，添加该添加剂可以减少淀粉糊化的可用水的量。

破损粘度代表颗粒在加热过程中的抗剪切能力(Thebreakdownviscosityrepresentstheshearresistanceabilitiesofgranulesduringheating)。较高的破损粘度表明谷物裂纹或淀粉不太可能抵抗剪切力，在加热过程中容易破坏(besusceptibletodestructionduringheating)。低温冷冻后淀粉破损粘度的增加可能是由于冷冻过程中直链淀粉的溶解，导致稳定性降低，以及淀粉糊在加热过程中稳定性的降低。低聚糖能与淀粉颗粒相互作用，抑制淀粉与水的结合和淀粉与淀粉的重聚，提高冷冻稳定性。也就是说，添加FOS、GOS和XOS可以抑制淀粉在热应力和剪切力作用下的淀粉颗粒破坏和淀粉分子浸出，从而降低淀粉的崩解粘度。消减粘度setbackviscosity代表valleyviscosit与最终粘度之间的差值，反映了降温阶段粘度的二次增加。这种变化主要是由于直链淀粉和支链淀粉之间的重排造成的。小麦淀粉经低温冷冻后，直链淀粉溶解dissolvesout，支链淀粉重排rearranges形成更有序的双螺旋结构formamoreordereddoublehelixstructure，导致淀粉的回生粘度增加whichleadstoanincreaseintheretrogradationviscosityofstarch，表明冷冻淀粉具有较高的回生倾向或较低的回生抗力indicatingthatfrozenstarchhasahigherretrogradationtendencyoralowerretrogradationresistance。这一结果与结晶度和ΔH一致。在淀粉中添加FOS、GOS和XOS进行冷冻处理，可降低淀粉的回生粘度。这可能是由于低聚糖与水分子之间的相互作用，抑制了淀粉与水的结合和淀粉分子的重聚，从而延缓了淀粉的回生，降低了回生粘度。

在此基础上(Alongwiththeabovefindings)，提出淀粉-回生体系重结晶所产生的双螺旋可以用真实厚度truethickness来定义，从根本上避免了IR、XRD、DSC和RVA实验中淀粉颗粒的初始双螺旋断裂与双螺旋重新形成之间的冲突所造成的叠加影响(itisproposedthatthedoublehelixproducedbythere-crystallizationofthestarch-retrogradationsystemcouldbedefinedbytruethickness,essentiallypreventingtheoverlayimpactofconflictbetweentheinitialdoublehelixbreakageofthestarchgranulesandthere-formationofthedoublehelixintheIR,XRD,DSCandRVAexperiments)。当小麦淀粉中低聚糖浓度达到16%时，抑制淀粉还原的效果最好，因为真密度并不随浓度的增加而增加。低聚糖可抑制冰晶冻结对淀粉颗粒结构性质的影响，这可能是由于低聚糖淀粉与无糖水相互作用所致。这有能力抑制淀粉和水的结合和淀粉分子的重新聚集，改善淀粉的回生现象，形成更有序的晶体结构（improvethephenomenonofstarchretrogradationandformsamoreorderedcrystalstructure）。结果，淀粉糊化温度和糊化焓增加。淀粉的自由水含量对其结晶度起着关键作用。当冷冻温度较高时，淀粉分子中的游离水更容易沉淀并形成更大的冰晶。原淀粉颗粒中沉淀出的游离水形成的冰晶将使支链淀粉形成双螺旋结构，结晶区的有序度将被破坏（包括对短和长的有序结构的破坏）。水分含量会加剧淀粉的回生，其影响大于因直链淀粉从淀粉颗粒中沉淀而造成的空间位阻，使解冻后再生的支链淀粉重新形成超螺旋。同时，在超低温条件下，淀粉颗粒的自由水损失量低于高温条件下的失水率，导致淀粉具有较高的持水能力。由于淀粉分子的高含水量，解冻过程中会刺激支链淀粉或直链淀粉回生(由淀粉的双螺旋中的氢键引起)。总淀粉结晶度的增加和降低与冻结过程中冰晶的破坏和解冻过程中淀粉的减少密切相关。在添加质量相同的情况下，平均相对分子质量较低的功能性低聚糖由于体系中分子数较多而水合程度较高，淀粉颗粒中的水分可以减少和抑制回生。冰晶的形成以及低聚糖与淀粉分子的相互作用都会减小淀粉颗粒的结晶面积，这些都有利于淀粉结构的稳定。

总结

研究了小麦淀粉和低聚淀粉(FOS、XOS、GOS)在不同冷冻温度下的糊化、回生、热性质和粒径变化。结果表明，较低的冻结温度与淀粉含量的降低呈正相关。而低聚糖可以抑制冷冻和淀粉回生对淀粉结构的破坏。低聚糖的加入使冻结引起的冰晶膨胀使淀粉颗粒的真密度、孔隙率、凝沉性和膨胀性降低，其中XOS对淀粉回生的抑制作用最明显。因此，低聚糖可以有效地提高小麦淀粉的冷冻稳定性，并有可能改善小麦淀粉食品的老化和再生，这取决于低聚糖的类型和浓度。

冷冻促进淀粉颗粒的双螺旋断裂和回生。

冰冻温度越高，冰晶造成的破坏越大。

低聚糖可减少冰晶冷冻损伤和淀粉回生。

含量为16%的低聚木糖具有较好的防冻效果。

低聚糖的抗冻作用与其结构有关。

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