胡庆兰，阙婷婷，任西营，余海霞，杨水兵，胡亚芹*

（1.浙江大学 生物工程与食品科学学院，浙江 杭州 310000；2.浙江大学 舟山海洋研究中心，浙江 舟山 316000）

玻璃化转变是非晶态的高聚物从玻璃态到橡胶态或从橡胶态到玻璃态的转变，玻璃化转变前后，聚合物的力学、热学、电学性质发生显著变化。发生玻璃化转变对应的温度称为玻璃化转变温度（Tg）。在食品体系中，Tg即为最大冻结浓缩溶液发生玻璃化转变时的温度。对于低水分体系（即w≤20%），玻璃化转变温度是Tg；当水分含量w＞20%时，冷却速率因受到水分的影响而不会很高，因此形成的是不完全玻璃态，用T’g表示[1]。

20世纪80年代，SLADE L等[2]在前人的研究基础之上，提出了著名的“食品聚合物科学”理论，揭示食品和聚合物分子之间有着最基本，最普遍相似的结构，明确了高分子结构和性能之间的关系。WHITE GW等[3]在1966年报道了含糖食品的玻璃态及玻璃化转变研究。玻璃化转变对食品品质会产生重大影响，现已成为国内外食品贮藏、加工中的研究领域的热点。

玻璃化转变温度（Tg）是预测食品贮藏稳定性的临界温度。Tg结合水分含量与水分活度（AW）指标，可以预测食品的货架寿命和保鲜期限，能够有效的选择食品贮藏加工的条件，使食品的获得最长的保质期。文章首先介绍了玻璃化转变的基本理论，概括的论述了玻璃化转变在果蔬类、淀粉类、水产品、乳制品、冷冻禽畜肉、糖果类及发酵等食品在贮藏中的应用研究。

1 玻璃态及玻璃化转变

食品聚合物科学认为，可以根据非晶聚合物温度区域不同，将聚合物分为3种力学状态，即玻璃态、橡胶态和黏流态。当温度较低时，聚合物分子热运动能量很低，聚合物长链中的分子是以随机的方式呈现为冻结的状态，具有外观似固体、微观结构似液体的状态。这种状态被称为玻璃态。但是当温度升高至一定温度时，分子的链段运动受到激发，聚合物变得粘且柔韧，这种状态被称为橡胶态。当温度继续升高，整个分子链段都可以运动，聚合物表现出粘性流动，这种状态被称为粘流态[4]。

如果食品处于在玻璃态下，造成食品品质变化的一切受扩散控制的反应均变的十分缓慢，甚至不会发生。此时，食品的各方面性质都很稳定，对食品的贮藏和鲜度等品质的维持非常有利。玻璃化转变对食品的质构、纹理、微生物活动、酶活等化学物理变化具有重要的影响。玻璃化转变结合水分含量、水分活度，可以用来预测食品的贮藏期，能有效的选择食品贮藏加工的条件。

2 玻璃化转变在食品贮藏中的应用研究

2.1 玻璃化转变在果蔬类保鲜中的应用研究

玻璃化转变在果蔬类的研究主要涉及果蔬的保鲜。草莓、苹果、猕猴桃、柚子、枣等水果及西兰花、胡萝卜等蔬菜的玻璃化转变的研究均有报导。水分活度对其玻璃化转变影响重大。玻璃化转变为果蔬类食品的保鲜贮藏及其稳定性提供了理论依据。

MORAGA G等[5]研究发现，玻璃化转变能阻止苹果机械组织结构的改变，并且能有效抑制水果中的褐变反应。FABRA MJ等[6]研究了葡萄柚的等吸附温线和状态图，并对提高其稳定性做了研究。在样品水分含量为19%，冷冻至-31.2℃时，葡萄柚品质和稳定性最好。SYAMLADEVI RM等[7-8]研究发现，随着树莓水分含量的逐渐升高，其最初玻璃化转变温度逐渐降低（从-17.5℃降低至-65.5℃）。由此可见，玻璃化转变与玻璃化转变温度与食品体系的水分含量和水分活度密切相关。对于果蔬类水分含量大的果蔬食品，玻璃化转变温度较低。

因此提高玻璃化转变温度具有重要的意义。JAKUBCZYKE等[9]研究结果表明，麦芽糖糊精能够显著减少苹果泥粉的吸湿性，提高其玻璃化转变温度。MAITY T等[10]报道用羧甲基纤维素钠（CMC-Na）、果胶、海藻酸钠、黄原胶预处理胡萝卜切片，不仅提高了胡萝卜质构特性，而且提高其玻璃化转变温度至-0.28℃，其中0.4%CMC-Na的效果最好。GALMARINI MV等[11]证实海藻糖和麦芽糖糊精的加入提高了草莓泥的玻璃化转变温度。DELVALLE JM等[12]发现用50%蔗糖溶液渗透处理苹果片，苹果片组织结构的坍陷能够在后续的加工和贮藏减少。这说明添加一些高分子糖类能够与食品中的水分相互作用，影响食品物料的性质及其玻璃化转变温度。因此选择合适的储藏条件和加入一些高分子物质，能有效的控制果蔬所在的环境，对增加果蔬的货架期及储运期有重要的实际意义和广泛的应用前景。

2.2 玻璃化转变在淀粉类食品中的应用研究

玻璃化转变对淀粉类食品的质构和稳定性（淀粉类老化、结晶和重结晶）密切相关。早在1985年ZELEZNAK KJ等[13]就研究谷物类食品的玻璃化转变，使其品质得到更好的保证。王振宇[14]报道玻璃化转变对面包的老化、休闲食品的松脆性、微胶囊的包埋具有很大的影响作用。支链淀粉的结晶化是面包老化的主要原因，随着结晶的形成，可溶性淀粉的减少，面包质构逐渐变硬。当面包贮藏温度低于Tg时，淀粉不再结晶，能有效防止面包的老化，这对保持面包的风味及延长其货架寿命具有重要意义[15-16]。近年来，有学者分析了淀粉的玻璃化转变温度及含水量的关系。詹世平等[17]探讨不同含水量条件下淀粉玻璃化转变温度（Tg），认为水是一种增塑剂，会降低淀粉的玻璃化转变温度。SABLANI SS[18]等得到了香米的最佳储藏条件。淀粉结晶度、平均分子量、支链分子链等对淀粉玻璃化转变温度均有影响。因此通过调控淀粉类食品的水分含量、水分活度和贮藏温度从而影响食品的Tg，减少淀粉的结晶与重结晶度，对提高面包等淀粉类食品的玻璃化转变温度，保持其品质，对延长货架期已经成为玻璃化转变在淀粉类食品储藏具有重要的意义。此外，食品添加剂对淀粉类食品（如面团）的玻璃化转变温度具有显著的影响。抗坏血酸、海藻糖及明胶的加入均能不同程度提高其玻璃化转变温度[19]。

2.3 玻璃化转变在水产品中的应用研究

水产品的成分复杂，包括蛋白质、脂肪、糖类等大分子物质和诸多低分子化合物等，其对玻璃化转变温度影响均较大。水分含量对水产品的玻璃化转变温度影响尤其大，一般水分含量每增加1%，其玻璃化转变温度会下降5℃～10℃[20]。玻璃化转变在水产品中的研究集中在玻璃化转变温度、冰点、冻结终点、最大冻结浓度条件和等温吸附线的研究上，以绘制相图，从相图判定最佳贮藏加工条件，以达到脱水防腐需要的热力学数据Aw和Tg值，是预测水产品货架期的有效方法。

高水分含量的水产品一般玻璃化温度极低。RAHMAN MS等[21]通过冷冻干燥使金枪鱼肌肉湿含量从6.0%～73.3%不断变化，发现其最大冷冻冻结浓度为61%时，其玻璃化转变温度为-54.2℃。而从金枪鱼表皮中提取的胶体也比商业用的牛肉胶和猪肉胶有更低的玻璃化转变温度[22]。

添加剂对鱼肉的玻璃化转变温有一定的影响。AKTAS N等[23]对不同糖类物质加入虹鳟鱼鱼肉对其玻璃化转变和化学变化进行了研究。将蔗糖、山梨醇、甘露醇、阿拉伯胶加入虹鳟鱼鱼肉中，研究发现，贮藏温度和贮藏时间对挥发性盐基氮（TVB-N）和硫代巴比妥酸反应物（TBARS）值有显著的影响，玻璃化转变温度贮藏能够有效提高鱼肉的品质，延长其货架期。蔗糖和明胶的添加使得鱼肉具有较高的Tg值[24]。VIVANCO MM等[25]研究发现，食盐对低水分的罗非鱼片的Tg影响显著。这对水产品的贮藏保鲜提供了可靠的理论依据。

2.4 玻璃化转变在乳制品的应用研究

玻璃化转变在乳制品方面的研究集中在奶粉和冷冻乳制食品中。乳制品中存在无定型的乳糖。奶粉的结晶、粘连和结块均与乳糖的玻璃化转变有关。当奶粉贮藏温度高于Tg时，奶粉的很多物理性质都会发生变化，进而表现出奶粉感官品质的改变，具体表现为奶粉粘连、结块问题。杜凌[26]探讨了影响奶粉品质的玻璃化转变的因素，其中乳糖的的玻璃化转变对奶粉的品质影响很大。当贮藏温度（T）与脱脂乳粉玻璃化转变温度Tg的差值减少时，脱脂乳粉的非酶褐变指降低，但是随着（T-Tg）差值的增大，非酶褐变指数迅速增加，奶粉的褐变加速[27]。

为解决乳粉结块问题，科学家们做了很多研究。詹世平等[28]发现黄原胶是很好的防结块剂，而β-环糊精对粉体的结块抑制效果并不明显。黄原胶和β-环糊精复配型添加剂的防结块效果最好，是理想的复合防结块剂。芽糖糊精含量的增加会显著提高干燥菊粉玻璃化转变温度[29]。

羧甲基纤维素钠（CMC-Na）、卡拉胶、糊精、麦芽糊精、瓜尔豆胶等多糖物质的加入能抑制冰淇淋类等乳制食品的冰晶生长。WHELAN AP等[30]研究发现，加入海藻糖比加入蔗糖使冰淇淋具有更高的玻璃化转变温度。通过加入多糖类甜味剂，不仅可以降低冰淇淋的甜度，而且可以提高冰淇淋的玻璃化转变温度，增加冰淇淋的稳定性，抑制冰淇淋冰晶的生长，从而使冰淇淋获得细滑的口感。

2.5 玻璃化转变在冷冻禽畜肉类中的应用研究

玻璃化转变在冷冻禽畜肉贮藏中的研究较多[31]。结晶与重结晶会对冷冻食品中的细胞产生破坏性的作用，导致冷冻食品的品质的恶化，影响冷冻肉类食品的品质。冷冻食品的结晶与重结晶过程受到玻璃化转变的影响。冷冻肉类食品在高于玻璃化转变温度下储藏，结晶速率迅速增大，刺破食品体系细胞，导致液汁的流失和品质的恶化；冷冻食品在玻璃态下，物质分子活动受到抑制，食品的结晶与重结晶速率显著下降，肉类的品质劣化反应速率十分缓慢，因此可以最大限度的保持食品的色、香、味、形及多种营养成分。

近年来，研究发现阿拉伯胶和k-卡拉胶能提高冰冻牛肉的玻璃化转变温度[32]。在鸡肉中添加麦芽糖糊精和阿拉伯胶，能够提高冷冻鸡肉水解蛋白粉末的玻璃化转变值Tg，促进其稳定性[33]。KUROZAWA LE等[34-35]证实了麦芽糖糊精和阿拉伯胶对喷雾干燥的鸡肉水解蛋白质粉的Tg具有提高作用。但有学者报导这些添加剂物质对食品体系的Tg无显著影响。李云飞等[36]报道加入的明胶、海藻酸钠和羧甲基纤维素钠对牛肉糜的玻璃化转变温度无显著影响。此外用氯化钠和亚硝酸钠对冰冻牛肉进行解吸等温研究，发现其曲线符合S型曲线，亚硝酸钠溶液对牛肉Tg无显著的影响[37]。尽管如此，但这些添加物如何作用食品从而影响食品体系玻璃化转变温度的机理还有待深入研究。

2.6 玻璃化转变在糖果中的应用研究

玻璃化转变在糖果的保存上也有研究。LABUZA TP等[38]报道了棉花糖中蔗糖在低于玻璃化转变温度贮藏时性质稳定。当温度超过蔗糖玻璃化转变温度时，棉花糖的纤维玻璃结构就会发生崩溃，蔗糖的结晶就会在镶嵌在玻璃化的的结构中形成，导致糖果的返砂，缩短食品的货架期。

2.7 玻璃化转变在微生物和酿造食品的保存的应用研究

玻璃化转变影响微生物的生长繁殖。主要体现在玻璃化转变导致微生物的周围水分、温度、pH值、酶浓度及盐浓度等理化环境的改变，因而能抑制腐败微生物的生长，延长食品的保质期。Aw与微生物的致死率对可食食品的保存具有一定的意义[39]。

此外对有益微生物，张英华等[40]研究了海藻糖对乳酸菌的的保护机理，证实了玻璃化转变对保护乳酸菌的重要作用。王锡海等[41]探讨了Aw和玻璃化转变对双孢蘑菇贮藏稳定性的影响，为双孢蘑菇的速冻、冻干等保藏方法提供了理论基础和技术手段。

对酿造发酵食品，李炫辰等[42]研究发现，蜂蜜的水分含量对其玻璃转变温度有显著影响（水分含量低于43.5%时，其Tg为-55.45℃），拟合出Tg线性方程。

3 玻璃化转变研究的展望

食品体系的玻璃化转变对食品的加工、贮藏和食品的品质产生重要的影响，目前玻璃化转变在很多食品加工中得到广泛的研究和应用，但大部分局限与单成分的食品上的研究。对于复杂食品体系的Tg及其对食品品质和货架期的影响研究还不充分，是今后研究的重点和难点。

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