糖，
是幸福的味道，
是溫暖的味道。
糖類，
是一切生命體維持生命活動所需能量的主要來源。
圓滾滾地企鵝、胖嘟嘟地北極熊，都是由于有足夠的脂肪，才能在極寒之地生存；而脂肪又是由于糖類轉化的。
糖類是*的低溫保護劑材料，它可以保護活細胞不被凍結。這一事實對生活在寒冷地區(qū)的動植物起著重要作用，因為細胞中所含的糖類對它們的耐寒性有很大的影響。
冷凍機制在制備生物組織或食品工業(yè)中是*的。這些機制嚴重受存在的溶質影響；例如，根據(jù)溶質濃度和冷卻速率，可以觀察到冰點（Tcryst）和熔化溫度（Tmelt）降低。
目前，許多關于水和水溶液結冰行為的研究都是用電子顯微鏡進行的。然而，需要X-射線衍射（XRD）研究來區(qū)分形成的冰的結構，這其中可能六邊形冰（Ih）是作為穩(wěn)定形態(tài)存在，立方形冰 （Ic）作為亞穩(wěn)形態(tài)或玻璃化水存在。冰的結構取決于冷卻速率。一般來說，Ic 形式的冰晶比Ih的冰晶結構更小。因此，生物組織的結構損傷較小，如果Ic是冰的主要形態(tài) 。
本文描述了用原位 XRD 研究蔗糖溶液的結冰和熔化過程及相關結構變化的可能性。
實驗
測試是在標準實驗室銅靶CuKα粉末衍射儀，反射模式下進行的。樣品環(huán)境由安東帕的TTK600低溫臺和CCU 100聯(lián)合控制單元來控制。為了控制樣品從室溫到-100 °C，需要使用液氮冷卻裝置。為了避免樣品室內的凍結，所有的測量都是在干燥的N2氣氛下（2bar rel.）進行的。22到to27°2Theta之間進行快速掃面在45秒內完成。這是必要的，因為快速的樣品動力學。
將市售的蔗糖粉溶于蒸餾水中，其濃度分別為1，3和5mol/L蔗糖溶液。這些溶液的結果與純水進行了比較。用移液槍將樣品裝到標準樣品池內。*填充滿樣品池需要約0.15ml蔗糖溶液。
以1，5和10°C/min速率冷卻和后續(xù)加熱蔗糖溶液。 在循環(huán)中持續(xù)對樣品進行連續(xù)掃描。
結果與討論
降低結晶溫度
研究冰點下降的結果如下圖所示。
純水結晶延遲（Tcryst 在 -1°C）是由于樣品體積相對較大，需要一定時間才能*凍結（圖1a.）。當以固定的冷卻速率增加溶質濃度時，可以觀察到Tcryst在-30°C發(fā)生了較大的轉變。
同樣的道理也適用于在固定蔗糖濃度下提高冷卻速率（圖1b.）。
圖 1: 濃度 (a.) 和冷卻速率 (b.) 與Tcryst關系圖。 增加速率和濃度明顯導致 Tcryst降低。
結構變化
Ih 相的特征是掃描范圍內在22.683（峰1）， 24.138（峰2) 和25.742°2Theta（峰3）出現(xiàn)三個峰。相比之下，描述Ic 相的只有一個指示峰，在 24.254°2Theta，而這與Ih相的峰2重疊。因此，在Ih相存在的情況下， Ic相的形成往往僅由峰2強度隨著峰1和峰3的損失而增加來表示。
在一定溶質濃度的冷凍實驗中，當冷卻速率增加時，可以觀察到從Ih到Ic的轉變。這可以從峰1與峰2的強度比（圖2）和圖3的XRD衍射圖中看出，對于一個溶質樣品，可以觀察到*不同的衍射圖。
圖 2: Ipeak1/Ipeak2-比率表明結構的變化取決于冷卻速率
圖 3:觀察到冷卻和加熱過程中受冷卻速率增加影響的結構變化。
比例越高，形成的冰中Ih的含量就越多。zei高的比率是在低的冷卻速率下給出的。Ic更趨向于在較高的冷卻速率下形成。
在熔融（Tmelt）之前，Ic在所有過程中消失，再次表明結構發(fā)生了變化。在Tmelt峰1/峰2比值zei高，以及在峰1的尖銳和/或下降，和峰2幾乎*消失情況下，可以清楚地看到這一點。
在恒定的冷卻速率下，不同的溶質濃度也可能對形成的冰的結構產(chǎn)生影響，如圖4所示。與1mol/l蔗糖相比，純水呈現(xiàn)出完美的Ih 型，其中峰2為第二大峰，表明含有一定量的Ic。在zei高濃度時，由于高濃度蔗糖溶液中水分子的動力學性能受到抑制，從而抑制了冰晶的生長。
結論
安東帕TTK600 低溫室是原位研究冰結晶過程中的結構變化，以及評價蔗糖水溶液成冰機制的依賴性和冷卻速率的合適工具。
從冷凍實驗中得到的數(shù)據(jù)支持溶液的結晶行為以及不同實驗條件下形成不同的結構這個*的觀點。
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