热分析在食品科学中的应用
摘要:热分析是在程序控制温度下,测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。本文从热分析在食用香精中的应用以及在食品包装中的应用,差示扫描量热法在食品分析中的应用等
方面介绍了热分析技术在食品科学中的应用。
关键词:热分析;食用香精;DSC;食品包装材料材质
Abstracts
Thermal analysis is in process control temperature, amount of measuring the physical properties of material and temperature of the relationship of technology. This paper, from thermal analysis in flavouring essence and its application in food packaging application, differential scanning calorimetry in food analysis is introduced in the application of thermal analysis technology in the application of food science.
1 热分析技术简介
热分析是在程序控制温度下,测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。在加热或冷却的过程中,随着物质的结构、相态和化学性质的变化,通常伴有相应的物理性质的变化、依此构成了相应的各种热分析测试技术[1]。
热分析技术具有测量精度高,简单省时,图谱易分辨,所需试样量少,不需预处理等优点。热分析技术的方法较多,常用的热分析方法有: 差示扫描量热( DSC)法、差示热分析(DTA ) 法和热重( TGA ) 法. 近年来, 热分析法得到了迅猛发展, 出现了多种新型测量仪器和方法, 如动力机械热分析(DMTA ) 法、热机械分析(TMA ) 法、声纳热分析( sono metr yt herm al analy sis)法、发散热分析(emanation ther-mal analy sis)法等[2]。
2在食用香料香精分析中的应用[3]
为了解决食用香料香精往往成份复杂(含醇、酐、脂、酮等),难溶于水,沸点低,易挥发,对环境( 氧气、光、热等)敏感这一问题,人们提出将其进行微胶囊化,即用另外一种材料或体系将香料香精包埋起来。微胶囊化的主要作用是隔离保护,改变物态(将液体香料香精改为固体),以及控制释放。许多情况下,形成包合物的目的是为了增加客体分子的热稳定性,如在糖果和烘烤食品的生产过程中,温度一般高于 150℃,如果直接加入香精,就会因香精的挥发性大而引起香料的损失。因此,选择何种包埋材料、包合后热稳定性等性质的研究,成为最为关注的热点。采用热分析技术对包合物进行研究可以得到满意的实验结果。
另有热分析结果
表
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明,大多数含有苯环结构的客体分子可以与β-CD 形成稳定的包合
物,而一些链状客体分子与β-CD 形成的包合物是不稳定的,在糖果制造和烘烤食品的加香过程中,若以包合物的形式加入香精,要考虑香精分子的结构特征。
3 DSC 在食品研究中的应用[4]
DSC ( Differential ScanningCalorimetry ) 即差示扫描量热法, 是在温度程序控制下, 测量输送给被测物质和参比物质的能量差值与温度之间的关系的一组技术。DSC 有两套独立的加热装置, 在相同的温度下采用电补偿, 并测量样品对热量的吸收, 两个加热器在整个过程中保持在一定的温度范围之内, 可以精确地快速地控制温度和进行热容、热焓的测量。
3.1在蛋白质中的应用
DSC 方法不仅可用于研究肌肉( 蛋白质)的变性也可用于了解肌肉中的蛋白质种类。但不能研究所有的蛋白质, 就牛奶来说, 由于酪蛋白是展开的分子结构, 本身就是已变性的蛋白质, 因此加热时, 并不存在热变性的问题, 也就是说在 DSC 给出的热分析图上没有变性峰的出现。
DSC 测量结果表明, 糖类物质会使蛋白质的变性温度升高, 并且是随着糖含量的增加而变性温度增高。加入糖类物质之所以可以推迟蛋白质的变性, 这是因为糖类物质对临近蛋白质分子的水分子的结构的影响, 从而改变了蛋白质的疏水相互作用。
3.2测定食品中的水分含量
食品中的水用水分活度来表示时,可分为可冻结水(在0℃能结冰, 也称为自由水) 和非冻结水( 一般在- 80℃不能结冰, 也称为结合水) 。DSC 热分析技术可用来测定食品体系中的自由水( 即可冻结水)。而总水分可根据 AOAC
标准
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方法在 103~ 105℃进行恒重来测定。通过上述两种方法可把结合水的含量计算出来。
3.3在淀粉中应用
淀粉的糊化是指淀粉中加入水后, 淀粉颗粒就会吸水肿胀, 当被加热时, 淀粉分子开始剧烈地振动, 分子间的氢键就被打断, 因此在原来的氢键位置上就吸入大量的水(称水化作用) , 淀粉的结晶区开始慢慢消失, 当结晶区完全消失时即称为糊化,此时的温度为糊化温度。由于淀粉糊化过程代表了淀粉分子从有序状态到无序状态的转变, 同时也伴随着能量的变化,因此可以利用 DSC 来进行测量。
3.4 在脂质中的研究
DSC 热分析技术不仅可用于测定脂肪类物质的熔点, 也用于研究油的结晶动力学。由于不同的植物油有着不同的熔点或结晶温度, 因此也可用 DSC 来测定一种植物油中油的成分
组成和热力学性质。
4.在食品包装材料材质中的应用[5]
随着科学技术的发展,食品包装材料出现了复杂化现象,有的材料中掺入了共混、共聚物;而有的食品包装材料则在加工过程中添加了回收的废料,这样的材料其红外吸收光谱带的位置很靠近,而且往往重叠,相互干扰,很难判断,热学性质也随着组分的变化而变化。因此,仅靠一种技术不能将其准确鉴别出来,采用IR-DSC联用技术(红外吸收光谱法和热分析法联用)可达到分析
要求
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PVC保鲜鲜膜主要危害是其残留的氯乙烯单体对人体具有致癌作用,可通过使用红外吸收谱对保鲜膜的官能团特征峰进行测定即可快速而有效地区分PE保鲜膜和PVC保鲜膜[6]。有些生产厂家为节约成本在包装材料的加工过程中添加回收料,降低了产品品质,危害消费者人身安全。采用DSC测试进一步进行区分鉴别,通过DSC熔点测试曲线我们可以推断回收料聚乙烯粒子中可能含有少量的聚丙烯等杂质。
参考文献:
[1]王平华.现代分析技术在食品科研应用中的新进展[N].农业工程学报.1995:02(11):139.
[2]苗慧,范少华.热分析技术应用综述[N].阜阳师范学院学报( 自然科学版).2006,03(23).
[3]刘红霞,曹义兵,李于晓.热分析在食用香料香精分析中的应用[J].食品科学.2009,19(30):349-351.
[4]黄海.DSC 在食品中的运用[J].食品与机械.2002,02(88).
[5]卫荣.食品包装材料材质分析的方法探究[N].科技创新导报.2012,25
[6]陈华才.红外光谱法快速鉴别PE和PVC保鲜膜[J].中国计量学院学报.2005,16(4):299-301.
浙公网安备 33021202002483