引言 ：差示掃描量熱法（DSC）是一種實用型的食品表征技術(shù)，具體應(yīng)用范 圍包括：

• 淀粉的糊化與老化（回生）行為

• 可可脂和巧克力中脂肪的多晶型現(xiàn)象

• 水分含量或吸收水分的影響

• 老化效應(yīng) • 蛋白質(zhì)變性

• 脂肪含量或固體脂肪指數(shù)(SFI)的測定 食品脂肪的加工和處理行為取決于食品中所含固體和液體脂肪的比 例。

 

食品脂肪的很多流變學和流動性質(zhì)，及其對終產(chǎn)品質(zhì)感的影 響，都與這一脂肪比例指數(shù)有著密切的聯(lián)系。 出于健康的考慮，特別是對食品中固體脂肪、飽和脂肪與反式脂肪的 關(guān)注，關(guān)于食品脂肪類型和含量的研究也越來越重要。食品中所含脂 肪種類多樣，固體脂肪含量各不相同。例如，奧利奧（Oreo®）曲奇 餅干就分普通和低脂兩種類型。也有類似于奧利奧但是不含固體氫化 脂肪的曲奇餅干。

出于健康的考慮，特別是對食品中固體脂肪、飽和脂肪與反式脂肪的 關(guān)注，關(guān)于食品脂肪類型和含量的研究也越來越重要。食品中所含脂 肪種類多樣，固體脂肪含量各不相同。例如，奧利奧（Oreo®）曲奇 餅干就分普通和低脂兩種類型。也有類似于奧利奧但是不含固體氫化 脂肪的曲奇餅干。食品中所含脂肪的性質(zhì)特點使得用DSC對其進行完整 表征是非常復(fù)雜的。每一種脂肪又存在多種融化形 式，使得問題更加復(fù)雜。一種多晶形態(tài)就是一種不穩(wěn) 定的融化形式，可以通過加工過程進行控制。為了獲 得所需的特定的脂肪質(zhì)地，有時候需要不同的多晶形 態(tài)。

 

對食品中的脂肪進行成功地分析要求DSC具有較高的 靈敏度和分辨率。分辨能力對于區(qū)分脂肪及其可能的 多晶形態(tài)的玻璃化轉(zhuǎn)變（Tg）和融化過程是非常重要 的。PerkinElmer公司的功率補償式DSC兼具分辨 率和靈敏度的，是研究脂肪樣品的得力工具。

 

差示掃描量熱法（DSC）：

功率補償型原理或雙爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計的DSC是表征食品 和脂肪理想的分析設(shè)備。重量極小的爐體不僅可以降 低爐體的熱慣量，而且也賦予了儀器極快的響應(yīng)速 率，是市售DSC儀器中性能好的DSC儀器之一。在 所有的市售DSC儀器中，功率補償式DSC可以實現(xiàn)峰值測定，對重疊峰進行分離。功率補償式DSC 使用兩個獨立控制、重量極小（約1克）的爐體。爐體 重量很小可以降低熱慣性，加快DSC響應(yīng)時間，這對 于高分辨測試是非常關(guān)鍵的。

 

相比之下，熱流式DSC或Boersma式DTA的爐體較重 或者使用大質(zhì)量的銀塊，因此儀器的響應(yīng)能力較為 遲緩。直接導(dǎo)致DSC的內(nèi)在熱慣量更大，響應(yīng)時間更 慢。使用較大爐體的DSC的分辨率也明顯低于功率補 償式DSC。一些儀器公司試圖使用大的銀塊或采用數(shù) 學算法來改善上述問題。這些數(shù)學算法設(shè)法通過調(diào)整 數(shù)學模型以彌補DSC響應(yīng)速率較慢等不足。然而，需 要警惕的是，所有數(shù)學處理都存在一定假設(shè)條件，都 會改變真實的熱流測試結(jié)果。而雙爐體或功率補償式 DSC利用*的DSC硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計不會對結(jié)果進行任 何數(shù)學處理，因此提供的是真實的樣品響應(yīng)數(shù)據(jù)。

 

在本研究中，測試了三種不同夾心的曲奇餅干中所含 的脂肪：

• 普通奧利奧®曲奇餅干

• 低脂奧利奧®曲奇餅干

• 類似于奧利奧但是不含固體或氫化脂肪的曲奇餅干

實驗 三種不同類型曲奇餅干的夾心測試條件如下。

實驗條件 儀器： Pyris™功率補償式DSC

冷卻設(shè)備： Intracooler II

樣品盤： 開蓋鋁盤

樣品質(zhì)量： 約11mg

溫度范圍： -60~100 ?C

掃描速率： 20 ?C/min

吹掃氣： 氮氣

預(yù)先使用高純銦對DSC進行溫度和熱焓校正。

 

結(jié)果：圖1所示為普通奧利奧曲奇餅干夾心的DSC測試結(jié)果， 顯示了熱流隨樣品溫度的變化。由于曲奇餅干夾心 所含脂肪的特性和多晶形式，樣品的DSC熱譜非常復(fù) 雜。脂肪從-18.8 ?C開始融化。夾心脂肪的一系列熔融 峰分別出現(xiàn)在-2.6、16.1、28.0、35.1和44.5 ?C。復(fù) 雜的熔融曲線反映了生產(chǎn)奧利奧夾心時特定的處理條 件所產(chǎn)生的脂肪多晶形式。曲奇餅干夾心的總?cè)廴谀?量是28.2 J/g。DSC結(jié)果說明奧利奧曲奇餅干夾心中相 當一部分脂肪在室溫以上融化，這是因為夾心中含有 氫化脂肪。

 

Pyris™功率補償式DSC的高分辨率賦予儀器具備檢測 曲奇餅干夾心脂肪多晶轉(zhuǎn)變精細結(jié)構(gòu)的能力，即便是 以每分鐘20 ?C的速率進行快速升溫同樣也能夠得到清 晰、明了的多晶轉(zhuǎn)變重疊峰。

 

熱流式DSC，特別是使用較大銀塊的儀器，一般無法 準確分辨沖重疊的多晶轉(zhuǎn)變信號，使得表征數(shù)據(jù)不夠 準確和完整。而使用Pyris™功率補償式DSC，所有重 要的轉(zhuǎn)變——無論信號大小強弱——都可以被儀器捕 捉到。

 

普通奧利奧曲奇餅干夾心層被冷卻到-60 ?C，然后以每 分鐘20 ?C的速率再次加熱，結(jié)果如圖2所示。夾心層的 熱響應(yīng)數(shù)據(jù)與之前相比有很大不同，這反映了夾心層 經(jīng)歷了不同的熱歷史。融化、冷卻、再次加熱，使得 脂肪形成新的形貌或結(jié)構(gòu)。DSC是研究脂肪及其多晶形 式的熱歷史影響的非常有用技術(shù)。

 

在降溫實驗中，功率補償式DSC也可以提供很好的測試 結(jié)果。脂肪在降溫過程中發(fā)生明顯的結(jié)晶行為，這些 信息對于表征和加工過程控制是非常有價值的。圖3所 示為奧利奧曲奇餅干夾心層樣品以每分鐘20 ?C的速率 從100 ?C冷卻到-60 ?C的DSC測試結(jié)果。脂肪的結(jié)晶發(fā) 生在23 ?C。降溫曲線證明曲奇餅干夾心層中含有兩種 結(jié)晶性質(zhì)不同的脂肪。

 

圖4所示為低脂奧利奧曲奇餅干夾心層的DSC測試結(jié) 果。夾心層的多個融熔過程分別發(fā)生在-4.1、12.0和 38.8 ?C。雖然低脂夾心層中也含有固體或氫化脂肪， 較低的熔融能量說明其中脂肪的含量有所下降。 個和第二個熔融過程的能量分別為4.6和4.3 J/g，總能 量為8.9 J/g，這一數(shù)值遠低于普通奧利奧曲奇餅干夾 心層（28.2 J/g）。

 

圖5所示為類似于奧利奧但是不含固體或氫化脂肪的曲 奇餅干夾心的DSC測試結(jié)果。該夾心中的脂肪在0 ?C以 下就*熔融，熔融峰出現(xiàn)在–26.0和–17.3 ?C。這一 無氫化脂肪夾心層的熔融能量為16.1 J/g。 圖6疊顯示了三種不同類型曲奇餅干夾心層的DSC數(shù) 據(jù)。各種夾心層所含脂肪的熔融曲線的差異非常顯著。

 

總結(jié)：對于食品中的脂肪性質(zhì)和含量，功率補償式或雙爐DSC 可以得到非常好的測試結(jié)果。功率補償式DSC的快速響 應(yīng)能力可以提供高的分辨率，這對于表征食品所含脂 肪的多晶熔融轉(zhuǎn)變過程是非常關(guān)鍵的。即便是以每分鐘 20 ?C的速率進行快速掃描，功率補償式DSC也能夠提 供很高的分辨率，可以檢測曲奇餅干夾心層脂肪多晶形 式產(chǎn)生的多個熔融峰。這些數(shù)據(jù)對于食品脂肪的完整表 征、質(zhì)量保證、產(chǎn)品穩(wěn)定性和加工過程控制來說都是非 常重要的。