热分析技术在食物中的应用

热分析技术在食物中的应用
摘要介绍热分析在食物安全检测、重金属的测定、食物添加剂的测定、水含量及玻璃转变温度Tg的测定、蛋白质淀粉脂类的研究、冷冻食物、辨别食物植物油的应用。

关键词热分析食物
前言随着社会、经济的进展及食物工业进入新阶段，食物安全问题已引发全世界的普遍关注。

食物安尽是指食物中不该含有可能损害或要挟人体健康的有毒有害物质或因素，从而致使消费者急性或慢性迫害或感染疾病，或产生危及消费者及其后代健康的隐患。

食物安全关系到人类生存繁衍、国家安危和社会的进展。

最近几年来国内外食物安全恶性事件不断发生，造成对人类健康的严峻要挟，食物安全已成为现今世界所关注的核心问题之一，在食物安全那个全世界关注的热点问题中。

〖1〗热分析技术无论是在食物的生产和检测进程中都具有重要的作用。

尤其是差示扫描量热法在食物生产中占有重要的地位。

这里面进介绍几个方面的应用。

一、重金属的测定[1]
重金属能够令人体致癌、慢性中毒、突变、乃至畸形等，由于环境和人为的影响，某些重金属离子已经侵入了食物链，因此检测食物中的重金属对保障人类生命安全有着重要的意义。

毛细管电泳法用于食物中重金属的测定近几年国内外均比较少见。

Li Y等将毛细管电泳与火焰原子吸收光谱直接相连测定了鲨鱼肉中痕量的甲基汞、苯基汞和无机汞(11)3种形态的汞离子；袁道强用毛细管区带电泳(CZE)法测定了奶粉中的镉、铅和铜； c．K．Yap等用凝胶毛细管电泳检测产自马来群岛污染水域中的蚌类中的镉、铜、铅和锌对等位基因转变的影响：舒友琴等用毛细管区带电泳测定饮料中的铅、锶和锌离子。

二、食物添加剂的测定[2]
食物添加剂是用于改善食物的品质、延长食物保留期、便于食物加工和增强食物营养成份的一类化学合成或天然物质。

它在食物的制造加工、包装处置及感官评定等方面起了专门大的作用。

食物添加剂主要分为防腐剂、抗氧化剂，甜(香味剂和天然或人工合成色素。

食物添加剂对人体具有必然的毒性，尤其当过量使历时，会损害消费者的健康，在食物添加剂的利用中，明确制定了卫生标准。

限定了食物添加剂的种类、名称、应用范围、最大利用量和残留量，所以对食物添加剂的测定是食物安全分析的重要内容。

毛细管电泳法已普遍用于食物添加剂的检测中。

3．食物的水含量及玻璃态转变温度T g的测定[3]
食物的许多性质都取决于食物与水的彼此作用,因此测定其水分含量比较重要.按照食物中水与食物的结合程度,可分为自由水、单层水多层水,单层水和多层水为结合水.食物中的水用水分活度来表示时,可分为可冻结水(在0℃结冰,也称为自由水)和非冻结水(一般在-80℃以上不能结冰,也称为结合水).热分析技术一般是用来测定食物体系中的自由水(即可冻结水).热分析技术对食物体系的玻璃态转变温度测定在研究和实践中有超级重要的作用.目前在食物方面主如果用于研究谷物和淀粉的玻璃化转变,玻璃态保藏是食物保藏最理想的条件,最近几年来在果蔬保藏、鱼肉制品加工保藏,和蜂蜜制品方面的应用也愈来愈多.这些方面的研究能够为生产实践提供更好的加工保藏工艺参数.Akinori Mizuno 等人[3]采用不同的升温速度对糊化后的马铃薯淀粉和小麦淀粉进行了DSC分析,结果发觉,糊化后寄存一段时刻的淀粉的Tg值要高于未通过寄存的淀粉,而且
120℃下糊化的淀粉比60℃下糊化的淀粉在寄存进程中T g的增量要大.研究表明,糊化淀粉的Tg与淀粉的回生程度具有必然的关系,回生程度越高,淀的Tg越高.
4.蛋白质[4]、淀粉[5]、脂类[6]的研究
在食物加工中蛋白质会变性,这对于食物体系的某些性质起着超级重大的作用.由于蛋白质加热时,蛋白质内氢键断裂,从而致使蛋白质分子的展开,分子展开进程中需要吸收能量(打断的氢键需要能量),蛋白质的变性一般表现出分子结构从有序态变成无序态、从折叠态变成展开态,从天然状态变成变性状态,在这些状态的转变进程中都会伴随着能量的转变,如此能够用热分析技术进行测量.热分析技术还以用于研究蛋白质-蛋白质彼此作用、蛋白质-水彼此作用、蛋白质的热变性动力学等等.人们在研究淀粉的糊化和老化方面研究的比较深切和普遍.淀粉中加入水后,淀粉颗粒就会吸水肿胀,当被加热时,淀粉分子开始猛烈地振动,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,化温度.由于淀粉糊化进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转变,因此也能够利用热分析方式来进行测量.天然的油和脂肪的同质多晶现象比较普普遍,故通常在样品油的熔化曲线中,由于特征比较复杂而不易来预测结果,一些较平坦的峰之间不能分离开来.如大家常见巧克力放置一段时刻以后,会发觉巧克力表面起霜(白花),这并非是由于巧克力霉变,而是可可酯的晶形转变所致使的.如此,还可用热分析技术来检测食物原料是不是被搀假.
5．对冷冻食物的研究
冷冻被普遍用于水果蔬菜类食物保藏,当食物被冷却到一个很低的温度时,体系中的水结冰,可是还有一部份水并未结冰,在浓缩溶液中仍处于液体状态这时,剩下溶液浓度很高,冰已可能结晶,称为最大冷冻浓缩溶液,仍处于液体状态的水称为不可结晶水。

在这种液体状态下,会发生许多咱们不希望的改变。

诸如,低分子量产品的改变、变色和组织流变性质的改变等,从而致使了冻结食物质量下降,其主要原因是结晶、再结晶和酶的活性。

而结晶、再结晶和酶的活性是受扩散控制的,在某一特征温度下发生的特殊物质的结构松弛进程，它们在橡胶态和玻璃态别离受和方程的约束,若是冻结食物处于璃态及玻璃化转变温度下,食物基质粘度高达,引发食物腐败变质的各类因素能被有效抑制,而食物就可以安全保留。

部份玻璃态的草葛进行玻璃化保藏℃和普通冻藏后,前者的质地和持水能力明显比后者好,这就较好地说明了低温玻璃化保留水果的长处。

但同时有研究表明,冷冻食物在璃化保有可能会出现低温断裂现象。

在胡萝卜和草毒的超速冻进程中已观察到一了宏观断裂象。

这一方面是由于果肉组织在超速冻进程中,温度散布不均匀、热量传递不及时,水果产生了较大的内外温差另一方面,在水果超速冻进程中,外层第一冻结,随着冻层向内推动,水转变成冰后体积增加了约,内层就产生了专门大的膨胀应力,直至外层冰壳经受不了时破裂。

{Studies on glass transition in food by using DSC江苏食物学院焦宇之张
嫚}
6.热分析法在食物蛋白质研究中的应用
热是食物加工中最常常利用的加工参数,蛋白质的热变性是食物中最多见的变性形式,也是对蛋白质稳固性影响最大的一个因素。

蛋白质在热变性进程中,吸收热量时由一个有序状态变成序状态,分子内彼此作用被破坏,多肽链展开。

当达到蛋白质的变性温度时,在热分析图谱上会出现一个吸热峰,按照吸热峰的起始温度、峰面积能够肯定蛋白质的变性温度、变性热等参数利用这些参数能够了解蛋白质的稳固性,和变性动力学等。

这是利用热分析法研究蛋白质的大体依据[6] DSC在食物蛋白质变性研究中的应用DSC已经成为研究食物蛋白质强有力的手腕,在动物肌肉蛋白质、植物蛋白质、禽类蛋白质、乳类蛋白质等食物蛋白质的研究中取得了普遍的应用。

许多学者运用DSC技术来肯定食物蛋白质的组成成份,研究蛋白质的变性动力学,并按照变性动力学肯定食物加工工艺,取得了显著的研究功效。

运用DSC研究动物肌肉蛋白质
肌球蛋白是大体的肉类蛋白质。

Wright等人[7]研究了兔肌球蛋白在 mol/L 的氯化钾 mol/L的KH2PO4-KOH溶液体系中(pH值、热扫描速度为10 K/min)的热变性,具体图谱见上图。

运用DSC研究蛋类蛋白质Donvan等人[7]研究了鸡蛋白蛋白质的热变性。

见下图,其中曲线A为在pH 下测定,曲线B为pH在下测定,热扫描速度为10℃/min。

从下图可知,鸡蛋白蛋白质中有3种组分,它们别离是:卵白粘蛋白质、卵球蛋白质、抗生物素蛋白质。

7.热分析技术在辨别食用植物油中的应用
植物油在国民经济中是一类重要物资.在食物生产中必不可少,在工业生产中被用作润滑剂、香皂、洗涤剂等诸多产品的原料.随着对植物油需求的增加,对其研究也在不断深切,已开
发出多种分析方式.按照中华人民共和国国家标准(GB-5490-5539-85),对植物油脂的查验采用密度测定法、折光指数测定法、油脂定性分析法、皂化值及碘值测定法等来肯定油脂的种类和品质.这些方式工序繁杂,测量结果单一.也有效仪器分析法的,如用气相色谱法来标征植物油中脂肪酸的散布[8],或采用薄膜层析[9]和裂解技术分析法[10]等,但这些方式都不直观快速.咱们应用植物油在低于室温下的液—固和固—固转变特征,在+50℃～-50℃的温度范围内,采用差示扫描量热计(DSC)记录下单一植物油、植物油的混合物、在糕点中存在的植物油的冷却曲线及它们的一级微商曲线(下称FDC曲线)作为识别的“指纹”模型数据库.此数据库就可以够用作对单一植物油、混合油及加工食物中所用油品种类快速肯定的基础.
利用植物油的FDC冷却曲线(即DSC曲线对时刻的一级微商曲线)非线性范围之外的第一峰值温度能够快速地提供植物油的特征线型(或称“指纹”峰).在成立了单一植物油FDC冷却曲线数据库以后,即能够对未知植物油品、混合油或存在于加倍复杂的食物基体中的植物油种类进行快速辨别.这一工作或许有必然的商业和工业应用价值.
［1］吴鸿伟，2007-陕西师范大学：分析化学，
［2］刘嘉喜，王越鹏，薛建宇，期刊论文-《中国食物学报》，2003年zl期
［3］,, of glass transition temperature through carbohydrates additions:Effect upon color and an thocyanipigment stability in frozen strawberry Resea rchInternationa l,1999,32:441—446.
[4]specific heat of chicken breast patties and their constituent proteins by differential scanning calorimetry[J].Journal of Food Science,1998,63(1):87—911. [5]odovo tz, transition and recrystallization during aging of wheat starchgels[J].Journal of Agriculture and Food Chem istry,1998,46(3):446—453. [6]Chan H W Met hods in Food Research—Thermoanalytical Met hods in Food Research[M].Oxford:Blackwell Scientific Pub,1984:1～36
[7]Hudson in Food Proteins-1[M].London:Applied Science Publishers,1982.
[8]Spencer G F,HerbSF,Gormisky P Sanders Carpenter DL,Hehman J,M
asonBS,eta。