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(xué)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。

食品中所含脂肪的性質(zhì)特點使得用差式掃描量熱儀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兼具佳分辨 率和靈敏度的，是研究脂肪樣品的得力工具。

功率補償式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) 佳的峰值測定，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(xué)算法來改善上述問題。這些數(shù)學(xué)算法設(shè)法通過調(diào)整 數(shù)學(xué)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(xué)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(xué)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重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。