CN109444209A - 一种测量蛋清粉玻璃化转变温度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种测量蛋清粉玻璃化转变温度的方法，包括如下步骤：(1)对蛋清进行喷雾干燥制粉；(2)制备含非冻结水蛋清粉样品，其含水率在0.039‑0.093g/g湿基和含水率在0.212g/g‑0.283g/g湿基之间；(3)DSC测量步骤(2)中不同含水率样品的玻璃化转变温度；(4)蛋清粉Tg值随含水率的变化进行GT方程模拟，得到玻璃化转变温度曲线，通过玻璃化转变温度曲线得到不同含水率下样品的Tg值。本发明的有益效果是：以往对碳水化合物类的玻璃化转变温度研究较多、较清楚，而对蛋白质类食品的玻璃化转变温度研究相对较少，本专利对喷雾干燥蛋清粉能检测到其玻璃化转变温度值，并能用GT方程拟合得到玻璃化转变温度曲线。
Description
技术领域
本发明涉及食品加工技术领域，更具体地说涉及一种测量蛋清粉玻璃化转变温度的方法。
背景技术
我国是全球最大的鸡蛋生产国，鸡蛋占我国禽蛋产量85％以上。鸡蛋被认为是一种廉价且营养丰富的食物，它含有大量蛋白质、维生素、矿物质、必需脂肪酸、磷脂及其他脂质。其中，鸡蛋蛋清中蛋白质含量高(11％)，且氨基酸组成接近于人体的氨基酸组成，是食物中最理想的蛋白质(田波等，2003)。与传统蛋清液相比，干制的蛋清粉已经广泛应用于烘焙食品、色拉调味料、糖果、冰淇淋等很多方便食品中。这不仅因为蛋清粉的功能特性与营养价值，而且还因为蛋清粉在贮藏、运输和微生物安全等方面的优势，使得蛋清粉应用越来越广泛。但是在蛋清粉加工过程中，容易形成非平衡无定形态，导致蛋清粉加工时的不稳定性。因此，在加工过程中，需要保持食品的品质以及营养成分的稳定性，避免物料从玻璃态向橡胶态的转变，从而应尽量避免高温加工，使得蛋清粉处于玻璃态下。
已有研究发现食品在玻璃态下加工或贮藏时，可使食品保持较长时间的稳定状态，这是由于在玻璃化转变温度以下时，体系具有较大的黏度，从而使得整个体系的分子扩散速率很小，不容易发生化学反应，不易发生褐变、劣败，贮藏期变长。相反，当加工或贮藏温度大于玻璃化转变温度时，体系处于橡胶态，一些分子的流动性增大，导致食品中一些不良反应的发生。因此，在加工或贮藏过程中，为了保持食品的品质以及营养成分的稳定，应尽量保持在玻璃态下。玻璃化转变温度可以作为加工或贮藏稳定性的标准。玻璃化转变温度的概念最早应用于材料学，20世纪80年代，Levine和Slade等科学家提出了“食品聚合物科学(Food Polymer Science)”理论，将玻璃化转变引入食品领域。玻璃化转变是二级相变，物质不放出潜热，没有相变发生，其宏观上表现为一系列的物理和力学性质，如比容、比热、折光指数、介电常数、红外吸收谱线和核磁共振吸收谱线都有明显的变化。在测量过程中体系发生玻璃化转变时，吸热曲线会出现一个“台阶”，玻璃化转变不是一个点，而是一个区域范围(赵金红，2014)。
以往对碳水化合物类食品的玻璃化转变温度研究较多，包括含非冻结水(较干食品)，还有通过状态图间接得到新鲜样品(含水率较高的食品)的特征玻璃化转变温度值(赵金红，2014；Rahman,2010)。因为碳水化物类食品在DSC热流曲线上的台阶较明显，容易判断Tg值，而蛋白类食品的玻璃化转变温度不容易检测，因为其热熔差(△Cp)较小，导致在DSC曲线上玻璃化转变的台阶较小，从而不容易检测到。
在现有技术中，对于喷雾干燥蛋清粉aw在0.12-0.52之间的样品能够检测到Tg，而样品aw在0.61-0.85之间不能检测到Tg，当aw为0.94时(含水率为0.321)样品属于含冻结水样品，不在本专利研究范围。虽然aw在0.12-0.52之间的样品能够检测到Tg，但是由于其对应的含水率(0.039-0.093g/g湿基)范围较窄，不能用GT方程拟合，即方程不收敛，因此需要检测到含水率较高样品(仍然属于含非冻结水样品)的Tg。。
发明内容
针对上述问题，本发明目的在于提供了一种测量蛋清粉玻璃化转变温度的方法，蛋清在加工过程中应尽量避免高温，使得蛋清粉处于玻璃态下，其能够较好地保持蛋清粉的品质以及营养成分的稳定性。
一种测量蛋清粉玻璃化转变温度的方法，包括如下步骤：
(1)对蛋清进行喷雾干燥制粉；
(2)制备含非冻结水蛋清粉样品，其含水率在0.039-0.093g/g湿基和含水率在0.212g/g-0.283g/g湿基之间；
(3)DSC测量步骤(2)中不同含水率样品的玻璃化转变温度；
(4)蛋清粉Tg值随含水率的变化进行GT方程模拟，得到玻璃化转变温度曲线，通过玻璃化转变温度曲线得到不同含水率下样品的Tg值。
进一步，所述步骤(1)对蛋清进行喷雾干燥制粉的步骤为：首先，所述蛋清液经过巴氏杀菌，巴氏杀菌的温度为55-57℃，杀菌3min；然后，直接喷雾干燥，喷雾干燥条件为进口温度165-175℃，出口温度为65-85℃，压强为1Mpa。
进一步，所述步骤(2)制备含水率在0.039-0.093g/g湿基蛋清粉样品的步骤为：首先，将喷雾干燥蛋清粉放置在装有不同饱和盐溶液(aw在0.12-0.52)的密闭容器中；然后，放置于恒温箱中平衡，进行吸附实验，制得含水率在0.039-0.093g/g湿基的蛋清粉样品。
进一步，所述步骤(2)制备含水率在0.212g/g-0.283g/g湿基的蛋清粉样品的步骤为：首先，在蛋清粉样品中直接加入预先计算好的蒸馏水，然后，在4℃下平衡24h，制得含水率为0.212-0.283g/g湿基之间的样品。
进一步，所述步骤(3)中DSC测量不同含水率蛋清粉的Tg值采用单扫描程序测量。
进一步，所述步骤(3)中DSC测量不同含水率蛋清粉的玻璃化转变温度的步骤为：首先，取含水率不高于0.283g/g湿基的样品以10或5℃/min的速度从室温20℃降到-80--120℃，保持10或5min；然后以5℃/min的速度升温至不小于160℃，通过DSC测量出含非冻结水蛋清粉样品的玻璃化转变温度初始值、玻璃化转变温度中点值和玻璃化转变温度终点值。
进一步，所述步骤(4)蛋清粉Tg值随含水率的变化进行GT方程模拟，利用Origin软件(version 8.6)非线性回归拟合得到玻璃化转变温度曲线。
本发明的有益效果为：
(1)以往对碳水化合物类的玻璃化转变温度研究较多、较清楚，而对蛋白质类食品的玻璃化转变温度研究相对较少，本专利对喷雾干燥蛋清粉(含非冻结水)能检测到其玻璃化转变温度值，并能用GT方程拟合得到玻璃化转变温度曲线；
(2)本专利通过DSC程序的调试以及增加补充含水率(0.212-0.283g/g湿基)的办法，解决蛋白质类食品△Cp较小，玻璃化转变台阶不容易判断的问题，使得含非冻结水蛋清粉能够清楚的检测到范围较大的Tg值。
(3)本专利只需采用DSC就可以检测到喷雾干燥蛋清粉的Tg，而不需要使用更精密的调制式差示扫描热量仪(MDSC)就可以检测到；
(4)蛋清粉的玻璃化转变温度值可以作为加工稳定性的标准，当蛋清粉在玻璃化转变温度以下(玻璃态)加工时，可以较好地保持其品质以及营养成分的稳定性；
(5)当蛋清在玻璃态下加工时，不仅可以提高蛋清制品的品质，还能延长其贮藏期，从而为蛋制品加工企业带来利润；
(6)本发明的方法操作简单，成本低廉。
附图说明
图1是喷雾干燥蛋清粉含非冻结水样品的DSC热流图的热转变温度测量aw＝0.12；
图2是喷雾干燥蛋清粉含非冻结水样品的DSC热流图的热转变温度测量aw＝0.23；
图3是喷雾干燥蛋清粉含非冻结水样品的DSC热流图的热转变温度测量aw＝0.33；
图4是喷雾干燥蛋清粉含非冻结水样品的DSC热流图的热转变温度测量aw＝0.44；
图5是喷雾干燥蛋清粉含非冻结水样品的DSC热流图的热转变温度测量aw＝0.52；
图6是喷雾干燥蛋清粉含非冻结水样品的DSC热流图的热转变温度测量aw＝0.61；
图7是喷雾干燥蛋清粉含非冻结水样品的DSC热流图的热转变温度测量aw＝0.75；
图8是喷雾干燥蛋清粉含非冻结水样品的DSC热流图的热转变温度测量aw＝0.85；
图9是喷雾干燥蛋清粉含非冻结水样品的DSC热流图的热转变温度测量Xw＝0.231；
图10是喷雾干燥蛋清粉含非冻结水样品的DSC热流图的热转变温度测量Xw＝0.257；
图11是喷雾干燥蛋清粉含非冻结水样品的DSC热流图的热转变温度测量Xw＝0.269；
图12是不同含水率的喷雾干燥蛋清粉GT方程拟合曲线；
图13是真空干燥蛋清粉含非冻结水样品的DSC热流图的热转变温度测量aw＝0.12；
图14是真空干燥蛋清粉含非冻结水样品的DSC热流图的热转变温度测量aw＝0.23；
图15是真空干燥蛋清粉含非冻结水样品的DSC热流图的热转变温度测量aw＝0.33；
图16是真空干燥蛋清粉含非冻结水样品的DSC热流图的热转变温度测量aw＝0.44；
图17是真空干燥蛋清粉含非冻结水样品的DSC热流图的热转变温度测量aw＝0.52；
图18是真空干燥蛋清粉含非冻结水样品的DSC热流图的热转变温度测量aw＝0.61；
图19是真空干燥蛋清粉含非冻结水样品的DSC热流图的热转变温度测量aw＝0.75；
图20是真空干燥蛋清粉含非冻结水样品的DSC热流图的热转变温度测量aw＝0.85。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
一种测量蛋清粉玻璃化转变温度的方法，包括如下步骤：
步骤一，对蛋清进行喷雾干燥制粉；
(1)挑选：选择新鲜的鸡蛋，且大小、重量相似的样品；(2)预处理：洗蛋打蛋，然后分离蛋清蛋黄，只要蛋清液；(3)喷雾干燥制粉：蛋清液先经过巴氏杀菌，巴氏杀菌条件为55-57℃杀菌3min；然后直接喷雾干燥，喷雾干燥条件为进口温度165-175℃，出口温度为65-85℃，压强为1Mpa，喷雾干燥蛋清粉没有添加麦芽糊精等大分子物质，未进行脱糖(葡萄糖)处理；可以直接购买商业喷雾干燥蛋清粉。
步骤二，制备不同含水率的蛋清粉样品
首先，将喷雾干燥蛋清粉放置在装有不同饱和盐溶液(aw在0.12-0.52，见表1)的密闭容器中；然后，放置于恒温箱中平衡，进行吸附实验，制得含水率在0.039-0.093g/g湿基的蛋清粉样品。
对于补充含水率0.212-0.283g/g湿基的样品，即aw0.85对应的含水率(0.212g/g湿基)与非冻结水的含水率(0.283g/g湿基)之间的样品，需要直接加入预先计算好的蒸馏水制得，然后在4℃下平衡24h。
表1 25℃饱和盐溶液的水分活度
步骤三，DSC测量含非冻结水(0.039-0.093g/g湿基和含水率在0.212g/g-0.283g/g湿基)蛋清粉的玻璃化转变温度
DSC测量含非冻结水蛋清粉的Tg值采用单扫描程序测量，取含水率不高于0.283g/g湿基(喷雾干燥蛋清粉的非冻结水的含水率)的样品以10℃/min的速度从室温(20℃)降到-80℃，保持5min，然后以5℃/min的速度升温至170℃，通过DSC测量出含非冻结水蛋清粉样品的玻璃化转变温度初始值、玻璃化转变温度中点值和玻璃化转变温度终点值。
步骤四，蛋清粉Tg值随含水率的变化进行GT方程模拟，利用Origin软件(version8.6)非线性回归拟合得到玻璃化转变温度曲线
蛋清粉为喷雾干燥蛋清粉，不用能真空干燥蛋清粉，因为真空干燥蛋清粉用DSC只能检测到2个样品(aw＝0.75和0.85)的Tg值，从而不能进行后续GT方程拟合，因此不能得到所有不同含水率下蛋清粉的Tg值。
而以往采用GT方程拟合含非冻结水样品(较干食品)的玻璃化转变温度时，制作样品粉末一般都是采用真空干燥样品，然后再磨粉制成(赵金红，2014；石启龙等，2014)，这是因为与其他干燥方法相比，真空干燥能尽量保持原有食品理化品质(Zhao et al.,2015)。而本专利中如果采用真空干燥后的蛋清粉，再进行吸附实验得到不同含水率的样品，在该条件下用DSC只能检测到两个样品的Tg值(见图19、20)，包括使用MDSC也只能检测两个样品。但是，用喷雾干燥后的蛋清粉却可以检测aw0.12-0.52五个样品的Tg值，还能检测到补充含水率0.212-0.283g/g湿基下的Tg值，从而可以采用GT方程拟合得到玻璃化转变温度曲线。其中，有些蛋清粉样品的玻璃化转变台阶不能检测到，可能是因为卵转铁蛋白的变性温度峰与玻璃化转变台阶重叠，导致Tg未检测到。真空干燥蛋清制粉与喷雾干燥制粉可能是因为加工工艺不同，导致蛋清粉成分或结构的不同，从而使得这两种蛋清粉在用DSC检测时，得到不同的结果。
附图说明具体分析如下：图1-11是不同含水率的喷雾干燥蛋清粉的热转变温度，aw从0.12至0.85为含非冻结水蛋清样品。当aw为0.94时，蛋清粉样品出现冰晶的熔融峰，为含冻结水样品。此外，本研究通过对冰晶的熔融焓值与含水率作图，可以求出非冻结水的含水率，计算得到蛋清的非冻结水的含水率为0.283g/g湿基。这说明当蛋清的含水率小于0.283g/g湿基时，样品为含非冻结水样品(较干食品)，正是本专利研究的范围。
如图4中所示，峰1是卵转铁蛋白的变性峰，峰2是卵清蛋白的变性峰，玻璃化转变的台阶(Tg)与卵清蛋白变性峰相接。卵转铁蛋白的变性峰在aw从0.44到0.75可以检测到，玻璃化转变在aw从0.12到0.52可以检测到，还在补充含水率0.231、0.257和0.269g/g湿基下也能检测到(图9-图11)。
结论：喷雾干燥蛋清粉aw在0.12-0.52之间能够检测到Tg，但是由于其对应的含水率(0.039-0.093g/g湿基)范围较窄，不能用GT方程拟合，即方程不收敛，样品aw在0.61-0.85之间又未检测到Tg，当aw为0.94时(含水率为0.321)样品属于含冻结水样品，不在此方程拟合范围。而本专利发现当含水率略大于aw0.85对应的含水率(0.212g/g湿基)时，样品能够检测到Tg。通过计算得到喷雾干燥蛋清粉的非冻结水的含水率为0.283g/g湿基，因此需要补充含水率为0.212-0.283g/g湿基之间样品的Tg值，才能最终进行GT方程拟合。
食品的玻璃化转变温度可以采用Gordon-Taylor(GT)方程模拟(赵金红，2014)，如下方程(1)。
其中，Xs—固形物质量分数，g/g(湿基)；
Xw—水的质量分数，g/g(湿基)；
Tgm—混合物的玻璃化转变温度，℃；
Tgs—固体的玻璃化转变温度，℃；
Tgw—水的玻璃化转变温度，℃；
k—Gordon-Taylor参数
Tgw＝-135℃
玻璃化转变温度的初始点Tgi和终点Tge分别由延曲线边做切线和基线获得(如图1-图5和图9-图11)，本专利采用初始玻璃化转变温度值(Tgi)为蛋清粉的玻璃化转变温度。玻璃化转变温度曲线是用Gordon-Taylor方程描述，经非线性拟合得到GT方程参数Tgs和k分别为108.3℃和0.663。这表明当蛋清粉为绝干时，其Tg值为108.3℃。对于含非冻结水(较干食品)的蛋清样品，其Tg值随含水率的变化如图12所示。当知道蛋清粉含水率时，可以通过图12(GT方程)得到对应的Tg值。
对于真空干燥蛋清粉样品如图13-20所示，在样品中第一个峰的位置很像台阶，而实际上不能算是玻璃化转变的台阶，因为第一个峰的变性温度范围是61-68℃，这正与卵转铁蛋白的变性温度值接近，文献报道卵转铁蛋白在水或缓冲溶液中的变性温度为61.0℃(Li-Chan et al.,1995)。第2个峰是卵清蛋白的变性峰。与喷雾干燥蛋清粉相同，aw从0.12至0.85为含非冻结水真空干燥蛋清粉样品。
玻璃化转变的台阶只在aw为0.75和0.85两个水分活度下出现，因此真空干燥蛋清粉不能用GT方程拟合玻璃化曲线。当样品玻璃化转变能检测到时，卵转铁蛋白的变性峰未检测到；而卵转铁蛋白的变性峰能检测到时，玻璃化转变的台阶未检测到，这可能是因为卵转铁蛋白的变性峰与玻璃化转变台阶重叠，导致Tg未检测到。当aw小于0.44时，第2个峰的变性温度随着aw增大而无显著变化；当aw大于0.44时，第2个峰的变性温度随着aw增大而降低；第1个峰的变性温度随着aw增大而无显著变化。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (7)
1.一种测量蛋清粉玻璃化转变温度的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)对蛋清进行喷雾干燥制粉；
(2)制备含非冻结水蛋清粉样品，其含水率在0.039-0.093g/g湿基和含水率在0.212g/g-0.283g/g湿基之间；
(3)DSC测量步骤(2)中不同含水率样品的玻璃化转变温度；
(4)蛋清粉Tg值随含水率的变化进行GT方程模拟，得到玻璃化转变温度曲线，通过玻璃化转变温度曲线得到不同含水率下样品的Tg值。
2.根据权利要求1所述的测量蛋清粉玻璃化转变温度的方法，其特征在于：所述步骤(1)对蛋清进行喷雾干燥制粉的步骤为：首先，所述蛋清液经过巴氏杀菌，巴氏杀菌的温度为55-57℃，杀菌3min；然后，直接喷雾干燥，喷雾干燥条件为进口温度165-175℃，出口温度为65-85℃，压强为1Mpa。
3.根据权利要求1所述的测量蛋清粉玻璃化转变温度的方法，其特征在于：所述步骤(2)制备含水率在0.039-0.093g/g湿基蛋清粉样品的步骤为：首先，将喷雾干燥蛋清粉放置在装有不同饱和盐溶液(aw在0.12-0.52)的密闭容器中；然后，放置于恒温箱中平衡，进行吸附实验，制得含水率在0.039-0.093g/g湿基的蛋清粉样品。
4.根据权利要求1所述的测量蛋清粉玻璃化转变温度的方法，其特征在于：所述步骤(2)制备含水率在0.212g/g-0.283g/g湿基的蛋清粉样品的步骤为：首先，在蛋清粉样品中直接加入预先计算好的蒸馏水，然后，在4℃下平衡24h，制得含水率为0.212-0.283g/g湿基之间的样品。
5.根据权利要求1所述的测量蛋清粉玻璃化转变温度的方法，其特征在于：所述步骤(3)中DSC测量不同含水率蛋清粉的Tg值采用单扫描程序测量。
6.根据权利要求1所述的测量蛋清粉玻璃化转变温度的方法，其特征在于：所述步骤(3)中DSC测量不同含水率蛋清粉的玻璃化转变温度的步骤为：首先，取含水率不高于0.283g/g湿基的样品以10或5℃/min的速度从室温20℃降到-80--120℃，保持10或5min；然后以5℃/min的速度升温至不小于160℃，通过DSC测量出含非冻结水蛋清粉样品的玻璃化转变温度初始值、玻璃化转变温度中点值和玻璃化转变温度终点值。
7.根据权利要求1所述的测量蛋清粉玻璃化转变温度的方法，其特征在于：所述步骤(4)蛋清粉Tg值随含水率的变化进行GT方程模拟，利用Origin软件(version 8.6)非线性回归拟合得到玻璃化转变温度曲线。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190308 |
|
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