用DSC研究意大利蜂蜜“Tarassaco”的结晶

用DSC研究意大利蜂蜜“Tarassaco”的结晶2简介Lupano(1997)利用DSC研究了不同温度下储存的蜂蜜的结晶动力学，并用熔化焓来解释蜂蜜结晶。作者发现在13℃和15.5℃之间晶体生长较快,14℃呈现最大结晶速率。但没有测量结晶大小。加入蜂蜜体系中的蔗糖结晶，通过离心过滤的方法将其分离出来。已报道了结晶所引起的蜂蜜的物理性质的变化。但是很少注蜂蜜结晶动力学。液体“Tarassaco”蜂蜜在5℃，10℃,15℃,20℃和25℃储存至222天，允许自发成核和晶体生长。其目的是获得纯的蜂蜜晶体单位熔化热焓，纯蜂蜜可以通过热力学和动力学因素来计算结晶度和速率。3材料和方法液体和结晶蜂蜜在当地市场购买新鲜液体Tarassaco蜂蜜。为了保证液体样品不结晶，将之储存在35℃下。用来结晶的蜂蜜被放在一个80g的容器中（三份），在5℃，10℃,15℃,20℃和25℃下储存。在较低的温度下样品结晶微细且均匀，而在更高的温度下相分离显而易见，在所有情况下，分析后进行轻轻搅拌，以便获得尽可能均匀样品。结晶分离从均匀制粒的蜂蜜中分离结晶需用过量（1g蜂蜜500ml）冷却（20℃）无水乙醇洗涤。在这个过程中无定形相被除去且脱水，为了避免在环境温度下过滤使晶体熔化。重复进行洗涤过程直到获得白色分散的结晶。用干燥的氮气蒸发除去乙醇。干燥纯净的蜂蜜结晶在室温下存储于五氧化二磷中直至使用。4水分含量蜂蜜水含量的测定在20℃下通过用阿贝折射计测量折射率（一式三份）。折射率值通过威德摩尔发明的蜂蜜含水量使用表进行转换。粘度流变测试在5℃，10℃,15℃,20℃和25℃（±0.2℃）下通过一个压力控制电流计进行，用锥板型传感器。剪切速率在0.10–17s-1之间获得流动曲线。电流计中的样品静止5分钟允许产生压力。至少重复三次取平均值。显微观察在放大倍率为32×1.25光学显微镜下得到了纯蜂蜜结晶，使用视频摄像机将图像记录在一台电脑上。5糖组成在50mL容量瓶中用20ml蒸馏水溶解2.6230g液体蜂蜜以用于HPLC分析。溶液中加入12.5mL甲醇（HPLC级）加蒸馏水至50毫升。在0.2mL微量离心管中装入纯蜂蜜晶体溶液。用100ml的水溶解7.9mg的粉末，加入50ul甲醇和50ul蒸馏水并涡流搅拌。混合糖标准品（2.0494g果糖、1.5141g无水葡萄糖和0.3074g蔗糖）用40mL蒸馏水在一个100ml的容量瓶中溶解。溶液中加入用25ml甲醇加蒸馏水至100mL。所有溶液用0.45ul过滤器过滤。6结果与讨论蜂蜜的性质表1列了一些物理性质、蜂蜜糖的组成。对大多数蜂蜜含水量范围是在13-23%,但是略高于平均值17.2%。葡萄糖和果糖，蜂蜜中主要的糖，数量相差不大，但蔗糖占了很少一部分。根据文献，一些基于水分含量和糖含量的指标通常和结晶倾向有关。葡萄糖/水比重低于1.7结晶倾向不明显，大于2.1结晶速率很快。(G–M)/F比值大结晶快当值接近于0.44时与储存温度有关。F/G小于等于1.14结晶快，比值大于1.58没有什么结晶趋势。F/G*M指标考虑了体系的物理性质，当F/G不变时，与水含量有关。快速结晶，F/G*M低于24，高于30不结晶。7TextureAnalyzerDSC用DSC对纯蜂蜜和葡萄糖结晶、液体蜂蜜和结晶蜂蜜进行分析。热流量用铟进行校准。温度用n-己烷，蒸馏水和铟校准。纯蜂蜜结晶和a-葡萄糖用40ul的铟5℃/min密闭扫描。因为已成颗粒的蜂蜜结晶容易熔化，样品被冷冻，蜂蜜直接放入冷的160ul铝制DSC坩埚。液体和结晶的蜂蜜样品被冷却到至少40℃，低于预期的玻璃化转变温度。在干燥的氮气（10ml/min,10℃/min）下扫描。至少Tg30℃以上。冻结的溶液要经过退火处理以确定T’g和T’m。熔化已形成颗粒的蜂蜜的Tm和焓扫描速率为1℃/min。所有的数据重复三次取平均。8G/M结果为1.67，无结晶趋势。(G–M)/F,F/G,F/G*M结果为0.35,1.15和22.39，结晶趋势好。液体Tarassaco蜂蜜，水分活度为0.593，在酵母菌生长所需水分活度之下。Tarassaco蜂蜜承受稳定的剪切流展现出牛顿行为，具有相当低的粘度。液体蜂蜜DSC得到典型的过饱和糖溶液曲线，没有冰粒形成，只有明显的玻璃化转变。稀释（55%可溶固体），冻结样品DSC曲线见图1.图2是通过实验Tg数据和公式得到液体蜂蜜玻璃化转变曲线。得以推测干燥的Tg和K系数。干燥的Tg在30℃左右，与无水葡萄糖相近，K值为3.32。希腊蜂蜜的K值为3.14。葡萄糖和果糖，Tg分别为31℃和5℃。高糖分和生物大分子，即使量很少，也可能使Tg增加。9101112结果与讨论纯化蜂蜜结晶图3是分离的纯化结晶。结晶的糖组成，由HPLC分析：果糖2.11%±0.55，葡萄糖73.02%±1.35，其他1.5%±0.11（蔗糖等价物）。众所周知在蜂蜜中，葡萄糖以a-D-葡萄糖一水化合物的形式结晶，在50℃下是稳定的透明形式。葡萄糖一水化合物由1分子葡萄糖和一分子水溶液，相当于结晶中水的10%。在纯结晶中，水占7–8%。DSC对纯结晶的分析可以确定焓。13第一次扫描中没有看到基线的偏差，表明很少或没有残留的无定形物质。温度增高，在大约52℃和83℃有两个熔化峰。类似的，Raemy和Schweizer(1983)发现了两个吸热峰，通过在密封室中热量测定分析了葡萄糖一水化合物。作者将第一个峰归因于熔化第二个峰归因于水解吸附。据Vuataz(2008)，蜂蜜结晶的熔化和葡萄糖一水化合物围绕着两个现象，结晶水的解吸附和葡糖糖熔化。为了证实这个熔化现象，对纯结晶进行了TG–DTA分析。TG–DTA信号显示两个峰，第一个在40℃和80℃，重量损失约6.3%，代表结晶水的释放。第二个在110℃，代表干燥结晶的熔化。14结果与讨论结晶动力学DSC测定了结晶蜂蜜（在密闭的坩埚里）的熔化焓，热分析图显示都有一个玻璃化转变（不结晶样品设置一个低温）以及与晶体熔化相关的吸热峰。△H、单位熔化焓（108.39Jg-1）之间的比率决定了每100g中有多少g蜂蜜。为了验证在储存过程中整体晶量是否成直线上升，温度从20–0℃引发晶核。在交替的温度（0℃,20℃,4℃和10℃）下储存24h，最终储于15℃。8天前呈直线增长，直到15%，高百分比时出现一个斜度。15结果与讨论DSC测定了结晶蜂蜜（在密闭的坩埚里）的熔化焓，热分析图显示都有一个玻璃化转变（不结晶样品设置一个低温）以及与晶体熔化相关的吸热峰。△H、单位熔化焓（108.39Jg-1）之间的比率决定了每100g中有多少g蜂蜜。为了验证在储存过程中整体晶量是否成直线上升，温度从20–0℃引发晶核。在交替的温度（0℃,20℃,4℃和10℃）下储存24h，最终储于15℃。8天前呈直线增长，直到15%，高百分比时出现一个斜度。1617熔化温度从15℃（易结晶稀释的样品）到30℃（不易结晶样品），具有统计学上有意义的差别。根据a-D-葡萄糖一水化合物饱和曲线，溶液越没有浓缩，晶体熔化温度越低。水分活度增加与结晶有关。Tarassaco蜂蜜在不同的温度下储存19,33和222天的水分活度见图7.储存第19天，水分活度平均值低于酵母菌生存临界值。储存33天后，样品水分活度超过临界值，尤其是25℃下的样品。储存更长的时间，水分活度超过0.6。1819小结意大利蜂蜜Tarassaco主要由葡萄糖一水化合物组成，DSC追踪到两个热吸收峰，第一个与结晶水释放有关，第二个与熔化有关。在密封锅里熔化纯的蜂蜜结晶，焓为108.39J/g.15℃时获得最大的结晶速率，这是对抗动力学和热力学驱动力的结果。实验时间后最大的结晶程度为32gcrystals/100ghoney。储存33天后，大部分样品的水分活度超过酵母菌生长的临界水分活度值。水分活度在中间温度增长的最快。在更长的储存时间下，所有样品的水分活度与微生物发酵过程相兼容。20结晶动力学知识及它对水分活度、水分含量、温度的依赖，对我们更好的理解实际储存状况及货架期的预测是一种有用的工具。假定它涉及到一个指定蜂蜜的特殊性质。就“Tarassaco”意大利蜂蜜而言，避免过限制结晶的最好储存温度在25℃以上。相反的，此温度可能有利于其他时间依赖的化学变化，即非酶促褐变，酶反应，维生素损失等。21