李琪　呂珍珍　張嫻

前言

在食品加工過程中，涉及許多跟熱能相關(guān)的工藝手段，如高溫滅菌、煮制、干燥及冷凍等，在這些過程中，食品的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)會發(fā)生一些變化，如淀粉糊化、蛋白質(zhì)變性、熱熔變化、相變及流變性改變等，其中伴隨的能量的變化可用熱分析技術(shù)進行研究。差示掃描量熱法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）是在程序控溫的條件下，測定樣品對熱能的吸收和釋放速率，并以熱流率與溫度或時間的關(guān)系來表示物質(zhì)發(fā)生熱力學變化的參數(shù)的一種熱分析技術(shù)，在食品中廣泛應用于比熱容、結(jié)晶速率、相轉(zhuǎn)變及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等的研究。差示掃描量熱法可監(jiān)測溫度范圍寬，具有較高的靈敏度和分辨率，且所需試樣少，適用于多種不同形式和種類的食品樣品的分析。

差示掃描量熱法在蛋白質(zhì)研究中的應用

不同的蛋白質(zhì)具有不同的功能特性，這些性質(zhì)與蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。在食品加工過程中蛋白質(zhì)會變性，使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，而影響其功能。蛋白質(zhì)從天然狀態(tài)變成變性狀態(tài)一般伴隨著分子排列無序化以及結(jié)構(gòu)從折疊狀態(tài)變成展開狀態(tài)，差示掃描量熱法可以測量在這些狀態(tài)變化過程中伴隨的能量變化，進而評估加工形式對食品功能性的影響。加熱是食品工業(yè)中處理大豆蛋白的常見方式，加熱過程中蛋白質(zhì)的天然結(jié)構(gòu)改變而使其凝膠性、乳化性發(fā)生變化，通過差示掃描量熱法來監(jiān)測這個過程，可以分析溶劑條件、分子間相互作用及加工條件等對蛋白質(zhì)功能性質(zhì)的影響。

谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶是一種已廣泛應用于食品工業(yè)加工領(lǐng)域的蛋白質(zhì)交聯(lián)劑，它是催化蛋白質(zhì)分子之間?；D(zhuǎn)移的催化劑，使各種蛋白質(zhì)分子間產(chǎn)生共價交聯(lián)，從而改善工業(yè)食品的產(chǎn)品性能，已成為酶制劑領(lǐng)域研究和生產(chǎn)的熱點產(chǎn)品。谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶作為一種以蛋白質(zhì)為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的酶制劑，許多因素會導致蛋白質(zhì)變性從而使其失去活性，如加熱、重金屬、紫外線照射等，其中溫度變化是造成酶失去活性的主要原因，這極大地影響了蛋白質(zhì)的生產(chǎn)、保存、運輸和在較寬泛環(huán)境下的使用。加入外源性保護劑可以改善這一問題，如糖類、蛋白質(zhì)和多肽類物質(zhì)等可使活性酶蛋白分子折疊的驅(qū)動力和酶蛋白的自由能改變等方面來使蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)具有更高的穩(wěn)定性。可以使用差示掃描量熱法來研究改變這些外部條件的情況下谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶的熱穩(wěn)定性變化。

差示掃描量熱法在油脂研究中的應用

在油脂加工業(yè)，劣質(zhì)油摻雜造成的食品安全問題頻發(fā)，氣相色譜法是檢測劣質(zhì)油摻雜的主要方法，但存在樣品前處理復雜、成本高等缺點。差示掃描量熱法在檢測油脂摻雜方面具有快速、便捷、準確性高等優(yōu)點。使用差示掃描量熱法測定椰子油中廉價棕果油的摻入可知，隨著棕果油加入量的增加，吸熱峰面積、峰尾溫度及峰值隨之減少，并呈線性關(guān)系，可以測定棕果油的加入量從而對劣質(zhì)油摻入的判定提供依據(jù)。差示掃描量熱法還可以測定油脂的氧化過程中的能量變化（主要表現(xiàn)為放熱），為研究植物油的氧化穩(wěn)定性提供基礎(chǔ)。在油脂微波加熱或煎炸過程中，隨著加熱時間的增加，油脂結(jié)晶峰向低溫處轉(zhuǎn)移，隨之熱焓值也急劇下降。油脂的氧化主要是由于氧分子與不飽和脂肪酸的結(jié)合，油脂的不飽和脂肪酸含量越高，氧化程度越高，結(jié)晶峰更加明顯。值得注意的是，油中的氧化產(chǎn)物和部分甘三酯也會使熔程向低溫方向轉(zhuǎn)移，從而影響差示掃描量熱法結(jié)

晶峰參數(shù)。

差示掃描量熱法在碳水化合物中的應用

淀粉的糊化特性、糊化程度、已經(jīng)糊化的淀粉的老化程度等均可使用差示掃描量熱法來測定。淀粉糊化是指在水中加熱的情況下，淀粉顆粒溶脹，隨著溫度的升高，淀粉分子中氫鍵斷裂，淀粉鏈分離，淀粉溶液變?yōu)楹隣?，這是一個吸熱的過程，在差示掃描量熱法分析圖譜上呈現(xiàn)吸熱峰。完全糊化的淀粉在差示掃描量熱法分析過程中表現(xiàn)為無吸熱峰，故差示掃描量熱法分析淀粉糊化過程中吸熱峰面積的大小可估測其糊化程度。淀粉糊老化時，分子重排形成晶體結(jié)構(gòu)，要破壞這種晶體結(jié)構(gòu)需要外加能量。因此老化后的淀粉糊在差示掃描量熱法分析中出現(xiàn)吸熱峰，老化程度增加，吸熱峰增大，從而可評估淀粉老化程度。

差示掃描量熱法研究食品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度

食品在玻璃化狀態(tài)下，其品質(zhì)變化速率十分緩慢，所以玻璃化狀態(tài)在食品色、香、味以及營養(yǎng)成分的保存方面具有重要意義。玻璃化狀態(tài)即隨著溫度的升高，聚合物由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z態(tài)，這個轉(zhuǎn)化溫度即玻璃化溫度Tg。差示掃描量熱法的一項非常重要的用途就是研究食品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。物質(zhì)在轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡЩ癄顟B(tài)時，通常伴隨吸熱或放熱的能量變化，這為差示掃描量熱法研究食品體系的玻璃化轉(zhuǎn)變提供了基礎(chǔ)。目前，谷物、淀粉等的玻璃化轉(zhuǎn)變過程研究較為廣泛，這些方面的研究測定可以為生產(chǎn)實踐提供更好的加工保藏工藝參數(shù)。

結(jié)語

近年來，差示掃描量熱法在蛋白質(zhì)、碳水化合物、油脂的熱性質(zhì)測定中有了長足發(fā)展。食品的玻璃態(tài)是現(xiàn)代食品領(lǐng)域的一個很重要的研究課題，運用差示掃描量熱法研究玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變現(xiàn)象更加方便、快捷而有效。隨著差示掃描量熱法在食品動力學和熱力學性質(zhì)等方面的研究越來越深入，在提高工業(yè)食品產(chǎn)品性能，優(yōu)化食品加工和貯藏條件等方面的應用將會越來越廣泛。