冻干的乳糖、盐的混合物的吸附作用以及依赖时间的结晶化现象.doc

高级食品化学英文翻译纪蕾1101904冻干的乳糖、盐的混合物的吸附作用以及依赖时间的结晶化现象摘要：调查了冻干的乳糖、乳糖-氯化钙、乳糖-氯化钠、乳糖-氯化镁、乳糖-氯化钾的混合物以9：1的比例混合的吸附作用特点。BET、GAB模型被用来模拟水的吸附作用特点，人们都熟知水可被用来作为可塑剂，减轻玻璃化相变和简化结晶化过程。在目前的研究的结晶化过程将导致乳糖中吸附水的丧失，在雷德蒸汽压大于44.0%，24小时内观察纯的乳糖和乳糖-盐的结晶化过程，在雷德蒸汽压大于54.4%下纯的乳糖、乳糖-氯化钠、乳糖-氯化钾的含水量比在乳糖-氯化钙、乳糖-氯化镁混合物的高。结晶化后纯乳糖的含水量小于5.0%，表明乳糖作为a-乳糖水合物和各种a/b乳糖的无水化晶体的形式被结晶，无水的乳糖-氯化钙、乳糖-氯化镁比起乳糖有更高的玻璃化转换温度，但其它形式的乳糖-盐类（氯化钠、氯化钾）的玻璃化转换温度比非晶体化的乳糖低，好像乳糖-盐混合物中二价的盐比起一价小分子提供更多的甘油三酯，盐推迟了乳糖的结晶化过程，氯化钙的乳糖结晶化效果是最好的，氯化钾乳糖结晶化效果是最差的，似乎不同盐和乳糖会发生不同程度的反应，对于水的吸附作用，GAB模型比BET更适合，应该通过依赖的乳制品材料的生产和贮藏过程考虑乳糖-盐的混合物的水的吸附作用以及依赖时间的结晶化现象特点。引言脱水乳糖和乳制品粉末是吸湿的，水的吸附作用通常促进反应的进行，例如蛋白质的不溶性，了解冻干乳糖和以乳糖为材料的水的吸附作用对含有乳糖材料的加工和贮藏过程的控制和优化是至关重要的。乳制品粉末的质量受加工方法和贮藏条件的影响，在贮藏过程中，乳制品粉末会发生物理、化学变化，这会导致品质的丧失，包括粘性、凝胶性、液体氧化性、非酶褐变、结块和乳糖的结晶化。食品中碳水化合物物理状态的控制对于保持食品质量非常重要，食品中非结晶乳糖和其它非结晶成分的水的塑化导致分子流动性的增加，当塑化导致玻璃化转变时，物理状态会发生一个大的转变，从高黏性、固态的玻璃态变成一个流动的、过冷的液体重现，如果在玻璃态转变温度下贮藏乳制品粉末，将是稳定的，因此，贮藏条件和水的吸附作用一样需要被控制来保持这种粉末的玻璃态、固体态。结晶化过程显著影响含非结晶糖，包括乳制品粉末中的乳糖的脱水食品的水的吸附作用现象，众所周知，乳制品粉末的乳糖的结晶化在稳定的温度、相对高的湿度下会造成吸附水的释放，随着时间和贮藏相对湿度的变化发生结晶化过程，Jouppila and Roos观察到在RH 大于40%，24小时内纯的乳糖结晶，在牛奶粉末中的乳糖发生这一现象的条件是RH大于50%，非晶态乳糖的结晶化特点与玻璃态的转变有关，非晶态乳糖粉末的结晶温度、tg高于玻璃态的转变温度，结晶速率随tg和贮藏温度之间增加的温度的差异而增长。玻璃态转变过程对材料的状态是重要的改变，会影响食品的物化过程机制和其货架期，因此，作为高于玻璃态转变的增长的分子流动性的一个结果，控制扩散的反应，例如氧化、酶的反应、非酶褐变也许会加速。若干数学模型已经被用来预测食品中水的吸附作用。最常见的模型是BET和GAB模型。这些模型确保了高于RH范围之上的均衡水含量，允许结晶化的水含量不可靠，不能在模化中被考虑。矿物质是乳制品粉末中重要的组成成分，当脱水的乳制品固体被浓缩时，它们会对乳糖的结晶化现象有重要影响，乳清中离子的存在，如钙和过饱和离子，对源于乳清的过饱和乳糖的结晶化有重要影响，盐也许会加快或减慢饱和溶液中乳糖晶体的生长速率，然而，仍然缺乏对盐类如何影响乳制品粉末中乳糖结晶化过程的理解，现在研究的目标是确定经过冷冻干燥的乳糖和乳糖-盐混合物的水的吸附行为，调查在室温下，在各种RH条件下的水的吸附作用下，盐对乳糖-盐混合物的时间依赖的乳糖结晶化的影响。2.材料与方法2.1材料a-乳糖、脱水氯化钙、六水合氯化镁、氯化钠、氯化钾被用于冻干粉末的准备中2.2 冷冻干燥准备水合溶液，稍微加热直到得到a-乳糖, a-乳糖-氯化钙(9:1), a-乳糖-氯化镁(9:1)，a-乳糖-氯化钠(9:1), 和 a-乳糖-氯化钾(9:1)澄清溶液，正如Haque 和 Roos (2004) 、 Miao 和Roos (2004)报道的那样获得，正如Jouppila 和 Roos (1994a)描述的那样，冷冻干燥96小时。2.3差热扫描量热法三份乳糖冻干粉末的样品，乳糖-盐的混合物被转移，DSC铝锅，在室温下贮藏于排空的干燥器96小时和各种饱和盐溶液：LiCl, CH3COOK, MgCl2, 和 K2CO3 ，各自相关水蒸气压力11.6%, 23.2%, 33.5% and 44.0%，给予一个0.01 % RVP水活力均衡，贮藏后锅被密封和分析，一个空的样品锅用来做参照，DSC被刻上温度的标度，热量的流动如Haque、 Roos (2004) 、 Miao、 Roos (2004) 所说的那样进行，首先在玻璃态温度转化范围内5oC/min 检查三种样品，然后在10oC/min，低于玻璃态转化温度下冷却，在5oC/min 的第二个加热检查在Tg之上进行的很好，降低了玻璃态转移温度的起始温度，通过使用有刺孔盖子的锅来允许任何残留水分在测量过程的蒸发，以此检测样品，在密封的锅里检测调整过aw标准的样品来避免所含水的任何改变，通过使用STARe 热力分析软件确定转变温度。 2.4 图表描述Gordon-Taylor (Gordon & Taylor, 1952) Eq.适合试验性的tg数据，w1 和w2分别表示溶质和水所占百分数，Tg1是Tg的无水溶液，Tg2是Tg的非晶态水，K是恒量，135 0C的Tg是对于水的， k 的价值是来自于实验数据Tg 和水含量的平均数。2.5 水的吸附作用在室温22-23 0C，排空的干燥器中在LiCl, CH3COOK，MgCl2 , K2CO3之上的饱和溶液条件下使每种溶液的三个样品均衡，给均衡的水活力以各自的RVP：11.6%,23.2%,33.5%,以及44.0%RVP，0.116,0.232,0.335,和0.440 aw，样品分别在3、6、9、21、24小时被测定，此后间隔24小时，在干燥器中的空气被排空后，在测量进行之前，所有的瓶子都用瓶盖盖住，避免蒸发和水分的吸附作用。依赖时间的乳糖的结晶化通过依赖时间的水的流失进行观察，作为样品分别储存在排空的含饱和的Mg(NO3)2,NaNO2，NaCl在RVP54.4%,65.6%，76.1%RVP,溶液的干燥器中，样品在9小时前每小时测一次，然后21，24小时，之后再间隔24小时，记录原料中的水含量，作为时间函数和三个样品的平均重量计算。均衡的水含量是96小时0.0044.0%RVP，这些水用来模化，BET和GAB模型适用于实验性水的吸附数据，等温模型的线性组合在公式2被给出：是BET的参数值，K是恒量。通过测绘获得BET参数，在水活力0.116-0.440的范围内实验数据的线性衰退分析被使用。GAB等温线模型在公式3中给出，Bizot和Roos建议使用转变成二阶多项式形式的公式获得GAB等温线参数，通过二次的衰退分析计算公式4中的恒量，在aw 0.1160.440下的试验吸附数据被使用，通过公式5、6、7导出参数mm、c、k计算相对的百分比平方，将其作为实验数据中BET、GAB的模型的指示物Wi是试验水含量，wi*是计算水含量，N是实验标准的数目3.结果与讨论3.1 水的吸附作用贮藏96小时后的冻干的乳糖、乳糖-盐混合物的水的吸附作用数据在表1中给出，在更高RVP条件下吸附水的损失表明乳糖的结晶化，在各个RVP条件下，乳糖-氯化钙、乳糖-氯化镁的吸附水的数量比起纯的乳糖高，对于大多数RVP，在11.644.0% RVP下，乳糖-氯化钠、乳糖-氯化钾的吸附水的数量稍高于纯的乳糖，但在54.476.1% RVP下，乳糖-氯化钠、乳糖-氯化钾的水含量低于纯乳糖，在76.1% RVP下，乳糖-氯化钠的水含量非常高，在11.644.0% RVP下乳糖-氯化镁含水量最高，乳糖-氯化钾最低，54.476.1%RVP下乳糖-氯化钙含水量最高，乳糖-氯化钾最低，在任何RVP条件下，乳糖二价盐混合物比起乳糖、乳糖单价盐含更多的水，这些结果表明乳糖二价盐在结晶后作为水合物或增容作用结晶，例如，乳糖-氯化钠的RVP是76.1%，这是饱和氯化钠溶液的RVP。在目前的研究中，在65.576.1% RVP下纯乳糖的水含量略高于Jouppila and Roos报道的，54.4%RVP且96小时储藏后，其结果是略低于，或许现在与过去对含水量的差异是由于脱水和贮藏温度的不同，此外，盐会影响乳糖的结晶化过程，在低的RVP下纯乳糖吸附更低含量的水，这一结果与Berlin et al.对乳制品粉末和Jouppila and Roos对撇脂和低脂牛乳粉末在小于40%RVP.下的研究是一样的。我们通过表1的吸附水的流失率来观察依赖时间的乳糖的结晶化，24小时内纯乳糖的结晶化发生在RVP 大于44.0%，对于乳糖-盐混合物，RVP大于54.4%，这些结果证实了Supplee (1926); Bushill, Wright, Fuller, and Bell (1965); Vuataz (1988); Lai and Schmidt (1990); Jouppila and Roos的观点，这些人同样报道了纯乳糖的依赖时间的水的吸附作用，材料中水的含量作为乳糖结晶化的结果减少。储藏2天后，对于纯乳糖的吸附水的丧失稳定在3.57, 2.99 ，3.21 g H2O/100 g ，干燥的固体在54.4, 65.6，76.1% RVP，在54.4%, 65.6%，76.1% RVP条件下，乳糖二价盐混合物吸附更多的水，这些数据表明，盐同样也会作为水合物结晶，在长时间的贮藏下，可能有持续的再结晶过程，当储藏条件是54.4%, 65.6%，76.1% RVP，3天后大多数的乳糖单价盐混合物显示水含量的稳定，然而在76.1% RVP 下的乳糖-氯化钠混合物表明水含量持续的增长，继乳糖结晶化导致最初的下降之后，最终，在任何RVP，贮藏216小时后，比起纯乳糖和乳糖二价盐，乳糖单价盐混合物的水含量是最低的，在76.1% RVP下乳糖-氯化钠是个例外，最终，在所有的RVP下乳糖二价盐的水含量最高，结果表明，乳糖可能作为a乳糖水合物和各种a，a/b乳糖晶体无水形式结晶，乳糖单价盐混合物的低水含量表明盐作为无水晶体结晶，尽管乳糖也许会作为a-乳糖水合物结晶，在高RVP下贮藏很长时间，更多的乳糖会作为a-乳糖水合物再结晶，这可以通过观察到的高度的水含量来实现，然而，似乎高度的水含量主要取决于二价盐的水合晶体。3.2 吸附等温线BET、GAB模型参数和RMS标准在表2、3中给出，通过使用BET、GAB的等温线模型，0.0044.0%RVP下水的吸附作用被成功建模，所有材料都有典型的S型乳糖的水吸附作用。 从BET等温线推算的水含量低于40.44aw下GAB等温线预测的含量，对于乳糖-氯化镁，BET，GAB模型给出了相似的吸附水等温线，或者两个模型都给出了如表2显示的试验和推算出的aw的符合性。对于各种粉末，对于BET模型的RMS标准比对于GAB的高，乳糖-氯化镁除外，根据这些结果，GAB模型比BET模型更适合，两种模型都很适合实验的0.000.440 aw范围，在更高RVP下乳糖，乳糖-盐混合物的水含量并不均衡，正如表1数据显示的那样，最终的水含量决定于乳糖范围，可能的盐和结晶化，因此，唯一的水含量大概不能导致建模中使用的粉末的物理状态的改变，数据表明依赖时间的乳糖的结晶化并不包含在内，因此，任何推算的水含量必须被看作是非晶态材料的预测的水含量。对于乳糖、乳糖-盐混合物，BET参数标准比GAB的高，对纯乳糖来说，BRT的mm是 7.22 gH2O/100 g干燥的固体，当在室温下贮藏，44.0% RVP时，低于但接近于干燥的固体乳糖8.50 gH2O/100 g的水含量，Jouppila 和Roos 报道的BET的mm比起我们现在研究的略低些，他们的BET标准是对于冻干的乳糖是240C，但他们的GAB的mm比标准更高，与纯的乳糖粉末相比，对于乳糖-盐混合物来说，BET的mm更低，对于纯乳糖来说，GAB的mm比乳糖二价盐混合物略低，比乳糖单价盐略高， 在目前的研究中，BET和GAB模型在试验的RVP范围内都是可行的，因此，对于乳制品粉末贮藏的试验RVP的限量下，模型可以用来模拟水的吸收作用，然而，似乎盐能深刻影响乳糖结晶化的特性，这对于理解乳糖-盐为基础的产品中水的相关性很重要，例如乳清和其它乳制品粉末及碳水化合物成分。3.3玻璃态转变冻干乳糖，乳糖-氯化钙，乳糖-氯化钠，乳糖-氯化镁，乳糖-氯化钾混合物在水活力范围在0.000.44的玻璃态转变温度通过使用GordonTaylor公式成功的预测，对于所有粉末，当水含量增加时Tg的标准下降了，原料显示，水的塑化的典型行为是与过去的研究结果相一致的，对于乳糖、乳糖-盐混合物，Omar and Roos讨论了关键的aws、水含量和即时的结晶温度。在DSC的分析中，一个吸热的张弛温度的最高峰与纯的乳糖的玻璃态的转变温度有关，甚至在对样品进行立即再检时也如此，这种张弛状态并没有在乳糖-盐的混合物中发现，玻璃态转变，包括纯乳糖的焓的张弛比乳糖-盐混合物的玻璃态转变更宽广，焓的张弛表明比起乳糖-盐混合物，乳糖中玻璃态的发生不同，可能更快，对所有粉末来说，水含量低于10%的水的塑形效果几乎相同，因此，物理状态似乎主要由乳糖来控制，在水含量大于10%，乳糖单价盐混合物的预计的tg略微低于纯的乳糖，对于乳糖、乳糖-盐混合物，不能观察到源于DSC弯曲的高于44.0% RVP的玻璃态转变，这表明在大于44.0% RVP下的贮藏过程中，乳糖部分被结晶，对于乳糖、乳糖二价盐、乳糖单价盐，恒量K的标准