淺述玻璃化轉變溫度與食品成分的關系

概述

玻璃化轉變溫度是十分重要的物理化學參數它能決定食品系統的質量、安全性和穩定性。在食品聚合物科學理論中，根據食品材料含水量的多少玻璃化轉變溫度有兩種定義：對于低水分食品（LWF，水的質量分數小于20％），其玻璃化轉變溫度一般大于0℃，稱為Tg；對于高水分或中等水分食品（HMFIMF，水的質量分數大于20％），除了對極小的樣品，降溫速率不可能達到很高因此，一般不能實現*玻璃化.。此時，玻璃化轉變溫度指的是大凍結濃縮溶液發生玻璃化轉變時的溫度定義為Tg， 在聚合物科學中，一般將基質在低于玻璃化轉變溫度時所處的狀態稱為玻璃態；將基質在高于玻璃化轉變溫度時所處的狀態稱為橡膠態。玻璃化轉變是指基質從橡膠態到玻璃態的轉變。玻璃態時，由于體系粘度較高而自由體積較小，一些受擴散控制的反應速率是十分緩慢的，甚至不會發生；而在橡膠態時其體系的粘度是明顯降低，但自由體積顯著增大使受擴散控制的反應速度率也迅速加快。因此玻璃態對食品加工、貯藏的安全性和穩定性都十分重要。

１ 玻璃化轉變溫度與食品成分的關系

在Tg前后體系中一系列物理和力學性質發生不連續的顯著變化對于大多數固體食品的加工和品質都會產生很大的影響，體系過低的Tg還可能限制食品的加工性產生多種不良結果。重視Tg并分析其影響因素可幫助人們更好的了解食品加工和貯藏特性提高產品品質。 食品成分十分復雜食品中的各種成分對食品的玻璃化轉變溫度均有影響。食品中主要的固體成分為蛋白質、碳水化合物和脂肪。碳水化合物對無定形的干燥食品的見影響很大，常見的糖如果糖、葡萄糖的Tg很低因此在高糖食品中它們顯著地降低Tg，一般來說蛋白質和脂肪對Tg的影響并不顯著。1．1水分含量 食品中的水分對食品的見具有特別作用。水的Tg極低，為－135℃，水分可看作一種強力增塑劑。一方面，水的分子量比食品中其他成分如糖蛋白質及脂肪等的分子量都小的多，活動比較容易，可以很方便地提供分子鏈段活動所需的空間從而使體系萬降低；另一方面當組分與水相溶后，水可以與其他成分的分子上的極性基因相互作用，減小其本身分子內外的氫鏈作用使其剛性降低而柔性增強，表現Tg的降低。因此，了解水分含量與Tg之間的關系有著十分重要的意義。 在沒有其他外界因素的影響下水分含量是影響食品體系玻璃化轉變溫度的主要因素。由于水分對無定形物質的增塑作用其玻璃化轉變溫度受制品水分含量的影響很大，特別是水分含量相對較低的干燥食品，其加工貯藏中的物理性質和質構受水分增塑影響更顯著。如淀粉蔗糖混合物無水時，Tg為60℃；當水分上升到2％時，Tg降低到20t；當水分升至6％時，Tg僅為10℃。一般而言，每增加１％的水，Tg降低5℃－10℃

表1給出了小麥淀粉和預糊化小麥的淀粉水分含量與 Tg的關系。從表 1可以看出盡管預糊化作用對淀粉的Tg有一定的影響，但兩種淀粉的兒都隨水分含量的升高而降低。

1．2 碳水分合物 碳水化合物是食品中的主要成分之一各種碳水化合物的Tg．尤其是可溶性的小分子碳水化合物如果糖、葡萄糖、蔗糖等對干制品的加工及品質有明顯的影響。而且糖類的生物保護作用也與它們的玻璃態形成能力有關。糖類在生化保護作用中效力的順序由強到弱與它們玻璃態轉變溫度由高到低的順序一致。表給出了幾種碳水化合物在不同含濕量時的玻璃化轉變溫度。從表2可以看出，在含濕量相近的情況下這幾種糖類的玻璃化轉變溫度由高到低的順序為：乳糖＞麥芽糖＞蔗糖＞葡萄糖。這對于在食品加工的過程中，為了保證食品的品質及貯藏的穩定性，選用適當Tg的碳水化合物有一定的指導意義。