玻璃化转变在食品加工保藏中的应用进展及玻璃化转变温度的测定方法
时间：2020-12-29 16:04:55 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
[摘 要]本文从玻璃化转变及玻璃化转变温度的概念出发，阐述了玻璃化转变在食品加工保藏中的两点应用，同时也系统阐述了玻璃化转变温度的测定方法。
[关键词]玻璃化转变 玻璃化转变温度 食品加工保藏 测定方法
中图分类号：TS205.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-0190-02
引言
在加工、保藏和销售过程中，食品以及食品材料的各种理化性质以及生物特性会发生改变，随之食品和食品材料加工成产品之后会发生许多变化，这些变化包括色泽和结构的改变以及香味和营养物质的损失等。例如，在喷雾干燥和冷冻过程中，如果操作条件不当，就会导致结构塌陷，从而使得体积显著变小，粉末食品的粘稠性增加，其多孔性则下降。因此，为实现有效运作，有必要在产品加工过程中控制和优化操作参数。
食品的玻璃态和玻璃化转变温度（Glass Transition Temperature ，Tg）是食品加工保藏的一项关键指标。任何食品处于玻璃态，都能提高产品的品质。体系在发生玻璃态转化时，产品一系列物理和力学性质，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，而通过测定Tg， 就可以研究和考察这些性能的变化。
1 玻璃态、玻璃化转变及玻璃化转变温度（Tg）
1.1 玻璃态及玻璃化转变
对于非晶聚合物，根据其力学性质随温度变化的特征，可以把非晶聚合物按温度区域不同分为3种力学状态——玻璃态、高弹态和粘流态，这3种力学状态是内部分子处于不同运动状态的宏观表现。在玻璃态下，由于温度较低，高分子物质内部的分子运动能量不足以克服主链内旋转的位垒，因此不足以激发起链段的运动，即链段处于被冻结的状态，只有那些较小的运动单元如侧基、支链和小链节能运动。所以，高分子链不能实现从一种构象到另一种构象的转变，宏观力学性质和小分子的玻璃差不多，是一种非结晶结构的固体，介于液体与结晶的中间状态，具有一定的体积和形状，类似于固体，但分子排列上为近程有序远程无序， 可以看作“过冷液体”，粘度为1010 Pa·s～1014 Pa·s，可以支持自身的重量，因此称为玻璃态[1]。玻璃态情况下，物体的自由体积非常小，造成分子流动阻力较大， 从而体系具有较大的粘度，同样由于这个原因，食品体系中的分子扩散速率就很小，这样分子间相互接触和发生反应的速率就很小。这就是食品处于玻璃态时不易发生化学反应，不易发生褐变、劣败，能够有较长保质期的原因。当物料温度上升，分子热运动能量增加到一定阶段时，分子能量足以克服内旋转的位垒，这时链段运动被激发，链段构象可改变，物质进入高弹态。玻璃态和高弹态之间的转变，称为玻璃化转变，对应的转变温度即玻璃化转变温度（用Tg表示） 。
1.2 玻璃化转变温度（Tg）
在食品体系中， 玻璃化转变温度为最大冻结浓缩溶液发生玻璃化时的温度。对于低水分体系（含水量≤20 %），玻璃化转变温度是Tg；对于高水分含量和中等水分含量的食品（含水量>20 %），冷却速率因受到水的影响而不会很高，因此形成的是不完全玻璃态，用Tg’表示[1- 4]。一般情况下，像奶粉、麦芽糊精、淀粉等低水分食品的Tg值很高，实际中它们的贮藏就相对方便。像草莓、苹果、蜂蜜等高水分食品体系，其Tg’一般都很低。在有些食品中，它们的玻璃化转变温度值有可能是变化的。
2 玻璃化转变在食品加工保藏中的应用进展
2.1 速冻食品的玻璃化加工及保藏
速冻食品是20世纪60年代发展起来的新型食品，由于它具有方便、卫生、价廉质优等优点，进入70年代后迅速发展，到90年代已成为世界上发展最迅速的食品产业之一。食品速冻技术是目前国际公认的食品最佳保藏技术，食品的低温玻璃化保存则是近十年发展起来的一门新学科。由于食品是多相、多组分、非均质且是物理化学性质不稳定的极其复杂的系统。另外在食品冻结和贮藏过程中涉及到生物化学、物理化学等方面的变化，所以目前从整个行业来看，对速冻食品并没有进行很深入很透彻的剖析和研究，致使速冻食品无论从实际生产过程还是工艺设计上都还不够成熟 各生产厂家的产品质量良莠不齐。
目前， 国内外关于冷冻食品低温稳定性的研究焦点是未冻结的冷冻浓缩相的玻璃化转变。冷冻食品中未冻结水的存在加剧了酶促反应和重结晶现象，缩短了食品的货架寿命。在较高的冷藏温度、较大的温度波动和较长的贮存期间下， 产品质量的下降会更加严重，尤其是那些含有较多未冻结水、易形成结晶的食品。但处于玻璃态时，食品体系具有很高的黏度，分子扩散速率极低，体系处于亚稳态，对酶促反应和重结晶现象都很稳定。因此，可以通过在玻璃化温度以下贮存食品，或提高食品体系的玻璃化温度来缓解冷冻食品品质的恶化。冷冻玻璃化加工与保藏食品是保持食品长时间质构和化学组成稳定性的有效手段。通过冷冻条件控制和添加剂的合理使用可以改善玻璃化保藏食品的质量，达到理想的保藏效果[5]。
2.2 冻肉的玻璃化加工及保藏
冻肉既是加工肉制品的主要原料，也是人们日常消费的主要产品，占有较大的市场份额。冻肉的营养与风味都不如鲜肉，其主要原因在于鲜肉冻结以及冻肉在贮藏和解冻过程中，冰晶的形成与融化都对细胞造成严重的机械损失和生物损失，表现为解冻后的汁液流失。肉中的某些水溶性维生素和矿物质随之流失，不但损耗增加，营养价值也降低；某些芳香物质随着汁液的流失，导致肉类风味下降（如火锅牛、羊肉在食用前的汁液流失）。减少解冻肉汁液流失对改善肉类质量非常重要。
自20世纪80年代初，提出冷冻食品的玻璃化贮藏理论后，立即就受到许多食品科学家和工程师的重视，越来越多的人在进行这方面的理论研究工作和应用开发工作，出现了一些不冻结的冷冻食品和冷冻新工艺[6]。
3 玻璃化转变温度的测定方法
