玻璃化技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用

玻璃化技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用玻璃化技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用玻璃化技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用xxx公司玻璃化技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度玻璃化技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用摘要本文主要對玻璃化技術(shù)原理、測定方法以及在當(dāng)今食品加工及儲藏中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，說明了玻璃化轉(zhuǎn)變對提高食品加工及儲藏技術(shù)，改善食品品質(zhì)，增加食品貨架期有著重要的作用。關(guān)鍵詞：食品玻璃化轉(zhuǎn)變測定方法應(yīng)用TheapplicationofGlasstechnologyinfoodindustryAbstractThispaperfocusesonreviewetheglasstechnologyprinciple,measuringmethodandthecurrentfoodprocessingandstorageapplication,andillustratestheglasstransitionplaysanimportantroletoimprovefoodprocessingandstoragetechnology,improvefoodqualityandincreasetheshelf-life.Keywords:foodglass-transitiondeterminationmethodapplication1引言隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的快速發(fā)展，我國食品工業(yè)以年均遞增10%以上的高增長率飛速發(fā)展，其食品品種之多，發(fā)展之快，可以說在眾多商品中是名列前茅。然而，據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國每年有總值750億元的食品在運(yùn)送過程中腐壞，是食品企業(yè)不可回避的嚴(yán)峻問題[1]。因此，提高食品的加工及儲藏技術(shù)對改善食品品質(zhì)和減少食品企業(yè)損失有著至關(guān)重要的影響。在眾多食品加工及保藏技術(shù)中，本文就針對玻璃化技術(shù)原理及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述。早在20世紀(jì)30年代，Troy和Sharp甲就發(fā)現(xiàn)了食品中存在玻璃化轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。80年代Harrylevine和Louiseslad指出，玻璃化轉(zhuǎn)變這一性質(zhì)在食品儲存和加工中有著廣泛的應(yīng)用前景。1990年，和指出食品體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與水分活度及其它物理性質(zhì)有關(guān)。近年來，又有大量的研究結(jié)果表明，玻璃化轉(zhuǎn)變對半流態(tài)加工成固態(tài)食品的工藝及干燥食品的儲存具有重要意義[2]。2玻璃態(tài)、玻璃化轉(zhuǎn)變及玻璃化溫度對于非晶聚合物,根據(jù)其力學(xué)性質(zhì)隨溫度變化的特征,可以把非晶聚合物按溫度區(qū)域不同分為3種力學(xué)狀態(tài)———玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài),這3種力學(xué)狀態(tài)是內(nèi)部分子處于不同運(yùn)動狀態(tài)的宏觀表現(xiàn)。在玻璃態(tài)下,由于溫度較低,高分子物質(zhì)內(nèi)部的分子運(yùn)動能量不足以克服主鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)的位壘,因此不足以激發(fā)起鏈段的運(yùn)動,即鏈段處于被凍結(jié)的狀態(tài),只有那些較小的運(yùn)動單元如側(cè)基、支鏈和小鏈節(jié)能運(yùn)動。所以,高分子鏈不能實(shí)現(xiàn)從一種構(gòu)象到另一種構(gòu)象的轉(zhuǎn)變,宏觀力學(xué)性質(zhì)和小分子的玻璃差不多,是一種非結(jié)晶結(jié)構(gòu)的固體,介于液體與結(jié)晶的中間狀態(tài),具有一定的體積和形狀,類似于固體,但分子排列上為近程有序遠(yuǎn)程無序,可以看作“過冷液體”,粘度為1010～1014,可以支持自身的重量,因此稱為玻璃態(tài)[3]。玻璃態(tài)情況下,物體的自由體積非常小,造成分子流動阻力較大,從而體系具有較大的粘度,同樣由于這個原因,食品體系中的分子擴(kuò)散速率就很小,這樣分子間相互接觸和發(fā)生反應(yīng)的速率就很小。這就是食品處于玻璃態(tài)時不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng),不易發(fā)生褐變、劣敗,能夠有較長保質(zhì)期的原因。當(dāng)物料溫度上升,分子熱運(yùn)動能量增加到一定階段時,分子能量足以克服內(nèi)旋轉(zhuǎn)的位壘,這時鏈段運(yùn)動被激發(fā),鏈段構(gòu)象可改變,物質(zhì)進(jìn)入高彈態(tài)。玻璃態(tài)和高彈態(tài)之間的轉(zhuǎn)變,稱為玻璃化轉(zhuǎn)變,對應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度即玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(用Tg表示)[4]。3玻璃化轉(zhuǎn)變對食品穩(wěn)定性的影響[5]以及食品成分對玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響玻璃化轉(zhuǎn)變對物理穩(wěn)定的影響（1）結(jié)晶：結(jié)晶是影響食品穩(wěn)定性的一個重要現(xiàn)象，是否出現(xiàn)結(jié)晶，以及晶體的大小和形狀都對食品的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。不論是玻璃態(tài)還是橡膠態(tài)，無定性物質(zhì)都是處于非平衡態(tài)，具有過渡到平衡態(tài)(結(jié)晶體)的趨勢。處于玻璃態(tài)時，分子的移動和重排受到限制，結(jié)晶十分緩慢；而處于橡膠態(tài)時由于黏度降低，自由體積增大，分子擴(kuò)散加快，結(jié)晶易于發(fā)生。溫度越接近熔融溫度(Tm)，成核速率越低，但由于黏度降低使晶核生長速率增大；溫度越接近Tg，成核速率越快，但是由于黏度大使晶核生長較慢，所以結(jié)晶速率在溫度為Tm和Tg之間的某個值時達(dá)到最大值。例如：巧克力中脂肪的結(jié)晶影響巧克力的外觀；冰激凌中蔗糖的結(jié)晶影響其口感；淀粉回生是面包老化的主要原因，而淀粉回生也就是淀粉的重結(jié)晶。（2）粘結(jié)和結(jié)塊：食品粉體是由顆粒組成的。在儲存過程中，由于吸濕或溫度升高，當(dāng)接觸的顆粒之間形成由無定形物質(zhì)(如糖、脂肪等)構(gòu)成的“液橋”時粘結(jié)現(xiàn)象發(fā)生；粘結(jié)是結(jié)塊的初始階段，“液橋”進(jìn)一步結(jié)晶導(dǎo)致結(jié)塊。出現(xiàn)粘結(jié)和結(jié)塊對粉體的流動性產(chǎn)生不良影響。不論是由于吸濕還是由于受熱，黏度降低到一定程度時就發(fā)生粘結(jié)和結(jié)塊，粘結(jié)和結(jié)塊為等黏度現(xiàn)象。根據(jù)玻璃化轉(zhuǎn)變理論，粘結(jié)和結(jié)塊都是由于顆粒表面吸水塑化造成的。塑化程度和接觸時間都受黏度的影響，而黏度在玻璃化轉(zhuǎn)變時發(fā)生急劇變化；如果儲藏溫度低于Tg，顆粒處于玻璃態(tài)，由于粘度高，塑化和接觸所需時間很長，在短時間內(nèi)難以形成粘結(jié)和結(jié)塊；如果溫度高于Tg，黏度急劇降低，使接觸時間減少，粘結(jié)和結(jié)塊容易發(fā)生。水分含量升高導(dǎo)致Tg降低，粘結(jié)和結(jié)塊溫度也隨之降低。（3）結(jié)構(gòu)塌陷：低水分食品或冷凍食品在水分含量增加或溫度升高時導(dǎo)致原有結(jié)構(gòu)喪失，稱為結(jié)構(gòu)塌陷。在食品干燥(如冷凍干燥、熱風(fēng)干燥)和儲藏(如凍藏)過程中都有結(jié)構(gòu)塌陷現(xiàn)象發(fā)生。結(jié)構(gòu)塌陷導(dǎo)致空隙度和體積減小，對產(chǎn)品的外觀、質(zhì)構(gòu)、復(fù)水性都產(chǎn)生影響。結(jié)構(gòu)塌陷也是玻璃化轉(zhuǎn)變的結(jié)果。由于溫度或水分過高而進(jìn)入于橡膠態(tài)，黏度減小，不能支持自身重量而發(fā)生結(jié)構(gòu)塌陷。（4）干燥裂紋：通過干燥降低谷物的水分，使其在室溫條件下處于玻璃態(tài)可以提高儲藏穩(wěn)定性。在稻谷干燥過程中，如果干燥溫度較低，使稻谷始終處于玻璃態(tài)，則長時間干燥也不會導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)；如果干燥溫度較高，稻谷進(jìn)入橡膠態(tài)，則干燥時間超過一定值后將導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)，整米率大幅度降低。在高溫干燥過程中，由于稻谷對水分?jǐn)U散的限制作用，谷粒表面的水分較低而進(jìn)入玻璃態(tài)，內(nèi)部的水分較高仍處于橡膠態(tài)；處于不同相態(tài)的內(nèi)外層，由于其熱膨脹系數(shù)不同而導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。Sablani1andStefanKasapis在研究中發(fā)現(xiàn)，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、水分活度,是比較兩種不同含水率凍干鯊魚穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)，且玻璃化轉(zhuǎn)變更適合構(gòu)架較高含水量干制食品的安全貯藏[6]。（5）質(zhì)構(gòu)變化：低水分食品(如土豆片、谷物早餐、擠壓食品等)由于吸濕使水分含量升高，達(dá)到某臨界值時脆性大幅度降低。通常認(rèn)為這是由于發(fā)生了玻璃化轉(zhuǎn)變造成的，水分含量升高使玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低，在室溫下發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變。FanLiu-ping,MinZhangandArunS.Mujumdar研究表明水分吸附等溫線以及玻璃化轉(zhuǎn)變是決定真空油炸胡蘿卜片含水量的根據(jù)，對該產(chǎn)品的貯藏起到至關(guān)重要的作用，因此將水分活度與玻璃化轉(zhuǎn)變相結(jié)合可以用來預(yù)測食品的貨架期[7]。玻璃化轉(zhuǎn)變對化學(xué)穩(wěn)定性的影響（1）非酶褐變反應(yīng)：非酶褐變反應(yīng)(NBR)又稱美拉德反應(yīng)，是對食品品質(zhì)產(chǎn)生影響的常見化學(xué)反應(yīng)，非酶褐變在中低水分食品體系和冷凍食品體系中都有發(fā)生。在溫度低于Tg時，由于黏度大，反應(yīng)物的擴(kuò)散受到限制，非酶促褐變反應(yīng)速率較低。但是，在溫度升高到Tg時非酶褐變的反應(yīng)速率并不立即增大，在凍干海藻糖、麥芽糖、PVP體系中的非酶褐變反應(yīng)也在溫度遠(yuǎn)低于Tg時發(fā)生。Hang-IngLing,JohnBirch等人通過脫水梨片顏色穩(wěn)定性研究表明提高其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度比采用亞硫酸鹽法抑制產(chǎn)品褐變更有效，提高了脫水水果的顏色穩(wěn)定性[8]。（2）脂肪氧化反應(yīng)：對于處于玻璃態(tài)的脂肪包埋物和低水分食品，水分、氧氣的擴(kuò)散進(jìn)入將導(dǎo)致脂肪發(fā)生氧化。雖然玻璃化轉(zhuǎn)變并不能完全阻止水、氧氣這樣小分子物質(zhì)的擴(kuò)散進(jìn)入，但是，玻璃化轉(zhuǎn)變可以導(dǎo)致食品結(jié)構(gòu)特性(如結(jié)晶度、空隙度等)發(fā)生變化，從而對脂肪氧化產(chǎn)生影響。（3）有研究顯示，PVP體系中蔗糖發(fā)生酸水解的速率與Tg或T-Tg沒有直接關(guān)系，影響水解速率的主要因素是pH值。淀粉或預(yù)糊化淀粉體系處于玻璃態(tài)時，蔗糖酸水解仍然發(fā)生。（4）降解反應(yīng)：PVP體系處于玻璃態(tài)時，其中VB1的降解速率受Tg的影響較大，隨Tg升高而減?。辉贏w＞時，Aw對速率常數(shù)的影響較大，但速率常數(shù)反而減小，可能是進(jìn)入橡膠態(tài)而引起的結(jié)構(gòu)塌陷造成的。與Tg相比，Aw對PVP體系中阿斯巴甜的降解速率影響更大。Sablani等人研究發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)化食品的生產(chǎn)和貯藏過程中，水分活度及玻璃化轉(zhuǎn)變被認(rèn)為是獲得更好的理解維生素的穩(wěn)定性重要的標(biāo)準(zhǔn)[9]。玻璃化轉(zhuǎn)變對生物學(xué)穩(wěn)定性的影響（1）酶的熱穩(wěn)定性及酶催化反應(yīng)：在低水分食品或冷凍食品體系中，一些酶(如：堿性磷酸化酶、脂氧合酶、脂酶、蔗糖轉(zhuǎn)換酶)催化的反應(yīng)可以發(fā)生。低水分含量體系中酶和底物的活動都受到限制；酶構(gòu)象的變化受到限制，也影響酶的活性，因此，低水分食品中的酶催化反應(yīng)為擴(kuò)散限制性反應(yīng)。冷凍狀態(tài)下的酶催化反應(yīng)也為擴(kuò)散限制性反應(yīng)，即使是在Tg’附近。（2）微生物穩(wěn)定性：對于高水分的液態(tài)均相食品體系，水分活度更能有效預(yù)測其中金黃色葡萄球菌的生長；玻璃化轉(zhuǎn)變和水分活度都不能解釋根瘤菌在低水分固態(tài)食品體系中的存活現(xiàn)象；另外，細(xì)菌孢子在玻璃態(tài)時耐熱性較強(qiáng)，溫度高于玻璃化溫度時容易失活；在一定溫度下受熱，孢子的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越高失活速率降低。不能根據(jù)蔗糖、淀粉、蔗糖-淀粉體系的水分活度來預(yù)測其中黑曲霉孢子是否萌發(fā)，而根據(jù)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度可以做出有效預(yù)測。（3）種子儲藏穩(wěn)定性：細(xì)胞質(zhì)的玻璃化一方面使細(xì)胞內(nèi)的生物結(jié)構(gòu)在種子脫水過程中的變化降至最低限度，另一方面，降低儲藏過程中劣變反應(yīng)(如：自由基生成、美拉德反應(yīng))的速率，另外，玻璃化還可以防止細(xì)胞質(zhì)結(jié)晶而引起的pH值變化。干燥耐受型的種子在細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入玻璃態(tài)以后仍保存活力，而干燥敏感型的種子在細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入玻璃態(tài)之前已喪失活力。食品成分對玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響在食品體系中,Tg即為最大冷凍濃縮溶液發(fā)生玻璃化時的溫度。對于低水分食品體系(w≤20%),玻璃化轉(zhuǎn)變溫度用Tg表示;當(dāng)w>20%時,冷卻速率因受到水的影響而不會很高,因此食品體系形成的是不完全玻璃態(tài),此時用Tg’表示[10]。在有些食品中,它們的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度值有可能是變化的。食品中無定基質(zhì)包括單糖、低糖、多糖、蛋白質(zhì)、水和鹽等。它們的物理狀態(tài)決定了食品的物理性質(zhì)，并影響食品在加工和貯藏中的物理和化學(xué)變化，而這些無定形基質(zhì)的玻璃化轉(zhuǎn)變則是影響食品物理狀態(tài)的重要因素。食品中主要的固體成分為蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂肪。碳水化合物對無定形的干燥食品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg影響很大。常見的糖如果糖、葡萄糖的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度很低，因此在高糖食品中，它們會顯著降低食品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。一般來說，蛋白質(zhì)和脂肪對Tg的影響并不顯著[11]。一般情況下,像奶粉、麥芽糊精、淀粉等低水分食品的Tg值很高,實(shí)際中它們的貯藏就相對方便。像草莓、蘋果、蜂蜜等高水分食品體系,其Tg一般都很低。4測定食品體系中玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的常用方法食品的玻璃態(tài)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度因影響到食品的貯藏質(zhì)量而成為食品的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。若食品在玻璃態(tài)進(jìn)行加工和貯藏,則食品的質(zhì)量和貯藏穩(wěn)定性將得到較大的提高。研究和實(shí)踐表明,測定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是控制食品質(zhì)量和穩(wěn)定性的一個關(guān)鍵點(diǎn)。目前常用于食品體系中玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的方法如表1所示：表1測定食品體系中玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的常用方法測量的性質(zhì)測量的方法體積的變化熱力學(xué)性質(zhì)的變化力學(xué)性質(zhì)的變化熱膨脹計(jì)法、折射系數(shù)法熱差法（DTA）、差式掃描量熱法（DSC）動力機(jī)械分析法(DMA)、動力機(jī)械熱分析法(DMTA)電磁效應(yīng)核磁共振法(NMR)差示掃描量熱法(DSC)測定TDSC（DifferentialScanningCalorimetry，差示掃描量熱分析）是在程序升溫下,測量輸出給樣品與參照物的熱量與溫度關(guān)系的一種技術(shù)[12]。差示掃描量熱法(DSC)也是傳統(tǒng)的熱分析技術(shù)的一種，不但能獨(dú)立完成某一方面的定性和定量測試，而且還能與其他方法相互印證和相互補(bǔ)充，是研究物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)及其變化的重要手段[13]。如利用差示掃描量熱法(DSC)研究蛋白質(zhì)的變性，淀粉的糊化和老化以及玻璃化轉(zhuǎn)變等問題.在含水食品體系、小分子糖類體系、非淀粉多糖體系及淀粉體系的玻璃化轉(zhuǎn)變中得到了廣泛的應(yīng)用。另外，熱分析技術(shù)還可用于研究食品添加劑的影響、油脂的氧化穩(wěn)定性、混合油脂中組分含量等。發(fā)達(dá)國家的棗果肉狀態(tài)圖的是通過冰點(diǎn)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、最大濃度（T’m和T’g）條件來進(jìn)行衡量的，并且由差式掃描量熱法進(jìn)行溶質(zhì)融化點(diǎn)（或分解溫度）的檢測。因此在棗果肉儲存的溫度、水分含量(如冷凍干燥)等條件下以及在冷凍干燥設(shè)計(jì)過程中該狀態(tài)圖可以用于確定棗果肉穩(wěn)定性[14]。但是用DSC也有兩個不足之處:1)用DSC法測量Tg’時,靈敏度比熱機(jī)械方法小,表現(xiàn)在DSC曲線上玻璃化轉(zhuǎn)變的臺階較小;2)在一些復(fù)雜的食品體系中,會出現(xiàn)玻璃化轉(zhuǎn)變的DSC曲線上有幾個突變,可能引起對Tg’的誤判。為了克服這些不足,食品研究人員開始采用一種新的方法———低溫顯系統(tǒng)測定食品的Tg和Tg’[15]。該法同時用低溫顯微的光學(xué)信息和DSC的熱學(xué)信息兩種方法來測定Tg和Tg’,克服了單一DSC的缺點(diǎn),能夠較準(zhǔn)確地測定食品中的Tg和Tg’取得了良好的效果。核磁共振法(NMR)測定TNMR是一種通過分析活性核的弛豫特性而測定分子運(yùn)動特性的技術(shù)。聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)是分子運(yùn)動。聚合物由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z態(tài)時,含有質(zhì)子的基團(tuán)運(yùn)動頻率增加。質(zhì)子活動性的改變可以用NMR測定[16]。由于NMR是測定質(zhì)子的活動性,因此用這種方法研究和測定食品體系的玻璃化轉(zhuǎn)變及Tg是非常有效的。目前,應(yīng)用脈沖NMR測定食品體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度已經(jīng)有了較大的進(jìn)展。動力機(jī)械分析法(DMA)測定TDMA是在程控溫度和振動負(fù)荷下測定物質(zhì)的動態(tài)模量和力學(xué)損耗與溫度的關(guān)系的一項(xiàng)技術(shù),力學(xué)損耗峰對應(yīng)的溫度可看作是物質(zhì)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。用DMA測定熱固性材料的Tg時非常靈敏,因此它是測定熱固性材料玻璃化轉(zhuǎn)變的有效工具,同時也被廣泛用于研究食品體系中的玻璃化轉(zhuǎn)變。在DMA在測定食品體系中玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時有著較為廣泛的應(yīng)用。相比于DSC,DMA在測定熱固性食品時具有較高的靈敏度,但DMA在使用時也受到一定的限制,由于它測定的樣品必須為可變形的固體樣品,因而不能用于測定粉末和半固態(tài)樣品;另外,由于DMA對樣品的物理尺寸相當(dāng)敏感,因此為了得到重復(fù)性較好的結(jié)果,必須對樣品進(jìn)行嚴(yán)格的預(yù)處理。動力機(jī)械熱分析法(DMTA)測定TDMTA是測定材料在交變應(yīng)力(或應(yīng)變)作用下,作出的應(yīng)力(或應(yīng)變)響應(yīng)隨頻率變化的現(xiàn)代科學(xué)分析方法。它是通過分子運(yùn)動的狀態(tài)來表征材料的特性。食品體系的玻璃化轉(zhuǎn)變在本質(zhì)上講是一個動力過程,因此DMTA能較準(zhǔn)確地測定食品體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。DMTA能廣泛用于研究食品體系的玻璃化轉(zhuǎn)變,它具有試樣溫度范圍寬的動態(tài)掃描功能。DMTA在測定食品體系中玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時,雖然具有較高的靈敏度,但在使用時也受到一定的限制,DMTA一般用于測定可變形的固體樣品,對于粉末樣品,必須先將樣品壓制成圓柱狀;此外,DMTA在測試過程中,因?yàn)轫氂休^大的樣品室,樣品會有較大的水氣損失,影響測定的準(zhǔn)確性。其他方法測定Tg1．膨脹計(jì)法在膨脹計(jì)內(nèi)裝入適量的受測聚合物，通過抽真空的方法在負(fù)壓下將對受測聚合物沒有溶解作用的惰性液體充入膨脹計(jì)內(nèi)，然后在油浴中以一定的升溫速率對膨脹計(jì)加熱，記錄惰性液體柱高度隨溫度的變化。由于高分子聚合物在玻璃化溫度前后體積的突變，因此惰性液體柱高度-溫度曲線上對應(yīng)有折點(diǎn)。折點(diǎn)對應(yīng)的溫度即為受測聚合物的玻璃化溫度。2．折光率法利用高分子聚合物在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度前后折光率的變化，找出導(dǎo)致這種變化的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。用于研究食品體系的玻璃化轉(zhuǎn)變的技術(shù),還有差熱分析法(DTA)、核磁共振成像法(MRI)和熱機(jī)械分析法(TMA)等。雖然食品體系中的Tg通常采用DSC、DMA和DMTA等方法測定,但這些方法對一些具有特殊尺寸和形狀的樣品使用時受到一定的限制。如DSC使用的樣品量非常少,對那些非均相食品,所取得的樣品可能不具有代表性;DMA和DMTA方法要求樣品為可變形固體樣品,因而不適宜測定粉末和半固態(tài)樣品。因此DSC、DMA和DMTA等方法測定食品體系中的Tg時,有時具有一定的困難。NMR可以快速、實(shí)時、全方位、定量的研究樣品,并對樣品不具侵入和破壞性,靈敏度高,在研究食品的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變和Tg中得到了較好的應(yīng)用。5玻璃化技術(shù)應(yīng)用食品的玻璃化轉(zhuǎn)變與其加工、儲存工藝及產(chǎn)品品質(zhì)密切相關(guān)，玻璃化轉(zhuǎn)變理論對食品加工與儲存有重要的指導(dǎo)意義。玻璃化技術(shù)在速凍食品加工保藏中的應(yīng)用凍結(jié)食品的玻璃化保藏是近十年來在國外發(fā)展起來的一門新的學(xué)科.它以“食品聚合物科學(xué)”(foodpoly2merscience)理論為核心內(nèi)容[17]。我國自世紀(jì)年代以來,速凍食品工業(yè)也得到了迅速發(fā)展,平均增長率為20%～30%?，F(xiàn)在擁有速凍食品加工企業(yè)多達(dá)幾千家,生產(chǎn)速凍食品的品種達(dá)到一百多個,包括速凍蔬萊、水果、調(diào)理品和點(diǎn)心等。由于食品是多相、多組分、非均質(zhì)且是物理化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的極其復(fù)雜的系統(tǒng)。另外在食品凍結(jié)和貯藏過程中涉及到生物化學(xué)、物理化學(xué)等方面的變化,所以目前從整個行業(yè)來看,對速凍食品并沒有進(jìn)行很深入很透徹的剖析和研究,致使速凍食品無論從實(shí)際生產(chǎn)過程還是工藝設(shè)計(jì)上都還不夠成熟,各生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊[18]。玻璃化技術(shù)在速凍面制品中的應(yīng)用現(xiàn)在速凍食品品種達(dá)到100多個,其中速凍面制品種類繁多,如:包子、饅頭、餃子、湯圓、粽子、春卷以及加工面包等烘培食品的面團(tuán)等。餃子、饅頭等面制品是我國的特色傳統(tǒng)食品,也是速凍食品工業(yè)發(fā)展的突破點(diǎn)。但由于生產(chǎn)過程和貯存條件的落后造成生產(chǎn)的速凍面制品總體質(zhì)量不高[19]。主要問題如下:速凍面制品表皮發(fā)干發(fā)硬、掉渣、萎縮開裂[20];內(nèi)部出現(xiàn)結(jié)晶、凝結(jié)成團(tuán)、甚至冷卻變性等[21];帶餡類速凍面制品(如餃子,湯圓等)還會發(fā)生色澤變化、汁液流失等問題[22]。導(dǎo)致面制品的變質(zhì)的主要原因是凍結(jié)速度和貯藏溫度波動等對速凍面制品中的水分、淀粉和蛋白質(zhì)有很大影響，溫度波動導(dǎo)致速凍面制品內(nèi)部出現(xiàn)結(jié)晶和再結(jié)晶,速凍過程中形成的細(xì)小冰晶逐漸長大,破壞了內(nèi)部結(jié)構(gòu)。速凍面團(tuán)玻璃化保存時一般要求比正常面團(tuán)少2%～4%的水分,將面團(tuán)調(diào)制得硬一些,有益于實(shí)現(xiàn)面制品的玻璃化保存；加入一些多糖穩(wěn)定劑也可以提高面制品玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；添加部分改良劑，如增稠劑、乳化劑、磷酸鹽等可有效提高面制品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。玻璃化在冰淇淋中的應(yīng)用[23]冰淇淋在貯存、運(yùn)輸過程中易受升溫或溫度波動的影響，因?yàn)楫?dāng)溫度升高時,冰淇淋中的未凍水分增多,而當(dāng)溫度降低時,未凍水分重新凝結(jié),使原來細(xì)小的冰晶長大。可見,在貯存、運(yùn)輸過程中冰晶的再結(jié)晶使冰淇淋變得質(zhì)地粗糙,失去了原有的細(xì)膩口感。Tg’是冰淇淋玻璃化貯存的一個關(guān)鍵參數(shù),在實(shí)際應(yīng)用時必須準(zhǔn)確測量。測定Tg’最常用的儀器是差示掃描量熱儀（DSC）。若冰淇淋在玻璃態(tài)保存,其中的結(jié)晶、再結(jié)晶速度極緩慢,則在較長的貯存期內(nèi),冰晶尺寸仍符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),冰淇淋保持原有的細(xì)膩口感。玻璃化貯存可通過下列措施實(shí)現(xiàn)：①降低冰淇淋的貯存溫度,在Tf<Tg’的溫度下貯存；②改變冰淇淋的配方,提高其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg’。玻璃化技術(shù)在淀粉為原料的食品中的應(yīng)用[24]大多數(shù)谷物食品都是以淀粉為原料,如焙烤食品、小吃食品等。淀粉的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)也隨著食品加工和貯藏條件的不同而呈現(xiàn)出多樣性。這些食品體系的玻璃化轉(zhuǎn)變對其質(zhì)構(gòu)和貨架壽命都有顯著的影響。如,面包老化后,風(fēng)味變劣,由軟變硬,易掉渣,嚴(yán)重影響貨架壽命，所以控制好Tg對延長面包的貨架壽命是至關(guān)重要的；松脆,對谷物早餐食品和小吃食品是至關(guān)重要的。當(dāng)這些食品處于玻璃態(tài)時,質(zhì)構(gòu)松脆,但如果水分含量增加,則水的增塑作用加大,Tg下降。當(dāng)玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化為橡膠態(tài)時,松脆性下降甚至喪失,食品質(zhì)構(gòu)濕軟；當(dāng)壁材處于玻璃態(tài)時,能起到很好的包埋效果,被包埋組分不會釋出或被氧化。但當(dāng)溫度高于Tg時出現(xiàn)結(jié)晶后,則被包埋組分將會釋出。玻璃化轉(zhuǎn)變在噴霧干燥食品中的應(yīng)用對于料液的干燥,最終產(chǎn)品處于玻璃態(tài)是一種最為穩(wěn)定的物理狀態(tài)[25],因此在噴霧干燥中為了獲得高品質(zhì)的產(chǎn)品,必須使最終產(chǎn)品處于玻璃態(tài),而影響Tg的因素主要是水分含量、產(chǎn)品的相對分子質(zhì)量大小、分子鏈結(jié)構(gòu)形態(tài)等。如乳粉[26]是以鮮乳為原料，經(jīng)噴霧干燥制成，產(chǎn)品中的乳糖以無定形態(tài)存在，不形成晶體。這種干燥產(chǎn)品的吸濕性很強(qiáng)，吸收水分后乳糖立即向含結(jié)晶水的α-乳糖轉(zhuǎn)變。這種現(xiàn)象會引起粉狀顆粒粘在一起結(jié)成硬塊，使乳粉顆粒表面產(chǎn)生許多裂紋，導(dǎo)致脂肪逐步滲出引起氧化變質(zhì)，還會造成產(chǎn)品色澤發(fā)暗，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的品質(zhì)，不利于儲存。發(fā)生這些變化的內(nèi)在原因就在于乳粉中發(fā)生了玻璃化相變。為了獲得良好的產(chǎn)品質(zhì)量,調(diào)整物料的玻璃化轉(zhuǎn)變過程,從噴霧干燥工藝參數(shù)本身可以從以下幾個方面加以考慮[27]:1)提高料液的固含量,減少含水量,使得霧滴開始時就具有較高的Tg,從而在噴霧干燥時能迅速的形成玻璃體;2)提高料液的進(jìn)料溫度,縮短預(yù)熱段時間,提高蒸發(fā)速度,使得霧滴能盡快形成玻璃體;3)在料液的物性允許的條件下,盡量提高噴霧干燥的熱風(fēng)進(jìn)口溫度,加快干燥速度,加快了玻璃體形成;4)提高噴霧干燥的出口溫度,使玻璃化轉(zhuǎn)變能夠很快達(dá)到,形成玻璃體;5)產(chǎn)品從干燥塔或氣固分離器中排出后用冷風(fēng)加以處理,降低產(chǎn)品的包裝溫度,以幫助顆粒形成玻璃體;6)從物料本身的角度,可以通過向料液中加入一些添加劑,來提高混合液的Tg，這樣使得在同樣的干燥溫度條件下霧滴顆粒容易轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài),使得物料能夠被順利地噴霧干燥。6展望食品的玻璃態(tài)研究是一個方興未艾的研究領(lǐng)域,如何進(jìn)一步改進(jìn)檢測技術(shù),深入研究食品體系的玻璃化轉(zhuǎn)變動力學(xué)、熱力學(xué)以及食品在貯藏期間品質(zhì)的變化,以便確定貨架穩(wěn)定的動力學(xué)模型,有效地提高食品的品質(zhì)及穩(wěn)定性,將是今后研究的重點(diǎn)。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的測量方法的發(fā)展趨勢應(yīng)該是考慮將幾種用來測定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的設(shè)備聯(lián)合使用,以彌補(bǔ)單一的測定方法的不足的方向發(fā)展。如何將玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、水分含量、水分活度等重要臨界參數(shù)和現(xiàn)有的技術(shù)手段綜合考慮,并應(yīng)用于對各類食品的加工和貯藏過程的優(yōu)化,深入研究食品體系的玻璃化轉(zhuǎn)變動力學(xué)、熱力學(xué)以及食品在加工貯藏期間品質(zhì)的變化,以便確定貨架穩(wěn)定的動力學(xué)模型,有效地提高速凍食品的品質(zhì)及穩(wěn)定性將是今后研究的重點(diǎn)之一。相信隨著食品的玻璃化保藏的研究越來越為人們所重視,會有更多的新的研究成果被廣泛應(yīng)用。參考文獻(xiàn)屠康.食品物流學(xué).北京，中國計(jì)量出版社.詹世平,陳淑花,劉華偉,李卓,張欣華,孫永正.玻璃化轉(zhuǎn)變與食品的加工、儲存和品質(zhì).《食品工業(yè)》，2006年第2期：51～52.劉木華,楊德勇.高分子科學(xué)中的玻璃化轉(zhuǎn)變理論在谷物干燥及儲藏研究中的應(yīng)用初探[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2000,16(5):95-98.易小紅,鄒同華,劉斌.聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變理論干燥食品加工儲藏中的應(yīng)用.食品研究與開發(fā)趙學(xué)偉，毛多斌.玻璃化轉(zhuǎn)變對食品穩(wěn)定性的影響.食品科學(xué),Kasapis.GlassTransitionandWaterActivityofFreeze-DriedShark.DryingTechnology,24:1003–1009,2006.FanLiu-ping,MinZhangandArunS.Mujumdar.StorageStabilityofCarrotChips.DryingTechnology,25:1533–1539,2007.Hang-IngLing,JohnBirch,MiangLim.TheGlassTransitionApproachtoDeterminationofDryingProtocolsforColourStabilityinDehydratedPearSlices.InternationalJournalofFoodScienceandTechnology2005,40,921–927.Sablani,K.Al-Belushi,I.Al-MarhubiandR.Al-Belushi.EvaluatingstabillityofvitaminCinfortifiedformulausingwateractivityandglasstran