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分子光谱5系列丨“鉴”你所见，食品的光谱“盛宴”（二）食品科学中的“融化时刻”——ATR-FTIR的相变解析

发布：天美仪拓实验室设备（上海）有限公司

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前言

食品科学中的相变研究对优化产品质量、稳定性和感官属性是必不可少的。例如，相变影响保质期和产品储存，同时也影响食品中营养物质的利用率。食物的质地会因相变而发生重大变化，例如，脂肪和油的熔融特性在黄油等产品的丝滑度方面起着关键作用。

黄油是一种油包水乳液，主要由水、乳脂和乳类固体组成。黄油的固化程度取决于主要成分的浓度（分为可涂抹黄油和不可涂抹黄油）。可涂抹黄油比不可涂抹黄油含有更高比例的不饱和脂肪以及油添加剂（这会降低黄油的熔点，使其更柔软，更容易涂抹）。不可涂抹的黄油具有更强的稠度，在室温下是固体，不含油添加剂。可涂抹黄油因为它的易用性很受欢迎。然而，传统意义上，黄油多用于烘焙，油添加剂会影响最终的产品质量。

本文使用爱丁堡IR5傅里叶变换红外光谱仪，来展示FTIR光谱在食品领域的通用性和实用性。使用加热的衰减全反射（ATR）附件提高仪器在分析像黄油这样的复合脂质样品，从固相到水油分离相的分析能力、探索分子组成，可以更好地理解黄油的质地、稳定性以及功能，从而达到优化黄油产品的目的。

材料及方法

使用含有加热系统的金刚石ATR附件和IR5红外光谱仪研究了两种黄油产品(如表1)。每种样品取0.5g置于加热的ATR晶体上，从25°C加热至65°C，5°C间隔进行光谱采集。FTIR光谱采集时进行10次扫描，分辨率为4cm^-1。

表1 黄油样品

图1 IR5傅里叶变换红外光谱仪

结果与讨论

传统不可涂抹黄油在室温下的FTIR光谱如图2所示。该光谱主要由黄油乳液中与油成分相关的峰组成，例如，1750cm^-1来自酯中存在的C=O；3000~2800cm^-1与脂肪酸中C-H振动相关。

图2：不可涂抹黄油的FTIR光谱分析1

当将不可涂抹黄油从35°C加热到65°C时，它会分成两个相。水相留在底部，油相上升至样品的顶部，如图3所示。ATR-FTIR穿透深度小，随着黄油的融化和相的分裂，ATR-FTIR光谱将以水相为主。

图3：室温(a)和65℃(b)下ATR晶体上的黄油样品

图4显示了加热样品时，样品的光谱差异，乳化液和水相之间有明显的区别。相间转变表现为油相峰信号逐渐减少，水相峰信号迅速增加。在水相中也有一些来自牛奶固体的蛋白质，如1530cm^-1和1035cm^-1，图4中用星号标注。

图4：不可涂抹黄油温度研究

可涂抹黄油也用加热ATR附件进行了研究，在室温下，有来自高波数的水光谱信号O-H伸缩振动峰(~3400cm-1)。两相在35°C完全分离，表明可涂抹黄油的相变温度比不可涂抹黄油低得多。由于样品中加入菜籽油及其不饱和脂肪的浓度较高所致（因为不饱和脂肪有更多的碳碳双键）。不饱和脂肪酸中含有过多的双键时，会导致产品熔点的降低。

图5：可涂抹黄油温度研究

结论

黄油的成分会影响它的最终用途，如，当用在烤面包上，需要容易涂抹；或用来烤蛋糕。向黄油中加入油可以使其易于涂抹，并降低相变温度。温控ATR-FTIR光谱是研究食品科学相变的理想技术，可以获得丰富的分子信息。

参考文献

1. Safar et al., Characterization of edible oils, butters and margarines by Fourier transform infrared spectroscopy with attenuated total reflectance. J Am Oil Chem Soc 71, 371-377。

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