Thermal Analysis of Foods1. Introdu

Thermal Analysis of Foods

1. Introduction

Most foods are subjected to variations in their temperature during production, transport, storage, preparation and consumption, e.g., pasteurization, sterilization, evaporation, cooking, freezing, chilling etc. Temperature changes cause alterations in the physical and chemical properties of food components which influence the overall properties of the final product, e.g., taste, appearance, texture and stability. Chemical reactions such as hydrolysis, oxidation or reduction may be promoted, or physical changes, such as evaporation, melting, crystallization, aggregation or gelation may occur. A better understanding of the influence of temperature on the properties of foods enables food manufacturers to optimize processing conditions and improve product quality. It is therefore important for food scientists to have analytical techniques to monitor the changes that occur in foods when their temperature varies. These techniques are often grouped under the general heading of thermal analysis. In principle, most analytical techniques can be used, or easily adapted, to monitor the temperature-dependent properties of foods, e.g., spectroscopic (NMR, UV-visible, IR spectroscopy, fluorescence), scattering (light, X-rays, neutrons), physical (mass, density, rheology, heat capacity) etc. Nevertheless, at present the term thermal analysis is usually reserved for a narrow range of techniques that measure changes in the physical properties of foods with temperature, e.g., mass, density, rheology, heat capacity. For this reason, only these techniques will be considered in this lecture.

2. Temperature Dependent Properties of Foods

Initially, it is useful to highlight some of the physical changes that occur in food components when the temperature is varied.

2.1. Density

The density of pure materials, which do not undergo phase transitions (e.g., melting, crystallization or evaporation), usually decrease as the temperature is increased. This is because the atoms in the material move around more vigorously when they gain thermal energy, and so the space between the molecules increases. The mass of a material is independent of temperature (provided evaporation or condensation do not occur), and so an increase in volume with temperature leads to a decrease in density (since r = m/V). Knowledge of the temperature-dependence of the density of a food material is often used by engineers to design processing operations, e.g., containers for storing materials or pipes through which materials flow. In materials that do undergo phase transitions the variation of the density with temperature is more dramatic. A solid usually has a higher density than a liquid, and so when a solid melts or a liquid crystallizes there is a significant change in density superimposed on the normal variation of density with temperature. The use of density measurements to monitor melting and crystallization of materials will be discussed later.

2.2. Phase Transitions

The term phase transition refers to the process whereby a material is converted from one physical state to another. The most commonly occurring phase transitions in foods are melting (solid-to-liquid), crystallization (liquid-to-solid), evaporation (liquid-to-gas), condensation (gas-to-liquid), sublimation (solid-to-gas) and glass transitions (glassy-to-rubbery). When a material changes from one physical state to another it either absorbs or gives out heat. A process that absorbs heat is an endothermic process, whereas a process that evolves heat is an exothermic process. The overall properties of foods may be drastically altered when key components undergo phase transitions, and so it is important to have analytical techniques for monitoring these processes. These techniques utilize measurements of physical properties of a material that change when a material undergoes a phase transition, e.g., molecular structure, molecular mobility, density, rheology, heat capacity.

2.3. Gelation

Many foods contain components that are capable of forming a gel when the food is heated or cooled under appropriate conditions. Most food gels are three-dimensional networks of aggregated or entangled biopolymers or colloidal particles that entrap a large volume of water, to give the whole structure "solid-like" characteristics. The physical properties of gels, such as appearance (transparent or opaque), water holding capacity, rheology and stability, depend ultimately on the type, structure and interactions of the molecules or particles that they contain. Common examples of foods in which gelation makes an important contribution to their overall properties are eggs, starches, jellies, yogurts and meat products. In some foods a gel is formed on heating (heat-setting gels), whilst in others it is formed on cooling (cold-setting gels). Gels may also be either thermo-reversible or thermo-irreverisble, depending on whether gelation is reversible or not.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

การวิเคราะห์ความร้อนของอาหาร1. บทนำอาหารจะอยู่ภายใต้การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในระหว่างการผลิต ขนส่ง จัดเก็บ การเตรียมและการใช้ เช่น พาสเจอร์ไรซ์ ทำหมัน ระเหย ทำอาหาร แช่ แข็ง แช่เย็นเป็นต้น การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิทำให้เปลี่ยนแปลงในคุณสมบัติทางกายภาพ และทางเคมีของส่วนประกอบอาหารที่มีอิทธิพลต่อคุณสมบัติโดยรวมของผลิตภัณฑ์ เช่น รสชาติ ลักษณะ เนื้อ และเสถียรภาพ ปฏิกิริยาเคมีเช่นย่อย ออกซิเดชั่น หรือการลดอาจจะโปรโมท ทางกายภาพ หรือการเปลี่ยนแปลง ระเหย การหลอม การตก ผลึก การรวมหรือ gelation อาจเกิดขึ้น เข้าใจของอิทธิพลของอุณหภูมิในการคุณสมบัติของอาหารช่วยให้ผู้ผลิตอาหารเพื่อปรับเงื่อนไขการประมวลผล และปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ จึงเป็นสิ่งสำคัญนักวิทยาศาสตร์อาหารจะมีเทคนิคการวิเคราะห์การตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในอาหารเมื่ออุณหภูมิของพวกเขาไป มักจะมีการจัดกลุ่มเทคนิคเหล่านี้ในหัวข้อทั่วไปของการวิเคราะห์ความร้อน หลัก เทคนิคการวิเคราะห์มากที่สุดสามารถใช้ หรือสามารถดัด แปลง การตรวจสอบคุณสมบัติขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของอาหาร เช่น ด้าน (NMR เห็น UV, IR มิก เรืองแสง), โปรย (แสง เอ็กซ์เรย์ นิวตรอน), กายภาพ (มวล ความหนาแน่น ความจุความร้อน ใช้งานกับ) เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ที่แสดงคำการวิเคราะห์ความร้อนมักจะสงวนไว้สำหรับช่วงแคบของเทคนิคที่วัดการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพของอาหารอุณหภูมิ เช่น มวล ความหนาแน่น รีโอโลยี ความจุความร้อน ด้วยเหตุนี้ จะถือเฉพาะเหล่านี้เทคนิคในการบรรยายนี้2. อุณหภูมิขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของอาหารเริ่มแรก มันเป็นประโยชน์เน้นการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพที่เกิดขึ้นในส่วนประกอบอาหารเมื่ออุณหภูมิแตกต่างกัน2.1. ความหนาแน่นความหนาแน่นของวัสดุบริสุทธิ์ ซึ่งได้รับการเปลี่ยนเฟส (เช่น ละลาย การตกผลึก หรือระเหย) มักจะลดลงอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้น นี่คือเนื่อง จากอะตอมในวัสดุย้ายไปรอบ ๆ อย่างจริงจังมากขึ้นเมื่อพวกเขาได้รับพลังงานความร้อน และ เพื่อเพิ่มช่องว่างระหว่างโมเลกุล มวลของวัสดุเป็นอิสระจากอุณหภูมิ (ให้ระเหยหรือทำการควบแน่นเกิดขึ้น), และดังนั้น การเพิ่มขึ้นของปริมาตรกับอุณหภูมิที่นำไปสู่การลดลงของความหนาแน่น (ตั้งแต่ r = m/V) ความรู้การพึ่งพาอุณหภูมิของความหนาแน่นของวัสดุอาหารมักจะใช้ โดยวิศวกรออกแบบการประมวลผลการดำเนินการ เช่น ภาชนะสำหรับเก็บวัสดุหรือท่อผ่านวัสดุที่ไหล วัสดุที่ต้องผ่านช่วงระยะ การเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นของอุณหภูมิมีมาก เป็นของแข็งมีความหนาแน่นสูงกว่าของเหลว และเมื่อละลายเป็นของแข็ง หรือของเหลวแล้วมาจับ จึงมีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในซ้อนทับการเปลี่ยนแปลงปกติของความหนาแน่นอุณหภูมิความหนาแน่น การวัดความหนาแน่นในการตรวจสอบการละลายและตกผลึกของวัสดุที่จะกล่าวถึงที่ในภายหลัง2.2. ขั้นตอนการเปลี่ยนแปลงการเปลี่ยนเฟสระยะหมายถึงกระบวนการโดยวัสดุถูกแปลงจากสถานะทางกายภาพหนึ่งไปยังอีก ส่วนใหญ่มักเกิดขึ้นช่วงระยะในอาหารจะละลาย (แข็ง-การของเหลว), ผลึก (ของเหลวแข็ง), ระเหย (ของเหลวแก๊ส), ควบ (ก๊าซให้เหลว), ระเหิด (ของแข็งแก๊ส) และเปลี่ยนกระจก (สะท้อนแสงวิบวับเพื่อนกันชน) เมื่อวัสดุเปลี่ยนแปลงจากสถานะทางกายภาพหนึ่งไปยังอีก มันดูดซับ หรือให้ออกความร้อน กระบวนการที่ดูดซับความร้อนเป็นกระบวนการดูด ในขณะที่กระบวนการที่ความร้อนคือ กระบวนการคายความร้อน คุณสมบัติโดยรวมของอาหารอาจมีเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว เมื่อระยะเปลี่ยนผ่านส่วนประกอบที่สำคัญ และดัง นั้นจึงต้องมีเทคนิคการวิเคราะห์สำหรับการตรวจสอบกระบวนการเหล่านี้ เทคนิคเหล่านี้ใช้การตรวจวัดคุณสมบัติทางกายภาพของตัววัสดุที่เปลี่ยนแปลงเมื่อวัสดุผ่านการเปลี่ยนเฟส เช่น โครงสร้างโมเลกุล เคลื่อนโมเลกุล ความหนาแน่น ใช้งานกับ ความจุความร้อน2.3. gelationอาหารมากประกอบด้วยส่วนประกอบที่มีความสามารถในการขึ้นรูปเจเมื่ออาหารถูกความร้อน หรือระบายความร้อนภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม ส่วนใหญ่อาหารเจมีข่ายสามมิติของ biopolymers รวม หรือวุ่นวายหรืออนุภาค colloidal ที่ล่อให้ปริมาตรของน้ำ การให้ "แข็ง" ลักษณะโครงสร้างทั้งหมด คุณสมบัติทางกายภาพของเจ เช่นน้ำลักษณะ (โปร่งใส หรือทึบแสง), ทาง รีโอโลยี และ เสถียรภาพ ขึ้นในที่สุดในประเภท โครงสร้าง และปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลหรืออนุภาคที่ประกอบด้วย ตัวอย่างของอาหาร gelation ซึ่งทำของพวกเขาโดยรวมแจ้งเบาะแส แห่งไข่ แป้ง เยลลี่ ดาว และผลิตภัณฑ์จากเนื้อสัตว์ ในอาหารบางอย่าง เจลจะเกิดความร้อน (การตั้งค่าความร้อนเจ), ในขณะที่คนอื่น มันจะเกิดขึ้นในเย็น (เย็นตั้งเจ) เจยังอาจร้อนย้อนกลับได้หรือเทอร์โม irreverisble ขึ้นอยู่กับว่า gelation ถูกย้อนกลับ หรือไม่

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

การวิเคราะห์ความร้อนของอาหาร1 บทนำอาหารส่วนใหญ่จะอยู่ภายใต้การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของพวกเขาในระหว่างการผลิตการขนส่งการจัดเก็บการจัดเตรียมและการบริโภคเช่นพาสเจอร์ไรซ์ฆ่าเชื้อระเหย, การทำอาหารแช่แข็งหนาว ฯลฯ การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของส่วนประกอบอาหารที่ มีผลต่อคุณสมบัติโดยรวมของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายเช่นรสชาติลักษณะเนื้อสัมผัสและความมั่นคง ปฏิกิริยาทางเคมีเช่นไฮโดรไลซิเดชั่นหรือลดลงอาจจะได้รับการส่งเสริมหรือการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพเช่นการระเหยละลายตกผลึกรวมหรือเจอาจเกิดขึ้น ความเข้าใจถึงอิทธิพลของอุณหภูมิต่อสมบัติของอาหารที่จะช่วยให้ผู้ผลิตอาหารเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการเงื่อนไขการประมวลผลและการปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญสำหรับนักวิทยาศาสตร์อาหารจะมีเทคนิคการวิเคราะห์เพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในอาหารเมื่ออุณหภูมิของพวกเขาแตกต่างกันไป เทคนิคเหล่านี้มักจะถูกจัดกลุ่มภายใต้หัวข้อทั่วไปของการวิเคราะห์ความร้อน ในหลักการเทคนิคการวิเคราะห์ส่วนใหญ่สามารถนำมาใช้หรือดัดแปลงได้ง่ายในการตรวจสอบคุณสมบัติที่อุณหภูมิขึ้นอยู่กับอาหารเช่นสเปกโทรสโก (NMR, UV-มองเห็น, IR สเปกโทรสโก, เรืองแสง) กระเจิง (แสงรังสีเอกซ์นิวตรอน) ทางกายภาพ (มวลความหนาแน่นของการไหล, ความจุความร้อน) เป็นต้นอย่างไรก็ตามในปัจจุบันการวิเคราะห์ความร้อนเป็นคำที่มักจะสงวนไว้สำหรับช่วงแคบ ๆ ของเทคนิคที่วัดการเปลี่ยนแปลงในคุณสมบัติทางกายภาพของอาหารที่มีอุณหภูมิเช่นมวลความหนาแน่นของการไหล , ความจุความร้อน ด้วยเหตุนี้เพียงเทคนิคเหล่านี้จะได้รับการพิจารณาในการบรรยายนี้. 2 อุณหภูมิคุณสมบัติขึ้นอยู่กับอาหารในขั้นต้นจะเป็นประโยชน์เพื่อเน้นบางส่วนของการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพที่เกิดขึ้นในส่วนประกอบอาหารเมื่ออุณหภูมิจะแตกต่างกัน. 2.1 ความหนาแน่นของความหนาแน่นของวัสดุที่บริสุทธิ์ที่ไม่ได้รับการเปลี่ยนเฟส (เช่นการละลายตกผลึกหรือระเหย) มักจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น นี้เป็นเพราะอะตอมในวัสดุที่ย้ายไปรอบ ๆ มากขึ้นอย่างจริงจังเมื่อพวกเขาได้รับพลังงานความร้อนและเพื่อให้ช่องว่างระหว่างโมเลกุลเพิ่มขึ้น มวลของวัสดุที่เป็นอิสระจากอุณหภูมิ (ให้ระเหยหรือไอน้ำจะไม่เกิดขึ้น) และการเพิ่มขึ้นของปริมาณที่มีอุณหภูมิจะนำไปสู่การลดลงของความหนาแน่น (ตั้งแต่ r = M / V) ความรู้เกี่ยวกับอุณหภูมิการพึ่งพาอาศัยกันของความหนาแน่นของวัสดุอาหารมักจะถูกนำมาใช้โดยวิศวกรในการออกแบบการดำเนินงานการประมวลผลเช่นภาชนะบรรจุสำหรับการจัดเก็บวัตถุดิบหรือท่อผ่านที่วัสดุไหล ในวัสดุที่จะรับช่วงช่วงการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นที่มีอุณหภูมิอยู่อย่างมาก ของแข็งมักจะมีความหนาแน่นสูงกว่าของเหลวและดังนั้นเมื่อละลายของแข็งหรือของเหลวตกผลึกมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญในความหนาแน่นซ้อนทับบนรูปแบบปกติของความหนาแน่นของอุณหภูมิ การใช้การวัดความหนาแน่นของการตรวจสอบการละลายและการตกผลึกของวัสดุจะได้รับการกล่าวถึงในภายหลัง. 2.2 ขั้นตอนการเปลี่ยนการเปลี่ยนแปลงเฟสหมายถึงกระบวนการที่วัสดุที่ถูกแปลงจากสภาพร่างกายหนึ่งไปยังอีก มากที่สุดที่เกิดขึ้นในช่วงช่วงในอาหารที่ละลาย (ของแข็งเพื่อของเหลว) การตกผลึก (ของเหลวต่อการแข็ง) การระเหย (ของเหลวเพื่อแก๊ส) ควบแน่น (ก๊าซกับของเหลว) ระเหิด (ของแข็งไป แก๊ส) และการเปลี่ยนแก้ว (แก้วการยาง) เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยจากรัฐทางหนึ่งไปยังอีกมันทั้งดูดซับหรือให้ออกความร้อน กระบวนการที่ดูดซับความร้อนเป็นดูดความร้อนในขณะที่กระบวนการที่วิวัฒนาการความร้อนเป็นกระบวนการคายความร้อน คุณสมบัติโดยรวมของอาหารที่อาจมีการเปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัดเมื่อส่วนประกอบที่สำคัญได้รับการเปลี่ยนเฟสและดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่มีเทคนิคการวิเคราะห์สำหรับการตรวจสอบกระบวนการเหล่านี้ เทคนิคเหล่านี้ใช้วัดคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุที่มีการเปลี่ยนแปลงเมื่อวัสดุที่ผ่านการเปลี่ยนเฟสเช่นโครงสร้างโมเลกุลและความคล่องตัวโมเลกุลหนาแน่นไหล, ความจุความร้อน. 2.3 เจอาหารหลายชนิดมีองค์ประกอบที่มีความสามารถในการขึ้นรูปเจลเมื่ออาหารที่ร้อนหรือเย็นภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม ส่วนใหญ่เจลอาหารที่มีเครือข่ายสามมิติของพลาสติกชีวภาพที่รวบรวมหรือทอดหรืออนุภาคคอลลอยด์ที่ดักจับปริมาณน้ำขนาดใหญ่เพื่อให้โครงสร้างทั้งหมด "แข็งเหมือน" ลักษณะ คุณสมบัติทางกายภาพของเจลเช่นลักษณะ (โปร่งใสหรือทึบแสง), น้ำถือความจุไหลและความมั่นคงขึ้นอยู่กับชนิดในที่สุดโครงสร้างและการมีปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลหรืออนุภาคที่พวกเขามี ตัวอย่างทั่วไปของอาหารเจที่ทำให้บทบาทสำคัญในการคุณสมบัติโดยรวมของพวกเขามีไข่แป้ง, เยลลี่, โยเกิร์ตและผลิตภัณฑ์จากเนื้อสัตว์ ในอาหารบางชนิดเจลที่จะเกิดขึ้นบนเครื่องทำความร้อน (เจลร้อนการตั้งค่า) ในขณะที่คนอื่น ๆ มันจะเกิดขึ้นในการระบายความร้อน (เย็นตั้งค่าเจล) เจลยังอาจเป็นได้ทั้งความร้อนกลับได้หรือเทอร์โม irreverisble ขึ้นอยู่กับว่าเจจะกลับหรือไม่