Analiza termiczna stanowi zestaw technik pozwalających na badanie zmian fizycznych i chemicznych materiałów pod wpływem kontrolowanego ogrzewania lub chłodzenia. W przemyśle spożywczym metody termiczne dostarczają cennych informacji o stabilności surowców, procesach technologicznych oraz trwałości przechowalniczej produktów. Jedną z najważniejszych technik jest różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC, ang. Differential Scanning Calorimetry), która umożliwia rejestrację zmian strumienia ciepła zachodzących w próbce względem próbki odniesienia w funkcji temperatury. Dzięki niej można identyfikować procesy endotermiczne (np. topnienie, denaturacja, parowanie) i egzotermiczne (np. krystalizacja, utlenianie) zachodzące w produktach spożywczych.

Zaletą DSC jest szerokie spektrum zastosowań: od oceny jakości sensorycznej żywności, przez badania nad procesami jej przetwarzania, po wykrywanie zafałszowań. Co istotne, metoda nie wymaga specjalnie skomplikowanego przygotowania próbki, a analizy można prowadzić zarówno dla próbek stałych, jak i płynnych.

Rysunek 1. Skaningowy kalorymetr różnicowy firmy Hitachi.

Badanie właściwości białek

Denaturacja białek to jeden z kluczowych procesów badanych za pomocą DSC. Zmiany struktury białek pod wpływem temperatury wpływają na teksturę, soczystość i barwę mięsa, a także na strawność produktów białkowych. Termogramy DSC pozwalają rozróżnić piki endotermiczne odpowiadające denaturacji różnych frakcji białkowych – np. miozyny (ok. 59°C), kolagenu i białek sarkoplazmatycznych (ok. 66°C) oraz aktyny (ok. 82°C). Analizy te mają zastosowanie przy ocenie jakości mięsa wołowego, wieprzowego czy rybnego.

Badania z wykorzystaniem DSC stosuje się również do oceny wpływu wysokiego ciśnienia hydrostatycznego, procesów gotowania, a także niskotemperaturowej obróbki mięsa. Uzyskane wyniki pomagają projektować procesy technologiczne tak, aby zachować pożądaną teksturę i walory sensoryczne produktu.

Badanie właściwości skrobi i sacharydów

DSC jest nieocenionym narzędziem do badania właściwości termicznych skrobi i cukrów. Kleikowanie skrobi to proces endotermiczny, w którym granule tracą uporządkowaną strukturę krystaliczną i absorbują wodę, tworząc lepką zawiesinę. Za pomocą DSC można wyznaczyć temperaturę początku kleikowania (Ton), temperaturę maksimum (Tg) oraz temperaturę końcową (Tend), co pozwala określić charakterystykę różnych rodzajów skrobi.

Retrogradacja, czyli ponowna krystalizacja skrobi, odpowiada m.in. za proces czerstwienia pieczywa. Analiza DSC pozwala określić entalpię tego procesu i ocenić wpływ czasu przechowywania oraz temperatury na jakość pieczywa. W przypadku cukrów ważnym parametrem jest przemiana szklista, odpowiadająca za chrupkość i teksturę wielu produktów cukierniczych.

Rysunek 2. Krzywa DSC dla syropu na bazie cukru (przejście szkliste).

Badanie właściwości tłuszczów

Tłuszcze, szczególnie mleczne i kakaowe, charakteryzują się polimorfizmem, czyli zdolnością do występowania w wielu formach krystalicznych. Różne formy polimorficzne mają odmienne temperatury topnienia i entalpie przemian, co można precyzyjnie analizować za pomocą DSC. Dzięki temu technika jest wykorzystywana do kontroli jakości czekolady, masła czy margaryny.

Analizy DSC są także stosowane w badaniach nad stabilnością oksydacyjną olejów roślinnych. Określenie temperatury początku utleniania pozwala prognozować trwałość tłuszczów podczas przechowywania. Połączenie metod DSC z TGA umożliwia pełniejsze scharakteryzowanie kinetyki utleniania lipidów.

Rysunek 3 Wykres wyników badań czekolady obrazujący proces jej topnienia.

Badanie właściwości wody w żywności

Obecność wody w żywności wpływa na jej trwałość i jakość. DSC umożliwia rozróżnienie między wodą wolną a związaną. Woda wolna uczestniczy w krystalizacji i topnieniu, natomiast woda związana pozostaje nieruchoma w matrycy produktu. Analizy DSC stosuje się do oceny jakości mięsa mrożonego oraz warzyw podlegających procesowi zamrażania i rozmrażania.

DSC w wykrywaniu zafałszowań żywności

DSC jest użyteczna w detekcji zafałszowań produktów spożywczych, szczególnie tłuszczów. Przykładem może być wykrywanie margaryny lub łoju w maśle, co możliwe jest dzięki różnicom w temperaturach topnienia i krystalizacji. Podobnie, analiza oliwy z oliwek z dodatkiem oleju z orzechów laskowych pozwala na wykrycie fałszerstw, które są trudne do ujawnienia innymi metodami. Dzięki czułości i szybkości pomiaru DSC stanowi wartościową alternatywę dla klasycznych metod chromatograficznych.

Podsumowanie

Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC) jest wszechstronnym i niezwykle przydatnym narzędziem w analizie żywności. Umożliwia badanie procesów zachodzących w białkach, tłuszczach, skrobi, cukrach i wodzie, a także wykrywanie zafałszowań. Dzięki DSC możliwe jest lepsze zrozumienie mechanizmów fizykochemicznych w żywności, co ma znaczenie zarówno dla naukowców, jak i przemysłu spożywczego. Technika ta wspiera rozwój nowych produktów, kontrolę jakości i bezpieczeństwa żywności, a także poszukiwanie innowacyjnych metod jej utrwalania. W przyszłości można spodziewać się dalszego rozwoju aparatury DSC, umożliwiającego jeszcze większą czułość i precyzję pomiarów, a także integrację z innymi technikami analitycznymi.

Jesteś zainteresowany systemem DSC? Skontaktuj się z nami!​