引言 ：差示扫描量热法（DSC）是一种实用型的食品表征技术，具体应用范 围包括：
• 淀粉的糊化与老化（回生）行为
• 可可脂和巧克力中脂肪的多晶型现象
• 水分含量或吸收水分的影响
• 老化效应 • 蛋白质变性
• 脂肪含量或固体脂肪指数(SFI)的测定 食品脂肪的加工和处理行为取决于食品中所含固体和液体脂肪的比 例。
食品脂肪的很多流变学和流动性质，及其对终产品质感的影 响，都与这一脂肪比例指数有着密切的联系。 出于健康的考虑，特别是对食品中固体脂肪、饱和脂肪与反式脂肪的 关注，关于食品脂肪类型和含量的研究也越来越重要。食品中所含脂 肪种类多样，固体脂肪含量各不相同。例如，奥利奥（Oreo®）曲奇 饼干就分普通和低脂两种类型。也有类似于奥利奥但是不含固体氢化 脂肪的曲奇饼干。
出于健康的考虑，特别是对食品中固体脂肪、饱和脂肪与反式脂肪的 关注，关于食品脂肪类型和含量的研究也越来越重要。食品中所含脂 肪种类多样，固体脂肪含量各不相同。例如，奥利奥（Oreo®）曲奇 饼干就分普通和低脂两种类型。也有类似于奥利奥但是不含固体氢化 脂肪的曲奇饼干。食品中所含脂肪的性质特点使得用DSC对其进行完整 表征是非常复杂的。每一种脂肪又存在多种融化形 式，使得问题更加复杂。一种多晶形态就是一种不稳 定的融化形式，可以通过加工过程进行控制。为了获 得所需的特定的脂肪质地，有时候需要不同的多晶形 态。
对食品中的脂肪进行成功地分析要求DSC具有较高的 灵敏度和分辨率。分辨能力对于区分脂肪及其可能的 多晶形态的玻璃化转变（Tg）和融化过程是非常重要 的。PerkinElmer公司的功率补偿式DSC兼具分辨 率和灵敏度的，是研究脂肪样品的得力工具。
功率补偿型原理或双炉体结构设计的DSC是表征食品 和脂肪理想的分析设备。重量极小的炉体不仅可以降 低炉体的热惯量，而且也赋予了仪器极快的响应速 率，是市售DSC仪器中性能好的DSC仪器之一。在 所有的市售DSC仪器中，功率补偿式DSC可以实现峰值测定，对重叠峰进行分离。功率补偿式DSC 使用两个独立控制、重量极小（约1克）的炉体。炉体 重量很小可以降低热惯性，加快DSC响应时间，这对 于高分辨测试是非常关键的。
相比之下，热流式DSC或Boersma式DTA的炉体较重 或者使用大质量的银块，因此仪器的响应能力较为 迟缓。直接导致DSC的内在热惯量更大，响应时间更 慢。使用较大炉体的DSC的分辨率也明显低于功率补 偿式DSC。一些仪器公司试图使用大的银块或采用数 学算法来改善上述问题。这些数学算法设法通过调整 数学模型以弥补DSC响应速率较慢等不足。然而，需 要警惕的是，所有数学处理都存在一定假设条件，都 会改变真实的热流测试结果。而双炉体或功率补偿式 DSC利用*的DSC硬件结构设计不会对结果进行任 何数学处理，因此提供的是真实的样品响应数据。
在本研究中，测试了三种不同夹心的曲奇饼干中所含 的脂肪：
• 普通奥利奥®曲奇饼干
• 低脂奥利奥®曲奇饼干
• 类似于奥利奥但是不含固体或氢化脂肪的曲奇饼干
实验 三种不同类型曲奇饼干的夹心测试条件如下。
实验条件 仪器： Pyris™功率补偿式DSC
冷却设备： Intracooler II
样品盘： 开盖铝盘
样品质量： 约11mg
温度范围： -60~100 ˚C
扫描速率： 20 ˚C/min
吹扫气： 氮气
预先使用高纯铟对DSC进行温度和热焓校正。
结果：图1所示为普通奥利奥曲奇饼干夹心的DSC测试结果， 显示了热流随样品温度的变化。由于曲奇饼干夹心 所含脂肪的特性和多晶形式，样品的DSC热谱非常复 杂。脂肪从-18.8 ˚C开始融化。夹心脂肪的一系列熔融 峰分别出现在-2.6、16.1、28.0、35.1和44.5 ˚C。复 杂的熔融曲线反映了生产奥利奥夹心时特定的处理条 件所产生的脂肪多晶形式。曲奇饼干夹心的总熔融能 量是28.2 J/g。DSC结果说明奥利奥曲奇饼干夹心中相 当一部分脂肪在室温以上融化，这是因为夹心中含有 氢化脂肪。
Pyris™功率补偿式DSC的高分辨率赋予仪器具备检测 曲奇饼干夹心脂肪多晶转变精细结构的能力，即便是 以每分钟20 ˚C的速率进行快速升温同样也能够得到清 晰、明了的多晶转变重叠峰。
热流式DSC，特别是使用较大银块的仪器，一般无法 准确分辨冲重叠的多晶转变信号，使得表征数据不够 准确和完整。而使用Pyris™功率补偿式DSC，所有重 要的转变——无论信号大小强弱——都可以被仪器捕 捉到。
普通奥利奥曲奇饼干夹心层被冷却到-60 ˚C，然后以每 分钟20 ˚C的速率再次加热，结果如图2所示。夹心层的 热响应数据与之前相比有很大不同，这反映了夹心层 经历了不同的热历史。融化、冷却、再次加热，使得 脂肪形成新的形貌或结构。DSC是研究脂肪及其多晶形 式的热历史影响的非常有用技术。
在降温实验中，功率补偿式DSC也可以提供很好的测试 结果。脂肪在降温过程中发生明显的结晶行为，这些 信息对于表征和加工过程控制是非常有价值的。图3所 示为奥利奥曲奇饼干夹心层样品以每分钟20 ˚C的速率 从100 ˚C冷却到-60 ˚C的DSC测试结果。脂肪的结晶发 生在23 ˚C。降温曲线证明曲奇饼干夹心层中含有两种 结晶性质不同的脂肪。
图4所示为低脂奥利奥曲奇饼干夹心层的DSC测试结 果。夹心层的多个融熔过程分别发生在-4.1、12.0和 38.8 ˚C。虽然低脂夹心层中也含有固体或氢化脂肪， 较低的熔融能量说明其中脂肪的含量有所下降。 个和第二个熔融过程的能量分别为4.6和4.3 J/g，总能 量为8.9 J/g，这一数值远低于普通奥利奥曲奇饼干夹 心层（28.2 J/g）。
图5所示为类似于奥利奥但是不含固体或氢化脂肪的曲 奇饼干夹心的DSC测试结果。该夹心中的脂肪在0 ˚C以 下就*熔融，熔融峰出现在–26.0和–17.3 ˚C。这一 无氢化脂肪夹心层的熔融能量为16.1 J/g。 图6叠显示了三种不同类型曲奇饼干夹心层的DSC数 据。各种夹心层所含脂肪的熔融曲线的差异非常显著。
总结：对于食品中的脂肪性质和含量，功率补偿式或双炉DSC 可以得到非常好的测试结果。功率补偿式DSC的快速响 应能力可以提供高的分辨率，这对于表征食品所含脂 肪的多晶熔融转变过程是非常关键的。即便是以每分钟 20 ˚C的速率进行快速扫描，功率补偿式DSC也能够提 供很高的分辨率，可以检测曲奇饼干夹心层脂肪多晶形 式产生的多个熔融峰。这些数据对于食品脂肪的完整表 征、质量保证、产品稳定性和加工过程控制来说都是非 常重要的。
