Chip-DSC – Lebensmitteluntersuchungen mit DSC – Butter und Margarine
Lebensmittel-DSC – Schmelzverhalten von Butter und Margarine
Die Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) kann auch für die Analyse von Lebensmitteln verwendet werden.
In der Lebensmittelindustrie muss eine gleichbleibend hohe Qualität und Reinheit gewährleistet werden – deshalb muss jedes Lebensmittelprodukt, das industriell hergestellt wurde, einer Qualitäts- und Reinheitskontrolle unterzogen werden. Das funktioniert beispielsweise mit einer Chip-DSC 10.
In der Lebensmittelproduktion und bei der Untersuchung von Lebensmitteln aufgrund von Gesundheitsstudien gewinnt die thermische Analyse immer mehr an Bedeutung. Insbesondere der Kohlenstoff- und Fettgehalt verschiedener Produkte ist sehr oft Ziel des analytischen Interesses. Butter und Margarine sind typische Beispiele, bei denen die Art der enthaltenen Fette nicht immer einfach zu untersuchen ist. Daher kann die DSC-Methode als Werkzeug zur Qualitätskontrolle in Produktion und Forschung eingesetzt werden.
In dieser Anwendung wurde die neue Chip-DSC für Messungen von verschiedenen fetthaltigen Proben verwendet. Das DSC-Signal wird im Allgemeinen durch Erhitzen einer probenhaltigen Pfanne und einer leeren Referenzpfanne mit der gleichen Wärmequelle und Subtraktion der Wärmestromsignale der beiden Pfannen voneinander erzeugt, was zu endothermen oder exothermen Peaks führt, wenn sich die Probentemperatur aufgrund thermischer Effekte ändert.
Die Chip-DSC integriert alle wesentlichen Teile der DSC: Ofen, Sensor und Elektronik in einem miniaturisierten Gehäuse. Die Chip-Anordnung umfasst den Heizer und den Temperatursensor in einer chemisch inerten keramischen Anordnung mit metallischem Heizer und Temperatursensor.
Dadurch ermöglicht die Chip-DSC eine sehr schnelle Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit bei gleichzeitig hoher Auflösung und Genauigkeit sowie Reproduzierbarkeit.
Das Ergebnis einer DSC-Messung kann als Fingerprint-Modell zur Substanzidentifikation in der Qualitätskontrolle verwendet werden, aber auch zur Bestimmung von Wirkungsenthalpien wie z. B. bei Phasenübergängen.
DSC Wärmeflusskurven von Pflanzenmargarinen, fettarmer Margarine und Butter. Aufheizrate 5 K/min.
Die Abbildung zeigt DSC-Profile von drei verschiedenen Arten von Margarinen und Butter. Jede Probe wurde mit flüssigem Stickstoff auf -60°C vorgekühlt und dann unter denselben Bedingungen und mit derselben Probenmasse gemessen.
Der erste Effekt, der bei allen vier Proben beobachtet werden kann, ist die endotherme Schmelzenthalpie des enthaltenen Wassers bei etwa 0°C. Die Pflanzenmargarine und die Sonnenblumenölmargarine mit einem Fettgehalt von 80% weisen deutlich weniger Wasser auf als die fettarme Margarine, die nur 37% Fett enthält. Butter hingegen hat einen ähnlichen Wassergehalt wie die 80%igen Fettmargarinen.
Bei 50°C beginnen die Fettsäuren der Pflanzen- und Sonnenblumenölmargarine zu schmelzen und zeigen mehrere endotherme Schmelzpeaks. Die Sonnenblumenölmargarine zeigt weniger Peaks als die Pflanzenmargarine, die offensichtlich mehr verschiedene ungesättigte und gesättigte Fettsäuren enthält. Die fettarme Margarine schmilzt früher bei ca. 40°C und zeigt einen breiten Schmelzpeak, der darauf hinweist, dass dieses Produkt mehr kurzkettige Fettsäuren enthält als die beiden Pflanzenmargarinen.
Die Butter hingegen beginnt etwas oberhalb der Raumtemperatur zu schmelzen, was zu einem beachtlichen kleinen Schmelzpeak bei 35°C führt. Bei höheren Temperaturen gibt es zusätzliche Schmelzeffekte von Fettsäuren, die als weiße Flocken in der geschmolzenen Butter fest bleiben, bis ihr Schmelzpunkt erreicht ist.
Zusammenfassung
Die Zusammensetzung von Butter und Margarine kann mit dem Chip DSC sehr einfach analysiert und verglichen werden. Der Wassergehalt und verschiedene Fettsäuren können verglichen und für QC- und Forschungszwecke verwendet werden.
