热分析在淀粉行业应用
热分析方法的原理和应用
热分析方法的原理和应用1. 引言热分析方法是一种基于样品在高温条件下发生物理和化学变化的测定方法。
它通过对样品在不同温度下的质量变化、热效应及产物的分析，来研究样品的组成、结构和性质。
热分析方法广泛应用于材料科学、化学、环境科学、药物科学等领域，本文将介绍热分析方法的原理和应用。
2. 热分析方法的分类热分析方法可以分为多个子类，常见的热分析方法有： - 热重分析（TG） - 差热分析（DSC） - 热解气体分析（TGA/EGA） - 差热热膨胀（DTE） - 差热差热膨胀（DTA） - 热导率分析（TGA） - 动态热分析（DTA）3. 热分析方法原理3.1 热重分析（TG）热重分析是通过仪器测量样品在不同温度下质量的变化来分析样品的组成、热分解和气体介质中的吸附或消耗物质等。
原理是将样品在恒定升温速率下进行加热，通过测量质量的变化来分析样品的性质。
3.2 差热分析（DSC）差热分析是通过测量样品和参比物温度的差异来分析样品的热效应和相变行为。
原理是将样品和参比物同时加热，通过测量他们的温度差异来分析样品的热的吸放热、物相转变等。
3.3 热解气体分析（TGA/EGA）热解气体分析是通过测量样品在不同温度下释放的气体来分析样品的组成和热分解行为。
原理是样品在升温过程中，释放出的气体通过气体分析仪器进行分析，从而得到样品的组成信息。
3.4 差热热膨胀（DTE）差热热膨胀是通过测量样品和参比物的膨胀差异来分析样品的热膨胀性质。
原理是样品和参比物同时加热，通过测量他们的长度或体积变化差异来分析样品的热膨胀性质。
3.5 差热差热膨胀（DTA）差热差热膨胀是通过测量样品和参比物的温差和膨胀差异来分析样品的热效应和热膨胀性质的一种方法。
原理是样品和参比物同时加热，通过测量他们的温差和长度或体积变化差异来分析样品的热效应和热膨胀性质。
3.6 热导率分析（TGA）热导率分析是通过测量样品在不同温度下的热导率来分析样品的导热性质。
淀粉结晶度和相对结晶度
淀粉结晶度和相对结晶度全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：淀粉是一种广泛存在于植物体内的多糖化合物，它是维持植物生长和发育的重要物质。
淀粉分子由葡萄糖单元组成，是一种具有多种功能的多糖类物质。
淀粉在工业生产中有着广泛的应用，其中淀粉结晶度和相对结晶度是重要的指标。
本文将介绍淀粉结晶度和相对结晶度的概念、评价方法、影响因素及其意义。
一、淀粉结晶度和相对结晶度的概念淀粉结晶度是指淀粉颗粒内部结晶的程度，是衡量淀粉晶体结构完整性的指标。
淀粉结晶度越高，意味着淀粉颗粒内晶体结构越完整、颗粒间结晶质量越均匀、物理性质越稳定。
相对结晶度是指淀粉的结晶度与标准淀粉的结晶度之比，通常以标准淀粉的结晶度为100%。
淀粉结晶度可以通过多种方法进行评价，常用的方法有X射线衍射法、显微镜观察法、热分析法等。
X射线衍射法是目前应用最广泛的测定淀粉结晶度的方法，通过X射线衍射仪测定淀粉颗粒的衍射图谱，可以得到淀粉结晶度的数值。
显微镜观察法是通过显微镜观察淀粉颗粒的形态和结晶特征来评价淀粉结晶度。
热分析法是通过热重分析仪测定淀粉在加热过程中的质量变化，从而得到淀粉结晶度的信息。
淀粉结晶度和相对结晶度受多种因素影响，主要包括淀粉来源、加工方法、储存条件等。
淀粉来源是影响淀粉结晶度和相对结晶度的关键因素，不同植物种类、品种的淀粉结晶度和相对结晶度有所差异。
加工方法也会对淀粉结晶度产生影响，比如高温烘烤、结晶等加工过程会降低淀粉结晶度。
储存条件也会影响淀粉结晶度，长时间高温、高湿储存会导致淀粉结晶度下降。
淀粉结晶度和相对结晶度对淀粉的品质和应用有着重要的影响。
淀粉结晶度高的淀粉颗粒结构完整、性质稳定，可以提高淀粉的黏度和凝胶性能，适用于食品工业中的增稠剂、稳定剂等。
相对结晶度可以反映淀粉结晶度的综合性指标，可以作为淀粉品质和结构的评价标准。
第二篇示例：淀粉结晶度和相对结晶度是淀粉研究领域中常用的两个重要指标，它们可以反映淀粉颗粒的结晶程度和稳定性，对淀粉在食品加工和工业应用中起着重要作用。
热分析技术的应用和原理
热分析技术的应用和原理简介热分析技术是一种广泛应用于材料科学、化学工程和环境科学等领域的实验方法。
它通过对材料在不同温度条件下的热行为进行研究，揭示了材料的性质和结构信息，为材料设计、加工和性能评价提供了重要依据。
本文将介绍热分析技术的应用和原理，并重点讨论热重分析和差示扫描量热分析两种常用的热分析方法。
应用热分析技术在许多领域都有广泛的应用，以下是热分析技术的一些典型应用：1.材料性能研究：热分析技术可以用于研究材料的热稳定性、热分解特性以及热变形行为。
通过分析材料在不同温度条件下的质量变化、热吸放能量以及尺寸变化等参数，可以评估材料的热稳定性和热稳定温度范围，为材料的应用提供参考。
2.陶瓷和玻璃制备：热分析技术可以用于研究陶瓷和玻璃材料的烧结行为、相变特性以及热膨胀性能。
通过对材料在升温和降温过程中的质量变化以及热吸放能量进行分析，可以确定陶瓷和玻璃材料的烧结温度范围、烧结速率以及热膨胀系数等关键参数。
3.化学反应动力学研究：热分析技术可以用于研究化学反应的动力学特性。
通过对反应物的热分解过程进行研究，可以确定反应的起始温度、反应速率以及反应的放热或吸热特性。
这些信息对于了解反应机理和优化反应条件具有重要意义。
4.环境污染的监测与控制：热分析技术可以用于监测和分析环境样品中的有机物和无机物。
例如，热重分析可以用于测定大气颗粒物中的有机物和无机物的含量分布和热解特性，从而评估空气中的污染程度并制定相应的治理措施。
原理热分析技术的原理主要基于材料在不同温度条件下的热行为。
根据热量传递的方式不同，热分析技术可分为热重分析和差示扫描量热分析两种常见方法。
热重分析（Thermogravimetric Analysis, TGA）热重分析是一种通过测量材料在升温过程中的质量变化来研究材料热行为的方法。
其原理基于样品在升温过程中发生物理变化或化学反应时，会引起样品质量的变化。
通过测量样品质量变化与温度的关系，可以揭示样品的热分解特性、相变行为以及热稳定性。
热分析技术应用综述
热分析技术应用综述热分析技术是一种广泛应用的技术，可以用来分析物质的物理性质和化学成分。
它主要应用于医药、食品、能源、化学、材料和环境等多个领域，研究各种物质的物性和热分析过程。
本文综述了热分析技术在上述几个领域的应用，以期深入探索热分析技术的特性、原理和未来的发展方向。
1.药领域热分析技术在医药领域的应用越来越广泛，主要用于药物研究及药物质量控制。
热分析可以帮助分析药物的比热、比释放、溶解度和压缩性等性质，为药品质量控制提供重要依据。
此外，热分析技术还可用于检测药物作用机制，评估药物添加剂对溶解度、稳定性及粉末流动性的影响，研究药物的合成过程，以及实现基于温度的无创检测。
2.品领域热分析技术在食品加工上有着广泛的应用。
目前，热分析可以帮助分析食品的水分含量、活性物质含量、油脂含量、脂肪氧化、新陈代谢及热物性等特性，并对对食品的安全性、品质和有效成分进行可靠的检测。
此外，热分析技术还可用于分析食品加工中的热处理效果，理解食品加工的微观结构特征，以及检测低温保存时食品中活性物质的传递及稳定性。
3.源领域在能源领域，热分析技术可用于燃料、煤、石油、天然气等燃料分析，以及热力能源的储存与利用。
由于热分析能够精确分析燃料和热源的燃烧特性，它不仅可以用于检测和验证燃料的成分，还可用于评估燃料的发动机性能，帮助改善燃料的发动机效率和热力能源储存利用系统的效率。
4.学领域热分析技术在化学领域被广泛应用，它可以用于分析液体、固体、气体和复合物等物质。
热分析可以用于分析化学反应物的比热、比释放、溶解度和压缩性等性质，探索化学反应机理，评价反应物的热分解特性，研究复合物的热分解规律，检测不同化学物质的热安定性，以及求解各类化学反应中反应物之间的相互作用等。
5.料领域热分析技术可以用于材料性能等热分析测试，以分析构成材料的特性，它可以用于分析材料的吸收热量、比热、比释放、溶解度和压缩性，以及多元材料的热性能分析。
此外，热分析技术还可以评估材料的耐热性、耐腐蚀性、抗氧化性、抗老化能力以及材料制造过程中的热安定性等，从而帮助研究和开发新型材料。
淀粉老化原理的应用
淀粉老化原理的应用淀粉老化介绍淀粉老化是指将淀粉加热并蒸发水分，使其分子结构发生变化，形成老化淀粉。
老化淀粉具有一定的特殊性质和用途，常被应用于食品工业和纺织工业中。
食品工业中的淀粉老化应用1.增加粘度稳定性：老化淀粉在水中溶解时，由于分子结构的变化，其粘度较新鲜淀粉更加稳定。
这种特性使老化淀粉常被用于食品制造过程中，如面粉制品、糕点等。
2.增强胶凝能力：老化淀粉具有较强的胶凝能力，在食品制造中常被用作胶凝剂。
例如，老化淀粉可用于制作果酱、果冻、糖果等。
3.提高稳定性：老化淀粉在制作食品时，由于其结构较稳定，可以提高食品的贮存稳定性和延长保质期。
纺织工业中的淀粉老化应用1.增加纤维的粘合性：老化淀粉常被用作纺织工业中的粘合剂。
在纺织品加工过程中，通过将淀粉糊浆涂在纤维上，经过一定的温度和压力处理后，淀粉会老化并形成粘合剂，从而将纤维粘合在一起。
2.增强纤维的黏附性：老化淀粉的粘度较高，可以增强纤维之间的黏附性，使得纤维更加牢固地粘在一起。
这种特性在纺织品制造过程中，特别是在纸浆制造中广泛应用。
3.提高纤维的耐磨性：老化淀粉能够增加纤维的硬度和耐磨性，使纺织品更耐久。
纤维在与老化淀粉结合后，能够抵抗挤压、扭曲和摩擦等力的作用，从而提高纤维的使用寿命。
其他应用领域除了食品工业和纺织工业，淀粉老化还有其他一些应用领域。
以下是一些值得注意的应用领域：1.造纸工业：老化淀粉在造纸工业中被用作粘结剂，起到增强纸张的结构和强度的作用。
2.医学领域：老化淀粉被应用于缓释药物的制备中，通过老化淀粉制成的缓释剂能够使药物释放得更加稳定和持久。
3.土壤改良：老化淀粉可以改善土壤的质地和结构，增加土壤保水性和肥力，提高种植作物的产量。
结论淀粉老化原理的应用涵盖了食品工业、纺织工业以及其他一些领域，广泛用于增加粘度稳定性、提高胶凝能力、增强纤维的粘合性和耐磨性等方面。
对于食品工业来说，老化淀粉能够提高食品的质量和稳定性；对于纺织工业来说，老化淀粉可以增强纤维的粘合性和耐磨性。
热分析方法的原理和应用
、质量损失速率、温度的倒数，求出相邻点间的差值，再 使用公式，通过作图法求得活化能E与反应级数n
• 极值法 在TG、DTG曲线上取包括峰值在内的一系列重量～温
度值，使用公式，利用作图法求得活化能E、频率因子A 与反应级数n
TG 曲线
图中所示的反应单从 TG 曲线上看，有点像一个单一步骤的过程
DTG
DTG 曲线
但从微分（DTG）曲线则明显区分出分解分为两个相邻的阶段
Sample
热重分析仪（TG）原理图
Furnace
Ba la nc e
NETZSCH 热重分析仪： TG 209 C Iris®
FT(IR23g0a癈s )cell
药物熔点的测定
药物纯度的测定
❖ 依据van’t Hoff方程 ：
T = T0 - (RT02c / DHo).(1/F)
c = (T0 - Tm).DH0 / RT0
T / K为样品熔化过程中某一瞬间的温度；T0 / K为纯
化合物的熔点；Tm /K为样品的熔点; F为温度T时被测
样品熔化的摩尔分数, DH0 为熔化焓，c为样品中杂
质的分数。 ❖ 以熔化过程中样品温度T对1/F作图, 应为一直线,其截
速率常数 k 的意义
阿仑尼乌斯方程：k = A ·e -Ea/RT • A：指前因子，又称频率因子，与活化分子转化成产物分
子的速率有关。 • E方a：能活参化与能反应。，反其应大体小系反中映具了有反活应化速能率E随a 的温“度活的化变分化子程”度
。随着温度的升高，活化分子数增多，更多的分子具有了 活化能。活化能较大的反应，升高温度能够显著加快反应 速率，活化能较小的反应则反之。 • R：摩尔气体常数，R ＝ 8.314 J·K-1·mol-1
淀粉老化测定技术研究进展
老 化的特 性进 行综 合 分 析 ， 得 到 的结 果 才 更 接 近 真 实 情况 。故分 别 对 流变 学 、 热 分析 、 光谱 学 、 酶 法 测
定 等在淀 粉 老化 中 的应 用 进行 概 述 ， 并 比较 各 方 法 的优 劣 。
淀粉 及 淀粉 基 食 品在 老 化过 程 中物理 、 化 学 特
性 的变化是 测量 淀粉 老化 的关键 。由于淀 粉老 化是 受很 多 因素影 响 的一 个 复杂 过 程 ， 单 一 方 法不 能全 面分 析淀 粉 的老化 特 性 ， 因此采 用 不 同方 法对 淀粉
示淀 粉凝 胶 的老 化 使 得 杨 氏模 量 和 断 裂 应 力增 加 ， 断裂 应变 降低 。
化能 够造 成食 品体 系 硬度 的升 高 ， 弹 性 的 降低 。通
过 质构仪 检测 不 同存放 时 间的大 米淀 粉糊 和添 加少
量Ｊ ３ 环糊精 的大米 淀 粉 糊 ， 结 果 发 现 随着 存 放 时 问
的延长 ， 两种淀粉糊的内聚性 和弹性均明显 Ｉ Ｆ 降， 硬
度 和 咀嚼性 增加 ， 添加 Ｊ ３ 环 糊精 的大 米 淀 粉糊 各参
囡
２
ｓ
饲
Ｃ ｝ ｝ Ｊ ＳＴ ＲＹ 、 ■ ＥＲＥ Ａｔ 箍 ＦＥＥＤ
淀 粉 老 化 测 定 技 术 研 究 进 展
曹立松 ， 刘亚伟 ， 刘 洁， 谢 军红 ， 武小辉 ， 刘晓杰
（ 河南： ｒ业大学粮油食品学院／ ／ ｄ ， 麦和玉米深加工同家 程实验室 ， 河南 郑州 ４ ５ ０ ０ ０ １ ）
项（ 项 目编 号 ： ２ ０ １ ２ Ｙ Ｊ Ｃ Ｘ］ ３ ）
淀粉的dsc曲线
淀粉的dsc曲线
淀粉的DSC曲线是一种通过差示扫描热量法（DSC）测定的淀粉热性质曲线。
该曲线反映了淀粉在加热过程中的能量变化。
在DSC曲线上，淀粉的吸热峰和放热峰可以反映出淀粉的热稳定性和相变行为。
吸热峰通常出现在淀粉开始熔化的温度范围内，表示淀粉从固态转变为液态的过程。
放热峰则出现在淀粉开始结晶的温度范围内，表示淀粉从液态转变为固态的过程。
通过观察DSC曲线，可以了解淀粉的热性质，包括熔点范围、结晶度、热稳定性等。
这些性质对于淀粉在食品、工业等领域的应用具有重要意义。
以下是DSC曲线在淀粉研究中的一些主要用途：
1.热力学性质测定：DSC可以测量淀粉在不同温度下的热容量、热焓等热
性质参数，从而了解淀粉的热力学行为和热稳定性。
2.相变研究：淀粉在加热过程中会发生相变，如糊化、凝胶化等。
DSC可
以测量淀粉在相变过程中的热量变化，从而研究淀粉的相变行为和相变
温度。
3.改性研究：淀粉可以通过化学、物理或生物方法进行改性，以改善其性
能。
DSC可以用于研究淀粉的改性效果，如改性后淀粉的热稳定性、相
变温度等。
此外，DSC曲线还可以用于指导开发新品种的脂类物质，如人造奶油、人造黄油等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
热分析技术在淀粉类食品行业的应用
焦联联
耐驰科学仪器商贸（上海）有限公司
摘要
淀粉类食品包括小米、黑米、荞麦、燕麦、薏仁米、高粱、土豆、山药、薯类等。
淀粉是葡萄糖的高聚体，水解到二糖阶段为麦芽糖，完全水解后得到葡萄糖。
天然淀粉有直链淀粉和支链淀粉两类构成，直链淀粉含几百个葡萄糖单元，支链淀粉含几千个葡萄糖单元。
为了深入了解淀粉类食品的化学性能，热分析技术在其研究、探讨过程中被广泛使用。
关键词：食品、淀粉、热分析
一、淀粉类食品的热分析性能介绍：
· 淀粉类食品的糊化、凝胶、回生、老化性能测试
1、糊化：淀粉在高温下溶胀、分裂形成均匀糊状溶液的特性，称为淀粉的糊化。
糊化的热分析实质是淀粉中晶体的融化。
2、凝胶：淀粉的凝胶主要是直链淀粉分子的缠绕和有序化，即糊化后从淀粉粒中渗析出来的直链淀粉，在降温冷却的过程中以双螺旋形式互相缠绕形成凝胶网络，并在部分区域有序化形成微晶。
3、回生：糊化后的淀粉，分子处于无序的高能态，由于分子间势能的作用，淀粉分子趋于有序重排结晶，即回生。
淀粉的回生即为淀粉的重结晶。
A、短期回生（一般以小时计）：主要由直链淀粉的缠绕有序所引起。
B、长期回生（一般以天计）：主要归于支链淀粉的重结晶。
4、老化：淀粉老化的过程是不可逆的，是将糊化了的淀粉在室温或低于室温的条件下慢慢地冷却，经过一段时间，变得不透明，甚至凝结沉淀、重结晶等现象称为淀粉的老化，俗称“淀粉的返生”。
比如生米煮成熟饭后，不可能再恢复成原来的生米。
老化后的淀粉，不仅口感变差，消化吸收率也随之降低。
· 淀粉类食品的玻璃化转变性能测试
淀粉的玻璃化转变关系到以淀粉为原料的食品的质构和货架寿命，玻璃化转变温度(Tg)更是食品贮藏的一项关键指标，已成为当今研究热点之一。
1、影响淀粉类食品玻璃化转变的因素
A. 水分含量：淀粉的玻璃化转变温度会随水分含量的增加而降低，主要是因为水在淀粉制品中起增塑作用，降低玻璃化转变温度。
B、结晶度
C、支链淀粉分子侧链：不同种类的淀粉，其支链淀粉分子侧链越短并且数量越多，增塑效果越强，则Tg也相应越低。
D、重结晶
E、平均分子量：不同的淀粉分子平均分子量不同，平均分子量越高，Tg也越高。
2、玻璃化转变对食品品质的影响
淀粉的结晶化是淀粉食品（如面包等）老化的主要因素，随着结晶的形成，可溶性淀粉减少，食品质构变硬，其中直链淀粉分子相对支链淀粉分子而言，由于其分子间空间障碍小，易相互靠拢并缔合，结晶较快。
所以有研究认为，食品的老化是由支链淀粉分子结晶引起的，而直链淀粉分子在面包冷却时就已经结晶。
因此，将面包在玻璃态温度以下储藏，对防止老化是有效的。
所以控制好Tg对延长食品的货架寿命是至关重要。
· 淀粉类食品的水分含量的测试
食品中的水可用3种方法表示：水分含量、水分活度和水的动态流动性。
水分活度是用来表示食品中水与食品的结合程度，可分为自由水与结合水。
热分析技术可用来测定食品体系中的自由水即可冻结水。
结合水含量 = 总水分含量－自由水含量
诸多研究表明，在物质体系中，水分起到很强的
增塑作用。
淀粉的玻璃化转变温度会随水分含量的增加而降低，因此在室温贮存时水分子的迁移会对含淀粉食品的质构变化产生很大影响，这就有必要确定室温时淀粉制品发生转变时对应的水分含量。
· 淀粉类食品的降解测试
淀粉类食品的降解测试主要会考察食品的稳定性等方面性能。
二、热分析在淀粉类食品行业的应用
1、小麦淀粉的糊化（DSC
）
淀粉在常温下不溶于水，但当水温升高至一定温度以上时，淀粉的物理性能发生明显变化。
淀粉在高温下溶胀、分裂形成均匀糊状溶液的特性，称为淀粉的糊化。
上图为小麦淀粉的糊化性能测试，可看出糊化峰值在62.9℃附近，吸收约为11.72J/g热焓。
2、淀粉的糊化、凝胶、回生（DSC
）
该图为淀粉加水在室温下放置3小时后的升降温过程测试。
第一次升温曲线：对淀粉加水后升温糊化，糊化的起始点、峰值分别为：62.7℃、70.0℃，糊化吸热焓为6.096J/g。
降温曲线：在峰值88.2℃附近，有一热焓面积约为2.581J/g的放热峰，归因为在凝胶过程中，淀粉内部发生结晶，直链淀粉分子的缠绕和有序化，形成凝胶网络造成。
此时，直链淀粉与脂质会形成一定量的复合物。
第二次升温曲线：在峰值39.8℃附近，有一热焓面积约为0.4675J/g的吸热峰，因为在凝胶、回生过程中，淀粉内部会再次的重结晶，重结晶过后，我们对其作升温测试，则由晶体熔融导致该吸热峰的出现；在起始点93.6℃、峰值103.1℃附近的吸热峰，热焓约为5.232J/g，推测为复合物中淀粉的直链与脂质的解体。
3
、天然大米淀粉与处理后淀粉的比较
将淀粉与水按30:70比例混和，在DSC密闭坩埚中测量。
从图中可得：天然大米在峰值70.6℃和78.0℃附近出现熔融峰，熔融热焓为9.6J/g，在峰值99.2℃附近出现0.52J/g的吸热焓，归因为大米淀粉中的直链淀粉与油脂复合物的降解。
处理后的淀粉只出现了熔融峰，没有分解峰，说明在处理过程中，已经天然大米中的油脂剥离，所以没有直链淀粉与油脂复合物降解峰的出现。
4
、淀粉的热降解
淀粉的热降解过程由图可得：
1、室温至175℃附近：失重11.4％，在75.7℃处失重速率达最大，推测可能为水分的烧失及淀粉与油脂复合物的降解；
2、175℃至400℃附近：有两步失重，分别为3.3 %、64.8%，在300℃处失重速率达最大，推测为淀粉的深入降解；
3、400℃至1000℃附近，失重19.1％左右，推测为残余淀粉的进一步降解。
5、意大利面条的热分解
意大利面条的热降解过程由图可得：
1、室温至175℃附近：失重4.4％，在87.0℃处失重速率达最大，推测可能为水分的挥发；
2、175℃至675℃附近：出现多步失重，分别为7.2％、47.9％、8.1％、6.8％、22.0％，推测为面条的多步降解导致；
3、675℃至990℃附近，失重1.6％左右，推测为面条中残余物质的进一步降解。