مقدمة
العسل هو مُحلي طبيعي لا يتميز فقط بمذاقه الفريد، ولكن أيضًا بخصائصه الغذائية والطبية.
ويعلم جميع الذواقة أن العسل قد يتبلور بمرور الوقت، اعتماداً على تركيبته وظروف تخزينه. وتؤثر هذه العملية على قوامه ومظهره حيث ينفصل الجلوكوز عن مرحلة الماء ويشكل بلورات صلبة. يرتبط ثبات العسل ضد التبلور، من بين عوامل أخرى، بخصائصه الحرارية. نوضح فيما يلي كيف أن شكل خطوة الانتقال الزجاجي للعسل تحتوي على معلومات عن ثباته.
تجريبي
DSC (قياس السعرات الحرارية بالمسح التفاضلي) هي تقنية نموذجية لتحديد الخواص الحرارية للعسل مثل درجة الانصهار ودرجة حرارة الانتقال الزجاجي. تم إجراء قياس DSC على عينتين من العسل من نفس العلامة التجارية بعمر ومظهر مختلفين. كانت العينة الأولى (القديمة) في حالة متبلورة (أو متبلورة جزئيًا)، بينما كانت العينة الثانية (الجديدة) صافية وفي حالة سائلة.
بالنسبة للاختبارات، تم تحضير 10.8 مجم و9.6 مجم من العسل المتبلور والسائل في بوتقة من الألومنيوم مغلقة بغطاء مثقوب. وُضعت كل بوتقة في خلية DSC، وتم تبريدها ثم تعريضها لتسخين يتراوح بين -80 درجة مئوية و100 درجة مئوية بمعدل تسخين مضبوط قدره 10 كلفن/دقيقة-1. أثناء التجربة، تم تطهير خلية DSC بتدفق ديناميكي من النيتروجين (40 مل/دقيقة).
نتائج القياس
ويوضح الشكل 1 المخطط الحراري للتذبذب الحراري DSC الناتج لكلا القياسين. ترجع الخطوة الحرارية الداخلية المكتشفة عند -44 درجة مئوية (نقطة المنتصف) في كلا المنحنيين إلى الانتقال الزجاجي لعينات العسل. تم العثور عليها عند نفس درجة الحرارة، ولكنها مرتبطة بارتفاعات مختلفة لخطوة السعة الحرارية.
يرتبط ارتفاع الخطوة بكمية الطور غير المتبلور. فكلما زادت درجة تبلور العسل، انخفضت كمية الطور غير المتبلور وصغرت خطوة السعة الحرارية. وهذا ما يفسر قيمة دلتا السعة الحرارية التي تبلغ 0.84 جول/(جم-ك) للعسل المتبلور مقارنةً بالقيمة الأعلى التي تبلغ 1.06 جول/(جم-ك) للسائل.
تم الكشف عن ذروة ماصة للحرارة بين 30 درجة مئوية و80 درجة مئوية فقط في منحنى DSC للعسل المتبلور. وتأتي هذه القمة من الانتقال من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة وتحدث فقط للعسل الذي يكون في الحالة المتبلورة جزئيًا أو كليًا [1]. تتراكب ذروة الذوبان مع زيادة الحرارة الداخلية في خط الأساس. وينتج ذلك عن تبخر الماء الموجود في العسل.
يسمح استخدام البوتقات المغلقة بمنع تبخر الرطوبة، كما هو موضح في الشكل 2. هنا، تم إجراء القياسات في ظل نفس الظروف السابقة، باستثناء شرط واحد: تم استخدام بوتقات الألومنيوم المغلقة بدلًا من البوتقات ذات الغطاء المثقوب. لا يؤثر التغيير في البوتقة على خطوة الانتقال الزجاجي. يمكن تقييم ذروة الذوبان بدقة أكبر لأنها لم تعد متراكبة مع تأثيرات التبخر. تُظهر القياسات أن عملية الذوبان مرتبطة بزيادة في الحرارة النوعية.
الخاتمة
تم تحديد الخواص الحرارية لعينتين من العسل باستخدام المسعر الحراري بالمسح التفاضلي. كانت الأولى شفافة وسائلة والثانية متبلورة جزئيًا. اختلف المنتجان في عمرهما، حيث كان المنتج المتبلور أقدم من المنتج الشفاف. تم اكتشاف درجة حرارة الانتقال الزجاجي لكلا العسلين عند درجة حرارة -44 درجة مئوية. عندما يتم تخزين العسل عند درجة حرارة أقل من درجة حرارة تحوله الزجاجي، Tg، يكون العسل مستقرًا. ومن ناحية أخرى، عند درجة حرارة أعلى من درجة حرارة التحول الزجاجي Tg، يكون عرضة للتبلور. إذا كان المنتج يحتوي على جزء متبلور، يتم اكتشاف قمة ذوبان في منحنى DSC. وكلما زادت درجة التبلور، زادت درجة حرارة الذوبان.
وبالتالي، يمكن استخدام تحليل DSC لتصور حالة تبلور العسل وحتى التنبؤ باستقراره.