Karakterisering af madlavningsolier ved hjælp af differentialscanningskalorimetri (DSC)

Introduktion

De fleste madolier udvindes af planter eller plantefrø. Den første målrettede dyrkning af oliventræer menes at have fundet sted på øen Kreta omkring år 3500 f.Kr. Ud over konsum og produktion af sæbe blev olivenolie også brugt i den katolske liturgi. Figur 1 viser en oliemølle (olivenknuser) i Pompeji fra år 80 f.Kr.

De frugter og frø, der skal udvindes olie af, renses først og knuses derefter mellem valser. Da friskpressede olier normalt også indeholder associerede materialer som lugt-, smags- eller bitterstoffer - eller plantedele, uklarheder eller slim - bliver de ofte raffineret for at hjælpe med at konservere dem. For at gøre det opvarmes den rå olie, men det fører ikke kun til tab af en del af den rå olie, men også til reduktion af ernæringsmæssigt og fysiologisk gavnlige stoffer som tocopheroler. Indholdet af flerumættede fedtsyrer påvirkes dog ikke af dette behandlingstrin. Raffinerede olier er kendetegnet ved en neutral lugt og smag, en længere holdbarhed og en mangel på faste aflejringer under opbevaring.

Koldpressede olier raffineres ikke, men udvindes kun ved presning og efterfølgende filtrering. Den varme, der genereres under presningen, forsvinder ved at afkøle pressen. Den således opnåede olie kaldes "koldpresset", "koldtrukket", "ubehandlet" eller "uforfalsket"; den klassificeres som værende af meget høj kvalitet [2, 3].

Fedtstoffer og olier er triglycerider eller tredobbelte estere af den trivalente alkohol glycerin (1,2,3-propanetriol). De fedtsyrer, som glycerin er forestret med, klassificeres som mættede, umættede eller flerumættede. Grunden til, at fedtstoffer er faste ved stuetemperatur, mens olier er flydende, er indholdet af umættede fedtsyrer. På grund af det øgede indhold af umættede fedtsyrer (hovedsageligt cis-positionerede) forhindres KrystalliseringKrystallisering er den fysiske hærdningsproces under dannelse og vækst af krystaller. Under denne proces frigives krystallisationsvarme.krystallisering, og oliernes Smeltetemperaturer og entalpierEt stofs fusionsenthalpi, også kendt som latent varme, er et mål for den energitilførsel, typisk varme, der er nødvendig for at omdanne et stof fra fast til flydende tilstand. Et stofs smeltepunkt er den temperatur, hvor det skifter tilstand fra fast (krystallinsk) til flydende (isotropisk smelte).smeltepunkt sænkes. Derfor kan man forvente en sammenhæng mellem oliers smelte- og krystalliseringstemperaturer og deres indhold af umættede fedtsyrer.

Eksperimentel

Smelte- og krystallisationsadfærden for kommercielt tilgængelige madolier blev undersøgt ved hjælp af NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix^® med μ-sensor. Nitrogen blev brugt som spulegas (5,0); spulegashastigheden var 40 ml/min. Olierne blev indført i standard aluminiumsdigler med gennemborede låg på en sådan måde, at diglernes bundområde blev helt vådt. Måleparametrene og prøvemasserne er opsummeret i tabel 1 og 2.

Tabel 1: Målebetingelser

Tabel 2: Prøvens masse [mg]

Resultater og diskussion

Madlavningsolierne blev undersøgt under de ovennævnte målebetingelser i temperaturområdet fra -100 °C til stuetemperatur. KrystalliseringKrystallisering er den fysiske hærdningsproces under dannelse og vækst af krystaller. Under denne proces frigives krystallisationsvarme.Krystallisering af prøverne kan ses i de respektive kølesegmenter, og Smeltetemperaturer og entalpierEt stofs fusionsenthalpi, også kendt som latent varme, er et mål for den energitilførsel, typisk varme, der er nødvendig for at omdanne et stof fra fast til flydende tilstand. Et stofs smeltepunkt er den temperatur, hvor det skifter tilstand fra fast (krystallinsk) til flydende (isotropisk smelte).smeltning kan ses i varmesegmenterne. Da olierne hver især har forskellige indholdsniveauer af mættede, enkeltumættede og flerumættede fedtsyrer, og triglyceriderne desuden består af blandinger af forskellige fedtsyrer, har alle prøverne et relativt bredt område inden for smelte- og krystallisationsområdet til fælles. Figur 2 viser en sammenligning af de forskellige oliers smelteadfærd.

I figur 3 vises resultaterne for jordnøddeolie, som består af to opvarmningssegmenter og det mellemliggende kølesegment. Derudover vurderes begyndelsen af smelteprocessen (ekstrapoleret begyndelse) og den højeste temperatur for hovedkomponenten for hver prøve. En sammenligning af disse resultater er opsummeret i tabel 3. De viste værdier er gennemsnitsværdier beregnet ud fra seks målte værdier. Der ses en konsekvent tendens til lavere temperaturer i både start- og spidstemperaturerne i følgende rækkefølge: olivenolie, jordnøddeolie, sesamolie, rapsolie, solsikkeolie og valnøddeolie.

Når man sammenligner indholdsniveauerne i tabel 4 for mættede (kolonne 1), enkeltumættede (kolonne 2) og flerumættede fedtsyrer (kolonne 3) i de analyserede madolier i rækkefølgen fra olivenolie til valnøddeolie, kan man i første omgang ikke se nogen tendens for nogen af kolonnerne 1 til 3. Ikke engang det samlede indhold af umættede fedtsyrer i kolonne 4 (summen af kolonne 2 og 3) viser en tendens, der passer direkte til den valgte rækkefølge af madolierne i tabel 4. Forholdet mellem fedtsyreindholdet og smeltetemperaturen er mere tydeligt illustreret i figur 4. Her kan man se, at smeltetemperaturen stiger, når indholdet af mættede og enkeltumættede fedtsyrer stiger, og falder, når indholdet af flerumættede fedtsyrer stiger.

Tabel 3: Ekstrapolerede begyndelses- og spidstemperaturer for smelteprocesserne [°C]

Tabel 4: Sammenstilling af madolier og deres indholdsniveauer [4]

Når man skal bestemme kvaliteten af olier til fødevareanalyse, er det heller ikke så meget de absolutte værdier for de forskellige fedtsyreniveauer, som deres forhold til hinanden, der er afgørende. Hvis man skaber et sæt forholdstal ved hjælp af kolonne 4 og 1 - dvs. forholdet mellem det samlede indhold af umættede fedtsyrer og mættede fedtsyrer (P:S) - viser der sig nemlig en konsekvent tendens, da værdierne falder fra 7,49 for valnøddeolien til 0,66 for olivenolien (sammenlign med kolonne 5). Farverne i tabel 4 illustrerer to grupper af prøver. Værdierne markeret med grønt beskriver olierne med et højere indhold af flerumættede end enkeltumættede fedtsyrer. De værdier, der er markeret med rødt, betegner derimod olier med et højere indhold af enkeltumættede end flerumættede fedtsyrer.

Det skal tages i betragtning, at oplysningerne om fedtsyreindholdet i prøverne af solsikkeolie og jordnøddeolie kun afspejler gennemsnitsværdier fra litteraturen. Erfaringen siger, at man bør regne med et udsving på ca. 5 % for hver værdi. Ved evalueringen af DSC-resultaterne blev der også kun taget højde for hovedkomponenternes spidstemperaturer, hvilket bestemt kun udgør et referencepunkt ved analyse af en blandings smelteadfærd og kan forklare de eksisterende afvigelser i korrelationsdiagrammet (figur 5). Værdien for sesamolien med en P:S på 3,21 er den, der ligger længst væk fra trendlinjen i figur 5. Det kan have noget at gøre med, at det er den eneste olie i dette sæt, hvor frøene blev udsat for en ekstra ristningsproces. Ristningsprocessens indflydelse på krystalliseringen er ikke kendt på nuværende tidspunkt.

Konklusion

Denne applikationsnote demonstrerer, at smelte- og krystallisationsadfærden for forskellige madolier kan karakteriseres ved hjælp af differentialscanningskalorimetri (DSC). Nem prøveforberedelse og et standardtemperaturprogram giver mulighed for hurtige måleresultater på værdier for smelte- og krystallisationsadfærd. Evaluering baseret på spidstemperaturer gør det nemt at foretage en meningsfuld sammenligning af madolierne.

Selvom denne undersøgelse grundlæggende bekræftede, at et højere indhold af flerumættede fedtsyrer betyder en lavere Smeltetemperaturer og entalpierEt stofs fusionsenthalpi, også kendt som latent varme, er et mål for den energitilførsel, typisk varme, der er nødvendig for at omdanne et stof fra fast til flydende tilstand. Et stofs smeltepunkt er den temperatur, hvor det skifter tilstand fra fast (krystallinsk) til flydende (isotropisk smelte).smeltetemperatur for en olie, kan det også ses i figur 4, at koncentrationen ikke er den eneste afgørende faktor. Figur 5 viser, at det snarere er P:S-forholdet - dvs. koncentrationen af flerumættede fedtsyrer i forhold til mættede fedtsyrer - der udviser en konsekvent tendens.