Εισαγωγή
Η λακτόζη είναι ένα δισακχαριδικό σάκχαρο που αποτελείται από γαλακτόζη και γλυκόζη και βρίσκεται στο γάλα των θηλαστικών. Η λακτόζη αποτελεί περίπου το 2% έως 8% του γάλακτος (κατά βάρος), αν και η ποσότητα ποικίλλει ανάλογα με το είδος και τα άτομα. Η ονομασία προέρχεται από το lac (gen. lactis), τη λατινική λέξη για το γάλα, συν την κατάληξη -ose που χρησιμοποιείται για την ονομασία των σακχάρων [3].
Η λακτόζη χρησιμοποιείται συχνά στην τεχνολογία τροφίμων ή ως έκδοχο σε φαρμακευτικά προϊόντα. Η γνώση των θερμικών ιδιοτήτων της λακτόζης είναι απαραίτητη, διότι η υαλώδης μετάβασή της βρίσκεται σε άμεση σχέση με τις φυσικές ιδιότητες -όπως η κολλώδης και η ρευστότητα- των σκονών που περιέχουν το σάκχαρο γάλακτος, και αυτό με τη σειρά του επηρεάζει την επεξεργασία. [4]
Στη συνέχεια, διερευνήθηκε η επίδραση του ρυθμού θέρμανσης στις θερμικές ιδιότητες της μονοϋδρικής α-λακτόζης FlowLac® 90 που προμηθεύεται η MEGGLE με τη βοήθεια της DSC. Ως προϊόν που ξηραίνεται με ψεκασμό, εμφανίζει τυπικά περιεκτικότητα σε άμορφο υλικό 10 έως 15%. [5]
Συνθήκες δοκιμής
Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με το NETZSCH DSC 214 Polyma σε δυναμική ατμόσφαιρα αζώτου. Τα δείγματα μάζας μεταξύ 4,21 mg και 4,74 mg ζυγίστηκαν σε χωνευτήρια αλουμινίου Concavus® τα οποία σφραγίστηκαν με διάτρητο καπάκι και θερμάνθηκαν στους 280°C με διαφορετικούς ρυθμούς θέρμανσης (20, 50, 100 και 200 K/min).
Αποτελέσματα δοκιμών
Στα Σχήματα 2 και 3 απεικονίζονται οι καμπύλες μέτρησης DSC για τους διαφορετικούς ρυθμούς θέρμανσης.
Η μεταβολή της θερμοχωρητικότητας με μέσο σημείο μεταξύ 62°C (μέτρηση σε 20 K/min) και 85°C (μέτρηση σε 200 K/min) υποδεικνύει τη υαλώδη μετάβαση του δείγματος. Η ενδοθερμική κορυφή που ανιχνεύεται μεταξύ 148°C και 185°C (μέγιστη θερμοκρασία) προέρχεται από την απελευθέρωση του νερού. Αυτό είναι σύμφωνο με τα αποτελέσματα που δημοσιεύθηκαν στο [2] ότι η μονοϋδρική λακτόζη απελευθέρωσε το ενυδατικό νερό της όταν θερμάνθηκε πάνω από τους 150°C.
Η δεύτερη κορυφή, που εντοπίζεται μεταξύ 222°C και 248°C, οφείλεται στην τήξη των κρυστάλλων της ανυδρικής α-λακτόζης. Αν και η πορεία των καμπυλών είναι πολύ παρόμοια, η επίδραση του ρυθμού θέρμανσης μπορεί να παρατηρηθεί σε όλα τα φαινόμενα (υαλώδης μετάβαση, αφυδάτωση και τήξη). Πρώτον, μετατοπίζονται σε υψηλότερες θερμοκρασίες με την αύξηση του ρυθμού θέρμανσης. Δεύτερον, η αύξηση του ρυθμού θέρμανσης οδηγεί σε ενίσχυση των φαινομένων DSC. Αυτό οφείλεται στην επίδραση του ρυθμού θέρμανσης στην κινητική των διεργασιών.
Η αύξηση του ρυθμού θέρμανσης είναι χρήσιμη για τη βελτίωση της ανίχνευσης των επιδράσεων small. Σε αυτό το παράδειγμα, για παράδειγμα, η υαλώδης μετάβαση της λακτόζης ανιχνεύεται ευκολότερα σε μετρήσεις που πραγματοποιούνται σε υψηλότερους ρυθμούς θέρμανσης. Από την άλλη πλευρά, η μείωση του ρυθμού θέρμανσης βοηθά στον διαχωρισμό των επικαλυπτόμενων φαινομένων. Στη μέτρηση με 200 K/min, η κορυφή της απελευθέρωσης νερού επικαλύπτεται εν μέρει με την κορυφή τήξης στους 248°C, γεγονός που καθιστά δύσκολη την αξιολόγηση της ενθαλπίας κορυφής. Αντίθετα, η ενέργεια αφυδάτωσης μπορεί να προσδιοριστεί με ακρίβεια για χαμηλότερους ρυθμούς θέρμανσης.
Συμπέρασμα
Οι θερμικές επιδράσεις της μονοϋδρικής α-λακτόζης μπορούν εύκολα να προσδιοριστούν με τη διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης (DSC). Η θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης καθώς και οι κορυφές αφυδάτωσης και τήξης εξαρτώνται από τον ρυθμό θέρμανσης.
Για μια βελτιωμένη αξιολόγηση, η αύξηση του ρυθμού θέρμανσης μπορεί να είναι ένα χρήσιμο εργαλείο όταν πρέπει να ενισχυθούν τα φαινόμενα small στην καμπύλη DSC και η μείωση του ρυθμού θέρμανσης μπορεί να βοηθήσει όταν πρέπει να διαχωριστούν τα επικαλυπτόμενα φαινόμενα.