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꿀의 열 분석이 중요한 이유

소개

꿀은 독특한 맛뿐만 아니라 영양 및 의학적 특성도 특징인 천연 감미료입니다.

모든 미식가들은 꿀의 성분과 보관 조건에 따라 시간이 지남에 따라 결정화될 수 있다는 것을 알고 있습니다. 이 과정은 포도당이 물상에서 분리되어 고체 결정을 형성하기 때문에 질감과 모양에 영향을 미칩니다. 결정화에 대한 꿀의 안정성은 무엇보다도 꿀의 열적 특성과 관련이 있습니다. 아래에서는 꿀의 유리 전이 단계의 형태가 꿀의 안정성에 대한 정보를 어떻게 포함하고 있는지 보여줍니다.

실험적

DSC(시차 주사 열량 측정법)는 녹는점, 유리 전이 온도 등 꿀의 열적 특성을 측정하는 대표적인 기술입니다. 동일한 브랜드의 동일한 꿀 샘플 두 개에 대해 연령과 외관이 다른 두 가지 DSC 측정을 수행했습니다. 첫 번째 샘플(구)은 결정화된(또는 부분적으로 결정화된) 상태였고, 두 번째 샘플(신)은 투명하고 액체 상태였습니다.

실험을 위해 10.8mg과 9.6mg의 결정화된 꿀과 액체 상태의 꿀을 뚜껑이 뚫린 알루미늄 도가니에 준비했습니다. 각 도가니를 DSC 셀에 넣고 식힌 다음 -80°C에서 100°C 사이로 10K/min-1의 제어된 가열 속도로 가열했습니다. 실험이 진행되는 동안 DSC 셀은 동적 질소 흐름(40ml/min)으로 퍼지되었습니다.

측정 결과

그림 1은 두 측정의 결과 DSC 열화상을 보여줍니다. 두 곡선 모두에서 -44°C(중간점)에서 감지된 흡열 단계는 꿀 샘플의 유리 전이 때문입니다. 동일한 온도에서 발견되었지만 열용량 단계 높이가 다른 것과 관련이 있습니다.

1) 부분 결정화(구제품) 및 완전 무정형(신제품) 꿀의 DSC 곡선, 뚜껑이 뚫린 도가니로 측정한 값입니다.

스텝 높이는 비정질상의 양과 관련이 있습니다. 꿀의 결정화 정도가 높을수록 비정질상의 양이 적고 열용량 스텝이 작아집니다. 이는 결정화된 꿀의 델타비열 용량(cp)열용량은 시료에 공급된 열량을 결과 온도 상승으로 나눈 물질별 물리량으로, 시료에 공급된 열량에 의해 결정됩니다. 비열 용량은 시료의 단위 질량과 관련이 있습니다.cp 0.84 J/(g-K)인 것과 액체 꿀의 1.06 J/(g-K)라는 높은 값을 비교하면 설명이 됩니다.

결정화된 벌꿀의 DSC 곡선에서는 30°C에서 80°C 사이에서만 흡열 피크가 감지되었습니다. 이는 고체 상태에서 액체 상태로 전환할 때 발생하며 부분적으로 또는 완전히 결정화된 상태의 꿀에서만 발생합니다[1]. 용융 피크는 기준선의 흡열 증가와 겹쳐집니다. 이는 꿀에 함유된 수분이 증발한 결과입니다.

그림 2와 같이 밀폐된 도가니를 사용하면 수분 증발을 방지할 수 있습니다. 여기서 측정은 이전과 동일한 조건에서 수행되었지만 한 가지를 제외하고는 뚜껑이 뚫린 도가니 대신 밀폐형 알루미늄 도가니를 사용했습니다. 도가니의 변화는 유리 전이 단계에 영향을 미치지 않습니다. 용융 피크는 더 이상 증발 효과에 겹쳐지지 않기 때문에 더 정확하게 평가할 수 있습니다. 측정 결과는 용융 과정이 비열의 증가와 관련이 있음을 보여줍니다.

2) 부분 결정화(구제품) 및 완전 무정형(신제품) 꿀의 DSC 곡선, 뚜껑이 닫힌 도가니에서 측정한 값입니다.

결론

두 벌꿀 샘플의 열적 특성을 시차 주사 열량 측정법으로 측정했습니다. 첫 번째는 반투명하고 액체 상태였고 두 번째는 부분적으로 결정화된 상태였습니다. 두 제품의 연대는 달랐는데, 결정화된 꿀이 투명한 꿀보다 오래되었습니다. 두 꿀의 유리 전이 온도는 -44°C에서 감지되었습니다. 꿀은 유리 전이 온도인 Tg보다 낮은 온도에서 보관하면 안정적입니다. 반면에 Tg 이상에서는 결정화가 일어나기 쉽습니다. 제품에 결정화된 부분이 포함되어 있으면 DSC 곡선에서 용융 피크가 감지됩니다. 결정성이 높을수록 용융 엔탈피가 높아집니다.

따라서 DSC 분석은 꿀의 결정화 상태를 시각화하고 안정성을 예측하는 데 사용할 수 있습니다.

Literature

  1. [1]
    선택된 꿀의 열역학적 특성을 결정하기 위한 차동 주사 열량 측정, J. Tomaszewska-Gras, S. Bakier, K. Goderska 및 K. Mansfeld, Journal of Apicultural Science, 6월 2015