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流变学测量在食品配方开发中的应用

2020.6.22
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

保健食品要取得成功,除了要有出色的功能,还要对消费者有吸引力。要做到这些,产品配方至关重要,而流变特性又在其中发挥着核心作用。如今,流变仪的用户界面取得了显著的进步,因此对流变特性进行精确测量并加以完善应用已经变得要比以往容易许多。

 

由于在各方面都要达到用户接受的性能要求,保健食品的配方开发需要经历复杂的优化过程。其中感观、外观、口味和质地等一系列目标与消费者的接受度相关,而其它目标则与产品性能的联系更为紧密。例如,产品稳定性无疑是极为重要的目标,对生物利用率和生物有效性的控制也在日益增强;同时,加工便利性和加工的效果也是不容忽视的。

 

流变学是研究材料形变和流动的科学,它在配方开发的过程中发挥着核心作用。它可以对产品的“厚实度”和“粘稠度”进行量化,表征产品类固体或类液体的特性。用于生产保健食品和食品的悬浮液、凝胶、乳液和胶束溶液都属于复杂流体,它们具有有趣的流变性能,通过适当的专业方法,可以开发出具有市场领先的产品:比如更好的口感和口味,或防止产品出现乳液状分层、沉淀、絮凝、凝结等现象,延长产品的保质期。

 

非专业的流变学人员发现,很难确定哪一种方法是最好的测试方法,不知道该如何解释和应用数据,因此,充分利用流变性能来帮助开发配方在诸多层面上是一个难题。最新一代旋转流变仪,如马尔文仪器公司的Kinexus 在设计之初就充分认识到了这一点,开创了流变仪的标准操作程序(SOP)的测试界面,使更多的人可以接触到所需的专业知识——提高了流变学测量在保健食品行业中的应用价值。

 

设计产品性能

 

通常,保健食品配方就是在现有食品中添加活性成分,同时保持主体产品的原有特性。向软物质基体中添加营养成分会比较困难,因为这两种组分在物理上可能是不相容的。以将植物甾醇加入水包油型乳液中来生产降胆固醇功能食品为例,我们发现,由于植物甾醇只能少量溶于油,所以根本的问题是如何提高植物甾醇含量,以确保功能。解决这一问题的办法是在溶液中加入甘油三酯和磷脂,从而抑制结晶。但除此之外还有其它问题:一旦加入了营养成分,它会破坏软物质基体或原有产品的微观结构,从而对产品的其它关键性能指标产生负面影响。

 

当我们面临新产品的配方任务时,可以采取两种不同的策略。其一是通过试错的方式,不断修正配方,观察效果,多次循环后最终获得可接受的解决方案;其二是认识、研究不同成分对产品性能的影响,然后利用这个研究结果的知识对配方进行系统的改进和开发,得出理想的产品。图1列出了理想化的配方开发路线图。

 

配方组成和加工工艺会对产品的微观结构产生影响,从而改变其流变特性。而在很多情况下流变特性是产品性能的决定因素。对于一些软物质基体而言,可以通过测定流变学参数来确定和量化其微观结构信息。通过流变学测量可以促进配方开发人员对配方机理更好的理解,最终获得更高效和更为知识导向型的配方开发途径。

 

全新的配方开发应用工具

 

许多人都很赞同上述这种知识导向型配方开发途径。长期来看,通用的配方设计原则的建立,最终可以加速配方开发过程,促进了“跳出限制”式的创新。不过,建立产品流变特性与配方之间的关系具有相当的难度,因而被有些人视作整个配方开发过程中较为棘手的障碍。而全新的流变仪技术正好能在此处派上用场。

 

如今高度专业化的旋转流变仪可以按照不同方法、在不同条件下对材料进行表征。但最重要的是,它们可以对用户提供十分详尽的指导,充分发挥流变仪的作用。其直观的用户界面帮助用户选择最合适的流变学测试方法,通过标准操作程序( SOP )对整个测量过程进行引导,得到准确的结果与合理的解释。

 

上述测量仪器为更多受众带来知识导向型配方开发的优势。从长远来看,我们有理由认为,上述Kinexus 流变仪开创的标准操作程序( SOP )对用户进行引导的创新点与流变仪硬件性能提高具有同样的重要性,提高了流变学测量在保健食品行业中的应用价值。

 

图表1理想的配方开发路线图

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图片1:流变学与产品性能之间的联系

 


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