文末福利 | 控糖时代,你吃的甜味剂“稳定”吗?用差示扫描量热法(DSC)揭秘糖醇的热学密码

在这个“万物皆可无糖”的时代,麦芽糖醇、赤藓糖醇、山梨醇和木糖醇等糖醇类甜味剂,已经成了食品与制药行业的绝对

Christa jiChrista ji2026-11-09
文末福利 | 控糖时代,你吃的甜味剂“稳定”吗?用差示扫描量热法(DSC)揭秘糖醇的热学密码

   

在这个“万物皆可无糖”的时代,麦芽糖醇、赤藓糖醇、山梨醇和木糖醇等糖醇类甜味剂,已经成了食品与制药行业的绝对顶流。

但在实际生产中,研发和质控团队经常面临令人头疼的问题:

❌ 换了原料批次,口感和溶解性怎么变了?

❌ 同样的配方,在储存或运输过程中居然发生了结晶或变质?

答案就藏在它们特征性的“热转变行为”里!

为了帮企业规避风险,安东帕采用配备制冷冷却模块的 Julia DSC 差示扫描量热仪,给这四种甜味剂来了一场硬核的“热性能大比拼”。


动态升温热分析:特征熔融峰与多晶型异质性表征

在恒定氮气保护下,研究人员对 4 种糖醇样品进行了相同速率的动态升温测试。

通过第一次升温阶段的局部放大曲线,四种糖醇的熔点被清晰区分:

   

图 1:麦芽糖醇(灰色)、赤藓糖醇(蓝色)、山梨醇(绿色)和木糖醇(红色)热分析曲线中第一次升温阶段的局部放大图

🔍 研发深度解析:山梨醇的多晶型信号

仔细观察绿色的样品 3(山梨醇),它的熔融峰明显比其他甜味剂更宽。

将其放大后发现,除了主峰外,它在较低温度区(67.67 ℃)居然隐藏着另一个吸热事件!

   

图 2:山梨醇第一次升温阶段的放大图

经证实,这是水合态山梨醇的熔融过程。这表明样品中存在一种以上的晶体结构,而这种热效应能直接反映材料此前经历的“热历史”或结晶溶剂类型——这正是导致产品批次不稳定的罪魁祸首!

熔体冷却过程表征:玻璃化转变与过冷态行为分类

将糖醇样品熔融后进行受控冷却,根据其在热循环中的结晶特性,在材料科学中通常将 APIs(活性药物成分)和辅料划分为三类,以此来评价其无定形稳定性:

  • Ⅰ类(非玻璃形成物): 熔融冷却过程中即可直接发生结晶。

  • Ⅱ类(玻璃形成物): 冷却时保持无定形,但重新加热超过玻璃化转变温度(Tg)后发生结晶。

  • Ⅲ类(无定形物): 冷却及重新加热过程中均不发生结晶。

观察第一次冷却阶段的局部放大热分析曲线:

       

图 3:四种甜味剂热分析曲线中第一次冷却阶段的局部放大图


实验数据表明,麦芽糖醇(Tg = 45.77 ℃)、山梨醇(Tg = −3.35 ℃)和木糖醇(Tg= −23.20 ℃)在熔融后均保持为无定形状态,表现出截然不同的分子运动特性。由于它们在后续循环中未发生自主结晶,因此被精确归类为 Ⅲ类化合物。

而赤藓糖醇表现出了完全独特的非均衡结晶动力学行为!


二次升温程序表征:淬冷结晶核生长与Ⅱ类玻璃形成物确证

赤藓糖醇在第一次冷却阶段至 19.46 ℃ 处便表现出显著的结晶事件。为了彻底定量其热转变机制,研究团队对其第二次升温阶段进行了深度评估:

   

图 4:赤藓糖醇第二次升温阶段的 DSC 热分析曲线

除了在 122 ℃ 处观察到对应的标准熔融峰外,Julia DSC 极其灵敏地捕捉到了 18.91 ℃ 和 65.48 ℃ 处的两个额外放热峰!

这是因为在快速冷却时,部分赤藓糖醇以无定形状态凝固形成了淬冷结晶晶核。再次升温时,由于分子运动能力提高,晶核快速生长导致了完全结晶。它属于典型的Ⅱ类玻璃形成物。如果你的配方中有它,加工和储存温度的把控必须更加精准!

四种多元醇核心热学参数矩阵

为了方便研发与 QC 团队对比存档,整理了基于安东帕 Julia Suite 软件系统化评估的糖醇热学特性矩阵:

       

科学表征多元醇甜味剂的分子运动特性、冷结晶行为及晶型差异,是食品与医药企业规避批次风险、优化生产工艺、确保现代无糖产品长期质量稳定的重要基石。

       

安东帕 Julia DSC 差示扫描量热仪凭借高精度的测量条件控制与强大的多晶型识别能力,为您在产品开发与全面质量控制(TQC)的道路上科学护航!

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