e-magazine - page 46

Food FocusThailand
AUGUST 2015 46
การทดสอบใช้เครื่อง DSC1 ที่ ติดตั้ งเซ็ นเซอร์ FRS5
และ IntraCooler และทดสอบในสภาวะดั งนี้ ให้
ความร้อนที่อุณหภู มิตั้งแต่ –50°Cถึง160°Cที่ Heating rate
10K/minแล้วท�ำให้เย็ นลงที่อุณหภูมิ –50°Cที่ Cooling rate
5 K/min แล้วจึงให้ความร้อนอีกครั้งที่อุณหภูมิ 160 °C ที่
Heating rate10K/min
ผลลัพธ์ และการประเมินผล จากรูปที่ 1 แสดงให้เห็นถึง
คุณสมบั ติของผิวลูกอมชั้นบนและชั้นล่างเมื่อได้รับความร้อน
(Heatingcurve) โดยการให้ความร้อนครั้งที่ 1 (Firstheating
run) พบจุดการเปลี่ยนแปลงสภาพไปเป็นของแข็งคล้ายแก้ว
ที่อุณหภูมิประมาณ15°C (ชั้นบน) และ18°C (ชั้นล่าง) และ
ในช่วงอุณหภูมิ 60 °Cพบว่า มีพีคการดูดกลื นพลังงานแบบ
มีการเปลี่ยนแปลงระดั บของเส้นพลังงาน การเปลี่ยนแปลง
ระดับของเส้นพลังงานนั้นเป็นการบ่งชี ้ถึงคุณสมบั ติสภาพ
ของแข็งคล้ายแก้ว และพีคที่ เกิ ดขึ้นสามารถบ่งบอกได้ ว่า
สารดังกล่าวเกิ ด Enthalpy relaxation และ/หรือ การหลอม
ละลายเมื่อมีการให้ความร้อนครั้งที่ 2 (Secondheating run)
ของผิวลูกอมชั้นบนและชั้นล่างปรากฏการเปลี่ยนแปลงสภาพ
ไปเป็นของแข็งคล้ายแก้วเพียง 1 จุ ดเท่านั้น ท�ำให้ทราบว่า
ผิวลูกอมด้ านนอกทั ้ งสองชั้น ต่ างประกอบไปด้ วย 2
องค์ประกอบหลังจากการให้ความร้อนครั้งที่ 1 องค์ประกอบ
ทั้งสองได้ รวมตัวเป็นเนื้อเดียวกันจึงท�ำให้ พบการเปลี่ยนแปลง
สภาพไปเป็นของแข็ งคล้ายแก้ วเพียง 1จุดและอุณหภูมิของ
การเปลี่ยนแปลงสภาพไปเป็นของแข็งคล้ายแก้วของผิวลูกอม
ชั้นบนและชั้นล่างนั้นแตกต่างกันเพียง 1-2 เคลวิ น
สภาวะการให้ความเย็น (Cooling curve) (ไม่ได้ แสดง
ไว้ ณ ที่นี้) ไม่พบกระบวนการตกผลึก การวัดค่าในรูปที่ 1
จึงไม่สามารถบอกได้ว่ าจุดพี คการดูดกลืนพลั งงานที่อุณหภูมิ
60 °C เป็นกระบวนการหลอมละลาย หรือเป็นผลมาจาก
Enthalpy relaxation
ในกรณีนี้ สามารถหาค� ำตอบได้โดยการสั งเกต
กระบวนการหลอมเหลวที่เกิดขึ้นโดยตรงซึ่งระบบHot-stage
microscopy จะช่วยให้การให้ความร้อนกับตั วอย่างสามารถ
ควบคุมได้ และสังเกตอย่างต่ อเนื่องได้ พร้อมๆ กัน ด้ วย
Polarizationmicroscopeผลึกจะสามารถมองเห็นได้ชั ดเจน
ในส่วนที่ไม่ ใช่ผลึกจะมองเห็นเป็นสีด�ำดั งแสดงในรูปที่ 2
รูปที่ 2แสดงให้เห็ นว่าที่อุณหภูมิ 50°Cสามารถมองเห็น
ผลึกได้ ชัดเจน เมื่ อให้ความร้ อนไปเรื่อยๆ ผลึกจะเริ่มหลอม
ละลายที่อุณหภูมิประมาณ 55 °C อั ตราการหลอมละลาย
สูงสุ ดที่อุณหภูมิประมาณ70 °Cและหลอมละลายจนหมดที่
อุณหภูมิประมาณ 85°C เนื่ องจากจุดพีคการดูดกลืนพลังงาน
ที่แสดงอยู่แล้วในกราฟDSCอยู ่ที่อุณหภู มิต�่ำกว่านี้ จุดพี คนั้น
ส่วนหนึ่ งจะต้องเป็นผลมาจากEnthalpy relaxation
ผลลัพธ์นี้สามารถตรวจสอบได้ ง่ายๆ ด้วยเทคนิค DSC1
เช่นกัน โดยให้ความร้อนแก่ตัวอย่างจนถึ งอุณหภูมิที่เกิดการ
เปลี่ยนแปลงสภาพไปเป็ นของแข็งคล้ายแก้ ว ในที่นี้ คือ
ประมาณ 52 °C ซึ่งจะท� ำลายคุณสมบัติเดิมของวัสดุ เมื่อ
ได้รับความร้ อนไป เมื่อตัวอย่างได้ รับความร้อนอี กครั้งจุดพี ค
ที่เกิดจากEnthalpy relaxationจะไม่ปรากฏอีกดังจะเห็นได้
Results and Discussion Figure 1
shows the heating curves recorded for
samples of the top and bottom layers. In
the first heating run, the curves exhibit
glass transitions at approximately 15 °C
(top) and 18 °C (bottom). At about 60 °C,
the curve shows an endothermic peak
that is accompaniedby a stepwise shift of
the baseline. The stepwise shift is typical
indication of another glass transition; the
peak can be interpreted as being due to
enthalpy relaxationormelting.Thesecond
heating runs of both layers show only
one glass transition in each curve. This
indicates that, prior to the first heating
run, both layers consisted of two phase-
separated components. After the first
heating run the two components form a
mixture so that onlyoneglass transition is
observed.Theglass transitionsof theupper
and lower layersdifferbyonlya fewKelvin.
The cooling curves (not shown) gave
no indication of a crystallization process.
From themeasurements shown in Figure
1, it is therefore not possible to decide
whether theendothermicpeakat about 60
°C isameltingprocessor due toenthalpy
relaxation.
In thiscase,wewereable toclarify the
situation by performing a measurement
in which themelting process was directly
observed. The hot-stage microscopy
systemallowsasample tobeheatedunder
control andat the same time continuously
observed by means of a polarization
microscope.The (birefringent)crystalsare
visible, but non-crystalline regions remain
dark. The images obtained are shown in
Figure2.
The images show that crystals are
indeedpresentat50°C.During theheating
run the crystals do not however begin
to melt until about 55 °C. The maximum
melting rate is reachedat about 70 °Cand
meltinghas finishedbyabout 85 °C.Since
the endothermic peak on theDSC curves
already occurs at lower temperatures, the
peakmustbeat leastpartlydue toenthalpy
relaxation.
The result can also be verified by
DSC1 measurements using a simple trick.
A sample is heated up to a temperature
at which the glass transition has already
taken place, in this case about 52 °C.
This eliminates the thermal history of
the material. When the sample is heated
again an enthalpy relaxation peak should
no longer occur. The corresponding
measurements are shown in Figure
3. As expected, the second heating
measurement no longer exhibits an
enthalpy relaxationpeak.Asmall relatively
broadmeltingpeak ishowevervisible. If the
sample is reheateda thirdanda fourth time
it can be seen that the sample becomes
more andmoremixed each time.
As already mentioned, the middle
layerwasopticallydifferent from theother
two layers. TheDSCmeasurements (see
Figure 4) show two endothermic peaks at
about 60 °C and 95 °C in the first heating
run. The sample does not crystallize
afterward in thecooling run (not shown). In
the second heating run, a glass transition
is observed at about –20 °C.
This sample was also investigated
using the hot-stage microscopy system.
Figure2Imagesofasample from the top layerofacandy
measured at different temperatures. Melting begins at
about 55 °C, reachesamaximum rateat about 70 °Cand
has finishedby about 85 °C.
Figure3 Heatingcurvesof the top layerof a three-layer
candy (for details see text).
Figure 4 DSCmeasurements of themiddle layer of a
three-layercandy.Themiddle layer isalmostcompletely
crystalline. The sampledoes not crystallizeon cooling.
In the second heating run, the material is completely
amorphous.
Figure 1 DSC curves of the top and bottom layers of a
candy. The first heating runexhibits twoglass transitions.
After the secondglass transition, anendothermic peak is
observedatabout60°C thatcanbe interpretedasenthalpy
relaxation and/ormelting.