Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Wydział Nauk o Żywności i Żywieniu AUTOREFERAT dr inż. Jolanta Tomaszewska-Gras

Transkrypt

1 Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Wydział Nauk o Żywności i Żywieniu AUTOREFERAT dr inż. Jolanta Tomaszewska-Gras Poznań, 2016r.

2 dr inż. Jolanta Tomaszewska-Gras Załącznik 2. Autoreferat 1 SPIS TREŚCI 1. INFORMACJE O AUTORZE 1.1 Wykształcenie Uzyskane dyplomy, tytuły i stopnie naukowe Dotychczasowe zatrudnienie w jednostkach naukowych 3 2. CHARAKTERYSTYKA OSIĄGNIĘCIA NAUKOWEGO 2.1. Tytuł osiągnięcia naukowego Wskazanie osiągnięcia naukowego Omówienie celu i wyników przedstawionego osiągnięcia naukowego 5 3. CHARAKTERYSTYKA OSIĄGNIĘĆ NAUKOWO-BADAWCZYCH W INNYCH OBSZARACH WIEDZY CHARAKTERYSTYKA POZAPUBLIKACYJNEJ DZIAŁALNOŚCI NAUKOWEJ 4.1. Kierowanie i uczestnictwo w projektach badawczych Nagrody i wyróżnienia za działalność naukową Wygłoszone referaty, prezentacje ustne wyników Staże zagraniczne Działalność popularyzatorska, ekspertyzy i współpraca z przemysłem Recenzje publikacji w czasopismach międzynarodowych Kursy, certyfikaty DZIAŁALNOŚĆ DYDAKTYCZNA 5.1. Promotorstwo prac inżynierskich i magisterskich Prowadzone zajęcia dydaktyczne DZIAŁALNOŚĆ ORGANIZACYJNA BIBLIOMETRYCZNE PODSUMOWANIE CAŁEGO DOROBKU NAUKOWEGO 7.1. Zestawienie wszystkich publikacji naukowych oraz innych osiągnięć naukowych Podsumowanie dorobku naukowego 53

3 dr inż. Jolanta Tomaszewska-Gras Załącznik 2. Autoreferat 2 1. INFORMACJE O AUTORZE Imię i nazwisko : Jolanta Tomaszewska-Gras Miejsce pracy: Katedra Zarządzania Jakością Żywności Wydział Nauk o Żywności i Żywieniu Uniwersytet Przyrodniczy ul. Wojska Polskiego 31/ Poznań gras@up.poznan.pl Tel Wykształcenie W 1994 roku ukończyłam studia na kierunku Biotechnologia na Wydziale Chemicznym Politechniki Gdańskiej ze specjalizacją Technologia Żywności, kierowaną przez Pana prof. dr. hab. Zdzisława E. Sikorskiego. Pracę dyplomową pt. Separacja anionów metodami elektroforezy kapilarnej i chromatografii cieczowej realizowałam pod kierunkiem Pana prof. dr. hab. Andrzeja Stołyhwo, częściowo na Politechnice Gdańskiej a częściowo w laboratorium analitycznym firmy farmaceutycznej Sandoz AG w Szwajcarii. Egzamin dyplomowy zdałam dnia 29 czerwca 1994 roku na ocenę bardzo dobrą. Dnia 1 listopada 1994 zostałam zatrudniona na stanowisku asystenta w Katedrze Technologii Produktów Drobiarskich Akademii Rolniczej w Poznaniu. W 1996 roku wyjechałam na 7-miesieczny staż naukowy do Holandii, gdzie pod opieką dr Fransa Schreursa wykonałam badania do pracy doktorskiej, zatytułowanej Zmiany post mortem w cytoszkieletowych białkach i ich wpływ na cechy funkcjonalne mięsa drobiowego. Promotorem rozprawy był kierownik Katedry Technologii Produktów Drobiarskich, prof. dr hab. Jacek Kijowski., natomiast recenzentami prof. dr hab. Edward Kołakowski oraz prof. dr. hab. Edward Pospiech. Obrona pracy doktorskiej, która odbyła się 18 maja 2000 roku, została uwieńczona wnioskiem Rady Wydziału o jej wyróżnienie. W latach i przebywałam na urlopach macierzyńskich i wychowawczych. W 2002 roku uzyskałam dyplom ukończenia Studium Podyplomowego Zarządzanie Jakością w świetle norm ISO serii 9000:2000 na Uniwersytecie Ekonomicznym w Poznaniu, po wcześniejszym zdaniu egzaminu i obronie pracy dyplomowej pt. Zastosowanie metod statystycznej kontroli procesu do klasyfikacji jakościowej mięsa pochodzącego od różnych dostawców, napisanej pod kierunkiem Pani prof. dr hab. Alicji Maleszki.

4 dr inż. Jolanta Tomaszewska-Gras Załącznik 2. Autoreferat Uzyskane dyplomy, tytuły i stopnie naukowe 2002 Dyplom ukończenia Studium Podyplomowego. Uniwersytet Ekonomiczny w Poznaniu 2000 Stopień naukowy doktora nauk rolniczych w zakresie technologii żywności i żywienia. Akademia Rolnicza w Poznaniu (obecnie Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu) 1994 Dyplom ukończenia 4-semestralnego Studium Pedagogicznego. Politechnika Gdańska 1994 Tytuł zawodowy magistra inżyniera chemii. Politechnika Gdańska 1.3. Dotychczasowe zatrudnienie w jednostkach naukowych obecnie adiunkt w Katedrze Zarządzania Jakością Żywności (do 2002 roku Katedra Technologii Produktów Drobiarskich), Wydział Nauk o Żywności i Żywieniu (do 2003 roku Wydział Technologii Żywności) Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu (do 2007 roku Akademia Rolnicza) asystent w Katedrze Technologii Produktów Drobiarskich, Wydział Technologii Żywności, Akademia Rolnicza w Poznaniu 2. CHARAKTERYSTYKA OSIĄGNIĘCIA NAUKOWEGO 2.1. Tytuł osiągnięcia naukowego Charakterystyka profilu topnienia i krystalizacji tłuszczu mlecznego i kakaowego za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej DSC jako metody oceny autentyczności 2.2. Wskazanie osiągnięcia naukowego Jako osiągnięcie naukowe, zgodnie z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. nr 65, poz. 595 ze zm.), będące podstawą do ubiegania się o stopień naukowy doktora habilitowanego, wybrałam osiem publikacji naukowych tworzących jednotematyczny cykl o sumarycznym wskaźniku IF = 9,036, podanym zgodnie z rokiem opublikowania publikacji wg wykazu Journal Citation Report oraz sumarycznej punktacji równej 125, obliczonej wg listy

5 dr inż. Jolanta Tomaszewska-Gras Załącznik 2. Autoreferat 4 MNiSW z dnia zamieszczonym w załączniku nr grudnia 2015 roku. Kolejność publikacji podana zgodnie z wykazem [O1] [O2] [O3] [O4] [O5] [O6] Tomaszewska-Gras J Detection of butter adulteration with water using differential scanning calorimetry. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 108: DOI: /s y. IF 2012 = / pkt MNiSW = 20 Tomaszewska-Gras J Melting and crystallization DSC profiles of milk fat depending on selected factors. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 113: DOI: /s IF 2013 = / pkt MNiSW = 20 Tomaszewska-Gras J DSC coupled with PCA as a tool for butter authenticity assessment. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. DOI: /s IF 2015 =2.042 / pkt MNiSW = 20 Tomaszewska-Gras J Rapid quantitative determination of butter adulteration with palm oil using the DSC technique. Food Control. 60: DOI: /j.foodcont IF 2015 = / pkt MNiSW = 35 Tomaszewska-Gras J Wpływ wybranych czynników na dokładność oznaczenia parametrów termodynamicznych tłuszczu kakaowego przy użyciu różnicowej kalorymetrii skaningowej DSC. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych. 576: pkt MNiSW = 13 Tomaszewska-Gras J Wpływ prędkości schładzania na proces krystalizacji triacylogliceroli tłuszczu mlecznego. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość. 21(95): DOI: /zntj/2014/95/ pkt MNiSW = 13 [O7] Tomaszewska-Gras J Ocena autentyczności tłuszczów jadalnych przy wykorzystaniu techniki DSC w połączeniu z metodami chemometrycznymi. W: Żywność dla świadomego konsumenta. Red. nauk. K. Melski, D. Walkowiak-Tomczak. Wyd. Wydziału Nauk o Żywności i Żywieniu. Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu pkt MNiSW = 4 We wszystkich pracach habilitantka jest jedynym autorem, będąc jednocześnie autorem wskazanym do korespondencji.

6 dr inż. Jolanta Tomaszewska-Gras Załącznik 2. Autoreferat Omówienie celu i wyników przedstawionego osiągnięcia naukowego Wprowadzenie Autentyczność jest jednym z atrybutów jakości żywności. Fałszowanie żywności poprzez dodatek innych zamienników obniża jej wartość odżywczą, właściwości biologiczne a w niektórych przypadkach może stanowić zagrożenie dla zdrowia, czego przykładem może być incydent z dodatkiem melaminy do mleka w proszku. Wiele produktów żywnościowych było i jest nadal fałszowanych. Tłuszcz mleczny czy kakaowy nie są w tym względzie wyjątkiem. Tłuszcz mleczny, obok oliwy z oliwek, to jeden z najczęściej fałszowanych tłuszczów ze względu na stosunkowo wysoką cenę w porównaniu z olejami roślinnymi, np. olejem palmowym [Moore i in., 2012] 1. Najczęściej nieuczciwym praktykom podlegają takie surowce, których cena jest stosunkowo wysoka (np. masło) lub ulega ciągłym zmianom na światowych giełdach (np. tłuszcz kakaowy). W ostatnich latach wiele wysiłków włożono w opracowanie instrumentalnych metod wykrywania zafałszowań tłuszczów, gdyż stosowane dotychczas tradycyjne metody fizykochemiczne, jak oznaczanie liczby jodowej, liczby Reicherta-Meissla (LRM) i Poleńskiego (LP), okazały się niewystarczające szczególnie przy niskim poziomie zafałszowań [Youness, ; Ulberth, , Nogala-Kałucka i in., ]. Opracowanie metody oceny autentyczności tłuszczów, charakteryzującej się z jednej strony wysoką dokładnością, a z drugiej krótkim czasem i prostotą oznaczenia, jest ciągle wyzwaniem dla analityki. Dotychczas przy opracowywaniu instrumentalnych metod wykrywania zafałszowań masła opierano się na detekcji różnych składników tłuszczu mlecznego. Jedną z najwcześniej testowanych metod było oznaczanie składu kwasów tłuszczowych (KT) przy pomocy chromatografii gazowej. W tej metodzie wykorzystywano m.in. fakt, iż zawartość kwasu masłowego C4:0 wynosi nie mniej niż 3,4 % niezależnie od pory roku, a kwasu mirystynowego C14:0 minimum 11 % [Stołyhwo i Rutkowska, 2007] 5. Jednakże metoda oznaczania KT ma swoje ograniczenia analityczne związane m.in. z trudnością dokładnego oznaczania kwasu masłowego, ze względu na podobną temperaturę wrzenia estru do temperatury wrzenia heksanu. Inną przyczyną błędu oznaczenia jest konieczność stosowania przelicznika. Wynika 1 Moore JC, Spink J, Lipp M Development and Application of a Database of Food Ingredient Fraud and Economically Motivated Adulteration from 1980 to J. Food Sci. 77: Youness N.A Adulteration of butterfat: validity of Reichert-Meissl, Polenske and iodine values. Grasas y Aceites. 42: Ulberth F Milk and dairy products. W: Lees M. (red.), Food authenticity and traceability. CRC Press, Boca Raton, Nogala-Kałucka M. Pikul J. Siger A Applying liquid chromatography (HPLC) to study the genuineness of butter. Żywność. Nauka. Technologia Jakość., 58, Stołyhwo A., Rutkowska J Tłuszcze obce w wyrobach mlecznych na tle prawa żywnościowego UE (i krajowego). Niezawodność nowych metod wykrywania. Przegląd Mleczarski. 2:4-8.

7 dr inż. Jolanta Tomaszewska-Gras Załącznik 2. Autoreferat 6 on z mniejszego ułamka masowego węgla w masie cząsteczkowej kwasu masłowego niż w przypadku innych dłuższych kwasów, co ma decydujące znaczenie przy detekcji za pomocą detektora płomieniowo-jonizacyjnego (FID) [Stołyhwo i Rutkowska, 2007] 6. Inną metodą wykrywania zafałszowań masła przy użyciu chromatografii gazowej jest oznaczanie w nim fitosteroli, takich jak: β-sitosterol, stigmasterol i kampesterol, które są charakterystyczne dla olejów roślinnych [Derewiaka i in., 2011] 7. Jednakże przeszkodą w wykorzystaniu tej metody jest stosowanie w Unii Europejskiej sitosterolu i stigmasterolu jako znaczników dla przetworów subsydiowanych. Metoda detekcji tych substancji została opisana w załączniku VIII Rozp. Komisji (WE) Nr 273/ Fitosterole można także wykrywać za pomocą testu octanowo - fitosterolowego polegającego na oznaczeniu temperatury topnienia octanu sterolu 9. Dodatek olejów roślinnych do masła można wykrywać także na podstawie zawartości tokochromanoli za pomocą chromatografii cieczowej [Nogala-Kałucka i in., 2008] 10. Stołyhwo i Rutkowska [2007] 5 stwierdzili, że udział α-tokoferolu w ogólnym składzie tokoferoli tłuszczu mlecznego stanowi nie mniej niż 95 %, podczas gdy w olejach występują głównie β i γ tokoferole. Ponadto, w oleju palmowym występują tokotrienole (T-3), które są nieobecne w maśle. Metoda ta jednak nie umożliwia wykrywania dodatku tłuszczów zwierzęcych. Aktualnie obowiązującą, oficjalną metodą analityczną wykrywania zafałszowań masła, opisaną w załączniku XX Rozp. Komisji (WE) Nr 273/ jest oznaczanie triacylogliceroli za pomocą chromatografii gazowej. Mimo, że metodę cechuje wysoka dokładność, to jest ona stosunkowo czasochłonna i droga. Stąd, w literaturze naukowej pojawiają się liczne doniesienia dotyczące poszukiwania alternatywnych metod. Heussen i in. [2007] 11 przedstawili możliwość zastosowania spektroskopii w bliskiej podczerwieni do wykrywania zafałszowań masła, natomiast Che Man i in. [2005] 12 wykorzystali spektroskopię w podczerwieni z transformacją Fouriera do oznaczenia obecności smalcu w czekoladzie. Jedną z potencjalnych technik, służących do oceny autentyczności masła, może być również różnicowa kalorymetria 6 Stołyhwo A., Rutkowska J Tłuszcz mleczny: struktura skład i właściwości prozdrowotne. W: Sikorski Z.E.(red.) Chemia żywności. Odżywcze i zdrowotne właściwości składników żywności. Wydawnictwa Naukowo.-Techniczne, Warszawa Derewiaka D., Sosińska E., Obiedziński M., Krogulec A., Czaplicki S Determination of the adulteration of butter. European Journal of Lipid Science and Technology. 113: Rozporządzenie Komisji (WE) NR 273/2008 z dnia 5 marca 2008 r ustanawiające szczegółowe zasady stosowania rozporządzenia Rady (WE) nr 1255/1999 w odniesieniu do metod analizy oraz oceny jakości mleka i przetworów mlecznych 9 PN-ISO 3595:2000. Tłuszcz mleczny. Wykrywanie tłuszczu roślinnego z użyciem testu octanowo-fitosterolowego. PKN 10 Nogala-Kałucka M. Pikul J. Siger A Applying liquid chromatography (HPLC) to study the genuineness of butter. Żywność. Nauka. Technologia Jakość. 58: Heussen P.C.M., Janssen H-G., Samwel I.B.M., van Duynhoven J.P.M The use of multivariate modelling of near infra-red spectra to predict the butter fat content of spreads. Analytica Chimica Acta., 595: Che Man Y.B., Syahariza Z.A., Mirghani M.E.S., Jinap S., Bakar J Analysis of potential lard adulteration in chocolate and chocolate products using Fourier transforms infrared spectroscopy. Food Chemistry. 90:

8 dr inż. Jolanta Tomaszewska-Gras Załącznik 2. Autoreferat 7 skaningowa DSC, która jest metodą termoanalityczną. Jest ona szeroko stosowana do badania właściwości termodynamicznych tłuszczów jadalnych, obejmujących ocenę profilu topnienia, badanie kinetyki krystalizacji, wyznaczanie indeksu fazy stałej czy badanie stabilności oksydatywnej [Jankowski, 1990] 13. W literaturze naukowej dostępne są publikacje dotyczące wykorzystania techniki DSC do oceny zafałszowań oliwy z oliwek [Chiavaro i in. 2008] 14, oleiny palmowej [Marrikar i in, 2003] 15, oleju słonecznikowego [Marrikar i in, 2012] 16. Nie ma natomiast wyczerpujących opracowań odnośnie wykorzystania tej techniki w ocenie autentyczności masła czy tłuszczu kakaowego. Pilotażowe badania dotyczące zafałszowań masła tłuszczami zwierzęcymi przeprowadzili jedynie Coni i in. [1994] 17. Hipoteza i cele badawcze Przedstawione powyżej przesłanki skłoniły autora do postawienia hipotezy, iż profil topnienia czy krystalizacji, uzyskany za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej DSC, może być narzędziem dla jakościowej i ilościowej metody oznaczania zafałszowań tłuszczu mlecznego i kakaowego wodą i olejem palmowym. W celu zweryfikowania tej hipotezy sformułowano cztery szczegółowe cele badawcze: 1. Zbadanie wpływu różnych czynników na dokładność i powtarzalność oznaczenia profilu topnienia i krystalizacji triacylogliceroli tłuszczów oraz parametrów termodynamicznych badanych przejść fazowych 2. Ocena możliwości ilościowego oznaczenia zafałszowań masła wodą za pomocą techniki DSC na podstawie przejścia fazowego krystalizacji wody i topnienia lodu. 3. Ocena możliwości jakościowego i ilościowego oznaczenia zafałszowań masła i tłuszczu kakaowego olejem palmowym na podstawie profilu topnienia i krystalizacji triacylogliceroli za pomocą techniki DSC połączonej z metodami chemometrycznymi. 4. Ocena sezonowej zmienności składu i właściwości termodynamicznych tłuszczu mlecznego pod kątem przydatności opracowanej metody DSC do weryfikacji jego autentyczności. 13 Jankowski T Analiza termiczna. W: Postęp w analizie żywności. T.2. Wybrane zagadnienia analizy sensorycznej i fizykochemicznej. Red. Tyszkiewicz S. Zakład Usług Technicznych Polskiego Związku Stowarzyszeń Wynalazków i Racjonalizatorów. 14 Chiavaro E., Vittadini E., Rodrigues-Estrada M.T., Cerretani L., Bendini A Differental scanning calorimeter application to the detection of refined hazelnut oil in extra virgin olive oil. Food Chemistry. 110: Marikkar J.M.N., Ghazaki H.M., Che Man Y.B., Lai, O.M Differential scanning calorimetric analysis for determination of some animal fats as adulterants in palm olein. Journal of Food Lipids. 10: Marikkar J.M.N., Dzulkifly, M.H., Nor Nadiha M.Z., Che Man, Y.B Detection of Animal Fat Contaminations in Sunflower Oil By Differential Scanning Calorimetry. International Journal of Food Properties. 15: Coni E, Di Pasquale M, Coppolelli P, Bocca A Detection of animal fats in butter by differential scanning calorimetry: a pilot study. Journal of the American Oil Chemists' Society. 71: doi: /bf

9 dr inż. Jolanta Tomaszewska-Gras Załącznik 2. Autoreferat 8 Habilitantka założyła, że to szerokie spektrum badań pozwoli na uzyskanie odpowiedzi na postawione pytania badawcze: Czy różnicowa kalorymetria skaningowa umożliwia ilościowe oznaczenie wody obecnej w maśle? Czy profile krystalizacji i topnienia triacylogliceroli oznaczone przy pomocy DSC mogą być wykorzystane do ilościowego oznaczania obecności oleju palmowego w tłuszczu mlecznym i kakaowym? Jaka jest dokładność, powtarzalność i liniowość opracowanych metod oraz jakie czynniki wpływają na badane parametry metody? Jak naturalna zmienność składu tłuszczu mlecznego wpływa na przydatność metody DSC do oznaczenia autentyczności masła? Omówienie wyników Zbadanie wpływu różnych czynników na dokładność i powtarzalność oznaczenia profilu topnienia i krystalizacji triacylogliceroli tłuszczów oraz parametrów termodynamicznych badanych przejść fazowych [O2] Tomaszewska-Gras J Melting and crystallization DSC profiles of milk fat depending on selected factors. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 113: DOI: /s [O5] Tomaszewska-Gras J Wpływ wybranych czynników na dokładność oznaczenia parametrów termodynamicznych tłuszczu kakaowego przy użyciu różnicowej kalorymetrii skaningowej DSC. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych. 576: [O6] Tomaszewska-Gras J Wpływ prędkości schładzania na proces krystalizacji triacylogliceroli tłuszczu mlecznego. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, 95: DOI: /zntj/2014/95/ Jakość badań naukowych w dużym stopniu zależy od rodzaju stosowanej aparatury oraz dokładności pomiarów uzyskanych przy jej użyciu. Każdą metodę analityczną powinna cechować wysoka dokładność, rozumiana jako poprawność i precyzja 18. Dla określenia stopnia przydatności metody kluczowe znaczenie ma poznanie czynników, wpływających na dokładność wyników pomiaru. Różnicowa kalorymetria skaningowa DSC jest wykorzystywana jako metoda termoanalityczna w rutynowych badaniach, np. polimerów 19 czy farmaceutyków. Stąd, w pierwszym etapie przeprowadzono badania nad stabilnością metody DSC jako 18 PN-ISO : Dokładność (poprawność i precyzja) metod pomiarowych i wyników pomiarów Część 1: Ogólne zasady i definicje. 19 PN-EN ISO : 2013 Tworzywa sztuczne. Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC). Część 3: Oznaczanie temperatury oraz entalpii topnienia i krystalizacji.

10 dr inż. Jolanta Tomaszewska-Gras Załącznik 2. Autoreferat 9 potencjalnej techniki termoanalitycznej do badania tłuszczów jadalnych. Charakteryzując technikę DSC można wyróżnić trzy grupy czynników wpływających na uzyskiwany sygnał: instrumentalne związane ze stosowaną aparaturą, rozwiązaniem konstrukcyjnym, sposobem przygotowania aparatury do badań, związane z metodyką badań, związane z fizyczną naturą substancji analizowanej. Dla metody DSC czynniki instrumentalne, które są wspólne dla wszystkich badanych substancji to: klasa dokładności zastosowanej aparatury, sposób umieszczenia próbek w komorze grzewczej/chłodzącej, rodzaj i sposób rozmieszczenia termoelementów, rodzaj zastosowanej substancji wzorcowej, rodzaj gazu wypełniającego komorę, sposób kalibracji urządzenia. Czynniki związane z metodyką pomiaru to, m.in. stosowana w trakcie analizy prędkość chłodzenia/ogrzewania, masa próbki, rodzaj naczynek. W przypadku substancji niejednorodnych, organicznych o złożonym składzie, takich jak np. żywność, należy jeszcze wziąć pod uwagę czynniki związane z naturalną zmiennością badanej próbki. Badając tłuszcz kakaowy czy mleczny duże znaczenie dla wyniku analizy DSC ma zdolność tych tłuszczów do polimorfizmu. W celu optymalizacji metody badania procesu topnienia i krystalizacji tłuszczu mlecznego i kakaowego przeanalizowano wpływ następujących czynników związanych z metodyką badań: wpływ prędkości schładzania/ogrzewania, wpływ sposobu kalibracji na dokładność oznaczenia parametrów termodynamicznych, wpływ sposobu przygotowania próbki masła (odwodnienia), wpływ rodzaju stosowanych naczynek do analizy, wpływ warunków temperaturowych analiz W pierwszej kolejności wykonano doświadczenie mające wyjaśnić wpływ prędkości chłodzenia i ogrzewania na proces krystalizacji i topnienia tłuszczu kakaowego i mlecznego [O5, O6]. W tym celu zbadano temperatury, entalpię przemiany fazowej oraz wysokości pików w zależności od zastosowanej prędkości schładzania i ogrzewania próbek tłuszczu mlecznego i kakaowego: 1, 2, 5, 10, 20 C/min. W celu wyeliminowania wpływu opóźnienia cieplnego, kalorymetr był każdorazowo kalibrowany na daną prędkość. Na rysunkach 1 A, B można zaobserwować na przykładzie tłuszczu kakaowego, jak zmienia się profil krystalizacji i topienia tłuszczu kakaowego w zależności od zastosowanej prędkości schładzania/ogrzewania.

11 dr inż. Jolanta Tomaszewska-Gras Załącznik 2. Autoreferat 10 A.) B.) Rys. 1 Krzywe DSC A.) krystalizacji i B.) topnienia tłuszczu kakaowego, uzyskane dla różnych prędkości schładzania/ogrzewania: 1, 2, 5, 10, 20 ºC/min. W wyniku przeprowadzonych doświadczeń na próbkach tłuszczu mlecznego i kakaowego stwierdzono, że prędkość schładzania /ogrzewania ma istotny wpływ zarówno na kształt krzywej jak i na wartości parametrów termodynamicznych [O5, O6]. Uzyskane wyniki wskazują, że krystalizacja mieszaniny triacylogliceroli, jaka zachodzi w tłuszczu mlecznym czy kakaowym, przebiega inaczej niż w przypadku substancji jednorodnych, gdzie temperatura T onset (wartość temperatury początku przemiany, wyznaczona jako styczna do piku) dla różnych prędkości pozostaje taka sama, jedynie temperatura piku ulega zmianom, w związku z powiększaniem się piku, jego wysokości i szerokości [Araújo i in. 2010] 20. W przypadku tłuszczów temperatura T onset nie jest stała. Ponadto jej wyznaczenie jest utrudnione ze względu na rozmycie piku, szczególnie w przypadku tłuszczów o złożonym składzie triacylogliceroli. Stąd, w badaniach procesu topnienia czy krystalizacji tłuszczów bardziej uzasadniony jest pomiar temperatury piku. W powyższych badaniach zaobserwowano ponadto, że wielkość uzyskiwanego sygnału strumienia cieplnego, mierzonego w miliwatach, zależy od stosowanej prędkości zmian temperatur, co przekłada się na zmiany wysokości pików krzywej topnienia czy krystalizacji [O5]. 20 Araújo A.A.S., Bezerra M.S., Storpirtis S., Matos J.R Determination of the melting temperature, heat of fusion, and purity analysis of different samples of zidovudine (AZT) using DSC. Brazilian Journal of Pharmaceutical Sciences. 46:38-43.

12 Temperatura [ C] dr inż. Jolanta Tomaszewska-Gras Załącznik 2. Autoreferat 11 Stwierdzono, że wraz ze wzrostem prędkości schładzania/ogrzewania wzrasta wysokość pików, co wynika z zależności [O5]: φ= dq dt = Cp x = Cp x β (1) dt dt gdzie φ strumień cieplny (J/s), Q- ciepło (J), t -czas (s), Cp pojemność cieplna (J/ C ), T- temperatura ( C ), β prędkość ogrzewania / schładzania ( C/s). Fakt zwiększania się wysokości pików topnienia i krystalizacji wraz ze zwiększaniem prędkości zmian temperatury może być wykorzystany w celu zwiększenia czułości pomiaru, np. w analizach próbek o małym stężeniu badanej substancji lub w przypadku małych efektów cieplnych. Stwierdzono bowiem, że istnieje liniowa zależność pomiędzy wysokością pików a prędkością zmian temperatury (rys. 2B). Ustalono także, że prędkości schładzania czy ogrzewania miały wpływ na wartości wszystkich charakterystycznych temperatur (temperatura początku przemiany, pików oraz końca przemiany) oraz wartości entalpii, które malały wraz ze wzrostem prędkości schładzania (rys. 2A) [O5]. Zmiany wartości parametrów termodynamicznych (temperatur, entalpii) wynikają ze specyficznych właściwości tłuszczów, które związane są ze zdolnością triacylogliceroli do tworzenia różnych form polimorficznych podczas przemian fazowych tempratura piku dla krystalizacji temperatura piku dla topnienia 4 wysokość piku krystalizacji wysokość piku topnienia y = -0,15x + 22,03 R² = 0,79 y = -0,53x + 14,88 R² = 0,99 Wysokość piku [W/g ] y = 0,12x + 0,14 R² = 0,99 y = 0,10x + 0,25 R² = 0, Prędkość schładzania/ ogrzewania [ C/ min] Prędkość schładzania/ogrzewania [ C /min] Rys. 2. Zależność temperatury krystalizacji / topnienia (T peak) oraz wysokości piku (h) od prędkości schładzania / ogrzewania tłuszczu kakaowego. Stwierdzono, że najczęściej tworzące się podczas krystalizacji formy to: γ, α, β, β, wymienione zgodnie z rosnącą temperaturą i entalpią topnienia. Forma γ, nazwana tak przez

13 dr inż. Jolanta Tomaszewska-Gras Załącznik 2. Autoreferat 12 Vaeck [1960] 21, określana jest także jako sub-α z uwagi na niższą temperaturę topnienia niż forma α albo jako β 2 ze względu na podobieństwo strukturalne do formy β. Podczas krystalizacji triacylogliceroli tłuszczu mlecznego zidentyfikowano trzy formy polimorficzne: β', α, γ [ten Grotenhuis i in ; Lopez i in ], natomiast tłuszczu kakaowego sześć form: γ, α, β' 2, β' 1, β 2, β 1 [Wille i Lutton, 1966] 24. Podsumowując, można stwierdzić, że zwiększanie prędkości schładzania od 1 do 20 C/min, sprzyja tworzeniu się mniej stabilnych form polimorficznych, co objawiało się obniżeniem wartości temperatur krystalizacji i wartości bezwzględnej entalpii [O6]. W przedstawionych jako osiągniecie publikacjach, opisujących wpływ różnych czynników na wynik pomiaru DSC, przeanalizowano ponadto wpływ rodzaju zastosowanych naczynek do analizy, ustalonych warunków temperaturowych analizy oraz sposobu odwodnienia próbki tłuszczu mlecznego [O2]. W pierwszej kolejności zbadano czy rodzaj naczynek aluminiowych stosowanych do naważania próbki tłuszczu mlecznego i analizy DSC, może istotnie wpływać na uzyskane krzywe krystalizacji i topnienia. W tym celu przetestowano dwa rodzaje naczynek o pojemności 20 µl i 50 µl. Analizy procesu krystalizacji i topnienia prowadzono przy prędkości chłodzenia/ogrzewania 5 C/min. Stwierdzono, że otrzymane krzywe krystalizacji i topnienia nie różnią się, podobnie jak uzyskane wartości parametrów termodynamicznych, takich jak wartości temperatur, entalpii i wysokości pików (wartości maksymalnej strumienia cieplnego) [O2]. W ramach tego doświadczenia badano także, do jakiej temperatury końcowej powinien być schłodzony tłuszcz mleczny w celu prawidłowego zbadania profilu krystalizacji i topnienia. W literaturze tematu dotyczącej badania tłuszczów stosowane są różne temperatury końcowe analizy. Niewłaściwie dobrane temperatury skutkują nieprawidłowością otrzymanych wyników, np. w przypadku zbyt wysokiej temperatury końcowej, krystalizacja nie przebiegnie do końca, co będzie miało z kolei wpływ na uzyskany w konsekwencji profil topnienia i parametry termodynamiczne takie jak entalpia przemiany fazowej. Ze względu na złożony skład tłuszczu mlecznego [Jensen i in., 1991] 25, w którym zidentyfikowano około 400 kwasów tłuszczowych temperatura powinna być bardzo niska. Stało się to podstawą przeprowadzenia analizy z zastosowaniem trzech różnych temperatur końcowych, tj: -40, -50, -60 C. Badania 21 Vaeck S.V Cacao butter and fat bloom. The Manufacturing Confectioner. 40: ten Grotenhuis E., van Aken G.A., van Malssen K.F., Schenk H.: Polymorphism of milk fat studied by differential scanning calorimetry and real-time X-ray powder diffraction. Journal of the American Oil Chemists' Society. 76: Lopez C, Lesieur P, Bourgaux C, Ollivon M Thermal and structural behavior of anhydrous milk fat. 3. Influence of cooling rate. Journal of Dairy Science. 88: Wille R.L., Lutton E.S Polymorphism of cocoa butter. Journal of the American Oil Chemists' Society. 43: Jensen R.G., Ferris A.M., Lammi-Keefe C.J Symposium: Milk fat composition, function, and potential for change. Journal of Dairy Science. 74:

14 dr inż. Jolanta Tomaszewska-Gras Załącznik 2. Autoreferat 13 dowiodły, że entalpie i temperatury topnienia próbek schłodzonych do różnych temperatur końcowych nie różniły się, co wskazuje, że proces krystalizacji triacylogliceroli tłuszczu mlecznego jest zakończony już w temperaturze -40 C i bezzasadne staje się stosowanie niższych temperatur, dzięki czemu można skrócić czas analizy [O2]. Celem kolejnego doświadczenia było zbadanie wpływu metody przygotowania próbki masła do badań. Badanie obejmowało głównie proces odwodnienia masła w celu uzyskania czystego tłuszczu mlecznego. W licznych publikacjach naukowych poświęconych badaniu masła za pomocą DSC, stosowano różne procedury odwodnienia masła, wykorzystując zarówno metody fizyczne jak i chemiczne. Dla przykładu odwodnienie poprzez odparowanie zastosowali Aktas i Kaya [2001] 26, odwirowanie Coni i in. [1994] 27, Tunick i in. [1997] 28, Ortiz-Gonzalez i in. [2007] 29 ; odwirowanie i odparowanie zastosowali Lorinczy i in. [2007] 30, ekstrakcję natomiast Lopez i in. [2005] 31. Nie ma jednak badań, dotyczących porównania profilu topnienia i krystalizacji tłuszczu mlecznego przy zastosowaniu różnych metod. W ocenie przydatności metody DSC do celów analitycznych konieczne było zatem przetestowanie także tego czynnika. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że dla metody odparowania i odwirowania wody uzyskano powtarzalne i nie różniące się statystycznie wartości parametrów termodynamicznych, zarówno w procesie krystalizacji, jak i topnienia. Natomiast stosując metodę ekstrakcji za pomocą rozpuszczalników, wartości temperatur piku krystalizacji istotnie różniły się od tych uzyskanych przy zastosowaniu pozostałych metod (odparowania i wirowania). Ponadto, zaobserwowano mniejszą powtarzalność profilu krystalizacji w przypadku metody odwirowania i ekstrakcji niż w przypadku odparowania wody [O2]. Może to świadczyć o wpływie tych procesów na przebieg krystalizacji triacylogliceroli. W przypadku procesu topnienia nie odnotowano istotnych różnic pomiędzy parametrami termodynamicznymi, co wskazuje, że sposób przygotowania próbki tłuszczu mlecznego nie ma 26 Aktas N., Kaya M Detection of beef body fat and margarine in butterfat by differential scanning calorimetry. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 66: doi: /a: Coni E, Di Pasquale M, Coppolelli P, Bocca A Detection of animal fats in butter by differential scanning calorimetry: a pilot study. Journal of the American Oil Chemists' Society.71: doi: /bf Tunick M.H., Smith P.W., Holsinger V.H Detection of recombined butter by DSC. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 49: Ortiz-Gonzalez G., Jimenez-Flores R., Bremmer D.R., Clark J.H., DePeters E.J., Schmidt S.J., Drackley J.K Functional properties of butter oil made from bovine milk with experimentally altered fat composition. Journal of Dairy Science. 90: doi: /jds Lorinczy D., Regdon G., Keller B., Szakaly S., Schaffer B Development of a DSC method for determination of certain technological parameters of margarine and mixed-fat spread. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 88: doi: /s Lopez C, Lesieur P, Bourgaux C, Ollivon M Thermal and structural behavior of anhydrous milk fat. 3. Influence of cooling rate. Journal of Dairy Science. 88:

15 dr inż. Jolanta Tomaszewska-Gras Załącznik 2. Autoreferat 14 istotnego wpływu na ten proces. Rezultatem badań przeprowadzonych na tym etapie są także dane odnośnie powtarzalności oznaczenia parametrów termodynamicznych procesu krystalizacji i topnienia triacylogliceroli przy użyciu techniki DSC. Na podstawie przedstawionych w publikacjach wyników badań można stwierdzić, że analiza procesu topnienia i krystalizacji tłuszczu mlecznego, mimo złożonego składu, charakteryzuje się wysoką powtarzalnością, o czym świadczą niskie współczynniki zmienności RSD. Dla oznaczeń temperatury we wszystkich eksperymentach współczynnik RSD wynosił 1,8 % dla procesu topnienia, 1,5 % dla procesu krystalizacji, dla pomiaru entalpii w procesie topnienia wynosił 0,9 %, krystalizacji 3,2 %. Natomiast dla wysokości pików w procesie topnienia 2,9 %, a krystalizacji 9,3 %. Na ostatnią wartość RSD (9,3 %) wpływ miało głównie zastosowanie różnych metod odwadniania, w których stosując metodę przygotowania próbki poprzez ekstrakcje rozpuszczalnikami uzyskiwano większy rozrzut wyników. Ocena możliwości ilościowego oznaczenia zafałszowań masła wodą za pomocą techniki DSC na podstawie przejścia fazowego krystalizacji i topnienia [O1] Tomaszewska-Gras J Detection of butter adulteration with water using differential scanning calorimetry. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 108: DOI: /s y. Masło ze względu na stosunkowo wysoką cenę jest często przedmiotem fałszowania albo obcymi tłuszczami (zwierzęcymi lub roślinnymi) albo wodą. Nazwa masło jest zastrzeżona dla produktu zawierającego wyłącznie tłuszcz mleczny i wodę. Dopuszczalna zawartość wody w maśle wynosi 16 %, zgodnie z Rozporządzeniem UE nr 1308/ , określającym normy dla tłuszczów do smarowania. Zafałszowanie masła wodą wykrywa się obecnie stosując odwoławczą metodę 33, która jest niestety bardzo czasochłonna. Masło jest emulsją typu woda w oleju, gdzie woda występuje w stanie rozproszonym i nie jest związana z hydrofobową fazą tłuszczową. Woda jest normowanym składnikiem, stąd jej oznaczanie jest jednym z głównych elementów kontroli towaroznawczej żywności. Do oceny zawartości wody w żywności wykorzystuje się metody refraktometryczne, np. do badania miodów czy przetworów owocowych, metody suszenia termicznego do badania mięsa czy masła, metody elektryczne, 32 Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 1308/2013 z dnia 17 grudnia 2013 r. ustanawiające wspólną organizację rynków produktów rolnych oraz uchylające rozporządzenia Rady (EWG) nr 922/72, (EWG) nr 234/79, (WE) nr 1037/2001 i (WE) nr 1234/2007 (Dz. Urz. UE z , L 347, s. 671). 33 PN-EN ISO :2004. Masło oznaczanie zawartości wody, suchej masy beztłuszczowej i tłuszczu Część 1: Oznaczanie zawartości wody (Metoda odwoławcza).

16 dr inż. Jolanta Tomaszewska-Gras Załącznik 2. Autoreferat 15 chemiczne, destylacji azeotropowej czy magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR). W prezentowanych badaniach [O1], wykorzystano technikę DSC do ilościowego oznaczenia zawartości wody w maśle na podstawie przejść fazowych, takich jak: krystalizacja (przemiana egzotermiczna), topnienie (przemiana endotermiczne). Metodę tą zastosowano już w badaniu farmaceutyków [Kaza i in., 2012] 34. Oznaczenie ilościowe możliwe jest dzięki zależności pomiędzy ilością ciepła pochłanianą/ wydzielana przez materiał w czasie przemiany fazowej a ilością wody w tym materiale. Celem tego etapu badań była ocena możliwości wykorzystania różnicowej kalorymetrii skaningowej do oznaczenia ilościowego zawartości wody w maśle, wykorzystując fakt, iż ilość ciepła potrzebna do stopienia lodu jest wprost proporcjonalna do zawartości wody w układzie. Za pomocą techniki DSC przeprowadzono analizy procesu krystalizacji i topnienia wody zawartej w maśle jak i wody dodanej celowo do tłuszczu mlecznego w różnych stężeniach (5, 10, 15, 20, 25, 30 %). Na przedstawionych rysunkach (rys. 3 A, B) można zaobserwować, że wraz ze zwiększającą się zawartością wody zwiększa się wielkość pików krystalizacji i topnienia, a ponadto w przypadku krystalizacji (rys. 3B) piki przesuwają się w stronę wyższych temperatur. A.) B.) Rys. 3 Krzywe DSC A.) krystalizacji wody i B.) topnienia lodu w tłuszczu mlecznym zawierającym 5, 10, 15, 20, 30 % wody. 34 Kaza L, Sobhi HF, Fruscella JA, Kaul C, Thakur S, Perera NI, Alexander K Thermal analysis of water and magnesium hydroxide content in commercial pharmaceutical suspensions milk of magnesia. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 109: doi: /s

17 dr inż. Jolanta Tomaszewska-Gras Załącznik 2. Autoreferat 16 Można więc w pełni uznać, że postawiona hipoteza została zweryfikowana pozytywnie. Im mniejsza zawartość wody, tym temperatura krystalizacji jest niższa, co zaobserwowali także Gliguem i in. [2009] 35. Z uzyskanych krzywych wyznaczono wartości entalpii krystalizacji wody i topnienia lodu w tłuszczu mlecznym i na ich podstawie przeprowadzono analizę regresji liniowej pomiędzy zawartością wody w tłuszczu mlecznym a entalpią krystalizacji i topnienia wody. W wyniku przeprowadzonej analizy otrzymano wysokie współczynniki korelacji, r=-0,98 dla entalpii krystalizacji oraz r=0,99 dla entalpii topnienia. Wyznaczono również równania regresji, pozwalające obliczyć zawartość wody przy pomocy uzyskanych wartości entalpii krystalizacji i topnienia wody obecnej w tłuszczu mlecznym: % wody = -0,435 ΔH kryst + 2,694 dla entalpii krystalizacji wody % wody = 0,295 ΔH top + 4,298 dla entalpii topnienia lodu Otrzymane wyniki dowiodły, że istnieje liniowa zależność pomiędzy entalpią przejść fazowych wody (krystalizacja, topnienie) a jej zawartością w próbkach tłuszczu mlecznego w zakresie stężeń 5-30 % wody [O1]. W kolejnym doświadczeniu zbadano dokładność opracowanej metody poprzez analizę DSC zawartości wody w siedmiu różnych próbkach masła, wykorzystując wyznaczone równania regresji. Uzyskane metodą DSC procentowe zawartości wody porównano z wynikami otrzymanymi przy użyciu metody referencyjnej [PN-EN ISO :2004] 36. Średnia wartość dokładności (różnica pomiędzy wartością rzeczywistą a mierzoną) wynosiła 1 % przy wykorzystaniu równania z entalpią topnienia oraz 2,6 % dla równania zawierającego entalpię krystalizacji. Opracowana metoda charakteryzowała się także wysoką powtarzalnością pomiarów. Uzyskany średni współczynnik RSD dla pomiarów entalpii krystalizacji wody wynosił 4,8 %, natomiast dla entalpii topnienia 4,2 %. 35 Gliguem H., Ghorbel D., Grabielle Madelmont C., Goldschmidt B., Lesieur S., Attia H., Ollivon M., Lesieur P Water behavior in processed cheese spreads. DSC and ESEM study. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 98, PN-EN ISO :2004. Masło oznaczanie zawartości wody, suchej masy beztłuszczowej i tłuszczu Część 1: Oznaczanie zawartości wody (Metoda odwoławcza).

18 dr inż. Jolanta Tomaszewska-Gras Załącznik 2. Autoreferat 17 Ocena możliwości jakościowego i ilościowego oznaczenia zafałszowań masła i tłuszczu kakaowego olejem palmowym na podstawie profilu topnienia i krystalizacji triacylogliceroli za pomocą techniki DSC połączonej z metodami chemometrycznymi [O3] [O4] [O7] Tomaszewska-Gras J DSC coupled with PCA as a tool for butter authenticity assessment. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. DOI: /s Tomaszewska-Gras J Rapid quantitative determination of butter adulteration with palm oil using the DSC technique. Food Control. 60: DOI: /j.foodcont Tomaszewska-Gras J Ocena autentyczności tłuszczów jadalnych przy wykorzystaniu techniki DSC w połączeniu z metodami chemometrycznymi. W: Żywność dla świadomego konsumenta. Red. nauk. K. Melski, D. Walkowiak-Tomczak. Wyd. Wydziału Nauk o Żywności i Żywieniu. Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Jak pokazują raporty urzędowych organów kontroli masło czy tłuszcz kakaowy często podlegają fałszowaniu przez dodatek tłuszczów obcych, którym najczęściej jest olej palmowy. Celem tego etapu badań była analiza krzywych topnienia i krystalizacji za pomocą DSC pod kątem oceny współzależności parametrów termodynamicznych od zawartości oleju palmowego w tłuszczu mlecznym i kakaowym. W badaniach wykorzystano fakt, iż każdy tłuszcz posiada charakterystyczną i niepowtarzalną krzywą topnienia i krystalizacji, która wynika ze zróżnicowanego składu kwasów tłuszczowych, wchodzących w skład triacylogliceroli. Prezentowane wyniki badań [O4] zawierają aspekty walidacji metody, których nie opisano dotychczas w dostępnej literaturze naukowej. Podjęto wysiłek opracowania nie tylko metody detekcji i jakościowego stwierdzenia faktu zafałszowań, ale także ilościowego oznaczenia substancji fałszującej, którą w tym przypadku był olej palmowy. Opracowaną metodę DSC ilościowego oznaczenia zweryfikowano na podstawie analizy zafałszowanych próbek tłuszczu mlecznego, oceniając jej dokładność poprzez porównanie wyników oznaczenia z metodą referencyjną oznaczania triacylogliceroli przy użyciu chromatografii gazowej. Za pomocą techniki DSC analizowano proces topnienia i krystalizacji badanych tłuszczów, zawierających dodatek 0, 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 % oleju palmowego. Cały eksperyment dotyczący analizy tłuszczu mlecznego i kakaowego przeprowadzono dwukrotnie. W celu opracowania ilościowej metody DSC posłużono się statystycznymi metodami chemometrii, takimi jak analiza głównych składowych (PCA) czy regresja wieloraka.

19 dr inż. Jolanta Tomaszewska-Gras Załącznik 2. Autoreferat 18 Badania dotyczące opracowania metody ilościowego oznaczenia obecności oleju palmowego w tłuszczu mlecznym obejmowały następujące etapy : badanie wpływu dodatku oleju palmowego na profil i parametry termodynamiczne procesu krystalizacji i topnienia tłuszczu mlecznego, optymalizację za pomocą analizy głównych składowych (PCA) w celu wybrania parametrów termodynamicznych procesu krystalizacji i topnienia umożliwiających rozróżnienie tłuszczu autentycznego od zafałszowanego, wykorzystanie wybranych za pomocą PCA parametrów termodynamicznych w modelach regresji wielorakiej do opracowania równań umożliwiających ilościowe oznaczenie obecności oleju palmowego w tłuszczu mlecznym i kakaowym, weryfikację i ocenę dokładności opracowanej metody DSC poprzez porównanie z wynikami uzyskanymi metodą referencyjną oznaczania triacylogliceroli za pomocą chromatografii gazowej na przykładzie zafałszowanych próbek masła. Wyniki badań dotyczące oceny autentyczności tłuszczu mlecznego Typowe krzywe DSC krystalizacji i topnienia czystego tłuszczu mlecznego, uzyskane przy prędkości schładzania/ogrzewania 5 C/min przedstawiono na rysunku 4. Rys. 4 Typowe krzywe DSC topnienia i krystalizacji tłuszczu mlecznego uzyskane przy prędkos ci schładzania/ogrzewania 5 C/min. LMF-frakcja niskotopliwa, MMF frakcja średniotopliwa, HMF-frakcja wysokotopliwa W procesie krystalizacji, przeprowadzonym od temperatury 50 ᵒC do temperatury -40 ᵒC, odnotowano pojawienie się dwóch egzotermicznych pików T c1 i T c2 w temperaturach odpowiednio 15 i 8 ᵒC. Profil topnienia natomiast różnił się od krzywej krystalizacji, ze względu na równocześnie zachodzące procesy przejść fazowych topnienia jak i zmian formy

20 dr inż. Jolanta Tomaszewska-Gras Załącznik 2. Autoreferat 19 polimorficznej. Na krzywej topnienia wyróżniono wg Deffense [1993] 37 trzy frakcje: LMFniskotopliwą, MMF średniotopliwą i HMF- wysokotopliwą, dla których odpowiednio oznaczono średnie wartości temperatur: T m1=6,7 ᵒC, T m2=16,2ᵒc i T mend=36,3 ᵒC. Zgodnie z wynikami badań za pomocą dyfraktometrii rentgenowskiej XRD [ten Grotenhuis i in., 1999] 38 pierwszy pik T m1 powstaje w wyniku topnienia frakcji niskotopliwej LMF, występującej w formie polimorficznej α. Frakcja ta bogata jest szczególnie w kwasy krótko- i średniołańcuchowe oraz jednonienasycone (C18:1), tworzące triacyloglicerole o liczbach atomów węgla C36, C38, C40 [van Aken i in., 1999] 39. Następny, główny i stosunkowo ostry, pik T m2, związany jest z frakcją średniotopliwą MMF, która krystalizuje w formie polimorficznej β. Ostatnia topi się frakcja wysokotopliwa, występująca również w formie β i zawierająca w swoim składzie w największej ilości kwasy nasycone (C14:0, C16:0, C18:0) [van Aken i in., 1999] 40. Przemiana fazowa kończy się w temperaturze T mend ok. 37 ᵒC, będącej temperaturą sklarowania masła, tj. całkowitego przejścia w stan ciekły. Badania próbek tłuszczu mlecznego zawierającego różne stężenia oleju palmowego: 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 % (w/w) pokazały, iż zarówno profil krystalizacji jak i topnienia ulega zmianom pod wpływem dodatku oleju (rys. 5), które wynikają ze zmian parametrów termodynamicznych: temperatur, entalpii, powierzchni i wysokości poszczególnych pików. profilu oraz parametrach termodynamicznych. Przemiana endotermiczna topnienia, zachodząca w zakresie temperatur od -40 C do 37 C, charakteryzowała się pojawieniem dwóch pików T m1 and T m2 w temperaturze 6,7 C i 16,2 C, odpowiadającym frakcji LMF i MMF. W procesie krystalizacji najbardziej znaczącą zmianą spowodowaną wzrostem stężenia oleju palmowego było zwiększanie się powierzchni pierwszego piku T c1 przy jednoczesnym zmniejszeniu powierzchni drugiego piku T c2 oraz zwiększanie różnicy temperatur pomiędzy pikami T c1 i T c2 (rys. 5A). Dla pierwszego piku T c1 odnotowano istotny statystycznie (p<0,05) wzrost wysokości (h c1) od wartości 264,6 do 330,1 mw/g oraz udziału powierzchni ( H c1) z 7,79 % do 13,3 %. Dla drugiego natomiast zaobserwowano zmniejszenie wartości udziału powierzchni ( H c2) z 92 % do 87 % oraz wysokości (h c2) od 330,2 do 278,9 mw/g. Nie 37 Deffense E Milk fat fractionation today: a review. Journal of the American Oil Chemists' Society, 70: ten Grotenhuis E., van Aken G.A., van Malssen K.F., Schenk H.: Polymorphism of milk fat studied by differential scanning calorimetry and real-time X-ray powder diffraction. J. Am. Oil Chem. Soc., 1999, 76, van Aken G.A., ten Grotenhuis E., van Langevelde A.J., Schenk H Composition and crystallization of milk fat fractions. Journal of the American Oil Chemists' Society. 76: van Aken G.A., ten Grotenhuis E., van Langevelde A.J., Schenk H Composition and crystallization of milk fat fractions. Journal of the American Oil Chemists' Society. 76:

21 dr inż. Jolanta Tomaszewska-Gras Załącznik 2. Autoreferat 20 zaobserwowano natomiast istotnych zmian w wartości entalpii całkowitej ( H) przemiany fazowej krystalizacji. A.) B.) Rys. 5 Krzywe DSC A. krystalizacji, B. topnienia tłuszczu mlecznego z dodatkiem 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 % (w/w) oleju palmowego. Z kolei w procesie topnienia tłuszczu mlecznego (rys. 5B) zaobserwowano pod wpływem dodatku oleju palmowego jeszcze bardziej znaczące zmiany, m.in. wzrost temperatur T m1 i T mend oraz pola powierzchni ( H m1) i wysokości (h m1) piku pierwszego. Równocześnie zaobserwowano spadek temperatury T m2, entalpii ( H m2) oraz wysokości (h m2) dla frakcji MMF. Entalpia całkowita topnienia ( H) ulegała nieistotnym statystycznie zmianom. Zmiany temperatur i powierzchni pików wynikają ze zmian w udziale poszczególnych kwasów tłuszczowych [O4]. Olej palmowy zawiera w swoim składzie głównie kwas palmitynowy C16:0, który po dodaniu do tłuszczu mlecznego wchodzi w skład frakcji wysokotopliwej, powodując przesuniecie piku T mend w kierunku wyższych wartości. Kolejny pod względem zawartości w oleju palmowym to kwas oleinowy C18:1, który z kolei przyczynia się do obniżenia temperatury T m2 piku frakcji średniotopliwej tłuszczu mlecznego. Wszystkie zaobserwowane zmiany były przesłanką do przeprowadzenia analizy współzależności zmian parametrów termodynamicznych od stężenia oleju palmowego. W wyniku przeprowadzonych analiz DSC uzyskano zbiór danych, zawierający 6 zmiennych uzyskanych z krystalizacji (T c1, T c2, ΔH c1, ΔH c2, h c1, h c2) oraz 9 zmiennych z procesu topnienia (T m1, T m2, T mend, ΔH m1, ΔH m2, ΔH m3, h m1, h m2, h m3) dla każdego stężenia oleju palmowego, tworzących matrycę danych wejściowych do analizy składowych głównych (PCA).

22 dr inż. Jolanta Tomaszewska-Gras Załącznik 2. Autoreferat 21 W celu stwierdzenia przydatności określonych parametrów do rozróżniania próbek autentycznego masła od próbek zafałszowanych zastosowano analizę PCA w trzech wariantach: I. analiza PCA wszystkich danych z krystalizacji i topnienia, II. analiza PCA danych tylko z procesu krystalizacji, III. analiza PCA danych tylko z procesu topnienia. Przeprowadzona analiza głównych składowych dowiodła, że rozróżnienie próbek autentycznych od zafałszowanych jest najlepsze przy wykorzystaniu wyłącznie parametrów profilu topnienia: (ΔH m1, ΔH m2, H m3, h m1, h m2, h m3), co przedstawiono na rysunku 6 [O3]. A.) B.) Rys. 6 Wykres A.) rozrzutu ładunków, ukazujący relacje zachodzące pomiędzy zmiennymi (parametry termodynamiczne topnienia) B.) rozmieszczenia badanych obiektów (próbek o stężeniu 0, 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 % oleju palmowego) względem PC1 i PC2. Wybrane, w efekcie przeprowadzonej analizy PCA, parametry procesu topnienia wykorzystano w dalszej części analizy statystycznej do wyznaczenia liniowego modelu regresji wielorakiej z wieloma zmiennymi w celu ilościowego oznaczenia dodatku oleju palmowego. Dla zmiennych przedstawionych w formie: regresji wielorakiej: Zawartość oleju palmowego [%] = -32,27 + 7,42 h1 h3 H1, H1, h1 H3 H2, h1 h3 h2, uzyskano następujące równanie h1 H1 + 18,04 + 0,99 h2 H2 + 18,79 H1 H3 gdzie : ΔH1, ΔH2 - entalpie cząstkowe topnienia frakcji LMF, MMF [J/g], h1, h2 wysokości pików topnienia [mw/g] (3)