化妝品、藥品與食品應用｜配方穩定性與熱物性量測
許多藥品成分與化妝品乳液對溫度高度敏感，稍有升溫就可能產生分解、油水分離或氧化變質； 冷鏈藥品與食品若短時間超出規範溫度，更可能造成效期縮短或品質下降。 透過熱分析與熱物性量測，可深入了解主成分與賦形劑的熱行為，並協助設計合適的配方、製程與包材保護。
為何化妝品、藥品與食品需要熱分析與熱物性量測？
在化妝品、藥品與食品領域，產品多為複雜配方系統，如乳膏、懸浮液、粉體或玻璃態固體。 這些配方在運輸、儲存與實際使用過程中會承受溫度波動與長時間放置， 若未充分掌握其熱穩定性與相行為，可能導致效價下降、口感或質地改變，甚至產生安全風險。
- 藥品效價與穩定性：評估主成分與賦形劑在升溫或長期儲存下之分解與玻璃轉移行為。
- 冷鏈產品風險控管：針對需冷藏／冷凍之藥品與食品，建立超溫條件下的分解與變質指標。
- 乳霜與乳液質地控制：觀察乳化體系中的脂肪與蠟類熔融行為，維持適當觸感與外觀穩定性。
- 食品配方與口感設計：比較脂肪組成、糖類玻璃轉移等熱參數，協助優化風味與口感。
- 包材與製程設計：利用熱導率與比熱量測，協助設計加熱／冷卻條件與保溫包裝方案。
應用案例一：奶粉在運輸與儲存過程中的熱導率評估（Transient Hot Bridge）
乾燥奶粉在運輸與倉儲過程中，經常面臨外界溫度劇烈變化。 產品本身的熱導率與比熱，會影響溫度在粉體堆積中的傳導速度與溫度均勻性， 進而影響品質穩定與風味保存。
量測與解析重點：
- 熱導率與比熱：理想產品傾向具較高比熱與較低熱導率，以降低溫度波動對品質的影響。
- 配方因子影響：組成、密度、孔隙度、脂肪與含水量等，皆會改變奶粉的熱物性。
- 實驗條件設定：可在室溫與較高溫度（例如 60 °C）下比較熱導率變化，評估實際運輸情境。
透過 transient hot bridge（THB）類型量測，可為奶粉與其他乾燥食品粉體建立熱物性資料， 作為冷鏈設計與保溫包裝選型的依據。
應用案例二：香蕉莖等農業副產物的熱行為分析（STA）
農業副產物如香蕉莖，可作為纖維材料、填料或生質能源原料。 透過同步熱分析（STA：TGA + DSC），可以系統性地了解其脫水、熱分解與殘留物形成行為， 評估其在乾燥、碳化或其他熱處理製程中的適用性。
量測與解析重點：
- 低溫區質量損失：對應自由水與結構水逸出，與乾燥條件設計密切相關。
- 中高溫分解步驟：可區分半纖維素、纖維素與木質素等成分之熱分解區間。
- 殘留碳質比例：作為碳材料或燃料用途時的重要參數。
這類分析對於開發食品工業副產物再利用方案（如纖維補強、功能性粉體）具有實務參考價值。
應用案例三：巧克力配方之熔融行為與脂肪組成分析（DSC）
差示掃描量熱（DSC）廣泛應用於巧克力等食品的品質管控。 透過量測熔融曲線，可評估不同配方間脂肪組成、結晶型態與乳化品質， 進一步與口感、入口即溶程度與儲存穩定性建立關聯。
量測與解析重點：
- 雙峰或多峰熔融行為：對應低熔點乳脂與較高熔點植物脂肪的組合比例。
- 熔融峰位置與面積：可作為脂肪種類、含量與結晶結構差異之指標。
- 手工巧克力 vs. 量產產品：常可觀察到熔融行為均勻性與峰形之差異。
這些 DSC 資料可用於新配方開發、製程條件優化與批次間品質一致性評估。
應用案例四：乳糖與藥品賦形劑玻璃轉移溫度與多形性分析（DSC）
乳糖與多元醇（例如山梨醇）常作為藥品與保健食品中的賦形劑或甜味劑。 這類材料在玻璃態與結晶態之間的轉換，會影響配方的流動性、壓片性與吸濕穩定性。 DSC 可精準量測玻璃轉移溫度 (Tg) 與熔融行為，並協助辨識多形性。
量測與應用重點：
- Tg 與儲存溫度的關係：當實際儲存溫度接近或高於 Tg 時，易發生結塊或物性變化。
- 玻璃態 vs. 結晶態：可評估噴霧乾燥粉體、固體分散體等系統的穩定區間。
- 多形性辨識：透過熔融峰位置與焓變化，判斷不同晶型的存在與比例。
對於藥品、保健食品與嬰幼兒配方食品而言，這類熱分析結果是配方與製程設計的重要依據。
化妝品、藥品與食品常用熱分析與熱物性量測技術一覽
- 差示掃描量熱（DSC）：量測玻璃轉移溫度、熔融與結晶行為、多形性、脂肪熔融曲線與反應熱。
- 熱重分析（TGA）與同步熱分析（STA：TGA + DSC）：評估水分、揮發物與熱分解行為，適用於粉體、乾燥食品與賦形劑。
- 熱導率與熱擴散率量測（如 THB、LFA、HFM 類技術）：取得粉體、液體與包材系統的熱傳特性，用於冷鏈與溫控設計。
- 比熱量測（Cp）：提供能量平衡與加熱／冷卻時間計算所需的熱力學參數。
- 熱機械與膨脹量測（TMA / DIL）：評估包材與結構材料在溫度變化下的尺寸穩定性與相容性。
我們可依實際應用情境（化妝品、藥品或食品），協助規劃合適的量測方法與測試條件， 並提供試測與技術說明服務，作為配方開發、製程優化與品質保證的重要工具。
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郭文龍｜FST International｜Email: Allen.kuo@fstintl.com.tw