（见下面的文章链接）

扎卡里·卡特赖特 (00:00)：
我是扎卡里·卡特赖特。这是食物中的水。

Mary Galloway (00:02)：
如果溶解度发生变化，那么人们就不会像他们期望的那样吸收到他们的身体中。

Gaylon Campbell (00:11)：
这基本上阻止了水活动的变化。所以这是一个美丽的实验。

Mary Galloway (00:16)：
他们看到水活度是否发生了变化。当它达到稳定状态并且这就是他们发现的东西时，他们可以说，“啊，这就是我们正在寻找的边界。”

Zach Campbell (00:24)：
一点额外的知识可以帮助上游。

Zachary Cartwright (00:28)：
欢迎收看《食物中的水》的另一集。在本期特别节目中，METER 集团的三位嘉宾和同事加入了我的行列。我们有应用专家 Mary Galloway、仪器主管 Zach Campbell 和 METER 集团创始人 Gaylon Campbell 博士。让我们每个人都打个招呼，告诉我们一些关于你在 METER 的工作，从你开始，玛丽。

Mary Galloway (00:49)：
你好。我是 Mary Galloway，是 METER 的应用科学家。我在这里已经 10 年了。简而言之，我所做的是帮助人们了解水分将如何影响他们的产品。我还管理我们的研发实验室。因此，我们使用完整开发阶段的仪器以及其他仪器，并进行一些有趣的实验。

Zachary Cartwright (01:14)：
玛丽也以她的网络研讨会而闻名。我会去找你扎克。告诉我们一些关于你在 METER 的角色。

Mary Galloway (01:21)：
是的。很高兴来到这里。正如 Zachary 提到的，我的角色是仪器仪表总监。所以这意味着我有幸管理我们在食品方面的仪器组合，包括我们的水分活度计、新产品开发，然后有时我也可以做一些应用支持。

Zachary Cartwright (01:39)：
Gaylon Campbell 博士。

Gaylon Campbell (01:42)：
我也开始从事一些设计工作。我们做环境和食品仪器，我在这两个领域和一些应用领域工作。

Zachary Cartwright (01:59)：
嗯，谢谢大家今天来到这里。今天，我们将简要讨论两篇科学论文，并讨论它们在食品和制药行业的应用。这是一个技术性很强的话题，绝对比我们通常的剧集要多，但它确实很关键，我们相信我们的一些听众会发现这很有见地。

Zachary Cartwright (02:19)：
第一篇论文名为“Identification of Phase Boundaries in Anhydrate/Hydrate Systems”，由辉瑞公司的科学家撰写，并于 2007 年发表在 Journal of Pharmaceutical Sciences 上。第二篇论文名为 RH-Temperature Phase Diagrams of Hydrate形成潮解结晶成分由普渡大学的科学家撰写，并于 2017 年发表在《食品化学杂志》上。现在，希望我没有被这些标题吓跑，但我希望你在每个标题中注意到的一件事是水合物这个词. 所以我今天向我们的客人提出的第一个问题是什么是水合物，为什么它很重要？我会交给你 Zach，还有 Mary。

扎克坎贝尔（03:02）：
当然。是的。所以说实话，水合物是一个模糊的术语。在很多不同的情况下，它可能意味着很多不同的事情。但是今天我们谈论的是一种晶格形成的水合物。那里的第二篇论文，Allan 和 Mauer 的 RH-Temperature Phase Diagrams，给出了非常技术性的描述。但是一种简单的思考方式是，当结晶分子吸收水并且水被结合到晶格结构中时，在这种情况下可以将其称为结晶水合物。

玛丽·加洛韦 (03:35)：
对。晶体实际上将水结合到其中。因此，它成为该分子的一部分，并改变了它的一些物理特性。这是由湿度和温度引起的。这就是我们要关注的问题，就是找出这些边界是什么。什么时候真正发生？

扎克坎贝尔（03:51）：
是的。对于某些边界条件，两者之间的相互作用不一定是我认为的情况。所以从这个角度来看，这是一个有趣的应用程序。

Zachary Cartwright (04:01):
Mary，你能告诉我们为什么食品行业的人应该注意水合物吗？

玛丽·加洛韦 (04:06)：
是的。有很多成分，尤其是可以属于这一类的成分。他们在本文中列出的一些是葡萄糖、乳糖，实际上我们听到了很多关于乳糖、麦芽糖、海藻糖、柠檬酸、苹果酸、山梨糖醇和氯化硫胺素的信息，它就像一种维生素 B1，这不仅仅是 B1，还有其他类似的官能团，它们可能难以形成水合物。我现在能想到的一些例子是，如果你形成水合物，就像你提高温度，水合物形成，你不知道它，你脱水它，你现在正在释放结合在晶体中的水分现在已发布到您的公式或其他任何内容中。现在你已经得到了可能导致结块和结块和类似问题的额外水分。

Mary Galloway (04:57)：
它还会改变成分的溶解度和稳定性。因此，如果我们在这方面谈论功能性食品，那是一个大问题。还有维生素，就像我之前提到的那样，他们提到了一种特定的维生素，即 B1 维生素。另外，如果你有一个配方，你专门为某物称重固体，让我们再说一遍维生素，我们使用它，它适用于很多方面，你想，好吧，我有这个百分比我的配方中的维生素，你已经形成了水合物，嗯，水很重，对吧？所以你实际上没有像你想象的那样多的功能性成分或维生素，因为那里的水是水合物。

Mary Galloway (05:40)：
这也会影响保质期。如果您遇到了正在发生的这些问题，如果您超过了我们将要讨论的这些要点并且您正在形成这些水合物，那么它会改变保质期。因此，如果您能够知道该点在哪里，保持温度和相对湿度较低，它会保持良好和稳定，您可以延长保质期。因此，了解水合物和其中一些成分有很多关键点。

Zachary Cartwright (06:05)：
谢谢，玛丽。那么制药行业中的水合物呢？为什么这很重要，坎贝尔博士？

Gaylon Campbell (06:10)：
玛丽谈到的很多事情都适用于那里。API（药物中的活性成分）要想正常工作，它必须是可溶的。对其进行的研究假设其分子结构不会改变，如果改变了，那么就会影响其功效。因此，重要的是要了解水合物形成的温度和湿度边界，并确保在其上所做的工作要么处于无水状态，要么处于水合状态，而不是一种状态和另一种状态。

Zach Campbell (07:23)：
这些信息、关于这将如何发生的知识可以帮助推动相关的选择。这是如何打包和分发的？它是如何封装的？使用什么辅料？在暂停中，使用什么媒体来暂停它？因为这些材料中的任何一种，例如，赋形剂可以形成水合物或者它可以形成无水材料。因此，通过排出这些水，它也可能影响 API。所以一点点额外的知识可以帮助上游。

Zachary Cartwright (07:54)：
我只想澄清这一点。这听起来像是在食品和制药中，如果你正在形成水合物，这可能意味着标签上的内容并不代表产品本身的内容。这是真的？

玛丽·加洛韦 (08:05)：
是的。我想你需要知道发生了什么。对于食物，比如当我们谈论功能性成分和维生素时，当我们特别关注浓度并且我们在标签上注明时，这肯定会成为一个问题。对于其他问题，可能会发生结块和结块以及溶解度等问题。这也是配方中的一个问题。虽然，当我们谈论 API 时，比如在制药行业以及这些功能性食品中，如果溶解度发生变化，那么人们就不会像他们期望的那样吸收到他们的身体中。这也是一个问题。

Zachary Cartwright (08:47)：
好的。谢谢你，玛丽。现在我们对不同的应用有所了解，让我们回到这些论文。所以我先从你开始，坎贝尔博士。辉瑞论文的目标是什么？与普渡论文中的目标相比如何？

盖伦坎贝尔 (09:04):
两篇论文的目标都是根据温度和湿度确定水合物形成的相界。在普渡论文中，晶体潮解的边界，或者你得到从结晶状态到溶液相的变化。因此，如果我们考虑相图，在这种情况下，相图是 y 轴上的相对湿度或水分活度图，以及 x 轴上的温度图。然后，该图上的线条将显示不同阶段可以存在的边界。因此，对于您感兴趣的材料，您可以有一个结晶无水相。您可以有一个水合物形成的相，然后您可以有一个溶液相。如果一旦我们知道该图中边界的位置，那么我们总是可以预测我们是否'

Zachary Cartwright (10:47)：
你指的是这些图表。制作这些图表需要哪些工具？也许你可以谈谈那个扎克。

扎克坎贝尔（10:56）：
当然。是的。所以这些边界图的实际形成是相当复杂的。没有一种乐器会构建出整个事物。所以艾伦和莫尔的论文实际上使用了两种或三种不同的方法来构建这些。对于从无水物到水合物的转变，他们所做的是在水中混合不同醇的二元溶剂溶液。他们这样做的原因是它使他们能够基本上控制溶液中的湿度，这从这个角度来看很重要，因为正如我们所提到的，从无水材料到水合物的整个转化过程中包含了一些时间成分。

Zach Campbell (11:42)：
除此之外，如果你是在气相中进行的，那么如果你要让他们使用葡萄糖、柠檬酸和另一种，我相信，如果你让那些潮湿的环境，那么这将增加额外的时间来平衡。到了实验的时间尺度甚至可能延伸到年份范围的地步。因此，通过控制溶剂的水活度，他们能够引入结晶水合物或无水材料，然后测量晶格是否有任何变化。如果有，那么就假设有，那时它是不稳定的。因此，为了验证我相信他们正在使用某种红外晶体学。

Mary Galloway (12:29)：
他们就是这样检查那里的表格。这是很整洁的东西。基本上，您专门构建了一个水分活度解决方案。他们在那张纸中使用乙醇和水，然后他们只是把那些东西放在那里，比如水晶、水合物或无水溶液。他们把它放在那里。而且它的工作速度要快得多，因为它与该解决方案直接接触。然后他们监测水活度并观察水活度是否发生变化。当它达到稳定状态时，这就是他们发现的，然后他们可以说，“啊，这就是我们正在寻找的边界。” 他们也在不同的温度下做到了。他们做了一个完整的扫描。

Mary Galloway (13:07)：
但是，是的，他们引用了 195 天，并且没有任何变化。在另一篇论文中，他们提到他们已经做了一年类似的事情，他们只是用这种旧方式做，你只需用盐溶液将它保持在特定的湿度下，他们会看到 3% 的重量变化一年多。试图获得这种数据是一生的实验。但要做到这一点，需要几个小时，我认为，三到七天可能取决于我们正在形成的东西，这是巨大的。这是可行的，对吧？

Zachary Cartwright (13:42)：
那么，如果其中一些实验需要一年的时间，他们是如何加快这一进程的呢？有没有更快的方法来获得相同的结果？

Zach Campbell (13:50)：
所以他们使用的特殊方法，他们将其引入水溶液中，有助于显着加快速度观点。我不记得他们让他们保持平衡多久了，我想至少在一夜之间。

Gaylon Campbell (14:08)：
是的，玛丽说三到七天。

Zach Campbell (14:11)：
三到七天。

盖伦坎贝尔 (14:12):
所以他们只需用酒精-水溶液组成他们感兴趣的晶体，然后他们通过用 TDL 水活度计测量这些溶液的水活度来了解这些溶液的水活度。他们只是把这些和一个小搅拌棒放在一个样品杯里，然后他们用封口膜密封，把它放在搅拌器上，让它搅拌几天。然后他们会在最后测量水分活度。因此，低于开始形成水合物的水分活度，他们一开始放入的材料的水分活度，当他们打开它时，他们得到了相同的水分活度。但是当水合物开始形成时，为什么它会吸收大量的水，并与他们放入其中的分子一起进入结晶状态，

Gaylon Campbell (15:29)：
所以这是一个漂亮的实验，它可以绘制开始时的水活度与结束时的水活度。只是线性增加，然后当水合物开始形成时，它就变平了。因此，就在这两条线的交汇处，他们知道那是水合物边界所需的水分活度。就像 Zach 说的那样，通过在溶液中进行，这样他们就可以将实验从几年的实验缩短到几天的实验，只是因为溶液中的交换比溶液中的交换要快得多通过气相。

扎克坎贝尔（16:18）：
是的。这是一种非常简单的方法，就像你说的那样，一种很好的方法，可以将原本难以测量的东西简化并简化。它与工业中大规模完成类似流程的方式非常吻合。使用 volatile 的一个好处是您可以从中删除它。一旦形成水合物或形成无水物，就可以除去该溶剂。这就是为什么他们使用 TDL 而不是不同的水分活度计，它是否允许他们测量各种不同的溶剂，即使他们最终全面使用乙醇。

Mary Galloway (16:52)：
是的，我相信他们选择了乙醇，因为它减少了副作用或类似情况。

扎克坎贝尔（16:56）：
是的。

玛丽·加洛韦 (16:57)：
我认为它与他们正在测试的东西真的很好。但他们也是在不同的温度下进行的，他们进行了扫描。但我认为另一件有趣的事情是它可以双向进行。您可以从无水开始，然后提高水的活性。但他们也在另一个方向上做了，他们从水合物开始然后往下走，他们可以确认同一点朝任一方向移动。他们还使用了 DVS 方法，基本上你将这些样本保存在特定社区，然后观察它如何变化，重量。然后他们用它来帮助验证。我认为他们称之为饱和水分活度法。所以他们以几种不同的方式看待它。然后，他们进行了 X 射线衍射，它也会说，好吧，因为当他们到达那个边界时，它 很有趣。这两种状态都处于平衡状态，这意味着那里有水合物和无水形式，然后他们会用 X 射线衍射检查。这一切都很好。

Zachary Cartwright (17:59)：
里面有几个首字母缩略词。我只是想指出它们。其中之一是 TDL。这是一种水活度计。平心而论，METER 确实生产了这个仪表。但是为什么这个特定的工具对这个项目很重要？TDL 代表什么？

Zach Campbell (18:16)：
是的，所以 TDL 代表可调谐二极管激光器。特别是对于这个应用，因为他们使用基于酒精的溶剂来控制水分活度，所以没有其他仪器可以做到这一点，或者会有一些他们必须解决的严重缺陷。这就是他们选择该乐器的关键原因。

Zachary Cartwright (18:36)：
还有 Mary，你提到了 DVS。你能告诉我们它代表什么以及如何收集这些信息吗？

玛丽·加洛韦 (18:42)：
是的。所以还有其他仪器基本上会做一个等温线，它是一个静态蒸汽吸附等温线。因此，他们将样品保持在特定湿度下，然后跟踪重量，然后这可能与水分含量有关。我们还有一个仪器可以做这件事，叫做 VSA，或蒸汽吸附分析仪，它对这些东西非常有用。我们在本文中读到的其中一件事，他们没有使用我们的，这很好。

Gaylon Campbell (19:16)：
我们会做到的。

Mary Galloway (19:18)：
是的，我们肯定会这样做。但我也想知道，我们还有另一种只有我们的 VSA 才有的专利方法，即动态露点等温线，它基本上只是将水分推过样品。我们也在跟踪重量，但不允许平衡。正确的？

玛丽·加洛韦 (19:36)：
所以我们只是强迫这些实时反应发生。当我们这样做时，当我们用盐和我们拥有的东西和糖做那些时，因为它们也是结晶的，我们绝对看到潮解点，即它从固体直接变成液体的点阶段。当我们这样做时，它是如此清晰。而且我们还可以看到这些水合形式的水。所以我的想法是，“我想知道他们是否使用了我们的仪器，他们是否也可以通过这种方式获得一些真实数据？” 当你以这种方式看待它时，这是一个非常迷人的趋势，当添加这些水合作用的水，然后基本上水活性会下降。当它们形成水合物时，这与我们在这里讨论的过程类似，因为它已从溶液中去除。所以' 是同一种想法。所以它就在那里，然后它被保留了下来。所以水分活度下降，但重量没有变化。无论如何，这是令人着迷的东西。我现在要安静了。

Zachary Cartwright (20:30)：
我看得出来，你充满了兴奋。如果他们使用 DDI 方法，即动态露点等温线，他们能更快地得到结果吗？

玛丽·加洛韦（20:40）：
是的，我想是这样。因为当我们谈论我们正在做的那些类型的测试时，特定的流速和晶体结构有点棘手，因为你不想把它加速得太快。所以我们必须放慢反应。但它确实比我们在这里谈论的要快得多，我们在这里谈论的是几个月或几年的蒸汽，因为如果这有意义的话，我们会不断地引入更多的蒸汽。当你做一个干燥室时，一个在它下面有饱和盐的室，这是有限的，它会继续释放水分到某个点，因为它具有这种能力，因为它只是内置在盐中。但是干燥器本身，如果密封不好，就会有更多的问题。我认同，实际尝试将是一个有趣的想法。但我知道一个事实，我们绝对可以看到我们谈到的那些现象的发生。

Zachary Cartwright (21:34)：
然后是 Campbell 博士，这些论文中有什么遗漏的吗？您希望在后续实验中看到什么？

Gaylon Campbell (21:44)：
玛丽刚才提到的一些事情。我很想做，用我们的具有动态等温线扫描的 VSA 重复这些实验的部分内容，看看我们是否可以识别与水合物形成相关的这些变化。我有点想用 TDL 和那些杯子里的泥浆来试试其他的东西，只是想看看我是否能像他们那样做，这样一个美丽的实验。

Zachary Cartwright (22:39)：
嗯，我们今天有什么遗漏的吗？所以我们讨论了论文，定义了水合物并讨论了它们的应用。我们已经讨论了方法和工具。你们今天还有什么想添加到这个播客的吗？

Zach Campbell (22:54)：
我认为我们涵盖了一些大局。论文本身非常深入，两位作者，所有作者都在研究方法方面做得很好。所以我恳请有兴趣的人看看源文件。

Zachary Cartwright (23:11)：
希望这个播客对你的听众来说不是太技术化，希望你能更好地理解什么是水合物，它们是如何分析的，以及为什么它们对食品和制药行业都很重要. 我要感谢今天我的每一位客人的时间和专业知识。

我是 Zachary Cartwright，这是食物中的水。在 Apple iTunes、Spotify 或您收听播客的任何地方找到此播客。

文章链接：
https
://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0308814617303138 Matthew Allan、Lisa J. Mauer，
水合物形成潮解结晶成分的 RH 温度相图，
食品化学，
第 236 卷，
2017 年，
第 21-31 页，
ISSN 0308-8146，
https: //doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.02.110 。
（https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0308814617303138）
摘要：几种常见的潮解性结晶食品成分（包括葡萄糖和柠檬酸）能够形成结晶水合物结构。这种晶体水合/脱水或潮解的倾向取决于环境温度和相对湿度 (RH)。当无水晶体转化为晶体水合物时，水分子内化到晶体结构中，从而产生不同的物理性质。潮解是固体到溶液的相变。食品成分 α-d-葡萄糖和柠檬酸以及硫酸钠的 RH 温度相图是使用已建立和新开发的方法制作的。每个相图包括水合物和无水物潮解边界、无水物-水合物相边界、和包晶温度（高于该温度水合物不再稳定）。这是葡萄糖和柠檬酸的 RH 温度相图的第一份报告，该信息有助于选择储存和加工条件以促进或避免水合物的形成或损失和/或潮解。
关键词：结晶成分；相变；无水物转变；潮解; 相图

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022354916322547
Joseph F. Krzyzaniak、Glenn R. Williams、Nina Ni，
无水/水合物系统中相边界的识别，
药物科学杂志，
第 96 卷，
2007 年第 5 期，
第 1270-1281 页，
ISSN 0022-3549，
https: //doi.org/10.1002/jps.20941 。
( https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022354916322547 )
摘要：摘要
近红外光谱用于监测咖啡因的两种溶剂化形态（一种无水形式和一种非化学计量水合物）随时间、温度和相对湿度的变化。确定这些咖啡因形式之间的转化动力学随温度增加。转化率也被确定为取决于观察到的相对湿度和无水/水合物系统的平衡水活性之间的差异，即相界。在相界附近，检测到咖啡因的无水和水合形式之间的最小转化。使用该动力学数据，确定这些形式的相界在 10°C 时约为 67% RH，在 25°C 时为 74.5% RH，在 40°C 时为 86% RH。在每个指定的温度下，无水咖啡因在此相对湿度以下是热力学稳定的形式，而水合物在此相对湿度以上是稳定的。然后使用二阶多项式拟合相界数据，以确定无水咖啡因及其水合物在额外温度下的稳定性关系。这种方法可用于快速确定溶剂型的稳定性关系以及它们相互转化的相对动力学。这两个因素对于选择开发形式、设计适当的稳定性研究以及开发用于 API 和制剂药物产品的制备和包装的稳健条件至关重要。然后使用二阶多项式拟合相界数据，以确定无水咖啡因及其水合物在额外温度下的稳定性关系。这种方法可用于快速确定溶剂型的稳定性关系以及它们相互转化的相对动力学。这两个因素对于选择开发形式、设计适当的稳定性研究以及开发用于 API 和制剂药物产品的制备和包装的稳健条件至关重要。然后使用二阶多项式拟合相界数据，以确定无水咖啡因及其水合物在额外温度下的稳定性关系。这种方法可用于快速确定溶剂型的稳定性关系以及它们相互转化的相对动力学。这两个因素对于选择开发形式、设计适当的稳定性研究以及开发用于 API 和制剂药物产品的制备和包装的稳健条件至关重要。
关键词：多态性；水合物；相界；平衡水分活度；近红外光谱；咖啡因; 溶剂化