Empirical and theoretical models of equilibrium and non-equilibrium transition temperatures of supplemented phase diagrams in aqueous systems (IUPAC technical report)

Pure and Applied Chemistry

Volumn 82, Issue 5, 2010, Pages 1065-1097

  Corti, Horacio R ^a   Angell, C Austen ^b   Auffret, Tony ^c   Levine, Harry ^d   Buera, M Pilar ^a   Reid, David S ^e   Roos, Yrjö H ^f   Slade, Louise ^d  

^a UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES   (Argentina)

^b ARIZONA STATE UNIVERSITY   (United States)

^c PFIZER GLOBAL RESEARCH AND DEVELOPMENT   (United Kingdom)

^d Food Polymer Science Consultancy   (United States)

^e UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^f UNIVERSITY COLLEGE CORK   (Ireland)

Author keywords

Aqueous solutions; Carbohydrates; Cryoprotectants; Freezing point; Glass transition; IUPAC physical and biophysical chemistry division; Maximally freeze concentrated solution; Solubility; State phase diagrams

Indexed keywords

EID: 77953239271     PISSN: 00334545     EISSN: 13653075     Source Type: Journal    
DOI: 10.1351/PAC-REP-09-10-24     Document Type: Article

References (164)

1. H. Levine, L. Slade. Carbohydr. Polym. 6, 213 (1986).
2. H. Levine, L. Slade. Water Science Reviews, Vol.3, pp. 79-185, Cambridge University Press, Cambridge (1987).
3. H. Levine, L. Slade. Water and Food Quality, pp. 71-134, Elsevier Applied Science, London (1988).
4. H. Levine, L. Slade. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1 84, 2619 (1988).
5. L. Slade, H. Levine. Pure Appl. Chem. 60, 1841 (1988).
6. Y. Roos, M. Karel. Int. J. Food Sci. Technol. 26, 553 (1991).
7. Y. Roos. Carbohydr. Res. 238, 39 (1993).
8. D. S. Reid. Water Properties of Food, Pharmaceutical, and Biological Materials, pp. 59-76, CRC, Taylor & Francis (2006).
9. R. A. Talja, Y. Roos. Thermochim. Acta 380, 109 (2001).
10. rd ed., McGraw-Hill Series in Advanced Chemistry, Chap. 14, pp. 251, McGraw-Hill, New York (1995).
11. W. F. Giauque, J. W. Stout. J. Am. Chem. Soc. 58, 1144 (1936).
12. C. A. Angell, M. Oguni, W. J. Sichina. J. Phys. Chem. 86, 998 (1982).
13. R. J. Speedy. J. Phys. Chem. 91, 3354 (1987).
14. R. J. Spencer, N. Møller, J. H. Weare. Geochim. Cosmochim. Acta 54, 575 (1990).
15. J. M. Prausnitz, R. N. Lichtenhaler, E. G. de Azevedo. Molecular Thermodynamics and Fluid-Phase Equilibria, 2nd ed., Prentice Hall, New Jersey (1986).
16. S. A. Jónsdóttir, S. A. Cooke, E. A. Macedo. Carbohydr. Res. 337, 1563 (2002).
17. M. Catté, C. G. Dussap, C. Achard, J. B. Gros. Fluid Phase Equilib. 96, 33 (1994).
18. H. R. Corti. Pure Appl. Chem. 67, 579 (1995).
19. D. S. Abrams, J. M. Prausnitz. AIChE. J. 21, 116 (1975).
20. M. Le Maguer. Physical Chemistry of Foods (IFT Basic Symposium Series 7), pp. 1-45, Marcel Dekker, New York (1992).
21. B. L. Larsen, P. Rasmussen, A. Fredenslund. Ind. Eng. Chem. Res. 26, 2274 (1987).
22. A. Bondi. Physical Properties of Molecular Crystals, Liquids, and Glasses, John Wiley, New York (1968).
23. A. M. Peres, E. A. Macedo. Fluid Phase Equilib. 123, 71 (1996).
24. J. J. B. Machado, J. A. Coutinho, E. A. Macedo. Fluid Phase Equilib. 173, 121 (2000).
25. A. Fredenslund, R. L. Jones, J. M. Prausnitz. AIChE J. 21, 1086 (1975).
26. N. Gabas, C. Laguérie. Bull. Soc. Chim. Fr. 127, 391 (1990).
27. Y. Abed, N. Gabas, M. L. Delia, T. Bounahmidi. Fluid Phase Equilib. 73, 175 (1992).
28. C. Achard, J. B. Gros, C. G. Dussap. Ind. Aliment. Agric. 109, 93 (1992).
29. M. Catté, C. G. Dussap, J. B. Gros. Fluid Phase Equilib. 105, 1 (1995).
30. A. M. Peres, E. A. Macedo. Fluid Phase Equilib. 139, 47 (1997).
31. H. Kuramochi, H. Noritomi, D. Hoshino, K. Nagahama. Fluid Phase Equilib. 130, 117 (1997).
32. N. Spiliotis, D. Tassios. Fluid Phase Equilib. 173, 39 (2000).
33. O. Ferreira, E. A. Brignole, E. A. Macedo. Ind. Eng. Chem. Res. 42, 6212 (2003).
34. L. Ben Gaida, C. G. Dussap, J. B. Gros. Food Chem. 96, 387 (2006).
35. W. G. McMillan, J. E. Mayer. J. Chem. Phys. 13, 276 (1945).
36. K. S. Pitzer. "Ion interaction approach: Theory and data correlation", in Activity Coefficients in Electrolyte Solutions, R. M. Pytkowicz (Ed.), CRC Press, Boca Raton (1989).
37. R. A. Robinson, R. H. Stokes, K. N. Marsh. J. Chem. Thermodyn. 2, 745 (1970).
38. T. M. Herrington, C. P. Meunier. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1 78, 225 (1982).
39. H. L. Friedman, C. V. Krishnan. J. Solution Chem. 2, 2460 (1973).
40. F. Franks, M. Pedley, D. S. Reid. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1 72, 359 (1976).
41. J. E. Desnoyers, G. Perron, L. Avédikian, J. P. Morel. J. Solution Chem. 5, 631 (1976).
42. J. P. Morel, C. Lhermet. Can. J. Chem. 63, 2639 (1985).
43. J. P. Morel, C. Lhermet, N. Morel-Desrosiers. Can. J. Chem. 64, 996 (1986).
44. A. Maestre Alvarez, N. Morel-Desrosiers, J. P. Morel. Can. J. Chem. 65, 2656 (1987).
45. J. P. Morel, C. Lhermet, N. Morel-Desrosiers. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1 84, 2567 (1988).
46. N. Morel-Desrosiers, J. P. Morel. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1 85, 3461 (1989).
47. N. Morel-Desrosiers, C. Lhermet, J. P. Morel. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 87, 2173 (1991).
48. N. Morel-Desrosiers, C. Lhermet, J. P. Morel. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 89, 1223 (1993).
49. P. Rongere, N. Morel-Desrosiers, J. P. Morel. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 91, 2771 (1995).
50. J. Wang, W. Liu, T. Bai, J. Lu. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 89, 1741 (1993).
51. J. Wang, L. Zeng, W. Liu, J. Lu. Thermochim. Acta 224, 261 (1993).
52. J. Wang, W. Liu, J. Fan, J. Lu. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 90, 3281 (1994).
53. K. Zhuo, J. Wang, J. Zhou, J. Lu. J. Phys. Chem. B 101, 3447 (1997).
54. K. Zhuo, J. Wang, J. Zhou, J. Lu. J. Phys. Chem. B 102, 3574 (1998).
55. K. Zhuo, J. Wang, J. Zhou, Y. Gao, J. Lu. Can. J. Chem. B 77, 232 (1999).
56. K. Zhuo, J. Wang, Y. Gao, J. Lu. Carbohydr. Res. 325, 46 (2000).
57. Y. Jiang, S. Gao, S. Xia, J. Wang, K. Zhuo, M. Hu. J. Chem. Thermodyn. 34, 1959 (2002).
58. Y. Jiang, M. Hu, P. Mu, J. Wang, K. Zhuo. J. Chem. Eng. Data 49, 1418 (2004).
59. Y. Jiang, M. Hu, S. Li, J. Wang, K. Zhuo. Carbohydr. Res. 341, 262 (2006).
60. K. Zhuo, G. Liu, Y. Wang, Q. Ren, J. Wang. Fluid Phase Equilib. 258, 78 (2007).
61. K. Zhuo, H. Liu, H. Zhang, Y. Liu, J. Wang. J. Chem. Thermodyn. 40, 889 (2008).
62. F. Hernández-Luis, E. Amado-Gonzalez, M. A. Esteso. Carbohydr. Res. 338, 1415 (2003).
63. F. Hernández-Luis, D. Grandoso, M. Lemus. J. Chem. Eng. Data 49, 668 (2004).
64. M. H. Cohen, D. Turnbull. J. Chem. Phys. 31, 1164 (1959).
65. H. B. Callen. Thermodynamics, John Wiley, New York (1960).
66. J. M. Gordon, J. S. Taylor. J. Appl. Chem. 2, 493 (1952).
67. R. Simha, R. F. Boyer. J. Chem. Phys. 37, 1003 (1962).
68. E. Jenckel, R. Heusch. Kolloidn. Zh. 130, 89 (1953).
69. A. V. Lesikar. Phys. Chem. Glasses 16, 83 (1975).
70. P. R. Couchman, F. E. Karasz. Macromolecules 11, 117 (1978).
71. P. R. Couchman. Macromolecules 20, 1712 (1987).
72. J. M. Gordon, G. B. Rouse, J. H. Gibbs, W. M. Risen Jr. J. Chem. Phys. 66, 4971 (1977).
73. G. ten Brinke, F. E. Karasz, T. S. Ellis. Macromolecules 16, 244 (1983).
74. T. K. Kwei. J. Polym. Sci., Polym. Lett. Ed. 22, 307 (1984).
75. Y. I. Matveev, V. Y. Grinberg, V. B. Tolstoguzov. Food Hydrocolloids 14, 425 (2000).
76. Y. I. Matveev, S. Ablett. Food Hydrocolloids 16, 419 (2002).
77. Y. I. Matveev. Food Hydrocolloids 18, 363 (2004).
78. S. K. Chandrasekaran, C. J. King. J. Food Sci. 36, 699 (1971).
79. R. N. Goldberg, Y. B. Tewari. J. Phys. Chem. Ref. Data 18, 809 (1989).
80. F. E. Young. J. Phys. Chem. 61, 616 (1957).
81. F. E. Young, F. T. Jones, A. J. Lewis. J. Phys. Chem. 56, 1093 (1952).
82. F. E. Young, F. T. Jones. J. Phys. Chem. 53, 1334 (1949).
83. G. Vavrinecz. Z. Zuckerind. 12, 481 (1962).
84. A. N. Kanev, V. I. Kosyakov, D. V. Malakhov, E. Y. Shalaev. Izv. Sib. Otd. Akad. Nauk SSSR. Ser. Khim. Nauk. 2, 11 (1989).
85. (b) Y. Roos, M. Karel. CryoLett. 12, 367 (1991);
86. (b) Y. Roos, M. Karel. Biotechnol. Prog. 6, 159 (1990).
87. S. Ablett, M. J. Izzard, P. J. Lillford. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 88, 789 (1992).
88. International Critical Tables, McGraw-Hill, New York (1928)
89. F. W. Gayle, F. H. Cocks, M. L. Shepard. J. Appl. Chem. Biotechnol. 27, 599 (1977).
90. E. Y. Shalaev, F. Franks. Thermochim. Acta 255, 49 (1995).
91. T. Chen, A. Fowler, M. Toner. Cryobiology 40, 277 (2000).
92. H. Nicolajsen, A. Hvidt. Cryobiology 31, 199 (1994).
93. D. P. Miller, J. J. de Pablo, H. R. Corti. Pharm. Res. 14, 578 (1997).
94. P. M. Mehl. J. Therm. Anal. 49, 817 (1997).
95. A. M. Lammert, S. J. Schmidt, G. A. Day. Food Chem. 61, 139 (1998).
96. C. J. Roberts, F. Franks. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 92, 1337 (1998).
97. G. Blond, D. Simatos, M. Catté, C. G. Dussap, J. B. Gros. Carbohydr. Res. 298, 139 (1997).
98. S. A. Jónsdóttir, P. Rasmussen. Fluid Phase Equilib. 158-160, 411 (1999).
99. M. Sugisaki, H. Suga, S. Seki. Bull. Chem. Soc. Jpn. 41, 2591 (1968).
100. D. R. MacFarlane, C. A. Angell. J. Phys. Chem. 88, 759 (1984).
101. A. Hallbrucker, E. Mayer, G. P. Johari. J. Phys. Chem. 93, 4986 (1989).
102. G. P. Johari, A. Hallbrucker, E. Mayer. Science 273, 90 (1996).
103. G. P. Johari, A. Hallbrucker, E. Mayer. Nature 330, 552 (1987).
104. A. Hallbrucker, E. Mayer, G. P. Johari. Philos. Mag. 60, 170 (1989).
105. G. P. Johari, G. Astl, E. Mayer. J. Chem. Phys. 92, 809 (1990).
106. G. P. Johari, A. Hallbrucker, E. Mayer. J. Chem. Phys. 92, 6742 (1990).
107. I. Kohl, A. Hallbrucker, E. Mayer. Phys. Chem. Chem. Phys. 2, 1579 (2000).
108. I. Kohl, L. Bachmann, E. Mayer, A. Hallbrucker, T. Loerting. Nature 435, E1 (2005).
109. C. A. Angell, J. C. Tucker. J. Phys. Chem. 84, 268 (1980).
110. M. Oguni, C. A. Angell. J. Chem. Phys. 73, 1948 (1980).
111. K. Ito, C. T. Moynihan, C. A. Angell. Nature 398, 492 (1999).
112. C. A. Angell. Science 319, 582 (2008).
113. Y. Yue, C. A. Angell. Nature 427, 717 (2004).
114. P. H. Poole, U. Essmann, F. Sciortino, H. E. Stanley. Phys. Rev. E 48, 4605 (1993).
115. J. A. Schufle, M. Venugopalan. J. Geophys. Res. 72, 3271 (1967).
116. B. V. Zheleznyi. Russ. J. Phys. Chem. 43, 1311 (1969).
117. B. Luyet, D. Rasmussen. Biodynamica 10, 167 (1968).
118. H. D. Goff. Pure Appl. Chem. 67, 1801 (1995).
119. A. Saleki-Gerhardt, G. Zografi. Pharm. Res. 11, 1166 (1994).
120. M.-A. Ottenhof, W. MacNaughtan, I. A. Farhat. Carbohydr. Res. 338, 2195 (2003).
121. E. Y. Shalaev, F. Franks. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 91, 1511 (1995).
122. S. Shamblin, L. Taylor, G. Zografi, J. Pharm. Sci. 87, 694 (1998).
123. A. A. Elamin, T. Sebhatu, C. Ahlneck. Int. J. Pharm. 119, 25 (1995).
124. D. Miller, J. de Pablo. J. Phys. Chem. B 104, 8876 (2000).
125. P. D. Orford, R. Parker, S. G. Ring. Carbohydr. Res. 196, 11 (1990).
126. R. H. M. Hatley, C. Van den Berg, F. Franks. Cryo-Lett. 12, 113 (1991).
127. D. P. Miller, J. J. de Pablo, H. R. Corti. J. Phys. Chem. B 103, 10243 (1999).
128. L. M. Crowe, D. S. Reid, J. H. Crowe. Biophys. J. 71, 2087 (1996).
129. M. E. Elias, A. M. Elias. J. Mol. Liq. 83, 303 (1999).
130. S. P. Ding, J. Fan, J. L. Green, E. Sanchez, C. A. Angell. J. Therm. Anal. 47, 1391 (1996).
131. L. Taylor, G. Zografi. J. Pharm. Sci. 87, 1615 (1998).
132. P. D. Orford, R. Parker, S. G. Ring, A. C. Smith. Int. J. Biol. Macromol. 11, 91 (1989).
133. I. I. Katkov, F. Levine. Cryobiology 49, 62 (2004).
134. K. Kawai, T. S. Suzuki, R. Takai. Cryo-Lett. 23, 79 (2002).
135. H. Bizot, P. Le Bail, B. Leroux, J. Davy, P. Roger, A. Buleon. Carbohydr. Polym. 32, 33 (1997).
136. D. M. R. Georget, A. C. Smith, K. W. Waldron. Thermochim. Acta 332, 203 (1999).
137. V. Micard, S. Guilbert. Int. J. Biol. Macromol. 27, 229 (2000).
138. B. Cuq, C. Icard-Vernière. J. Cereal Sci. 33, 213 (2001).
139. A. A. Lin, T. K. Kwei, A. Reiser. Macromolecules 22, 4112 (1989).
140. P. J. A. Sobral, V. R. N. Telis, A. M. Q. B. Habitante, A. Sereno. Thermochim. Acta 376, 83 (2001).
141. F. Franks. "Water and aqueous solutions: Recent advances", in Properties of Water in Foods, D. Simatos, J. L. Multon (Eds.), pp. 497-509, Martinus Nijhoff, Dordrecht (1985).
142. S. Ablett, A. H. Darke, M. J. Izzard, P. J. Lillford. The Glassy State in Foods, pp. 189-206, Nottingham Press, Leicestershire, UK (1993).
143. T. W. Schenz, K. Courtney, B. Israel. Cryo-Lett. 14, 91 (1993).
144. S. Ablett, M. J. Izzard, P. J. Lillford, I. Arvanitoyannis, J. M. V. Blanshard. Carbohydr. Res. 246, 13 (1993).
145. H. Kawai, M. Sakurai, Y. Inone, R. Chujo, S. Kobayashi. Cryobiology 29, 599 (1992).
146. C. Van den Berg. Carbohydr. Netherlands 8, 23 (1992).
147. E. R. Caffarena, J. R. Grigera. Carbohydr. Res. 300, 51 (1997).
148. P. B. Conrad, J. J. de Pablo. J. Phys. Chem. A 103, 4049 (1999).
149. F. A. Momany, J. L. Willett. Biopolymers 63, 99 (2002).
150. S. Yoshioka, Y. Aso, S. Kojima. Pharm. Res. 20, 873 (2003).
151. K. Mazeau, L. Heux. J. Phys. Chem. B 107, 2394 (2003).
152. S. W. Watt, J. A. Chisholm, W. Jones, W. D. S. Motherwell. J. Chem. Phys. 121, 9565 (2004).
153. A. Simperler, A. Kornherr, R. Chopra, P. A. Bonnet, W. Jones, W. D. S. Motherwell, G. Zifferer. J. Phys. Chem. B 110, 19678 (2006).
154. A. Simperler, A. Kornherr, R. Chopra, W. Jones, W. D. S. Motherwell, G. Zifferer. Carbohydr. Res. 342, 1470 (2007).
155. D. Li, B. Liu, Y. Liu, C. Chen. Cryobiology 56, 114 (2008).
156. V. Molinero, W. A. J. Goddard III. J. Phys. Chem. B 108, 1414 (2004).
157. V. Molinero, T. Çaǧin, W. A. Goddard III. J. Phys. Chem. A 108, 3699 (2004).
158. Y. Roos. Carbohydr. Res. 300, 51 (1997).
159. R. M. Lynden-Bell, P. G. Debenedetti. J. Phys. Chem. B 109, 6527 (2005).
160. H. M. Gibson, N. B. Wilding. Phys. Rev. E 73, 061507 (2006).
161. V. Molinero, S. Sastry, C. A. Angell. Phys. Rev. Lett. 97, 075701 (2006).
162. C. A. Angell. J. Non-Cryst. Solids 354, 4703 (2008).
163. V. Kapko, D. V. Matyushov, C. A. Angell. To be published.
164. G. Vuillard. Ann. Chem. 2, 233 (1957).