水溶性纖維素在乳品中的應(yīng)用及檢測方法建立

王春霞，昝文汀，劉昊川，梅凡，朱占濤，高云飛，張朝正，李勝元

（天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院，工業(yè)發(fā)酵微生物教育部重點實驗室，天津市工業(yè)微生物重點實驗室，天津 300457）

水溶性纖維素在乳品中的應(yīng)用及檢測方法建立

王春霞，昝文汀，劉昊川，梅凡，朱占濤，高云飛，張朝正，李勝元

（天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院，工業(yè)發(fā)酵微生物教育部重點實驗室，天津市工業(yè)微生物重點實驗室，天津 300457）

摘 要：在乳制品中添加10 g/L～30 g/L低能量、無糖的特殊碳水化合物-水溶性纖維素，部分地替代糖和脂肪，滿足人體對膳食纖維的需求；采用高效液相色譜示差折光檢測，以水作流動相，進(jìn)樣量20 μL，在流速0.5 mL/min下，直接測定乳制品中的可溶性膳食纖維含量。結(jié)果表明：6次平行實驗的精密度和穩(wěn)定性相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為1.3%和0.74%，回收率在95%～106.3%之間。該方法簡單、準(zhǔn)確、快捷，適合于乳制品中水溶性膳食纖維含量的測定。

關(guān)鍵詞：水溶性纖維素；聚葡萄糖；可溶性膳食纖維；示差折光檢測；高效液相色譜

水溶性纖維素又稱多聚葡萄糖（polydextrose），它是由葡萄糖和少量山梨醇、檸檬酸經(jīng)高溫熔融，通過α-1，6鍵隨機縮聚而成的多糖，平均分子量為2 000 u，約有88.7%的聚葡萄糖分子量在162～5 000之間，易溶于水。研究表明：服用聚葡萄糖20 d后的餐后血糖和血清膽固醇的水平明顯降低，說明聚葡萄糖可用于糖尿病的膳食療法[1]，聚葡萄糖具有低熱量、通便、降血脂、降血糖、預(yù)防直腸癌的功能[2]，是一種具有保健功能性的食品組分，因此被營養(yǎng)學(xué)家稱之為第七營養(yǎng)素。專家們一致認(rèn)為：纖維食品將是21世紀(jì)主導(dǎo)食品之一。在歐美多數(shù)發(fā)達(dá)國家，聚葡萄糖的應(yīng)用已經(jīng)和吃面粉、食鹽一樣普遍。

水溶性纖維素在食品體系中主要應(yīng)用于低能量、高纖維等功能性食品中。在乳制品中添加水溶性膳食纖維可部分地替代糖和脂肪，可滿足人體對膳食纖維的需求[3]，在降低食品能量的同時，能保持食品原有的風(fēng)味和質(zhì)感。但是膳食纖維的過量攝取會對人體產(chǎn)生某些不利影響，例如：使熱量攝取不足[4]；降低礦物質(zhì)和痕量元素的生物利用率[5]。國際相關(guān)組織推薦的膳食纖維素日攝入量為[6]：美國防癌協(xié)會推薦標(biāo)準(zhǔn)為每人每天30 g～40 g，歐洲共同體食品科學(xué)委員會推薦標(biāo)準(zhǔn)為每人每天30 g。中國營養(yǎng)學(xué)會頒布：中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量（DRIs）規(guī)定人體每日膳食纖維攝入量適宜量為30.2 g。因此正確檢測出食品中膳食纖維含量具有重大意義。

水溶性纖維素聚葡萄糖含有的糖苷鍵種類多，分子結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，由于它不能被80%的乙醇沉淀，因此就不能被膳食纖維經(jīng)典測定方法酶-重量法所檢測[7]；聚葡萄糖是一種多糖，可用苯酚-硫酸法檢測，但奶制品中含有的半乳糖、乳糖，在測定時會干擾聚葡萄糖含量，造成結(jié)果準(zhǔn)確度不高；而AOAC 2000.11[8]建議的聚葡萄檢測方法，是用帶有電化學(xué)檢測器的陰離子交換色譜進(jìn)行檢測（HPAEC-ED），該法對色譜柱和檢測器的要求比較高，操作復(fù)雜、成本高。本文采用高壓液相色譜法直接測定乳制品樣品中的水溶性纖維素含量，方法簡單快捷，適合于對低能量、高纖維乳制品的檢測。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原材料

水溶性纖維素樣品：聚葡萄糖≥95%，葡萄糖≤1%。

天津市天輕食品發(fā)酵公司聚葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品：聚葡萄糖T500，天獅集團(tuán)采購貿(mào)易中心，儲存于干燥器中牛奶：市售；0.45 μm水相濾膜：國產(chǎn)；試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.1.2 儀器設(shè)備

Agilent 1100高效液相色譜儀：美國Agilent公司；PL aquagel-OH MIXED 色譜柱：8 μm 79911GF-MXA（300×7.5 μm），美國安捷倫科技公司；722E分光光度計：上海第三分析儀器廠；TGL-16M臺式高速冷凍離心機：湖南湘儀；溶劑過濾器1 L。

1.2 方法

1.2.1 牛奶膳食纖維制品

水溶性纖維素→牛奶混合、調(diào)配→UHT滅菌→分裝→抽檢樣品→成品

（1）原料為粉狀水溶性纖維素，粒度≥100目，其理化指標(biāo)應(yīng)符合其企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；

（2）按照牛奶質(zhì)量10 g/L～30 g/L添加粉狀原料，充分混合溶解、調(diào)配；

（3）經(jīng)過超高溫瞬時滅菌、分裝；

（4）抽檢樣品：理化指標(biāo)；水溶性纖維素含量；微生物學(xué)指標(biāo)。

1.2.2 液相色譜檢測條件

色譜柱：PL aquagel-OH MIXED，（300×7.5 μm），流動相：水；流速 0.5 mL/min；進(jìn)樣量 20 μL；

1.2.3 樣品前處理

精確稱量1.2.1樣品0.1 g～5.0 g（精確至0.1 mg）至50 mL容量瓶中，加入80℃蒸餾水定容至刻度，搖勻使樣品分散。將容量瓶置于80℃水浴中，在5 min和10 min時各振搖30 s，使水溶性纖維素溶解，10 min后從水浴中取出，待容量瓶冷卻至室溫定容后，轉(zhuǎn)移10 mL溶液至15mL離心管，10000r/min離心15min，上清液過0.45μm水相濾膜，上機進(jìn)樣進(jìn)行HPLC測定。

1.2.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

1.2.4.1 聚葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)儲備液5 mg/mL

稱取250 mg干燥的聚葡萄糖（精確至0.1 mg）至50 mL容量瓶中，加入預(yù)熱至80℃的水至刻度，搖勻，冷卻至室溫，定容至刻度。

圖1 聚葡萄糖樣品色譜圖Fig.1 Chromatogram of polydextrose sample

1.2.4.2 標(biāo)準(zhǔn)工作液

分別準(zhǔn)確量取 12.5、10.0、7.5、6.25、5.0、2.5、0.5 mL標(biāo)準(zhǔn)儲備液分別于25 mL容量瓶中，加水至刻度線，搖勻。

1.2.5 水溶性纖維素-聚葡萄糖分子量的測定（委托測定）

圖1的色譜圖中，橫坐標(biāo)表示的數(shù)值即為離子的質(zhì)量（m/z）；縱坐標(biāo)表示離子流的強度，即把最強的離子流強度定為100%，其它離子流的強度以其百分?jǐn)?shù)表示。

色譜圖1中可見許多離子峰，這些峰的m/z和相對強度取決于分子結(jié)構(gòu)，通過m/z峰及其強度，可以得到聚葡萄糖樣品的相對分子質(zhì)量是：1 642 u。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品的回歸方程及聚葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)色譜

按照1.2.4.2制備系列濃度的標(biāo)準(zhǔn)品溶液，其范圍為0.1 mg/mL～2.5 mg/mL，進(jìn)樣量為20 μL依次進(jìn)樣，進(jìn)行HPLC分析。以峰面積為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到回歸方程是Y=51.265x+4. 121；r=0.999 2，結(jié)果可見標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性關(guān)系良好。圖2是聚葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品的色譜圖。

圖2 聚葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品的色譜圖Fig.2 HPLC chromatogram of polydextrose standard

2.2 乳品樣品中水溶性纖維素含量測定

2.2.1 精密度實驗

精密度實驗：分別精確取濃度為1.0 mg/mL的聚葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品溶液和經(jīng)過1.2.3處理的含水溶性纖維素為2.3 mg/mL的樣品溶液連續(xù)進(jìn)樣6次，每次20 μL計算平均值和相對標(biāo)準(zhǔn)差結(jié)果見表1。

表1 聚葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品和含水溶性纖維素的樣品的精密度實驗結(jié)果Table 1 Results of HPLC system precision for polydextrose standard and sample

從表1可知，兩個樣品各6次平行結(jié)果相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.86%和1.3%，說明該方法精密度很好。

2.2.2 穩(wěn)定性實驗

穩(wěn)定性實驗：含水溶性纖維素為2.3 mg/mL的樣品溶液，分別于 2、4、6、8 h 進(jìn)樣，測定峰面積，計算其相對標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果見表2。

表2 含水溶性纖維素的樣品的穩(wěn)定性實驗結(jié)果Table 2 Results of HPLC system stability for polydextrose sample

由上表結(jié)果可見，樣品穩(wěn)定性良好。

2.2.3 回收率試驗

精密稱量兩份樣品，用于3個水平的加標(biāo)回收試驗，每份樣品重復(fù)測定3次，樣品1的本底值為10mg/mL，樣品2的本底值為15 mg/mL，分別加入已知濃度（0.16、0.2 mg/mL和2.0 mg/mL）的聚葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品，按樣品溶液1.2.1制備方法并經(jīng)過1.2.3前處理后，進(jìn)行HPLC，進(jìn)樣量為20 μL。結(jié)果見表3。

表3 回收率實驗結(jié)果Table 3 Results of recovery experiment of polydextrose in the samples

結(jié)果表明：樣品加標(biāo)回收率在95%～106.3%，準(zhǔn)確性很好。

2.4 討論

1）高效液相色譜示差折光檢測方法應(yīng)用于測定乳品中聚葡萄糖含量在0.1 mg/mL～2.5 mg/mL范圍內(nèi)，呈非常好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)r=0.999 2。證明此法穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快捷，可用于在乳品中添加水溶性膳食纖維部分地替代糖和脂肪，并防止膳食纖維的過量攝取使熱量攝入不足、降低礦物質(zhì)和痕量元素的生物利用率，滿足人體對膳食纖維的需求；

2）AOAC2000.11推薦的聚葡萄糖含量測定方法是帶有電化學(xué)檢測器的離子交換色譜儀，由于現(xiàn)行企業(yè)尚未普及，而高壓液相色譜儀普遍具備和使用，因此，作為跟蹤產(chǎn)品質(zhì)量檢測使用高壓液相色譜儀較為適合且成本較低；本文對樣品的前處理參考AOAC2000.11的方法；

3）水溶性膳食纖維作為一種新型的增稠劑、膨脹劑、配方助劑、填充劑等，主要應(yīng)用于低能量、高纖維等功能性食品中，可以制備濃度高達(dá)80%的水溶液；水溶性膳食纖維除了添加到乳制品牛奶、豆奶、酸奶、奶粉等，還可添加到保健品、面制品、肉制品、飲料、酒類調(diào)味品等食品中，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

4）國內(nèi)生產(chǎn)水溶性膳食纖維產(chǎn)品的廠家較多，加工工藝不盡相同，有使用淀粉質(zhì)為原料的；有從植物中提取法生產(chǎn)的；有使用生物技術(shù)生產(chǎn)等等，水溶性膳食纖維的純度也不相同，因此原料選擇上要慎重，否則，水溶性膳食纖維的功效是不明顯的。對于添加到不同制品中的樣品前處理過程，還需要進(jìn)一步研究，同時對于添加到不同制品中方法的檢出限也需要進(jìn)行合理的考察。

：

[1]Ogata S,Fujimoto K,Iwakiri R,et al.Effect of polydextrose on absorption of triglyceride and cholesterol in mesenteric lymph-fistula rats[J].Proceedings of the society for experimental biology and medicine,1997,215(1):53-58

[2]Christin Hengst,Sebastian Ptok,Andrea Roessler,et al.Effects of polydextrose supplementation on different faecal parameters in healthy volunteers[J].International journal of food sciences and nutrition,2008,60(15):96-98

[3]食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)審評委員會.食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011:36-37

[4]HAMAKER B R，RIVERA K,MoRALES E,et al.Effect of dietary fiber on fecal composition in preschool Peruvian children consuming maize,amaranth,or cassava fluids[J].J Pediatr Gastroenterol Nutr,1991,13:59-66

[5]BoSSCHER D，VAN CAILLIE-BERTRAND M,VAN DYCK K,et a1.Thickening infant formula with digestible and indigestible carbohydrate:availability of calcium,iron,and zinc in vitro[J].J Pediatr Gastroenterol Nutr，2000,30:373-378

[6]傅賢偉,邱曙東.膳食纖維素每天攝入多少[N].解放軍日報健康周刊，2007-04-10:(16)

[7]楊海燕，程朝暉.水溶性膳食纖維聚葡萄糖含量檢測方法的進(jìn)展[J].食品工業(yè)科技，2002(8):90-92

[8]45.4.06C AOAC Official Method 2000.11 Polydextrose in Foods Ion Chromotography First Action 2000[S].USA:Association of Official Analytical Chemists,2000:1-3

[9]中華人民共和國衛(wèi)生部.GB25541-2010食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑聚葡萄糖[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2010:1-5

[10]楊海軍，辛修峰，黃婧.水溶性膳食纖維聚葡萄糖的市場現(xiàn)狀及發(fā)展應(yīng)用[J].發(fā)酵科技通訊,2008,37(3):50-52

The Application of Water-soluble Cellulose in Dairy Products and Establishment of Testing Methods

WANG Chun-xia，ZAN Wen-ting，LIU Hao-chuan，MEI Fan，ZHU Zhan-tao，GAO Yun-fei，ZHANG Chao-zheng，LI Sheng-yuan
（Key Laboratory of Industrial Fermentation Microbiology of the Ministry of Education and Tianjin City College of Bioengineering，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China）

Abstract：In dairy products added 10 g/L-30 g/L low energy and the sugar-free of special carbohydrates，water-soluble cellulose.It can part to alternative sugar and fat，meet the needs of the human body to dietary fiber.Using high performance liquid chromatography with refractive index detection，with water as the mobile phase， into sample volume 20 μL， under the velocity 0.5mL/min， directly determination of the content of soluble dietary fiber in dairy products.Results show that the 6 parallel experimental precision and stability of relative standard deviation 1.3%and 0.74%，the recovery rate in 95%-106.3%.The method is simple，accurate， fast， suitable for the determination of the content of water-soluble dietary fiber in dairy products.

Key words：water-soluble cellulose； polydextrose； soluble dietary fiber； refractive index detection； high performance liquid chromatography

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2013.15.017

天津科技大學(xué)實驗室開放基金項目（1204A302）

王春霞（1963—），女（漢），高級實驗師，本科，研究方向：工業(yè)微生物應(yīng)用與產(chǎn)品開發(fā)。

2013-03-04