聚葡萄糖中還原糖含量測(cè)定方法研究

楊紹祥, 呂艷羽, 劉永國(guó), 李麗慧, 宋 宇, 田紅玉

(北京工商大學(xué)食品學(xué)院/食品質(zhì)量與安全北京實(shí)驗(yàn)室,北京 100048)

聚葡萄糖是具有高度分支的、隨機(jī)鏈接的可溶性非淀粉多糖類聚合物,是一種水溶性膳食纖維[1].聚葡萄糖是以葡萄糖為原料,檸檬酸、山梨糖醇分別為催化劑和增塑劑,真空縮聚而成的多分支聚合物,為白色無(wú)定形分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜的粉狀固體[2];易溶于水,平均聚合度為20,平均分子質(zhì)量約為3200;糖苷鍵鍵型種類較多,以1,6-糖苷鍵結(jié)合為主.

聚葡萄糖是一種低熱量、低血糖指數(shù)的特殊碳水化合物,具有水溶性膳食纖維的特點(diǎn),是一種用途廣泛的功能性食品添加劑[3].聚葡萄糖最初是由美國(guó)Hans Rennhard博士于1965年發(fā)明[4],又經(jīng)過(guò)16年的研發(fā)和探索,最終獲得FDA(Food and Drug Administration,美國(guó)聯(lián)邦食品藥品監(jiān)督管理局)批準(zhǔn),于1981年將聚葡萄糖推向市場(chǎng)[5].聚葡萄糖作為一種作用和性能良好的膳食纖維,近年來(lái)得到快速發(fā)展,在50多個(gè)國(guó)家被批準(zhǔn)使用[6-7].它可以用于各種食品的纖維強(qiáng)化,取代食品中的糖和脂肪,改善食品的質(zhì)地和口感[8],因此在眾多食品、飲料、保健品中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[9].

聚葡萄糖產(chǎn)品中還原糖含量對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響[10-11].還原糖指含有游離醛基、酮基和半縮醛羥基而具有還原作用的單糖和雙糖[12].在食品中主要是葡萄糖、果糖、麥芽糖和乳糖.其含量的分析結(jié)果一般采用葡萄糖表示.目前,高端的聚葡萄糖產(chǎn)品要求還原糖含量小于0.5%,達(dá)到無(wú)糖標(biāo)準(zhǔn),以適應(yīng)無(wú)糖產(chǎn)品或不發(fā)生美拉德反應(yīng)(Maillard Reaction)的生產(chǎn)需要,且還原糖偏高會(huì)使產(chǎn)品吸潮,易使產(chǎn)品變質(zhì),不耐貯存,影響產(chǎn)品的質(zhì)量[13].因此,找到一個(gè)快速、經(jīng)濟(jì)的聚葡萄糖中還原糖含量的測(cè)定方法十分必要.目前在糖類分析測(cè)定的諸多方法(如旋光法[14]、化學(xué)法[15]、分光法[16]、色譜法[17]等)中,直接滴定法[18]和高錳酸鉀滴定法最為常用[19].

直接滴定法依據(jù)的實(shí)驗(yàn)原理為:堿性酒石酸銅甲、乙液等量混合后生成天藍(lán)色氫氧化銅沉淀,該沉淀與酒石酸鉀鈉反應(yīng),生成深藍(lán)色的可溶性酒石酸鉀鈉銅絡(luò)合物.在沸騰條件下,亞甲藍(lán)作為指示劑,用樣液進(jìn)行滴定.樣液中還原糖與酒石酸鉀鈉銅絡(luò)合物發(fā)生反應(yīng),生成紅色氧化亞銅沉淀.待二價(jià)銅離子全部被還原后,微過(guò)量的還原糖會(huì)立即將藍(lán)色的氧化型亞甲藍(lán)還原為無(wú)色的還原型亞甲藍(lán),溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o(wú)色,根據(jù)試樣溶液消耗體積來(lái)計(jì)算出還原糖含量[14].高錳酸鉀滴定法實(shí)驗(yàn)原理為:樣品中還原糖與過(guò)量的堿性酒石酸銅溶液在沸騰條件下反應(yīng)生成紅色的氧化亞銅沉淀,將沉淀過(guò)濾,用硫酸鐵溶液溶解沉淀后,再用高錳酸鉀溶液進(jìn)行滴定,計(jì)算氧化亞銅含量,再經(jīng)查檢索表后計(jì)算樣品中還原糖含量[14].

本文采用國(guó)標(biāo)GB/T 5009.7—2008(食品中還原糖的測(cè)定)中直接滴定法和高錳酸鉀滴定法來(lái)測(cè)定相同樣品中還原糖的含量,然后通過(guò)比較分析,找到較適宜的測(cè)定方法.

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

酒石酸鉀鈉(分析純),硫酸銅(分析純),亞甲藍(lán)指示劑(分析純),乙酸鋅(分析純),亞鐵氰化鉀(分析純),硫酸鐵(分析純),葡萄糖(分析純),果糖(分析純),乳糖(分析純)等試劑均購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司.聚葡萄糖樣品由上海博程生物科技有限公司提供.

1.2 所需實(shí)驗(yàn)試劑的制備方法

1.2.1 直接滴定法主要試劑的制備

在進(jìn)行滴定實(shí)驗(yàn)前先配制相關(guān)溶液,主要包括堿性酒石酸銅溶液、乙酸鋅溶液、亞鐵氰化鉀溶液等,各種溶液均按照國(guó)標(biāo)GB/T 5009.7—2008(食品中還原糖的測(cè)定)中標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配制.

1.2.2 高錳酸鉀滴定法主要試劑的制備

高錳酸鉀滴定法所需配制的溶液包括堿性酒石酸銅溶液,硫酸鐵溶液,高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液等,各種溶液均按照國(guó)標(biāo)GB/T 5009.7—2008(食品中還原糖的測(cè)定)中標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配制.

1.3 聚葡萄糖中還原糖含量的測(cè)定

1.3.1 直接滴定法測(cè)定

按照國(guó)標(biāo)GB/T 5009.7—2008(食品中還原糖的測(cè)定)中直接滴定法測(cè)定的操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果參照國(guó)標(biāo)GB/T 5009.7—2008中直接滴定法的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算公式如式1.

式(1)中X為試樣中還原糖的含量(以某種還原糖記),單位為g/100 g;m1為堿性酒石酸銅溶液(甲、乙液各半)相當(dāng)于某種還原糖的質(zhì)量,單位為mg;M為試樣質(zhì)量,單位為g;V為測(cè)定時(shí)平均消耗試樣溶液體積,單位為mL.

1.3.2 高錳酸鉀滴定法測(cè)定

按照國(guó)標(biāo)GB/T 5009.7—2008(食品中還原糖的測(cè)定)中高錳酸鉀滴定法操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn).結(jié)果參照國(guó)標(biāo)GB/T 5009.7—2008中高錳酸鉀滴定法的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算公式如式(2).

式(2)中X為試樣中還原糖的含量,單位為g/100 g;m3為查國(guó)標(biāo) GB/T 5009.7—2008中表1(相當(dāng)于氧化亞銅質(zhì)量的葡萄糖、果糖、乳糖、轉(zhuǎn)化糖質(zhì)量表),得還原糖的質(zhì)量,mg;m4為試樣質(zhì)量,mg;V為測(cè)定用試樣溶液的體積,mL;250為試樣處理后的總體積,mL.

2 結(jié)果與討論

2.1 直接滴定法實(shí)驗(yàn)結(jié)果

分別用葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液、果糖標(biāo)準(zhǔn)溶液和乳糖標(biāo)準(zhǔn)溶液來(lái)標(biāo)定堿性酒石酸銅溶液,標(biāo)定具體數(shù)據(jù)如表1.

表1 堿性酒石酸銅溶液的標(biāo)定結(jié)果Tab.1 Calibration of alkaline copper tartrate solution mL

由表1可見(jiàn),用葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液和果糖標(biāo)準(zhǔn)溶液分別標(biāo)定堿性酒石酸銅溶液時(shí),滴定結(jié)果相近,但用乳糖標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定時(shí),滴定結(jié)果差別較大.因此,本實(shí)驗(yàn)采用葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定堿性酒石酸銅時(shí)消耗的體積(10.7 mL)來(lái)進(jìn)行后面的計(jì)算.

本實(shí)驗(yàn)一共有5個(gè)樣品,按上述方法對(duì)樣品進(jìn)行處理,用配制的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)樣品作為對(duì)照,具體結(jié)果如表2所示,5個(gè)批次的聚葡萄糖樣品的還原糖含量具有一定的差異性,所有樣品還原糖含量均高于5%,是無(wú)糖標(biāo)準(zhǔn)(還原糖含量低于0.5%)的10倍以上,需要進(jìn)一步精制以制備聚葡萄糖無(wú)糖產(chǎn)品.

表2 直接滴定法測(cè)定還原糖含量結(jié)果Tab.2 Results of reducing sugar contents determined by direct titration

2.2 高錳酸鉀滴定法實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)一共有5個(gè)樣品,按上述方法對(duì)樣品進(jìn)行處理,用配制的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)樣品作為對(duì)照,結(jié)果見(jiàn)表3,高錳酸鉀滴定法測(cè)定結(jié)果與直接滴定法測(cè)定結(jié)果有一定的差異性,5份樣品的還原糖含量介于3%～5%.

表3 高錳酸鉀法測(cè)定還原糖含量結(jié)果Tab.3 Results of reducing sugar contents determined by permanganate titration

2.3 直接滴定法和高錳酸鉀滴定法的討論

高錳酸鉀滴定法測(cè)定結(jié)果與直接滴定法測(cè)定結(jié)果有一定的差異性,兩種滴定法在測(cè)定5個(gè)樣品時(shí),所測(cè)得的結(jié)果變化趨勢(shì)基本相同,但高錳酸鉀滴定法測(cè)定的結(jié)果都比直接滴定法測(cè)定的結(jié)果偏低,但二者都是國(guó)標(biāo)中用于測(cè)定食品中還原糖含量的方法,可靠性是值得肯定的,差異主要是由于實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中帶來(lái)的.高錳酸鉀滴定法實(shí)驗(yàn)過(guò)程需要進(jìn)行抽濾,不可避免地造成一定量的氧化銅損失,影響結(jié)果的準(zhǔn)確性,使結(jié)果偏低.

通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn),在滴定過(guò)程中,直接滴定法和高錳酸鉀滴定法相比較,具有5個(gè)優(yōu)勢(shì).1)直接滴定法操作簡(jiǎn)便,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不需要轉(zhuǎn)移樣品的操作,可以減少實(shí)驗(yàn)誤差;2)直接滴定法所需儀器設(shè)備少,僅需堿式滴定管一根及錐形瓶即可;3)直接滴定法實(shí)驗(yàn)快速,可在3 min內(nèi)可完成一次滴定,而高錳酸鉀滴定法每次滴定至少需要6 min;4)直接滴定法的檢出限低于高錳酸鉀滴定法,當(dāng)樣品的重量為5.00 g時(shí),直接滴定法的檢出限為0.25 g/100 g,高錳酸鉀滴定法的檢出限為0.50 g/100 g;5)直接滴定法的還原糖含量計(jì)算較簡(jiǎn)捷,可以更快得出結(jié)果.

綜上,由于直接滴定法在操作過(guò)程中比高錳酸鉀滴定法更方便、快捷,因此在快速測(cè)定聚葡萄糖中還原糖的含量時(shí),直接滴定法比高錳酸鉀滴定法更適宜.

3 結(jié) 論

采用國(guó)標(biāo)GB/T 5009.7—2008(食品中還原糖的測(cè)定)中直接滴定法和高錳酸鉀滴定法,對(duì)聚葡萄糖樣品中還原糖的含量進(jìn)行測(cè)定.通過(guò)比較發(fā)現(xiàn),直接滴定法在操作過(guò)程中比高錳酸鉀滴定法更便捷、快速,所需儀器更少.因此,直接滴定法更適宜作為快速測(cè)定聚葡萄糖中的還原糖含量的方法.本論文的研究對(duì)今后在聚葡萄糖質(zhì)量快速檢測(cè)方面具有一定的參考價(jià)值.

[1] 謝碧霞,李平安.膳食纖維[M].北京:科學(xué)出版社,2006:4-6.

[2] 萬(wàn)里.聚葡萄糖的合成及工業(yè)化研究[D].上海:華東理工大學(xué),2010.

[3] 張莉,袁衛(wèi)濤,楊海軍.聚葡萄糖的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].精細(xì)與專用化學(xué)品,2012,20(9):38-40.

[4] Rennhard H H,Conn L.Polysaccharides and their preparation:US,3766165[P].1973-10-16.

[5] Rennhard H H.Dietetic foods:US,3876794[P].1975-04-08.

[6] 楊致遠(yuǎn),楊海軍,辛修鋒,等.聚葡萄糖的市場(chǎng)背景及應(yīng)用[J].中國(guó)食品添加劑,2008(S1):95-97.

[7] 朱彤,許杰.聚葡萄糖作為水溶性膳食纖維的發(fā)展及法規(guī)現(xiàn)狀[J].中國(guó)食品添加劑,2009(S1):48-51.

[8] 劉峰.功能性配料與功能性食品[J].中國(guó)食品添加劑,2012(S1):82-87.

[9] 龐明利,楊海軍.水溶性膳食纖維聚葡萄糖的功能研究與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].食品安全導(dǎo)刊,2011(3):63-65.

[10] 許杰,王延平.一種高純度無(wú)糖聚葡萄糖的生產(chǎn)設(shè)備及系統(tǒng):中國(guó),202829894U[P],2013-03-27.

[11] 包俊逸.聚葡萄糖應(yīng)用多領(lǐng)域發(fā)展?jié)摿Υ骩N].中國(guó)食品質(zhì)量報(bào),2013-03-08(1).

[12] 邢其毅,裴偉偉,徐瑞秋,等.基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)[M].3版.北京:高等教育出版社,2005:980-984.

[13] Guzek D B.Reduced polydextrose:US,5601863A[P].1997-02-11.

[14] 易曉虹.有機(jī)分析[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,1999:189-198.

[15] 史建國(guó),楊俊慧,馬耀宏,等.費(fèi)林氏法測(cè)定還原糖誤差分析[J].發(fā)酵科技通訊,2002,31(4):1-21.

[16] 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院綜合化驗(yàn)室.GB/T 6194—86水果、蔬菜中可溶性糖的測(cè)定方法[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1999.

[17] 李明元.高效液相色譜法及其在食品分析中的應(yīng)用[M].北京:北京大學(xué)出版社,1988:151-155.

[18] 阮滿堂.直接滴定法測(cè)定糖果中還原糖的含量[J].輕工科技,2012,28(7):8-9.

[19] 中國(guó)疾病預(yù)防控制中心營(yíng)養(yǎng)與食品安全所,北京市疾病預(yù)防控制中心.GB/T 5009.7—85食品中還原糖的測(cè)定方法[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1999.