一種基于濃度校正的明膠膠液黏度檢測方法

樂建軍，吳永江

1(浙江大學(xué)藥學(xué)院，浙江杭州，310058)2(普邦明膠(溫州)有限公司，浙江溫州，325401)

黏度是明膠的關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)，影響明膠黏度的因素包括從原料儲運、提取、過濾和離子交換［1］等各個工序的參數(shù)，最終表現(xiàn)為蛋白多肽鏈的長短和分子質(zhì)量的大?。?］。勃氏黏度和恩氏黏度是2種有區(qū)別但可進(jìn)行結(jié)果換算的常用檢測方法［3］，原理均為在特定溫度條件下，測試特定濃度的固定體積明膠膠液流經(jīng)毛細(xì)管所需的時間，因此檢測值與膠液濃度具有直接的關(guān)系。常用的樣品配制濃度為66.7 mg/mL和125 mg/mL等。但上述方法實際應(yīng)用中有其局限性，無法直接應(yīng)用于各工序膠液黏度的監(jiān)控，其原因在于明膠生產(chǎn)過程中和黏度特性相關(guān)的幾個關(guān)鍵工藝節(jié)點，如過濾后稀膠、離子交換前后膠液、超濾膠液和半成品，膠液濃度均處于動態(tài)變化過程中，既不便于進(jìn)行單一批次黏度數(shù)據(jù)的前后比較，也影響不同批次間數(shù)據(jù)的對比分析。因此，監(jiān)測各個階段膠液的黏度，需要以合適的方式將該濃度條件下的膠液黏度轉(zhuǎn)換為成品檢測濃度條件下(66.7 mg/mL)的黏度值，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可比性和產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)的可追溯性。

本文選用足夠的樣本對前后工序基于濃度的黏度值分布以散點圖的形式進(jìn)行了分析，據(jù)此確定合適的范圍以選取不同黏度品質(zhì)的明膠參比樣品，每一份明膠參比樣品繪制同品質(zhì)明膠黏度值隨濃度變化的相關(guān)性曲線，涵蓋工藝濃度黏度值范圍的相關(guān)性曲線疊加即可用于指導(dǎo)不同濃度的黏度值的換算。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器:

明膠參比樣品:不同勃氏黏度水平的明膠精制樣品，普邦明膠(溫州)有限公司。

HZ-10B糖量計，分度值1 mg/mL，測量范圍0～100 mg/mL，廣州市華智儀器儀表有限公司;ND-1勃氏黏度測試儀，天津市國銘醫(yī)藥設(shè)備有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 參比樣品的制備和標(biāo)定

選取質(zhì)量均一的13批半成品明膠。相鄰批次間勃氏黏度檢測值間隔約0.4 mPa·s，其中最低黏度約2.0 mPa·s，最高黏度約8.0 mPa·s，實現(xiàn)分布范圍涵蓋不同品質(zhì)明膠的黏度值。每一批參比樣品分別切粒，過60目篩后混合，并按照GB6783-1994標(biāo)定勃氏黏度值。

1.2.2 膠液黏度轉(zhuǎn)換測試方法

膠液黏度轉(zhuǎn)換測試需首先直接測得膠液黏度值和濃度值，然后依據(jù)黏度和濃度的函數(shù)關(guān)系或相關(guān)性曲線實現(xiàn)基于濃度的黏度值轉(zhuǎn)換。

其中，黏度測試方法參照GB6783-1994食品添加劑明膠勃氏黏度測試方法，樣品溶液為固體明膠配制成的66.7 mg/mL明膠水溶液;濃度測試方法采用經(jīng)凱氏定氮法校準(zhǔn)的糖量計直接讀數(shù)法進(jìn)行膠液濃度測量［4］，亦可考慮采用成熟的在線測量系統(tǒng)［5］。

1.2.3 黏度標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與相關(guān)性曲線的繪制

相關(guān)性曲線的范圍依據(jù)各工序膠液的濃度分布圖，根據(jù)該分布圖確定黏度Y-濃度X相關(guān)性曲線的濃度X分布區(qū)間，每份參比樣品都根據(jù)該濃度分布區(qū)間配制1.0 mg/mL等距濃度溶液，分別測試所有參比樣品的所有不同濃度膠液黏度值，并基于每一份參比樣品的黏度和濃度測試結(jié)果繪制獨立的相關(guān)性曲線和求得函數(shù)關(guān)系。

1.2.4 樣品分析

按照所得函數(shù)關(guān)系和相關(guān)性曲線，將不同工序明膠液檢測勃氏黏度和濃度后，將該濃度下的黏度值轉(zhuǎn)換為66.7 mg/mL(即固體明膠檢測濃度)濃度的膠液黏度值。通過分析相關(guān)樣品，可以幫助判斷工藝過程中膠液黏度的變化規(guī)律。

2 結(jié)果與分析

2.1 參比樣品精制條件的選擇

參比樣品應(yīng)顆粒均勻，便于快速溶脹、溶解和測量膠液黏度。相較應(yīng)用廣泛的20目明膠粗顆粒而言，過60目篩的明膠細(xì)粉溶脹和溶解過程更快，黏度變化可以忽略不計。

2.2 黏度轉(zhuǎn)換測試條件的選擇

本研究發(fā)現(xiàn)，在2～8℃條件下50.0 mg/mL濃度下，5.0 mPa·s黏度膠液12 h內(nèi)黏度下降值不超過0.1 mPa·s;在65℃檢測條件下相同膠液1 h內(nèi)黏度即可下降0.1 mPa·s，因此，樣品溶液應(yīng)現(xiàn)配現(xiàn)用。待測的膠液或凝膠應(yīng)保存在冷藏溫度下不超過12 h進(jìn)行檢測。

根據(jù)膠液黏度和濃度分布范圍(見圖1)，本研究確定合適的黏度值的濃度轉(zhuǎn)換范圍為30～120 mg/mL［6］，轉(zhuǎn)換圖濃度 X 分度值2 mg/mL，勃氏黏度 Y分度值0.2 mPa·s，適用于30 mg/mL以上濃度膠液的黏度值測量(其中，高于60 mg/mL濃度的膠液應(yīng)先等體積稀釋，然后測量)。

圖1 膠液黏度和濃度分布范圍Fig.1 Concentration and viscosity distribution of gelatin solution

2.3 膠液黏度與濃度相關(guān)性曲線

獲得的膠液黏度與濃度相關(guān)性曲線見圖2。在規(guī)定的黏度測試條件下，參比溶液黏度與濃度正相關(guān)，成弧線分布。不同參比樣品在1.0～6.0 mg/mL內(nèi)曲線無交叉，黏度與濃度成不同系數(shù)的二次函數(shù)(拋物線)關(guān)系［7］。R2均不小于0.999。

圖2 膠液黏度相關(guān)性曲線Fig.2 Standard curves of gelatin viscosity

2.4 方法學(xué)考察

2.4.1 精密度試驗

選取1份黏度為4.5 mPa·s的明膠樣品，配制成60 mg/mL濃度的水溶液6份，測試濃度和黏度后(其中90 mg/mL溶液再度稀釋2倍后測試)進(jìn)行黏度轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)見表1，精密度實驗相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)1.7%，表明該方法精密度良好。

表1 精密度試驗Table 1 Precision of the measured result

2.4.2 重現(xiàn)性試驗

選取一份黏度為4.5 mPa·s的明膠參比樣品，配制成30，60，90 mg/mL濃度的水溶液9份，測試濃度和黏度后(其中90 mg/mL溶液再度稀釋2倍后測試)進(jìn)行黏度轉(zhuǎn)換，方法重現(xiàn)性數(shù)據(jù)見表2，結(jié)果表明此方法重現(xiàn)性良好。

2.4.3 膠液黏度回收率試驗

回收率試驗的樣品和溶液配制見重現(xiàn)性試驗。考察不同膠液依據(jù)本方法的測試值相對于參比樣品黏度標(biāo)定值的回收率，其中參比樣品標(biāo)定報告值為4.5 mPa·s。數(shù)據(jù)見表3，回收率分布區(qū)間95%～105%，平均回收率100.4%，回收率相對標(biāo)準(zhǔn)偏差2.8%.均符合要求。

表2 重現(xiàn)性試驗Table 2 Reproductivity of the measured result

表3 回收率試驗Table 3 Recovery of the measured result

2.4.4 膠液穩(wěn)定性實驗

采用某生產(chǎn)批次首道膠液，分別在室溫(23℃)和冷藏條件下(2～8℃)存放，間隔指定時間進(jìn)行重復(fù)測量，結(jié)果見表4。

表4 膠液穩(wěn)定性試驗Table 4 Stability testing of gelatin solution

根據(jù)稀膠液穩(wěn)定性數(shù)據(jù)，可見膠液在冷藏條件下24 h內(nèi)黏度水平基本穩(wěn)定，室溫下4 h內(nèi)黏度水平保持穩(wěn)定［8］，提膠溫度條件下放置時間越長，則黏度損失越嚴(yán)重［9］。

2.5 各工序明膠液黏度的分析

在依據(jù)黏度-濃度曲線對膠液黏度進(jìn)行濃度換算的基礎(chǔ)上，本文對持續(xù)批次明膠各工序膠液進(jìn)行66.7 mg/mL濃度下黏度趨勢分析，可見，每個單一批次生產(chǎn)過程中過濾后的稀膠液隨著時間變化，黏度會持續(xù)下降，直至離子交換工序結(jié)束［10］。短時間的濕熱滅菌和干燥未對明膠黏度特性產(chǎn)生明顯影響。

圖3 連續(xù)工序膠液黏度趨勢Fig.3 Consecutive processes viscosity trend of gelatin solution

3 結(jié)論

本研究所得的基于濃度校正的膠液黏度測試方法采用0～100 mg/mL檢測范圍糖量計測試膠液濃度，采用勃氏黏度法測試膠液黏度，再依據(jù)明膠膠液黏度-濃度曲線圖實現(xiàn)不同濃度的明膠膠液的黏度轉(zhuǎn)換，適用的膠液濃度范圍為30～120 mg/mL。本方法曲線相關(guān)性良好，方法精密度和回收率符合要求。方法的正確應(yīng)用需注意糖量計的定期校準(zhǔn)，膠液在不超過室溫條件下存放以及及時檢測。本方法快速簡便，可以廣泛應(yīng)用于評估不同工藝工序?qū)γ髂z黏度的影響和實現(xiàn)對明膠中間過程的監(jiān)控。

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