不同來源和純度的硫酸軟骨素理化特性的研究

王俊+王紫薇+張金木+汪蘭+喬宇+李新+鉏曉艷+吳文錦+熊光權

摘要：研究不同來源和純度的硫酸軟骨素的吸水性、保水性、吸油性、起泡性和持泡率等理化特性，結果表明硫酸軟骨素吸水性和保水性均低于甘油，但甘油吸水性太強，易造成返吸現(xiàn)象。不同濕度下，雞硫酸軟骨素的吸水性和保水性綜合表現(xiàn)最優(yōu)；粗品的吸油性與酪蛋白相當，高純品吸油性為酪蛋白的2倍，其中鱘魚硫酸軟骨素最佳；起泡性均低于蛋清，但起泡性及持泡性最佳的是鱘魚硫酸軟骨素高純品。因此，硫酸軟骨素可廣泛應用于低泡飲料、肉制品、代脂食品、化妝品等產(chǎn)品中，能增強產(chǎn)品的保健功能和加工適性。

關鍵詞：硫酸軟骨素；吸水性；保水性；吸油性；起泡性

中圖分類號：TS201.1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）23-6224-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.23.056

Abstract： Different sources and purity of chondroitin sulfate， water retention， water imbibition oil absorption， foaming ability and foam rate such as the physical and chemical properties were studied. The results showed that chondroitin sulfate water absorption and water retention were bellowed than glycerol，but glycerol absorbent was too strong， easy to cause back suction phenomenon. Under different humidity， water absorption and water retention of chicken chondroitin sulfate performed best. Sturgeon chondroitin sulfate was best with casein crude product of oil absorption， high tasted oil-absorbing for 2 times the size of casein. The chondroitin sulfate high sturgeon was best with good foaming and keeping bubble feature， its blister bellowed egg whites. Therefore， chondroitin sulfate can be widely used in low foam drinks， meat， fat food， cosmetics and other products， can strengthen the health care function of the product and processing eligibility.

Key words： chondroitin sulfate； water absorption； water retention； oil absorption； foaming

硫酸軟骨素（簡稱CS）是從動物軟骨組織中提取純化出的具有多種異構體的酸性粘多糖。近年來，隨著人們物質生活的不斷提高，高檔保健品市場越來越大，用硫酸軟骨素制成的高檔保健品也隨之走俏，他不但具有治療關節(jié)炎、降血脂等功能，同時具有防癌治癌的作用，硫酸軟骨素保健品成了發(fā)達國家普通百姓的首選食品（美國老少首選的第四餐食品）[1]，硫酸軟骨素還可添加至化妝品，用于皮膚健美?？傊?，硫酸軟骨素在臨床、化妝品、食品添加劑等方面的應用越來越廣泛[2]。

硫酸軟骨素的理化特性能在食品和化妝品的加工制備中應用[3]。比如，食品中添加硫酸軟骨素具有增強肉制品的持水性，保持肉的柔嫩性，掩蓋異味，防止褐變，改善其風味、口感及光澤等作用；添加在化妝品中時可增強化妝品的持水保水性能，硫酸軟骨素被人體皮膚吸收后可吸附機體內大量水分子，從而保持機體內細胞間水分充足，使皮膚光滑，防止產(chǎn)生細紋[4]。因此，本研究選取鱘魚脊骨硫酸軟骨素、雞軟骨硫酸軟骨素和豬軟骨硫酸軟骨素等不同純度不同來源硫酸軟骨素，測定其在不同溶劑中的溶解特性，并以酪蛋白、蛋清、甘油等為對照，測定其吸水性、保水性、吸油性、起泡性、持泡率等應用特性，為研發(fā)人員在食品、化妝品研發(fā)過程中正確有效地使用這種原料，為其推廣應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 樣品 鱘魚CS粗品、豬CS粗品、雞CS粗品、鱘魚CS高純品（60.75%）為自制，豬CS高純品（90%）購自合肥博美生物科技有限公司，雞CS高純品（95%）購自鄭州澳冉化工產(chǎn)品有限公司。

1.1.2 儀器及試劑 D-葡萄糖醛酸（AR）、酪蛋白（AR）、甘油（AR）、四硼酸鈉（AR）、石油醚（AR）、乙醚（AR）、臺面高速冷凍離心機（TGL-16M型）、自動凱氏定氮儀（K9840型）、馬弗爐（SX2-4-10NP型）、生化培養(yǎng)箱（LRH-250L型）、可見分光光度計（722G型）等。

1.2 方法

采用咔唑法測定硫酸軟骨素的含量[5]。采用凱氏定氮法（GB 5009.5-2010）測定蛋白質含量。采用GB/T 5009.4-2008中的方法測定灰分。采用酸水解法GB/T 5009.6-2003測定脂肪含量。

吸水性測定：準確稱取2.00 g CS干燥樣品2份，分別置于兩個康威皿中間的內槽中。一個康威皿的外槽盛有飽和（NH4）2SO4溶液15 mL，其恒定相對濕度（RH）為81%；另一個盛有飽和的Na2CO3 15 mL溶液，其恒定相對濕度RH為43%。然后將密封后的康威皿置于25 ℃的生化培養(yǎng)箱中，每隔24 h稱量CS的質量，計算CS中水分增加的質量價△M[6]。用吸水率來表示其吸水性，公式如下：

式中，M為樣品質量（g）；△M為水分增加量（g）。

保水性測定：準確稱取2.00 g CS干燥樣品2份，分別置于兩個康威皿中間的內槽中，向兩個環(huán)內分別加入2.00 mL的去離子水將CS完全均勻濕潤。后續(xù)步驟同吸水性測定，每隔24 h稱量CS的質量，計算放置后CS中水分的質量m2。由于甘油是化妝品中最常用的保濕劑，故以相同量的甘油作為對照。用保水率來表示CS粗品的保濕性，公式如下：

吸油性測定：準確量取8 mL精制食用油，放入10 mL刻度離心管中，再稱取0.6 g（精確到0.001 g）CS樣品，并稱取相同量的酪蛋白作為對比試驗，加入離心管中，用玻璃棒攪拌2 min，靜止30 min后3 000 r/min離心15 min，記下游離油的體積V1。吸油性按以下公式計算：

式中，V0為食用油添加量（mL）；V1為離心后游離油體積（mL）；m0為CS樣品質量（g）。

起泡性和持泡率的測定：采用蛋清（每100 g蛋清含蛋白質10 g）做起泡劑。取0.1 g/mL的CS溶液20 mL，取同體積的蛋清作對比試驗，1 min快速攪拌記錄均質停止時泡沫的體積，用來計算起泡性。將測定起泡性的樣品溶液繼續(xù)攪拌至5、10、15、20 min，分別測定對應時間的泡沫體積，計算泡沫膨脹率[7]。

式中，V0為均質1 min后溶液總體積（mL）；V為任意均質后溶液總體積（mL）。

2 結果與分析

2.1 硫酸軟骨素和其他成分的檢測

2.1.1 D-葡萄糖醛酸標準曲線 采用紫外可見分光光度計在波長530 nm處進行測定，得到D-葡萄糖醛酸溶液濃度-吸光度標準曲線，如圖1所示，線性回歸處理后得到的D-葡萄糖醛酸標準曲線，其線性方程為y=635.49x-2.765 1，線性相關指數(shù)為R2=0.995 6。

2.1.2 硫酸軟骨素粗品的成分 由表1可以看出，不同硫酸軟骨素粗品中，CS含量最高的為鱘魚CS粗品，其次為豬CS粗品，最低的為雞CS粗品；除了CS，硫酸軟骨素粗品還含有蛋白質和灰分，脂肪含量為零?？梢娫诖痔徇^程中，堿提很好地去除了脂肪，雙酶解除去了大量的蛋白質，而灰分則為灼燒后的無機鹽和氧化物的殘留物[8]。

2.2 理化特性結果

2.2.1 吸水性 室溫下相對濕度（RH）一般為40%～80%，因此試驗中設置43%和81%兩個RH來考察CS在這兩種環(huán)境中的吸水性和保水性。甘油是常見的添加于化妝品和食品中的潤滑保濕成分。以甘油為對照品，研究不同來源和不同純度的CS的吸水性。從圖2、3中可以看出，在RH=43%和RH=81%環(huán)境中，甘油的吸水性均強于各CS粗品，但是由于其吸水性太強，添加在一些化妝品中和食品中，容易吸潮；RH=43%時，3個CS粗品中豬CS粗品吸水性最好，雞CS粗品次之，鱘魚CS粗品最差；RH=81%時，雞CS粗品的吸水性最佳，鱘魚CS粗品和豬CS粗品次之。綜合分析，CS粗品中，雞CS粗品的吸水性最適宜。

圖4、圖5為CS高純品吸水性的測定結果，可以看出在RH=43%和RH=81%環(huán)境中，甘油的吸水性均強于各CS高純品；在RH=43%時，鱘魚CS高純品與雞CS高純品的吸水性相當，豬CS高純品的吸水性最差；在RH=81%時，鱘魚CS高純品的吸水性最佳，雞CS高純品次之，豬CS高純品最差。綜合分析，CS高純品中，鱘魚CS高純品的吸水性最適宜。

綜合分析來看，CS粗品和CS高純品在同一環(huán)境下，豬CS粗品和雞CS粗品吸水性優(yōu)于其CS高純品，鱘魚CS粗品的吸水性略弱于其CS高純品?？梢妼τ贑S的吸水性而言，并不是CS含量越高，吸水性越好，將CS的吸水特性應用于化妝品和食品中時，添加量應適宜，否則添加過多易造成浪費。雞CS的粗品和高純品的吸水性在RH=43%和RH=81%時均能達到最優(yōu)狀態(tài)且優(yōu)于鱘魚CS和豬CS或者相差很小，因此雞CS的吸水性最優(yōu)，可將其代替甘油用于化妝品和食品中。

2.2.2 保水性 圖6、圖7為CS粗品保水性的測定結果，甘油的保水性最強，超過本身的含水量，如果將其應用于化妝品中，如面膜，易造成返吸水分的現(xiàn)象，不利于護膚產(chǎn)品的功能。在RH=43%和RH=81%時雞CS粗品的保水性最佳，其次為豬CS粗品，鱘魚CS粗品最差。

圖8、圖9為CS高純品保水性的測定結果，甘油的保水性最強，超過本身的含水量；在RH=43%和RH=81%時雞CS高純品的保水性一直最佳，而鱘魚CS高純品的保水性開始略高于豬CS高純品，隨著時間的增加，保水性逐漸低于豬CS高純品。綜合分析，雞CS高純品的保水性最適宜。

綜合分析來看，CS粗品和CS高純品在同一環(huán)境下，RH=43%時，CS粗品的保水性優(yōu)于CS高純品；RH=81%時，CS粗品的保水性弱于CS高純品?？梢姯h(huán)境濕度的變化對CS保濕性影響較大，但是雞CS的粗品和高純品的保水性一直穩(wěn)定在70%以上，優(yōu)于鱘魚CS、豬CS粗品和高純品的保水性，可將其添加到化妝品中作為保濕劑，也可用于食品中如肉制品，提高嫩度，增強保水性[9]。

2.2.3 吸油性 由表2可知，各CS高純品可以吸收相當于自身體積2倍以上的植物油，其中豬CS高純品（CS含量為90%）的吸油性最高，但CS含量為60.75%的鱘魚CS高純品的吸油性僅次于豬CS高純品，因此CS含量越高吸油性越好，以鱘魚為提取來源的CS吸油性最佳，說明該特性可將CS應用于香腸、火腿、蛋黃醬、奶酪等含脂肪食品中，可改善該類食品的加工特性。另外，利用該特性，硫酸軟骨素可以像菊糖一樣，在上述食品中代替脂類50%～90%，可用于減少該類食品的熱量，作為代脂食品添加劑使用[10]。

2.2.4 起泡性和持泡率 圖10中時間為1 min時，對應的縱坐標為起泡率表示起泡性，時間為5、10、15、20 min時，對應的縱坐標為泡沫膨脹率表示持泡率，因雞CS高純品樣品溶液在攪拌過程中沒有任何起泡現(xiàn)象，泡沫體積為零，所以未在圖10中顯示。

總體可以看出，CS的起泡能力低于蛋清，不宜用于冰淇淋和奶油等需要起泡多的食品，可應用于低泡啤酒和低泡葡萄酒中作為起泡劑。鱘魚CS高純品的起泡率和持泡率都較低，而且泡沫膨脹體積變化平穩(wěn)，證明持泡率穩(wěn)定，不易消泡，最適宜應用到低泡食品中，不僅使食品保持良好的低泡狀態(tài)，又能增加營養(yǎng)。

3 小結

硫酸軟骨素可溶于水，不溶于乙醇、丙酮、乙酸乙酷、正丁醇等有機溶劑，因此CS可用于水體系食品中，增強食品營養(yǎng)功能，開發(fā)新的保健食品。高純度的硫酸軟骨素，尤其以鱘魚為提取來源，其次以豬為來源的，吸油性要遠好于酪蛋白，因此應用于代脂食品中如香腸奶酪等，以減少食品熱量；起泡性和持泡率均低于蛋清，但鱘魚硫酸軟骨素高純品的持泡率最為穩(wěn)定，所測定20 min內持泡率一直維持在15%，泡沫穩(wěn)定細密不易破裂，可用于低泡飲品和清潔型護膚品；硫酸軟骨素吸水性和保水性均低于甘油，但甘油吸水性和保水性太強，會造成返吸現(xiàn)象，不利于產(chǎn)品的保濕功能，最合適的是以雞軟骨為提取來源的硫酸軟骨素，純度為22.4%的雞CS粗品的吸水性和保水性與純度為95%的雞CS高純的相比相差不大，因此將其應用到肉制品中或者保濕型護膚中時純度不宜過高，純度為22%以上就能達到吸水和保水的功能，以免造成不必要的浪費。因此，硫酸軟骨素可廣泛適用于低泡飲料、肉制品、奶制品、代脂食品、化妝品等產(chǎn)品中的主輔材料，這將增加上述產(chǎn)品食用品質、商品價值與保健功能，可在食品、保健食品、藥品或化妝品行業(yè)廣泛應用[11]。

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