辛烯基琥珀酸淀粉酯滅菌受熱穩(wěn)定性的測定

周春海，羅建勇，王瑞航，，徐正康，洪昌業(yè)，，王立亞，黃立新

（1.廣州雙橋股份有限公司，廣東廣州510280；2.華南理工大學食品科學與工程學院，廣東廣州510640）

烯基琥珀酸酸酯化淀粉是變性淀粉中的一大類，具有表面活性，目前只有辛烯基琥珀酸淀粉酯被允許用于食品加工，被稱為純膠,一般以辛烯基琥珀酸淀粉鈉的形式存在,是一種安全性高的乳化增稠劑，按需要使用[1]。辛烯基琥珀酸淀粉酯的產品在國內外已經投入工業(yè)化生產，用途廣，在食品工業(yè)可用于飲料乳濁液、乳化香精、微膠囊粉末、調味色拉油等制品，在制藥、化妝品、紡織和造紙業(yè)中也有廣泛的用途，市場及其前景很好[2-4]。美國的國民淀粉公司、日本松谷化工株式會社生產了多種有關辛烯基琥珀酸淀粉酯的產品。辛烯基琥珀酸淀粉酯的制備反應機理、生產工藝、理化性質都進行了較為深入的研究[4-11]，辛烯基琥珀酸淀粉酯用原淀粉直接酯化和精制的產物產品，具有黏度高的特點，但目前市場較多使用是辛烯基琥珀酸（原）淀粉酯的（酶）降解物產品，這類的低黏度的辛烯基琥珀酸淀粉酯同樣具有表面的活性，按其降解的葡萄糖值（dextrose equivalent，DE）的程度，主要有兩大類：一類為DE值小于5.0的產品，具有一定的增黏增稠作用；另一類為DE值大于20.0的產品，具有高濃低黏的特點[12]。它們在乳化香精、微膠囊粉末、調味色拉油等食品中的應用更多。

在以往的試驗工作中，對不同來源低黏度的辛烯基琥珀酸淀粉酯產品，進行了基本理化指標、顯微、紅外光譜、黏度、表面張力、乳化穩(wěn)定性等結構性質的比較測定研究[12]。在食品加工中，常伴有攪拌均質、加熱滅菌等工藝過程，特別是使用了相對分子量或黏度高的變性淀粉、多糖的食品增稠劑等配料，極可能出現糖苷鍵的降解而發(fā)生體系性質的變化，從而影響產品的質構、外觀和品質。本文以DE小于5.0的辛烯基琥珀酸淀粉酯產品為對象，在不同的pH值下進行常規(guī)的滅菌處理，測定滅菌前后體系的還原糖還原性、色譜組分和表面張力的變化，考察其滅菌受熱的穩(wěn)定性。

1 材料與方法

1.1 材料

辛烯基琥珀酸淀粉酯樣品：1#、2#為廣州某公司的產品，DE值分別為3.0和1.21；3#為國外公司的1773產品，DE值0.88。以上各樣品的其他基本的特性結果參見文獻[12]。

3，5-二硝基水楊酸、葡萄糖、鹽酸等試劑藥品皆為分析純。

1.2 儀器

280A型18L滅菌鍋：上海上天精密儀器有限公司；PHS-3C精密pH計、752N紫外可見分光光度計：上海儀電科學儀器有限公司；FA2004B型電子分析天平：上海精密科學儀器有限公司；K11-MK1（XX40-0003）表面張力計：德國KRUSS GmbH公司；Waters 515泵和2414折光檢測儀的高效液相色譜儀：美國Waters公司

1.3 試驗方法

分別配制0.05 g/mL樣品溶液，用1mol/L的鹽酸調節(jié)pH值為2.0、3.0、4.0或5.0和6.0，放入滅菌鍋進行滅菌，溫度122℃，時間15 min。分別測定滅菌前后樣品的還原糖、色譜組分和表面張力的變化。

1.4 還原糖測定

3，5-二硝基水楊酸溶液配制：準確稱取無水3，5-二硝基水楊酸6.5 g溶于水，60℃水浴加熱至完全溶解；無水NaOH 40 g溶解后移入500 mL容量瓶中，冷卻后定容；將3，5-二硝基水楊酸移入1 000 mL容量瓶中并加入325 mL定容好的NaOH溶液，再加入45 g丙三醇溶解定容至1 000 mL，搖勻，貯存于棕色試劑瓶中于陰暗處放置7d后使用。

標準曲線的制作：配制葡萄糖標準溶液1mg/mL，分別取 0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mL 溶液于25 mL比色管中，加入配置好的DNS顯色液5 mL，充分搖勻后放入沸水中煮12 min，迅速冷卻，蒸餾水定容至25 mL，放置20 min，然后在510 nm波長下，測其吸光度，繪制標準曲線如圖1，計算回歸方程如下：y=0.905 6x-0.013 1，R2=0.999 6，式中，y 為吸光度，x為葡萄糖濃度含量。

圖1 葡萄糖標準曲線Fig.1 Glucose standard curve

取1.0 mL樣品溶液，按標準曲線的制作等步驟，測定在510 nm波長處的吸光度，經過標準曲線以葡萄糖作為還原糖參照，計算得到體系的“還原糖”含量。

1.5 組分的高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）測定

經過滅菌處理所得的樣品溶液，稀釋到約0.01g/mL，精濾，注入進樣瓶中，用HPLC測定。測試條件：流動相超純水，流速0.6 mL/min，柱溫85℃，檢測器溫度40℃，色譜柱型號：Rezex RCM-Monosaccharide Ca2+。

1.6 表面張力測定

將各樣品溶液稀釋成0.01 g/mL，以蒸餾水為對比，采用最大氣泡壓力法測定表面張力[9]。

2 結果與討論

2.1 還原糖含量

不同pH值的樣品溶液經過常規(guī)的122℃滅菌處理后，其還原糖含量的變化，見表1。

表1 樣品在滅菌前后還原糖濃度的變化Table 1 The change of reducing sugar concentration after sterilization

由表1可知，滅菌過程樣品溶液的pH值對還原糖含量增加的變化結果的影響很大。在pH2.0強酸性條件下，樣品經過食品常規(guī)的滅菌處理，淀粉分子鏈的糖苷鍵水解較多，產生了更多的脫水葡萄糖單元的還原性尾端基，使體系的還原能力提高，還原性糖的含量增加非常明顯，都在200%以上。即使在微酸性下，高溫高壓的作用，也使樣品有一定程度的水解。在大多數食品所處的pH值范圍內（pH3.0～6.0），從還原糖變化的增量來看，其中3#樣品的DE值雖然最小，但其加熱滅菌穩(wěn)定性表現最好，1#次之，2#較差。

2.2 樣品組分的變化

1.5的HPLC的儀器條件，適于分離測定淀粉的水解物，如水溶的麥芽糊精、麥芽低聚糖、麥芽糖、葡萄糖，還有乳糖、蔗糖、果糖和糖醇等等，其組分出峰順序為：（麥芽）五糖以上或五糖的組分，最先流出出峰，保留時間RT最小，這類相對分子量較大的糖組分之間不能被完全分離分開，會相互“聚集”在一起成為一個不對稱的單峰。如果流動相的測定流速變小，或者五糖的含量比例較高，則在該峰的右側會有肩峰或者再疊加出個小峰，但五糖對六糖的分離度依然不佳，定量的準確性不好；接著，按四糖、三糖、麥芽糖（蔗糖的RT與麥芽糖相同）、葡萄糖和果糖的順序組分先后出峰，在此階段，組分間的分離度很好，定量準確性好[13]。

對于本研究試驗所用的水溶性的辛烯基琥珀酸淀粉酯，以及經過滅菌處理后所得的產物樣品，雖然沒有各種的辛烯基琥珀酸低聚糖酯的標準物，對辛烯基琥珀酸淀粉酯及其滅菌處理后所得的產物，進行相對分子量大小或組分的定性，但是，依據該鈣型離子交換柱分離的基本特性，比較觀測和分析滅菌前后樣品出峰的保留時間和峰面積等的變化情況，同樣可以反映樣品滅菌處理后的降解變化及其穩(wěn)定性，即組分峰的RT變大，則其相對的分子量變小，最小的分解物為葡萄糖單糖。

各樣品滅菌前的高效液相色譜圖見圖2，1#樣品在pH2.0、3.0、4.0和6.0的條件下，進行滅菌后，其HPLC截圖見圖3，它們的保留時間RT及峰面積等數據見表2。參見圖2，其中的3#樣品的RT6.127和RT5.624的組分峰不能分開，合在一起計算峰面積。

1#、2#和3#樣品都為冷水可溶的產品，DE值分別為3.0、1.21和0.88。從圖2和表2明顯可見，它們的組成是不一樣的，3#與1#、2#的樣品差別非常大，表明由高黏度的辛烯基琥珀酸（原）淀粉酯通過降解酶解成低黏度的水溶性的辛烯基琥珀酸淀粉酯，3#樣品的處理方法、工藝控制與1#、2#有差別，其最后的產物組成也與它們不同。

圖2 各樣品的HPLC圖Fig.2 The HPLC of samples

圖3 1#樣品在pH2.0～6.0下滅菌后的HPLC圖Fig.3 The HPLC of sample 1 after sterilization in different pH value

由圖2和表2可知，在pH2.0下，RT小的組分峰的變化最為明顯，與原樣品相比：（1）第一個峰的出峰的RT都增大了，且峰面積?。唬?）2#樣品變化明顯，RT從6.039 min升至6.644 min，并且出現RT 8.500min新的組分峰，應該是從原有的RT6.039min的組分峰之中，降解成為相對分子量較小的組分物質；（3）1#樣品，主體由RT 5.683 min和7.018 min的混合組分峰組成，也降解成主體由RT 6.049 min、6.610 min和7.215 min的混合組分峰組成，出現了新的明顯的組分峰，第1個峰的峰面積百分比也從88.30降至70.49；（4）3#樣品同樣第一個峰的出峰的RT增大了，峰面積百分比約減小14.34；第2個峰的RT基本不變（約6.650 min），峰面積百分比則增加了約13.98，因此，從原有的第一個的組分峰之中，降解“砍下來”的相對分子量較小的組分物質，幾乎都歸到了第2個組分峰之中；（5）各樣品的所有RT大于9.0min的所有組分峰，其峰面積百分比總和都有增加。其中2#增加最多，峰面積百分比總和從0.41升至3.71，而3#最少，但其還原能力糖卻增加最多（參見2.1表1），可見3#樣品還原性增加的貢獻主要來自于其第2個峰，峰面積百分比增加了約13.98%的那部分。

表2 各樣品在不同pH值條件下滅菌后的HPLC圖譜峰面積Table 2 The HPLC peak area of the samples after sterilization in different pH value

在pH3.0～6.0的滅菌條件下，從圖2和表2分析可見：

1）對于1#樣品，與原樣相比，滅菌處理后，體系組分主要由RT小于7.0 min的兩個組分峰組成，RT增加；第1個峰RT約在5.95 min，峰面積百分比比原樣減小，隨體系滅菌pH值的降低，峰面積百分比減小的幅度越大；第2個峰約在6.60 min，峰面積百分比比原樣增加，隨體系滅菌pH值的降低，峰面積百分比增加的幅度越大；第一個峰的降解的部分主要歸并于第二個峰。

2）3#樣品的第1個峰，在滅菌后，其RT都有增加，峰面積百分比從68.10%，都降至約在61.5左右；RT 6.650 min的第2個峰，在滅菌前后都存在，RT基本不變，其峰面積百分比都有所增加，從31.41增加到37.5左右；RT大于9.0 min的所有組分峰，其峰面積%總和有所增加，都約為0.85左右。

與pH2.0的降解情況相同，第1個峰的RT增加，峰面積百分比減小，降解的部分主要歸并于第2個峰，降解落到RT大于9.0 min以后的組分峰的極少；而第2個峰的RT幾乎不變，峰面積百分比相應增加。

3）與原樣相比，滅菌處理后，2#樣品的變化情況稍微復雜：（1）體系組分從原有的1個主體峰，變化成為主要由RT小于7.3 min的3個組分峰組成，出現了RT 6.60 min和7.0 min的新的第2個峰和第3個峰，并且都分別有11.0和5.0以上的峰面積百分比。（2）第1個峰的峰面積百分比都減小，其中pH6.0的降低最少。（3）第2個峰和第3個峰的峰面積百分比，都是pH6.0的最小。這（2）和（3）點的試驗結果都表明pH6.0對2#樣品的降解作用較小。

因此，各樣品在pH2.0～6.0下進行滅菌處理，降解的方式及其降解產物的分布是不一樣的。在pH3.0～6.0下，3#樣品受熱滅菌后的降解產物的分布比較一致，pH值的影響較小。

表3 各樣品溶液在不同pH值下滅菌后的表面張力（mN/m）Table 3 The surface tension of OSA starches after sterilization in different pH value

2.3 樣品表面張力

各樣品在滅菌后的表面張力值，結果見表3。

從表3可見，樣品溶液在不同的pH值下進行滅菌處理后，其表面張力值都發(fā)生了變化，其中1#和2#升高，3#降低。3#樣品在pH2.0～6.0下滅菌后的表面張力值，相差很小。2#樣品在pH3.0～6.0下滅菌后的表面張力值，變化很小。1#樣品在pH4.0～6.0下滅菌后的表面張力值，變化很小?？梢?#樣品在較寬的pH值作用范圍，滅菌后的體系能夠保持較穩(wěn)定的表面張力值。

3 結論

通過測定樣品在pH2.0～6.0下滅菌前后的還原糖、HPLC組分和表面張力的變化，比較研究3個不同來源的DE值小于5.0的辛烯基琥珀酸淀粉酯的耐酸熱性，結果發(fā)現：

1）各樣品在強酸性下（pH2.0）進行滅菌處理，其產物的還原性都大為提高，增加200%以上；在pH3.0～6.0下的滅菌處理，產物的還原性增加26.7%～83.8%，高溫加熱對樣品較大的作用。

2）各樣品的HPLC組分譜圖不一樣，滅菌后的降解及其降解產物的分布也有所不同。保留時間RT最小的第一個（組分）峰，其RT都增大，峰面積百分比減小，RT大于9.0 min的相對分子量小的組分峰的，峰面積百分比增加。1#、2#樣品有新的組分峰出現。3#樣品由第一個峰降解下來的部分則歸并于第二個峰，第一個峰RT變大，峰面積百分比減小，第二個峰的RT基本不變，峰面積百分比增加了差不多第一個峰的峰面積百分比相應減小的部分。

3）樣品表面張力的變化不一，1#、2#升高，3#降低。3#樣品在pH2.0～6.0的作用范圍，滅菌后的體系都能夠保持較穩(wěn)定的表面張力值。

4）綜合評價，3#樣品有較好的受熱穩(wěn)定性，1#和2#可考慮通過適度的交聯提高其耐熱穩(wěn)定性。

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