食品添加劑葡萄糖酸鈉的制備方法及其應用研究進展

杜裕芳 左艷娜 胡秋連 郝苗

葡萄糖酸鈉的分子式為C6H11O7Na，分子量為218.14。葡萄糖酸鈉廣泛用于工業(yè)中。葡萄糖酸鈉可用作建筑，紡織印花和金屬表面處理及水處理，鋼表面清潔劑，玻璃瓶清潔劑，電鍍行業(yè)氧化鋁著色等領域的高效螯合劑?；炷凉I(yè)用作高效緩凝劑，高效減水劑等。葡萄糖酸鈉因其來源廣泛，無毒，無潮解，穩(wěn)定性和良好的螯合性能而備受關注。一些新的制備葡萄糖酸鈉技術不斷被開發(fā)，其應用也越來越廣泛。在食品工業(yè)中，葡萄糖酸鈉作為食品添加劑，可以賦予食品酸味，增強食品的味道，防止蛋白質(zhì)變性，改善不良的苦味和澀味，并取代鹽來獲得低鈉，無鈉的食品。目前，家庭工人對葡萄糖酸鈉的研究主要集中在生產(chǎn)和制備工藝的成熟以及生產(chǎn)成本的降低上。本文介紹了食品工業(yè)中葡萄糖酸鈉的主要生產(chǎn)工藝，如制備方法，工藝優(yōu)化等熱點問題，以及在食品工業(yè)中的應用，為葡萄糖酸鈉的制備和應用提供了理論參考。

食品添加劑葡萄糖酸鈉的制備原理

食品級葡萄糖酸鈉的制備主要采用的是生物發(fā)酵法，生物發(fā)酵法所用的菌種主要包括真菌和細菌，另外還有新型的固定化細胞發(fā)酵?，F(xiàn)目前葡萄糖酸鈉生產(chǎn)的方法采用的是酶氧化法生產(chǎn)，其中用到的主要的酶是葡萄糖氧化酶（GOD）。葡萄糖氧化酶主要負責通過葡糖酸和過氧化氫催化葡萄糖的產(chǎn)生。黑曲霉（Aspergillus niger）是GOD的主要生產(chǎn)菌株。在實際生產(chǎn)中，GOD將與過氧化氫酶（CAT）形成復雜的酶系統(tǒng)。CAT主要的功能是使得體系中的H2O2得以分解。葡萄糖在GOD的作用會氧化為葡萄糖酸，并伴隨過氧化氫的釋放。過氧化氫具有很強的氧化性，可以降低葡萄糖氧化酶的活性。過氧化氫酶的加入可以快速分解過氧化氫，將過氧化氫分解成水和氧，葡萄糖氧化酶可以繼續(xù)催化反應。并且可以補充反應所需的氧氣，使氧化反應持續(xù)進行。在實際生產(chǎn)中，加入一定量的氫氧化鈉溶液以維持反應體系的pH值，使反應繼續(xù)進行。

食品添加劑葡萄糖酸鈉的制備方法

文獻中提到的葡萄糖酸鈉的制備方法主要包括均相化學氧化法，電解氧化法，非均相催化氧化法和生物發(fā)酵法。其中，最常用的是非均相催化氧化和生物發(fā)酵。非均相催化氧化法受催化劑和催化效率的限制，具有催化劑易中毒，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高的缺點。因此，非均相催化方法不適合在食品工業(yè)中生產(chǎn)葡萄糖酸鈉。目前在食品行業(yè)中，大批量的生產(chǎn)葡萄糖酸鈉仍然采用的是生物發(fā)酵法。

傳統(tǒng)生物發(fā)酵技術。傳統(tǒng)的葡萄糖酸鈉發(fā)酵采用的是黑曲霉菌發(fā)酵工藝，該方法是利用黑曲霉為發(fā)酵菌株，通過不斷向發(fā)酵體系內(nèi)加入氫氧化鈉溶液控制pH，并控制一定的溫度，氧含量等條件進行發(fā)酵。發(fā)酵后，通過多種工藝獲得產(chǎn)品，如滅菌，脫色，濃縮，結晶，離心和干燥。由于存在傳統(tǒng)工藝效率低下，所得產(chǎn)品質(zhì)量較差等缺陷。目前國內(nèi)外在傳統(tǒng)生物發(fā)酵法中的研究主要集中在改良發(fā)酵菌種、固定化菌絲體重復利用、改變發(fā)酵方式和尋找葡萄糖替代品等方面。

葡萄糖酸鈉的生產(chǎn)過程是需氧過程，反應體系中的氧氣量對發(fā)酵時間和產(chǎn)量有著重要的影響。傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)一般都是通入空氣以供應反應所需的氧氣，但液體溶氧速率有限，不能及時滿足實際生產(chǎn)中所需氧氣含量，從而延長了生產(chǎn)時間。H.W. Lee通過加壓使得水中溶解氧濃度達到150mg/L，發(fā)現(xiàn)葡萄糖酸鈉的生產(chǎn)得率大大提高。O.V. Singh對比了液態(tài)發(fā)酵，表面發(fā)酵，半固態(tài)發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵對于葡萄糖酸鈉生產(chǎn)的影響，證明了固態(tài)發(fā)酵是最有效的發(fā)酵方式。

在實際生產(chǎn)中，為了降低生產(chǎn)成本，將嘗試尋找低成本碳源作為發(fā)酵和生產(chǎn)葡萄糖酸鈉的基質(zhì)，包括玉米淀粉，甘蔗渣，糖蜜等。注： Vassilev等人。通過黑曲霉發(fā)酵玉米淀粉水解產(chǎn)物生成葡萄糖酸鈉，發(fā)現(xiàn)葡萄糖酸鈉的最高產(chǎn)量為143 g / L。一些研究人員使用木糖和纖維二糖作為唯一的碳源來生產(chǎn)葡萄糖酸鈉。雖然葡萄糖酸鈉的生產(chǎn)不如葡萄糖好，但它可以降低生產(chǎn)成本并將廢物變成寶藏。這是葡萄糖酸鈉的未來節(jié)約。一種重要的生產(chǎn)成本

生物發(fā)酵新技術——固定化酶技術。傳統(tǒng)的發(fā)酵法生產(chǎn)葡萄糖酸鈉，會得到大量的細菌或真菌菌絲。這些菌絲會被當做廢料處理，而其中往往含有大量的葡萄糖氧化酶。近年來，基于這一問題，國內(nèi)外學者將目光瞄準酶固定化技術，因此固定化酶技術越來越受到了研究者的關注。

固定化酶的研究使得葡萄糖酸鈉廣泛的應用于工業(yè)中成為可能。目前為止，多種酶被成功固定到不同載體上，并且取得了很好的經(jīng)濟效益及應用價值。在食品工業(yè)中，使用固定化酶代替游離酶可以提高葡萄糖酸鈉的生產(chǎn)效率，降低使用成本，簡化純化過程，并提供高產(chǎn)量和高質(zhì)量。關于酶固定化技術的早期研究主要選擇纖維素，固體玻璃顆粒，多孔玻璃顆粒和鎳網(wǎng)。其中，多孔玻璃和纖維素是最廣泛使用的固定載體，因為它們的表面積大，因而酶的催化活性相對較高。近年來，固定化技術應用越來越多，酶的固定化技術涉及用高分子材料物理的包埋法，導電高分子共聚法和無機凝膠包埋法。有研究者采用丙烯酸的微粒凝膠和三價金來固定GOD，表現(xiàn)出很好的效果，還有報道關于利用戊二醛交聯(lián)作用把GOD固定在竹子的內(nèi)膜上，并取得了一定的成果?，F(xiàn)在所使用的固定化載體種類繁多。

葡萄糖酸鈉在食品工業(yè)中的應用

現(xiàn)目前葡萄糖酸鈉作為一種性能良好的食品添加劑，廣泛用于食品加工業(yè)。同時，它還廣泛用于營養(yǎng)補充劑，食品防腐劑，質(zhì)量改進劑和緩沖劑，根據(jù)食品的不同用途，可分為以下幾類：

葡萄糖酸鈉調(diào)節(jié)食品的酸度。在食品中添加酸可以增強食品的安全性，因為酸是防止冷藏食品中微生物污染的主要形式，而與高溫或高靜水壓力處理相結合使用酸可以降低能耗，從而降低成本。然而，在食品或飲料配方中添加酸通常會降低適口性，因為酸性較高，這限制了食品工業(yè)更好地利用酸作為防腐劑的能力，將葡萄糖酸鈉配制成鈉鹽混合物（分別加入氯化鈉和醋酸鈉）后分別作用于檸檬酸、乳酸和蘋果酸，發(fā)現(xiàn)葡萄糖酸鈉混合物對檸檬酸和蘋果酸的酸度（PH為4.4）有中度抑制作用，但對乳酸的酸度幾乎沒有影響。葡萄糖酸鈉調(diào)節(jié)檸檬酸和蘋果酸中的pH值，從而有效地減少酸味，不會產(chǎn)生過咸的味道，說明葡萄糖酸鈉在相對較高的酸水平上能夠顯著抑制檸檬酸和蘋果酸的酸性。在食品工業(yè)中，葡萄糖酸鈉被廣泛用于飲料行業(yè)以確保飲料的質(zhì)量，同時還保護由常規(guī)滅菌方法引起的過高溫度引起的飲料成分的破壞，并且節(jié)省能量。

葡萄糖酸鈉代替食鹽用于食品工業(yè)。相關研究表明中國人均的食鹽攝入量是世界平均人均攝入量水平的數(shù)倍，體內(nèi)鈉離子含量過高，會導致高血壓高血脂等慢性疾病的發(fā)生。在關注生活水平和疾病健康的同時，低鹽食品引起了廣泛關注，成為食品行業(yè)的熱點。研究表明，每日鹽的鈉含量是葡萄糖酸鈉的四倍，而葡萄糖酸鈉的鈉分子量僅為10.5%。與常用的低鈉鹽相比，葡萄糖酸鈉的味道差別不大，但具有無刺激性，無苦味和澀味的優(yōu)點，在實際應用中已成為鹽的替代品。目前主要用于食品領域，如無鹽產(chǎn)品和面包。研究報道使用葡萄糖酸鈉代替鹽進行面包發(fā)酵，不僅可以發(fā)酵低鈉面包，還可以在不影響其整體風味和保質(zhì)期的情況下實現(xiàn)減鹽。

葡萄糖酸鈉改善食品風味。在食品行業(yè)，食品的風味是在感官評價中的重要指標。近年研究發(fā)現(xiàn)：葡萄糖酸鈉能夠改善苦味，葡萄糖酸鈉鹽對苦味化合物及其二元組合物質(zhì)的苦味有不同程度的抑制作用。將不同劑量的葡萄糖酸鈉鹽以及乳酸鋅鹽均應用于咖啡因發(fā)現(xiàn)其能夠抑制咖啡因苦味，上述研究說明葡萄糖酸鈉對呈苦味的風味物質(zhì)具有調(diào)節(jié)作用。另外，有報道表明在肉制品加工過程中添加一定量的葡萄糖酸鈉，能較好的改善豆制品當中的大豆腥臭味。有研究發(fā)現(xiàn)。在海產(chǎn)品的加工過程中，通常會添加一定量的葡萄糖酸鈉來降低魚臭味，提高食物的食欲，且相比于傳統(tǒng)的覆蓋方式，成本更加低廉。

葡萄糖酸鈉能夠改善食品品質(zhì)。隨著生活水平的不斷提高，人們對食品的要求也越來越高。作為一種新型食品添加劑，葡萄糖酸鈉不僅提高食品的風味，而且還增強了食品的營養(yǎng)特性。與市場上許多食品添加劑相比，它的無毒無害性能已經(jīng)成為其最大的亮點。將葡萄糖酸鈉作為乳酸鈣晶體抑制劑在切達干酪中作用，發(fā)現(xiàn)葡萄糖酸鈉能增加乳酸鈣的溶解度，調(diào)節(jié)切達干酪的PH值，所以葡萄糖酸鈉具有增加鈣和乳酸鹽溶解度的潛力，通過與鈣和乳酸鹽離子形成可溶性復合物，阻止它們形成乳酸鈣晶體，不僅保證其營養(yǎng)，還改善了切達干酪的品質(zhì)。將葡萄糖酸鈉浸泡處理海帶后，能夠增加其藻酸鹽含量，導致表面更軟，改善口感。葡糖糖酸鈉還具有蛋白變性抑制作用和肌原纖維蛋白溶解作用，在魚糜中加入葡萄糖酸鈉，加熱后凝膠體的凝膠強度比未加葡萄糖酸鈉的有明顯提高，所以葡萄糖酸鈉能夠改善魚糜制品的品質(zhì)。

展望

葡萄糖酸鈉被廣泛應用于食品工業(yè)，因為其廣泛的來源，且無毒性，無潮解性，穩(wěn)定性和良好的螯合性能。但目前我國食品級葡萄糖酸鈉的生產(chǎn)中還有存在大量的問題，比如工藝不夠成熟導致生產(chǎn)成本較高，新研發(fā)的生產(chǎn)技術不能及時的應用于實際生產(chǎn)中等。在未來開發(fā)葡萄糖酸鈉新生產(chǎn)工藝過程中，應當以經(jīng)濟效益為主體，開發(fā)高效綠色的生產(chǎn)方法。并急需對葡萄糖酸鈉的其他應用價值進行開發(fā)，而不僅僅局限于食品添加劑，拓寬其應用范疇。相信在不久的未來葡萄糖酸鈉在食品行業(yè)應用越來越廣。