乳糖醇產(chǎn)品品質(zhì)的比較測(cè)定研究*

羅建勇 郭 峰 周春海 黃鈺雯 周泓江， 黃立新*** 李碧珠

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

乳糖醇（4-β-D 吡喃半乳糖-D- 山梨醇），中文名為拉克替醇，是一種非還原性十二碳糖醇，其分子式為C12H24O11，相對(duì)分子質(zhì)量344.3，是將乳糖催化、加壓加氫后過(guò)濾，經(jīng)脫色、離子交換、濃縮、結(jié)晶制得，是一種保健型的食品添加劑，具有低熱量值、非致齲性和非還原性，適合糖尿病病人食用。1983 年4 月，世界糧農(nóng)組織和衛(wèi)生組織聯(lián)合組成的食品添加劑專(zhuān)家委員會(huì)批準(zhǔn)乳糖醇可作為食品添加劑。1995 年10 月，中國(guó)食品添加劑標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)正式批準(zhǔn)乳糖醇可在國(guó)內(nèi)使用，并制定頒布了《GB 1886.98-2016 食品添加劑 乳糖醇（又名4-β-D 吡喃半乳糖-D- 山梨醇）》的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。上世紀(jì)90 年代，上?；春Ｖ扑帍S(chǎng)成為國(guó)內(nèi)第一家開(kāi)發(fā)并獲準(zhǔn)生產(chǎn)產(chǎn)品投放市場(chǎng)的企業(yè)，經(jīng)過(guò)20 多年的發(fā)展，山東、湖北的一批企業(yè)（山東綠健等）以進(jìn)口乳糖為原料，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)乳糖醇產(chǎn)品，目前，乳糖醇被廣泛地應(yīng)用于無(wú)糖糖果、冷凍甜食和焙烤食品等食品加工和醫(yī)藥之中。

本文對(duì)國(guó)產(chǎn)和日本進(jìn)口的不同來(lái)源乳糖醇產(chǎn)品，測(cè)定其感官、水分、DE 值、電導(dǎo)率和比旋光度等指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)行顯微觀(guān)測(cè)、高效液相色譜、紅外光譜、X- 射線(xiàn)衍射圖譜、X- 射線(xiàn)熒光光譜等多種儀器的分析，開(kāi)展不同來(lái)源乳糖醇產(chǎn)品的品質(zhì)的比較測(cè)定研究，以期為提升國(guó)內(nèi)乳糖醇產(chǎn)品的品質(zhì)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

乳糖醇樣品：1#為日本產(chǎn)品，2#為國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，由廣州某生物技術(shù)有限公司提供。

硫酸銅（CuSO4·5H2O）、氫氧化鈉、酒石酸鉀鈉、葡萄糖、溴化鉀、鹽酸、硝酸、硫酸、硝酸銀、氯化鋇和硼酸等等試劑藥品，皆為分析純。

1.2 主要儀器設(shè)備

FA1004 電子分析天平、DDS-307A 型電導(dǎo)率儀和PHS-3C 精密pH 計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司；SGWzz-2 型自動(dòng)旋光儀，上海申光儀器儀表有限公司；BH-2 型多功能光學(xué)顯微鏡，日本OLYMPUS VANOX；X’Pert PRO X- 射線(xiàn)衍射儀，日本RIGAKU 公司；美國(guó)Water2695 高效液相色譜儀。NICOLET-6700 型紅外光譜，美國(guó)Thermo 公司；PW4400/40 原子熒光光譜儀，荷蘭帕納科公司；101-1 恒溫烘箱，上海市實(shí)驗(yàn)儀器總廠(chǎng)；SM-2-10馬弗爐，天津市華北實(shí)驗(yàn)電爐廠(chǎng)；系列標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩，浙江上虞市華豐五金儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 感官品質(zhì)評(píng)價(jià)

從乳糖醇樣品的色澤、氣味、觸感、顆粒形態(tài)和甜味等5 個(gè)方面進(jìn)行產(chǎn)品感官品質(zhì)評(píng)定，標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

采用四分法取樣，每項(xiàng)感官試驗(yàn)稱(chēng)取5 份樣品，每份10 g，置于清潔干燥的白瓷盤(pán)中，由具一定評(píng)分和經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰Φ脑u(píng)分人員（每次5～7 人），按照表1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行評(píng)分，結(jié)果取算術(shù)平均數(shù)，總分按比例折算成5 分制。

1.3.2 理化指標(biāo)

水分：采用紅外快速水分儀進(jìn)行測(cè)定。

灰分（灼燒殘?jiān)┖浚簠⒄誈B 50093.4 -2010《食品中灰分的測(cè)定》的方法。還原糖含量（DE 值）：菲林試劑法測(cè)定，參照GB/T20885 -2007。氯化物和硫酸鹽：按照GB 1886.98-2016 的濁度方法進(jìn)行比較測(cè)定。

配制質(zhì)量濃度10.0%的樣品溶液，在室溫條件下分別用酸度計(jì)、電導(dǎo)率儀、自動(dòng)旋光儀測(cè)定樣液的pH 值、電導(dǎo)率，并計(jì)算比旋光度。

粒徑目數(shù)及其粒度分析：采用篩分法測(cè)定。

1.3.3 光學(xué)顯微觀(guān)測(cè)

表1 乳糖醇產(chǎn)品的感官品質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

在顯微鏡下，觀(guān)察試樣結(jié)晶顆?；蚍勰┑奈⒂^(guān)狀態(tài)，比較大小和形狀等方面的差異。

1.3.4 糖醇組分分析

乳糖醇用去離子水溶解，配成質(zhì)量濃度1%的溶液，精濾，注入進(jìn)樣瓶，進(jìn)樣量20 μL。用HPLC 采用面積歸一法測(cè)定樣品中糖及糖醇組分百分含量。

HPLC 檢測(cè)條件：超純水為流動(dòng)相，流速0.6 mL/min；菲羅門(mén)鈣離子柱（300 mm×7.8 mm，8%），柱溫85 ℃；折光示差檢測(cè)器，溫度40 ℃；過(guò)濾器為孔徑0.22 μm 的濾膜。

1.3.5 紅外光譜分析

樣品和溴化鉀干燥處理后，混合于瑪瑙研缽中研磨，采用溴化鉀壓片法在400 cm-1～4 000 cm-1波數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行紅外光譜掃描。以葡萄糖3#作為對(duì)照樣品。

1.3.6 X- 射線(xiàn)衍射分析（XRD）

采用固體粉末壓片法測(cè)定樣品的X- 射線(xiàn)衍射圖譜，條件如表2。

1.3.7 X- 射線(xiàn)熒光光譜（XRF）分析

乳糖醇樣品灰化后，與硼酸混合壓片，利用XRF 測(cè)定其中除碳、氫、氧外的元素種類(lèi)及其含量比例。根據(jù)GB 1886.98-2016 標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品需要檢測(cè)鎳和鉛的含量，其中鎳含量≤2.0 mg/kg，鉛含量≤1.0 mg/kg。

2 結(jié)果與討論

2.1 感官評(píng)定

國(guó)產(chǎn)和日本進(jìn)口乳糖醇2 個(gè)樣品均為無(wú)色固體（結(jié)晶）粉末，流動(dòng)性都較好。其感官評(píng)定結(jié)果見(jiàn)表3。

結(jié)果表明，2 個(gè)乳糖醇樣品的氣味、甜味無(wú)差別，主要差別在顆粒形態(tài)、色澤和觸感。乳糖醇產(chǎn)品的顆粒形態(tài)受其生產(chǎn)工藝、結(jié)晶情況的影響，結(jié)晶后是否經(jīng)過(guò)粉碎過(guò)篩處理，也會(huì)影響產(chǎn)品的最終顆粒形態(tài)。1#進(jìn)口產(chǎn)品的結(jié)晶性較好，有光澤。2#樣品雖呈結(jié)晶及粉末狀，但顆粒較為細(xì)碎，可能經(jīng)過(guò)了一定的粉碎處理，與空氣接觸表面積增大，出現(xiàn)輕微結(jié)塊的現(xiàn)象（也參見(jiàn)2.3 粒徑分析）。由此可知，1#樣品透明無(wú)色，無(wú)肉眼可見(jiàn)雜質(zhì)雜色，顆粒均勻，手感干爽無(wú)粘連，甜味溫和純正，綜合感官測(cè)評(píng)更優(yōu)。

2.2 理化指標(biāo)

室溫下，乳糖醇樣品均易溶于水，溶解性良好，質(zhì)量濃度10.0%的樣品溶液均為無(wú)色透明，其水分、灰分、DE 值、pH 值和電導(dǎo)率等理化指標(biāo)的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 乳糖醇樣品的理化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

由表4 可知，乳糖醇從其分子結(jié)構(gòu)可見(jiàn)是一種非還原性的雙糖醇，產(chǎn)品的還原糖含量較低，試樣DE 值≤0.1%，符合GB1886.98-2016 的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)要求。質(zhì)量濃度10.0%的樣品溶液的pH 值為6.0～6.5，接近中性。

比旋光度是旋光物質(zhì)的特征物理常數(shù)，常用于定性旋光物質(zhì)。國(guó)標(biāo)GB1886.98-2016 中附錄A.2.2為“樣品溶液（10.0 g/L）的比旋光度（25 ℃，D）為（+13～+15）(°·dm2·kg-1)”，2 個(gè)乳糖醇樣品的比旋度值很接近，都在+13.5～+14.0°·dm2·kg-1的界定范圍內(nèi)。

2# 樣品溶液電導(dǎo)率為24.03 μS/cm，遠(yuǎn)小于一般自來(lái)水的電導(dǎo)率（200 μS/cm～400 μS/cm）。1#樣品的氯化物和硫酸鹽的指標(biāo)都合格，灰分指標(biāo)接近；2#樣品硫酸鹽和灰分含量均超標(biāo)，反映其生產(chǎn)過(guò)程，精制控制不佳。

表2 XRD 的測(cè)試條件

表3 乳糖醇樣品的感官分析結(jié)果

2.3 粒度分布分析

乳糖醇結(jié)晶過(guò)程的煮制濃度、過(guò)飽和度、攪拌速度、晶種用量等結(jié)晶工藝條件，可顯著影響顆粒的粒度形狀、大小及其分布及形狀。本文用篩分析法將乳糖醇樣品通過(guò)系列不同目數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)篩，分離成若干粒度級(jí)，分別稱(chēng)重，重復(fù)3 次，使用Origin 2017 軟件處理結(jié)果并作圖，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 乳糖醇樣品顆粒的累計(jì)分布曲線(xiàn)

從圖1 累計(jì)分布曲線(xiàn)圖，可以得到樣品粒徑表征值：眾徑Dd，中位徑D50，粗端粒徑D97，D60和D10，并求出均勻度，結(jié)果如表5 所示。

表5 乳糖醇樣品的粒徑分布指標(biāo)

由圖1 和表5 可知，1# 樣品顆粒分布的眾徑Dd 和中位徑D50 較大，粒徑- 頻率分布曲線(xiàn)呈良好的正態(tài)分布，顆粒平均粒度較大，粒徑分布較為均勻。2#樣品顆粒分布的眾徑Dd 和中位徑D50 較小，徑- 頻率分布曲線(xiàn)較明顯尖銳的雙峰，粗端粒徑D97 值達(dá)937.1 μm，為外觀(guān)結(jié)塊的特征表現(xiàn)，中位徑D50 和D10 較小，與其外觀(guān)顆粒較為微細(xì)相關(guān)一致，粒徑分布較為不均勻。可見(jiàn)，這2 個(gè)乳糖醇產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中，后端的結(jié)晶、干燥和篩分工藝技術(shù)水平存在一定差異，國(guó)外的水平相對(duì)較高。

2.4 光學(xué)顯微觀(guān)測(cè)

在光學(xué)顯微鏡下用不同的物鏡觀(guān)測(cè)樣品，所得照片見(jiàn)圖2。由此可知1#樣品，多數(shù)呈現(xiàn)長(zhǎng)條形棒狀，少數(shù)為無(wú)規(guī)則形狀，顆粒大小和分布較均勻；特別是大的顆粒，表面光滑，有光澤，呈現(xiàn)出較規(guī)整的結(jié)晶體特質(zhì)。2#樣品顆粒形態(tài)形狀不規(guī)則，存在棱角和裂縫，邊緣不整齊，大小相差較大，總體較??；顆粒表面破損較嚴(yán)重，表面無(wú)光澤，顆粒呈現(xiàn)一定破碎的結(jié)晶體顆粒。與2.3 篩分法的粒徑分布分析結(jié)果相一致。

圖2 乳糖醇產(chǎn)品顆粒在普通光下的顯微照片（×200）

2.5 高效液相色譜分析

2 種乳糖醇樣品溶液的高效液相色譜圖見(jiàn)圖3，各組成的含量比例結(jié)果，見(jiàn)表6。由圖3 和表6 可知，1#和2#的高效液相色譜主要為單一的峰組分，且其保留時(shí)間很接近，主要為乳糖醇的組分組成，計(jì)算可得其含量比例分別為99.53%和99.44%，均符合國(guó)標(biāo)GB1886.98-2016《食品添加劑 乳糖醇》的要求（95%以上），1#樣品的乳糖醇純度稍微高。

圖3 乳糖醇樣品的高效液相色譜圖

表6 乳糖醇樣品液相色譜分析結(jié)果

2.6 紅外光譜

乳糖醇樣品和葡萄糖參照樣的紅外光譜見(jiàn)圖4。

圖4 乳糖醇樣品與葡萄糖的紅外譜圖

由圖4 可知，在波數(shù)3 369 cm-1處呈現(xiàn)強(qiáng)寬的吸收峰是由于羥基的伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的，羥基之間以氫鍵相連締合形成多聚態(tài)，使得鍵力常數(shù)下降，峰形呈現(xiàn)寬而鈍。乳糖醇和葡萄糖分子均含有羥基且具有氫鍵的作用，故此區(qū)域的紅外光譜比較相近，1#和2#乳糖醇樣品的紅外吸收特征峰一致，差別不大。3#葡萄糖樣品在400 cm-1～1 750 cm-1波數(shù)范圍的紅外光譜，與1#和2#乳糖醇樣品相差較大。

2.7 X- 射線(xiàn)衍射圖譜

利用X- 射線(xiàn)衍射分析可定性樣品的主體成分，探究結(jié)晶性樣品物質(zhì)的平均晶粒尺寸、相對(duì)結(jié)晶度等信息內(nèi)容，乳糖醇樣品和葡萄糖參照樣的X- 射線(xiàn)衍射圖譜，如圖5 所示。

圖5 乳糖醇樣品與葡萄糖的X- 射線(xiàn)衍射圖譜

利用MDI Jade6.0 軟件尋找X- 射線(xiàn)衍射圖中的主要衍射峰并讀出相應(yīng)的相對(duì)強(qiáng)度，利用差異法求得相對(duì)結(jié)晶度，表7 列出了乳糖醇樣品的X- 射線(xiàn)衍射特征值和相對(duì)結(jié)晶度。從圖5 可以看出，1#和2#乳糖醇樣品具有一樣的精細(xì)譜峰結(jié)構(gòu)，主要衍射強(qiáng)峰一致。利用Jade6.0 專(zhuān)用衍射分析處理軟件中的PDF2 數(shù)據(jù)庫(kù)卡片，根據(jù)強(qiáng)峰進(jìn)行物相檢索結(jié)果，發(fā)現(xiàn)1#和2#與數(shù)據(jù)庫(kù)中乳糖醇的匹配值最高，得到乳糖醇的晶胞參數(shù)為7.844×12.673×15.942（90°×90°×90°），其結(jié)晶體為正交晶系。3#與葡萄糖的PDF 卡片匹配值最高。

表7 乳糖醇樣品的X- 射線(xiàn)衍射特征值

比較表7 的X- 射線(xiàn)衍射特征值，可見(jiàn)1#樣品的平均晶粒尺寸比2#小，但相對(duì)結(jié)晶度較大，出現(xiàn)這種差異，可能由于這2 個(gè)乳糖醇產(chǎn)品的結(jié)晶生產(chǎn)工藝和后續(xù)處理不同。晶核增加與晶體成長(zhǎng)速率的競(jìng)爭(zhēng)貫穿于整個(gè)結(jié)晶過(guò)程，一般當(dāng)晶核增加速率遠(yuǎn)高于晶體生長(zhǎng)的速率時(shí)，晶體通常比較細(xì)小，而且顆粒較為破碎，表面粗糙；相反，晶體尺寸會(huì)較大，顆粒完整，表面光滑。結(jié)晶時(shí)溶液濃度、過(guò)飽和度變化、溫度、真空度、攪拌速度和操作等因素，都影響著乳糖醇產(chǎn)品的晶體外觀(guān)形態(tài)與品質(zhì)，國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品這方面的生產(chǎn)技術(shù)水平存在一定的差距。

2.8 X- 射線(xiàn)熒光光譜（XRF）分析

乳糖醇樣品灰化后，與硼酸混合壓片，利用XRF 測(cè)定其中除C、H、O 外的元素種類(lèi)及其含量比例的結(jié)果見(jiàn)表8。

由表8 可知，乳糖醇樣品中鎳、鉛和硫等元素含量均在該X- 射線(xiàn)熒光光譜儀的檢測(cè)限之下，其鎳含量≤2.0 mg/kg，鉛含量≤1.0 mg/kg，符合GB 1886.98-2016 的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求；與在“2.2 理化指標(biāo)”測(cè)定中，樣品的硫酸鹽≤200.0 mg/kg 的結(jié)果相一致。乳糖醇樣品的灰分組分來(lái)源，主要以Ca、P為主。1#未檢測(cè)到氯元素，2#樣品檢測(cè)到含有少量的氯元素，與在“2.2 理化指標(biāo)”中，1#樣品氯化物≤100.0 mg/kg，2#樣品的氯化物≥100.0 mg/kg的檢測(cè)結(jié)果相一致。2# 樣品檢測(cè)到的鉍（Bi）元素，可能為儀器的偶然因素造成的。

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外的乳糖醇產(chǎn)品的感官、粒度、純度、雜質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)等理化指標(biāo)和品質(zhì)的比較研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

1）國(guó)產(chǎn)和日本進(jìn)口的乳糖醇產(chǎn)品，比旋光度很接近，在+13.5°·dm2·kg-1～+14.0°·dm2·kg-1的界定范圍內(nèi)，紅外光譜和X- 射線(xiàn)衍射圖譜都定性產(chǎn)品為乳糖醇的主體組分物質(zhì)，高效液相色譜檢測(cè)其純度均在99.0%以上；溶液pH 值很接近，還原糖含量極低，DE 值≤0.1%；硫酸鹽≤200.0 mg/kg。這些品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果表明，兩者無(wú)檔次等級(jí)的差別。

2）國(guó)產(chǎn)和日本進(jìn)口的乳糖醇產(chǎn)品的純度均在99.0%以上，但從灰分、氯化物和XRF 分析可知，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品雜質(zhì)含量較高，與進(jìn)口產(chǎn)品存在一定差距。

3）從顯微觀(guān)測(cè)、粒度分布和X- 射線(xiàn)衍射圖譜分析，進(jìn)口乳糖醇產(chǎn)品的綜合外觀(guān)指標(biāo)較好，顆粒相對(duì)結(jié)晶度較高，平均粒徑較大，粒徑分布的均勻度較小；表面光滑，多呈現(xiàn)規(guī)整的晶體結(jié)構(gòu)。國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品綜合外觀(guān)指標(biāo)較差，顆粒相對(duì)結(jié)晶度和平均粒徑較小，粒徑分布較寬；顆粒相對(duì)細(xì)小，破損裂縫多，形狀形態(tài)無(wú)規(guī)則，表面粗糙，呈現(xiàn)一定的晶體結(jié)構(gòu)形態(tài)。結(jié)果表明，國(guó)產(chǎn)乳糖醇產(chǎn)品的結(jié)晶固化及其后處理工藝技術(shù)水平，與進(jìn)口產(chǎn)品存在較大的差距（結(jié)晶工藝水平較差，其所夾帶的雜質(zhì)也往往會(huì)較多）。

總之，國(guó)產(chǎn)乳糖醇產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中，要重點(diǎn)抓好精制除雜和結(jié)晶固化這兩個(gè)方面的工作，也可通過(guò)篩分分選處理提高產(chǎn)品的外觀(guān)及其品質(zhì)質(zhì)量。

表8 乳糖醇樣品XRF 分析的元素含量比例結(jié)果