王春霞,昝文汀,刘昊川,梅凡,朱占涛,高云飞,张朝正,李胜元
(天津科技大学生物工程学院,工业发酵微生物教育部重点实验室,天津市工业微生物重点实验室,天津 300457)
水溶性纤维素在乳品中的应用及检测方法建立
王春霞,昝文汀,刘昊川,梅凡,朱占涛,高云飞,张朝正,李胜元
(天津科技大学生物工程学院,工业发酵微生物教育部重点实验室,天津市工业微生物重点实验室,天津 300457)
摘 要:在乳制品中添加10 g/L~30 g/L低能量、无糖的特殊碳水化合物-水溶性纤维素,部分地替代糖和脂肪,满足人体对膳食纤维的需求;采用高效液相色谱示差折光检测,以水作流动相,进样量20 μL,在流速0.5 mL/min下,直接测定乳制品中的可溶性膳食纤维含量。结果表明:6次平行实验的精密度和稳定性相对标准偏差分别为1.3%和0.74%,回收率在95%~106.3%之间。该方法简单、准确、快捷,适合于乳制品中水溶性膳食纤维含量的测定。
关键词:水溶性纤维素;聚葡萄糖;可溶性膳食纤维;示差折光检测;高效液相色谱
水溶性纤维素又称多聚葡萄糖(polydextrose),它是由葡萄糖和少量山梨醇、柠檬酸经高温熔融,通过α-1,6键随机缩聚而成的多糖,平均分子量为2 000 u,约有88.7%的聚葡萄糖分子量在162~5 000之间,易溶于水。研究表明:服用聚葡萄糖20 d后的餐后血糖和血清胆固醇的水平明显降低,说明聚葡萄糖可用于糖尿病的膳食疗法[1],聚葡萄糖具有低热量、通便、降血脂、降血糖、预防直肠癌的功能[2],是一种具有保健功能性的食品组分,因此被营养学家称之为第七营养素。专家们一致认为:纤维食品将是21世纪主导食品之一。在欧美多数发达国家,聚葡萄糖的应用已经和吃面粉、食盐一样普遍。
水溶性纤维素在食品体系中主要应用于低能量、高纤维等功能性食品中。在乳制品中添加水溶性膳食纤维可部分地替代糖和脂肪,可满足人体对膳食纤维的需求[3],在降低食品能量的同时,能保持食品原有的风味和质感。但是膳食纤维的过量摄取会对人体产生某些不利影响,例如:使热量摄取不足[4];降低矿物质和痕量元素的生物利用率[5]。国际相关组织推荐的膳食纤维素日摄入量为[6]:美国防癌协会推荐标准为每人每天30 g~40 g,欧洲共同体食品科学委员会推荐标准为每人每天30 g。中国营养学会颁布:中国居民膳食营养素参考摄入量(DRIs)规定人体每日膳食纤维摄入量适宜量为30.2 g。因此正确检测出食品中膳食纤维含量具有重大意义。
水溶性纤维素聚葡萄糖含有的糖苷键种类多,分子结构比较复杂,由于它不能被80%的乙醇沉淀,因此就不能被膳食纤维经典测定方法酶-重量法所检测[7];聚葡萄糖是一种多糖,可用苯酚-硫酸法检测,但奶制品中含有的半乳糖、乳糖,在测定时会干扰聚葡萄糖含量,造成结果准确度不高;而AOAC 2000.11[8]建议的聚葡萄检测方法,是用带有电化学检测器的阴离子交换色谱进行检测(HPAEC-ED),该法对色谱柱和检测器的要求比较高,操作复杂、成本高。本文采用高压液相色谱法直接测定乳制品样品中的水溶性纤维素含量,方法简单快捷,适合于对低能量、高纤维乳制品的检测。
1.1.1 原材料
水溶性纤维素样品:聚葡萄糖≥95%,葡萄糖≤1%。
天津市天轻食品发酵公司聚葡萄糖标准品:聚葡萄糖T500,天狮集团采购贸易中心,储存于干燥器中牛奶:市售;0.45 μm水相滤膜:国产;试剂均为国产分析纯。
1.1.2 仪器设备
Agilent 1100高效液相色谱仪:美国Agilent公司;PL aquagel-OH MIXED 色谱柱:8 μm 79911GF-MXA(300×7.5 μm),美国安捷伦科技公司;722E分光光度计:上海第三分析仪器厂;TGL-16M台式高速冷冻离心机:湖南湘仪;溶剂过滤器1 L。
1.2.1 牛奶膳食纤维制品
水溶性纤维素→牛奶混合、调配→UHT灭菌→分装→抽检样品→成品
(1)原料为粉状水溶性纤维素,粒度≥100目,其理化指标应符合其企业标准;
(2)按照牛奶质量10 g/L~30 g/L添加粉状原料,充分混合溶解、调配;
(3)经过超高温瞬时灭菌、分装;
(4)抽检样品:理化指标;水溶性纤维素含量;微生物学指标。
1.2.2 液相色谱检测条件
色谱柱:PL aquagel-OH MIXED,(300×7.5 μm),流动相:水;流速 0.5 mL/min;进样量 20 μL;
1.2.3 样品前处理
精确称量1.2.1样品0.1 g~5.0 g(精确至0.1 mg)至50 mL容量瓶中,加入80℃蒸馏水定容至刻度,摇匀使样品分散。将容量瓶置于80℃水浴中,在5 min和10 min时各振摇30 s,使水溶性纤维素溶解,10 min后从水浴中取出,待容量瓶冷却至室温定容后,转移10 mL溶液至15mL离心管,10000r/min离心15min,上清液过0.45μm水相滤膜,上机进样进行HPLC测定。
1.2.4 标准溶液的配制
1.2.4.1 聚葡萄糖标准储备液5 mg/mL
称取250 mg干燥的聚葡萄糖(精确至0.1 mg)至50 mL容量瓶中,加入预热至80℃的水至刻度,摇匀,冷却至室温,定容至刻度。
图1 聚葡萄糖样品色谱图Fig.1 Chromatogram of polydextrose sample
1.2.4.2 标准工作液
分别准确量取 12.5、10.0、7.5、6.25、5.0、2.5、0.5 mL标准储备液分别于25 mL容量瓶中,加水至刻度线,摇匀。
1.2.5 水溶性纤维素-聚葡萄糖分子量的测定(委托测定)
图1的色谱图中,横坐标表示的数值即为离子的质量(m/z);纵坐标表示离子流的强度,即把最强的离子流强度定为100%,其它离子流的强度以其百分数表示。
色谱图1中可见许多离子峰,这些峰的m/z和相对强度取决于分子结构,通过m/z峰及其强度,可以得到聚葡萄糖样品的相对分子质量是:1 642 u。
按照1.2.4.2制备系列浓度的标准品溶液,其范围为0.1 mg/mL~2.5 mg/mL,进样量为20 μL依次进样,进行HPLC分析。以峰面积为纵坐标,浓度为横坐标,制作标准曲线,得到回归方程是Y=51.265x+4. 121;r=0.999 2,结果可见标准曲线的线性关系良好。图2是聚葡萄糖标准品的色谱图。
图2 聚葡萄糖标准品的色谱图Fig.2 HPLC chromatogram of polydextrose standard
2.2.1 精密度实验
精密度实验:分别精确取浓度为1.0 mg/mL的聚葡萄糖标准品溶液和经过1.2.3处理的含水溶性纤维素为2.3 mg/mL的样品溶液连续进样6次,每次20 μL计算平均值和相对标准差结果见表1。
表1 聚葡萄糖标准品和含水溶性纤维素的样品的精密度实验结果Table 1 Results of HPLC system precision for polydextrose standard and sample
从表1可知,两个样品各6次平行结果相对标准偏差分别为0.86%和1.3%,说明该方法精密度很好。
2.2.2 稳定性实验
稳定性实验:含水溶性纤维素为2.3 mg/mL的样品溶液,分别于 2、4、6、8 h 进样,测定峰面积,计算其相对标准差,结果见表2。
表2 含水溶性纤维素的样品的稳定性实验结果Table 2 Results of HPLC system stability for polydextrose sample
由上表结果可见,样品稳定性良好。
2.2.3 回收率试验
精密称量两份样品,用于3个水平的加标回收试验,每份样品重复测定3次,样品1的本底值为10mg/mL,样品2的本底值为15 mg/mL,分别加入已知浓度(0.16、0.2 mg/mL和2.0 mg/mL)的聚葡萄糖标准品,按样品溶液1.2.1制备方法并经过1.2.3前处理后,进行HPLC,进样量为20 μL。结果见表3。
表3 回收率实验结果Table 3 Results of recovery experiment of polydextrose in the samples
结果表明:样品加标回收率在95%~106.3%,准确性很好。
1)高效液相色谱示差折光检测方法应用于测定乳品中聚葡萄糖含量在0.1 mg/mL~2.5 mg/mL范围内,呈非常好的线性关系,相关系数r=0.999 2。证明此法稳定、准确、快捷,可用于在乳品中添加水溶性膳食纤维部分地替代糖和脂肪,并防止膳食纤维的过量摄取使热量摄入不足、降低矿物质和痕量元素的生物利用率,满足人体对膳食纤维的需求;
2)AOAC2000.11推荐的聚葡萄糖含量测定方法是带有电化学检测器的离子交换色谱仪,由于现行企业尚未普及,而高压液相色谱仪普遍具备和使用,因此,作为跟踪产品质量检测使用高压液相色谱仪较为适合且成本较低;本文对样品的前处理参考AOAC2000.11的方法;
3)水溶性膳食纤维作为一种新型的增稠剂、膨胀剂、配方助剂、填充剂等,主要应用于低能量、高纤维等功能性食品中,可以制备浓度高达80%的水溶液;水溶性膳食纤维除了添加到乳制品牛奶、豆奶、酸奶、奶粉等,还可添加到保健品、面制品、肉制品、饮料、酒类调味品等食品中,适于大规模工业化生产。
4)国内生产水溶性膳食纤维产品的厂家较多,加工工艺不尽相同,有使用淀粉质为原料的;有从植物中提取法生产的;有使用生物技术生产等等,水溶性膳食纤维的纯度也不相同,因此原料选择上要慎重,否则,水溶性膳食纤维的功效是不明显的。对于添加到不同制品中的样品前处理过程,还需要进一步研究,同时对于添加到不同制品中方法的检出限也需要进行合理的考察。
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The Application of Water-soluble Cellulose in Dairy Products and Establishment of Testing Methods
WANG Chun-xia,ZAN Wen-ting,LIU Hao-chuan,MEI Fan,ZHU Zhan-tao,GAO Yun-fei,ZHANG Chao-zheng,LI Sheng-yuan
(Key Laboratory of Industrial Fermentation Microbiology of the Ministry of Education and Tianjin City College of Bioengineering,Tianjin University of Science and Technology,Tianjin 300457,China)
Abstract:In dairy products added 10 g/L-30 g/L low energy and the sugar-free of special carbohydrates,water-soluble cellulose.It can part to alternative sugar and fat,meet the needs of the human body to dietary fiber.Using high performance liquid chromatography with refractive index detection,with water as the mobile phase, into sample volume 20 μL, under the velocity 0.5mL/min, directly determination of the content of soluble dietary fiber in dairy products.Results show that the 6 parallel experimental precision and stability of relative standard deviation 1.3%and 0.74%,the recovery rate in 95%-106.3%.The method is simple,accurate, fast, suitable for the determination of the content of water-soluble dietary fiber in dairy products.
Key words:water-soluble cellulose; polydextrose; soluble dietary fiber; refractive index detection; high performance liquid chromatography
DOI:10.3969/j.issn.1005-6521.2013.15.017
天津科技大学实验室开放基金项目(1204A302)
王春霞(1963—),女(汉),高级实验师,本科,研究方向:工业微生物应用与产品开发。
2013-03-04