聚葡萄糖中还原糖含量测定方法研究

杨绍祥, 吕艳羽, 刘永国, 李丽慧, 宋 宇, 田红玉

(北京工商大学食品学院/食品质量与安全北京实验室,北京 100048)

聚葡萄糖是具有高度分支的、随机链接的可溶性非淀粉多糖类聚合物,是一种水溶性膳食纤维[1].聚葡萄糖是以葡萄糖为原料,柠檬酸、山梨糖醇分别为催化剂和增塑剂,真空缩聚而成的多分支聚合物,为白色无定形分子结构复杂的粉状固体[2];易溶于水,平均聚合度为20,平均分子质量约为3200;糖苷键键型种类较多,以1,6-糖苷键结合为主.

聚葡萄糖是一种低热量、低血糖指数的特殊碳水化合物,具有水溶性膳食纤维的特点,是一种用途广泛的功能性食品添加剂[3].聚葡萄糖最初是由美国Hans Rennhard博士于1965年发明[4],又经过16年的研发和探索,最终获得FDA(Food and Drug Administration,美国联邦食品药品监督管理局)批准,于1981年将聚葡萄糖推向市场[5].聚葡萄糖作为一种作用和性能良好的膳食纤维,近年来得到快速发展,在50多个国家被批准使用[6-7].它可以用于各种食品的纤维强化,取代食品中的糖和脂肪,改善食品的质地和口感[8],因此在众多食品、饮料、保健品中得到越来越广泛的应用[9].

聚葡萄糖产品中还原糖含量对产品质量有很大影响[10-11].还原糖指含有游离醛基、酮基和半缩醛羟基而具有还原作用的单糖和双糖[12].在食品中主要是葡萄糖、果糖、麦芽糖和乳糖.其含量的分析结果一般采用葡萄糖表示.目前,高端的聚葡萄糖产品要求还原糖含量小于0.5%,达到无糖标准,以适应无糖产品或不发生美拉德反应(Maillard Reaction)的生产需要,且还原糖偏高会使产品吸潮,易使产品变质,不耐贮存,影响产品的质量[13].因此,找到一个快速、经济的聚葡萄糖中还原糖含量的测定方法十分必要.目前在糖类分析测定的诸多方法(如旋光法[14]、化学法[15]、分光法[16]、色谱法[17]等)中,直接滴定法[18]和高锰酸钾滴定法最为常用[19].

直接滴定法依据的实验原理为:碱性酒石酸铜甲、乙液等量混合后生成天蓝色氢氧化铜沉淀,该沉淀与酒石酸钾钠反应,生成深蓝色的可溶性酒石酸钾钠铜络合物.在沸腾条件下,亚甲蓝作为指示剂,用样液进行滴定.样液中还原糖与酒石酸钾钠铜络合物发生反应,生成红色氧化亚铜沉淀.待二价铜离子全部被还原后,微过量的还原糖会立即将蓝色的氧化型亚甲蓝还原为无色的还原型亚甲蓝,溶液由蓝色变为无色,根据试样溶液消耗体积来计算出还原糖含量[14].高锰酸钾滴定法实验原理为:样品中还原糖与过量的碱性酒石酸铜溶液在沸腾条件下反应生成红色的氧化亚铜沉淀,将沉淀过滤,用硫酸铁溶液溶解沉淀后,再用高锰酸钾溶液进行滴定,计算氧化亚铜含量,再经查检索表后计算样品中还原糖含量[14].

本文采用国标GB/T 5009.7—2008(食品中还原糖的测定)中直接滴定法和高锰酸钾滴定法来测定相同样品中还原糖的含量,然后通过比较分析,找到较适宜的测定方法.

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

酒石酸钾钠(分析纯),硫酸铜(分析纯),亚甲蓝指示剂(分析纯),乙酸锌(分析纯),亚铁氰化钾(分析纯),硫酸铁(分析纯),葡萄糖(分析纯),果糖(分析纯),乳糖(分析纯)等试剂均购自国药集团化学试剂有限公司.聚葡萄糖样品由上海博程生物科技有限公司提供.

1.2 所需实验试剂的制备方法

1.2.1 直接滴定法主要试剂的制备

在进行滴定实验前先配制相关溶液,主要包括碱性酒石酸铜溶液、乙酸锌溶液、亚铁氰化钾溶液等,各种溶液均按照国标GB/T 5009.7—2008(食品中还原糖的测定)中标准进行配制.

1.2.2 高锰酸钾滴定法主要试剂的制备

高锰酸钾滴定法所需配制的溶液包括碱性酒石酸铜溶液,硫酸铁溶液,高锰酸钾标准溶液等,各种溶液均按照国标GB/T 5009.7—2008(食品中还原糖的测定)中标准进行配制.

1.3 聚葡萄糖中还原糖含量的测定

1.3.1 直接滴定法测定

按照国标GB/T 5009.7—2008(食品中还原糖的测定)中直接滴定法测定的操作标准进行试验,结果参照国标GB/T 5009.7—2008中直接滴定法的计算方法进行计算,计算公式如式1.

式(1)中X为试样中还原糖的含量(以某种还原糖记),单位为g/100 g;m1为碱性酒石酸铜溶液(甲、乙液各半)相当于某种还原糖的质量,单位为mg;M为试样质量,单位为g;V为测定时平均消耗试样溶液体积,单位为mL.

1.3.2 高锰酸钾滴定法测定

按照国标GB/T 5009.7—2008(食品中还原糖的测定)中高锰酸钾滴定法操作标准进行试验.结果参照国标GB/T 5009.7—2008中高锰酸钾滴定法的计算方法进行计算,计算公式如式(2).

式(2)中X为试样中还原糖的含量,单位为g/100 g;m3为查国标 GB/T 5009.7—2008中表1(相当于氧化亚铜质量的葡萄糖、果糖、乳糖、转化糖质量表),得还原糖的质量,mg;m4为试样质量,mg;V为测定用试样溶液的体积,mL;250为试样处理后的总体积,mL.

2 结果与讨论

2.1 直接滴定法实验结果

分别用葡萄糖标准溶液、果糖标准溶液和乳糖标准溶液来标定碱性酒石酸铜溶液,标定具体数据如表1.

表1 碱性酒石酸铜溶液的标定结果Tab.1 Calibration of alkaline copper tartrate solution mL

由表1可见,用葡萄糖标准溶液和果糖标准溶液分别标定碱性酒石酸铜溶液时,滴定结果相近,但用乳糖标准溶液标定时,滴定结果差别较大.因此,本实验采用葡萄糖标准溶液标定碱性酒石酸铜时消耗的体积(10.7 mL)来进行后面的计算.

本实验一共有5个样品,按上述方法对样品进行处理,用配制的葡萄糖标准样品作为对照,具体结果如表2所示,5个批次的聚葡萄糖样品的还原糖含量具有一定的差异性,所有样品还原糖含量均高于5%,是无糖标准(还原糖含量低于0.5%)的10倍以上,需要进一步精制以制备聚葡萄糖无糖产品.

表2 直接滴定法测定还原糖含量结果Tab.2 Results of reducing sugar contents determined by direct titration

2.2 高锰酸钾滴定法实验结果

本实验一共有5个样品,按上述方法对样品进行处理,用配制的葡萄糖标准样品作为对照,结果见表3,高锰酸钾滴定法测定结果与直接滴定法测定结果有一定的差异性,5份样品的还原糖含量介于3%～5%.

表3 高锰酸钾法测定还原糖含量结果Tab.3 Results of reducing sugar contents determined by permanganate titration

2.3 直接滴定法和高锰酸钾滴定法的讨论

高锰酸钾滴定法测定结果与直接滴定法测定结果有一定的差异性,两种滴定法在测定5个样品时,所测得的结果变化趋势基本相同,但高锰酸钾滴定法测定的结果都比直接滴定法测定的结果偏低,但二者都是国标中用于测定食品中还原糖含量的方法,可靠性是值得肯定的,差异主要是由于实验操作过程中带来的.高锰酸钾滴定法实验过程需要进行抽滤,不可避免地造成一定量的氧化铜损失,影响结果的准确性,使结果偏低.

通过实验可以发现,在滴定过程中,直接滴定法和高锰酸钾滴定法相比较,具有5个优势.1)直接滴定法操作简便,实验过程中不需要转移样品的操作,可以减少实验误差;2)直接滴定法所需仪器设备少,仅需碱式滴定管一根及锥形瓶即可;3)直接滴定法实验快速,可在3 min内可完成一次滴定,而高锰酸钾滴定法每次滴定至少需要6 min;4)直接滴定法的检出限低于高锰酸钾滴定法,当样品的重量为5.00 g时,直接滴定法的检出限为0.25 g/100 g,高锰酸钾滴定法的检出限为0.50 g/100 g;5)直接滴定法的还原糖含量计算较简捷,可以更快得出结果.

综上,由于直接滴定法在操作过程中比高锰酸钾滴定法更方便、快捷,因此在快速测定聚葡萄糖中还原糖的含量时,直接滴定法比高锰酸钾滴定法更适宜.

3 结 论

采用国标GB/T 5009.7—2008(食品中还原糖的测定)中直接滴定法和高锰酸钾滴定法,对聚葡萄糖样品中还原糖的含量进行测定.通过比较发现,直接滴定法在操作过程中比高锰酸钾滴定法更便捷、快速,所需仪器更少.因此,直接滴定法更适宜作为快速测定聚葡萄糖中的还原糖含量的方法.本论文的研究对今后在聚葡萄糖质量快速检测方面具有一定的参考价值.

[1] 谢碧霞,李平安.膳食纤维[M].北京:科学出版社,2006:4-6.

[2] 万里.聚葡萄糖的合成及工业化研究[D].上海:华东理工大学,2010.

[3] 张莉,袁卫涛,杨海军.聚葡萄糖的应用研究进展[J].精细与专用化学品,2012,20(9):38-40.

[4] Rennhard H H,Conn L.Polysaccharides and their preparation:US,3766165[P].1973-10-16.

[5] Rennhard H H.Dietetic foods:US,3876794[P].1975-04-08.

[6] 杨致远,杨海军,辛修锋,等.聚葡萄糖的市场背景及应用[J].中国食品添加剂,2008(S1):95-97.

[7] 朱彤,许杰.聚葡萄糖作为水溶性膳食纤维的发展及法规现状[J].中国食品添加剂,2009(S1):48-51.

[8] 刘峰.功能性配料与功能性食品[J].中国食品添加剂,2012(S1):82-87.

[9] 庞明利,杨海军.水溶性膳食纤维聚葡萄糖的功能研究与应用现状[J].食品安全导刊,2011(3):63-65.

[10] 许杰,王延平.一种高纯度无糖聚葡萄糖的生产设备及系统:中国,202829894U[P],2013-03-27.

[11] 包俊逸.聚葡萄糖应用多领域发展潜力大[N].中国食品质量报,2013-03-08(1).

[12] 邢其毅,裴伟伟,徐瑞秋,等.基础有机化学[M].3版.北京:高等教育出版社,2005:980-984.

[13] Guzek D B.Reduced polydextrose:US,5601863A[P].1997-02-11.

[14] 易晓虹.有机分析[M].北京:中国轻工业出版社,1999:189-198.

[15] 史建国,杨俊慧,马耀宏,等.费林氏法测定还原糖误差分析[J].发酵科技通讯,2002,31(4):1-21.

[16] 黑龙江省农业科学院综合化验室.GB/T 6194—86水果、蔬菜中可溶性糖的测定方法[S].北京:中国标准出版社,1999.

[17] 李明元.高效液相色谱法及其在食品分析中的应用[M].北京:北京大学出版社,1988:151-155.

[18] 阮满堂.直接滴定法测定糖果中还原糖的含量[J].轻工科技,2012,28(7):8-9.

[19] 中国疾病预防控制中心营养与食品安全所,北京市疾病预防控制中心.GB/T 5009.7—85食品中还原糖的测定方法[S].北京:中国标准出版社,1999.