不同来源和纯度的硫酸软骨素理化特性的研究

王俊+王紫薇+张金木+汪兰+乔宇+李新+鉏晓艳+吴文锦+熊光权

摘要：研究不同来源和纯度的硫酸软骨素的吸水性、保水性、吸油性、起泡性和持泡率等理化特性，结果表明硫酸软骨素吸水性和保水性均低于甘油，但甘油吸水性太强，易造成返吸现象。不同湿度下，鸡硫酸软骨素的吸水性和保水性综合表现最优；粗品的吸油性与酪蛋白相当，高纯品吸油性为酪蛋白的2倍，其中鲟鱼硫酸软骨素最佳；起泡性均低于蛋清，但起泡性及持泡性最佳的是鲟鱼硫酸软骨素高纯品。因此，硫酸软骨素可广泛应用于低泡饮料、肉制品、代脂食品、化妆品等产品中，能增强产品的保健功能和加工适性。

关键词：硫酸软骨素；吸水性；保水性；吸油性；起泡性

中图分类号：TS201.1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）23-6224-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.23.056

Abstract： Different sources and purity of chondroitin sulfate， water retention， water imbibition oil absorption， foaming ability and foam rate such as the physical and chemical properties were studied. The results showed that chondroitin sulfate water absorption and water retention were bellowed than glycerol，but glycerol absorbent was too strong， easy to cause back suction phenomenon. Under different humidity， water absorption and water retention of chicken chondroitin sulfate performed best. Sturgeon chondroitin sulfate was best with casein crude product of oil absorption， high tasted oil-absorbing for 2 times the size of casein. The chondroitin sulfate high sturgeon was best with good foaming and keeping bubble feature， its blister bellowed egg whites. Therefore， chondroitin sulfate can be widely used in low foam drinks， meat， fat food， cosmetics and other products， can strengthen the health care function of the product and processing eligibility.

Key words： chondroitin sulfate； water absorption； water retention； oil absorption； foaming

硫酸軟骨素（简称CS）是从动物软骨组织中提取纯化出的具有多种异构体的酸性粘多糖。近年来，随着人们物质生活的不断提高，高档保健品市场越来越大，用硫酸软骨素制成的高档保健品也随之走俏，他不但具有治疗关节炎、降血脂等功能，同时具有防癌治癌的作用，硫酸软骨素保健品成了发达国家普通百姓的首选食品（美国老少首选的第四餐食品）[1]，硫酸软骨素还可添加至化妆品，用于皮肤健美。总之，硫酸软骨素在临床、化妆品、食品添加剂等方面的应用越来越广泛[2]。

硫酸软骨素的理化特性能在食品和化妆品的加工制备中应用[3]。比如，食品中添加硫酸软骨素具有增强肉制品的持水性，保持肉的柔嫩性，掩盖异味，防止褐变，改善其风味、口感及光泽等作用；添加在化妆品中时可增强化妆品的持水保水性能，硫酸软骨素被人体皮肤吸收后可吸附机体内大量水分子，从而保持机体内细胞间水分充足，使皮肤光滑，防止产生细纹[4]。因此，本研究选取鲟鱼脊骨硫酸软骨素、鸡软骨硫酸软骨素和猪软骨硫酸软骨素等不同纯度不同来源硫酸软骨素，测定其在不同溶剂中的溶解特性，并以酪蛋白、蛋清、甘油等为对照，测定其吸水性、保水性、吸油性、起泡性、持泡率等应用特性，为研发人员在食品、化妆品研发过程中正确有效地使用这种原料，为其推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 样品 鲟鱼CS粗品、猪CS粗品、鸡CS粗品、鲟鱼CS高纯品（60.75%）为自制，猪CS高纯品（90%）购自合肥博美生物科技有限公司，鸡CS高纯品（95%）购自郑州澳冉化工产品有限公司。

1.1.2 仪器及试剂 D-葡萄糖醛酸（AR）、酪蛋白（AR）、甘油（AR）、四硼酸钠（AR）、石油醚（AR）、乙醚（AR）、台面高速冷冻离心机（TGL-16M型）、自动凯氏定氮仪（K9840型）、马弗炉（SX2-4-10NP型）、生化培养箱（LRH-250L型）、可见分光光度计（722G型）等。

1.2 方法

采用咔唑法测定硫酸软骨素的含量[5]。采用凯氏定氮法（GB 5009.5-2010）测定蛋白质含量。采用GB/T 5009.4-2008中的方法测定灰分。采用酸水解法GB/T 5009.6-2003测定脂肪含量。

吸水性测定：准确称取2.00 g CS干燥样品2份，分别置于两个康威皿中间的内槽中。一个康威皿的外槽盛有饱和（NH4）2SO4溶液15 mL，其恒定相对湿度（RH）为81%；另一个盛有饱和的Na2CO3 15 mL溶液，其恒定相对湿度RH为43%。然后将密封后的康威皿置于25 ℃的生化培养箱中，每隔24 h称量CS的质量，计算CS中水分增加的质量价△M[6]。用吸水率来表示其吸水性，公式如下：

式中，M为样品质量（g）；△M为水分增加量（g）。

保水性测定：准确称取2.00 g CS干燥样品2份，分别置于两个康威皿中间的内槽中，向两个环内分别加入2.00 mL的去离子水将CS完全均匀湿润。后续步骤同吸水性测定，每隔24 h称量CS的质量，计算放置后CS中水分的质量m2。由于甘油是化妆品中最常用的保湿剂，故以相同量的甘油作为对照。用保水率来表示CS粗品的保湿性，公式如下：

吸油性测定：准确量取8 mL精制食用油，放入10 mL刻度离心管中，再称取0.6 g（精确到0.001 g）CS样品，并称取相同量的酪蛋白作为对比试验，加入离心管中，用玻璃棒搅拌2 min，静止30 min后3 000 r/min离心15 min，记下游离油的体积V1。吸油性按以下公式计算：

式中，V0为食用油添加量（mL）；V1为离心后游离油体积（mL）；m0为CS样品质量（g）。

起泡性和持泡率的测定：采用蛋清（每100 g蛋清含蛋白质10 g）做起泡剂。取0.1 g/mL的CS溶液20 mL，取同体积的蛋清作对比试验，1 min快速搅拌记录均质停止时泡沫的体积，用来计算起泡性。将测定起泡性的样品溶液继续搅拌至5、10、15、20 min，分别测定对应时间的泡沫体积，计算泡沫膨胀率[7]。

式中，V0为均质1 min后溶液总体积（mL）；V为任意均质后溶液总体积（mL）。

2 结果与分析

2.1 硫酸软骨素和其他成分的检测

2.1.1 D-葡萄糖醛酸标准曲线 采用紫外可见分光光度计在波长530 nm处进行测定，得到D-葡萄糖醛酸溶液浓度-吸光度标准曲线，如图1所示，线性回归处理后得到的D-葡萄糖醛酸标准曲线，其线性方程为y=635.49x-2.765 1，线性相关指数为R2=0.995 6。

2.1.2 硫酸软骨素粗品的成分 由表1可以看出，不同硫酸软骨素粗品中，CS含量最高的为鲟鱼CS粗品，其次为猪CS粗品，最低的为鸡CS粗品；除了CS，硫酸软骨素粗品还含有蛋白质和灰分，脂肪含量为零。可见在粗提过程中，碱提很好地去除了脂肪，双酶解除去了大量的蛋白质，而灰分则为灼烧后的无机盐和氧化物的残留物[8]。

2.2 理化特性结果

2.2.1 吸水性 室温下相对湿度（RH）一般为40%～80%，因此试验中设置43%和81%两个RH来考察CS在这两种环境中的吸水性和保水性。甘油是常见的添加于化妆品和食品中的润滑保湿成分。以甘油为对照品，研究不同来源和不同纯度的CS的吸水性。从图2、3中可以看出，在RH=43%和RH=81%环境中，甘油的吸水性均强于各CS粗品，但是由于其吸水性太强，添加在一些化妆品中和食品中，容易吸潮；RH=43%时，3个CS粗品中猪CS粗品吸水性最好，鸡CS粗品次之，鲟鱼CS粗品最差；RH=81%时，鸡CS粗品的吸水性最佳，鲟鱼CS粗品和猪CS粗品次之。综合分析，CS粗品中，鸡CS粗品的吸水性最适宜。

图4、图5为CS高纯品吸水性的测定结果，可以看出在RH=43%和RH=81%环境中，甘油的吸水性均强于各CS高纯品；在RH=43%时，鲟鱼CS高纯品与鸡CS高纯品的吸水性相当，猪CS高纯品的吸水性最差；在RH=81%时，鲟鱼CS高纯品的吸水性最佳，鸡CS高纯品次之，猪CS高纯品最差。综合分析，CS高纯品中，鲟鱼CS高纯品的吸水性最适宜。

综合分析来看，CS粗品和CS高纯品在同一环境下，猪CS粗品和鸡CS粗品吸水性优于其CS高纯品，鲟鱼CS粗品的吸水性略弱于其CS高纯品。可见对于CS的吸水性而言，并不是CS含量越高，吸水性越好，将CS的吸水特性应用于化妆品和食品中时，添加量应适宜，否则添加过多易造成浪费。鸡CS的粗品和高纯品的吸水性在RH=43%和RH=81%时均能达到最优状态且优于鲟鱼CS和猪CS或者相差很小，因此鸡CS的吸水性最优，可将其代替甘油用于化妆品和食品中。

2.2.2 保水性 图6、图7为CS粗品保水性的测定结果，甘油的保水性最强，超过本身的含水量，如果将其应用于化妆品中，如面膜，易造成返吸水分的现象，不利于护肤产品的功能。在RH=43%和RH=81%时鸡CS粗品的保水性最佳，其次为猪CS粗品，鲟鱼CS粗品最差。

图8、图9为CS高纯品保水性的测定结果，甘油的保水性最强，超过本身的含水量；在RH=43%和RH=81%时鸡CS高纯品的保水性一直最佳，而鲟鱼CS高纯品的保水性开始略高于猪CS高纯品，随着时间的增加，保水性逐渐低于猪CS高纯品。综合分析，鸡CS高纯品的保水性最适宜。

综合分析来看，CS粗品和CS高纯品在同一环境下，RH=43%时，CS粗品的保水性优于CS高纯品；RH=81%时，CS粗品的保水性弱于CS高纯品。可见环境湿度的变化对CS保湿性影响较大，但是鸡CS的粗品和高纯品的保水性一直稳定在70%以上，优于鲟鱼CS、猪CS粗品和高纯品的保水性，可将其添加到化妆品中作为保湿剂，也可用于食品中如肉制品，提高嫩度，增强保水性[9]。

2.2.3 吸油性 由表2可知，各CS高纯品可以吸收相当于自身体积2倍以上的植物油，其中猪CS高纯品（CS含量为90%）的吸油性最高，但CS含量为60.75%的鲟鱼CS高纯品的吸油性仅次于猪CS高纯品，因此CS含量越高吸油性越好，以鲟鱼为提取来源的CS吸油性最佳，说明该特性可将CS应用于香肠、火腿、蛋黄酱、奶酪等含脂肪食品中，可改善該类食品的加工特性。另外，利用该特性，硫酸软骨素可以像菊糖一样，在上述食品中代替脂类50%～90%，可用于减少该类食品的热量，作为代脂食品添加剂使用[10]。

2.2.4 起泡性和持泡率 图10中时间为1 min时，对应的纵坐标为起泡率表示起泡性，时间为5、10、15、20 min时，对应的纵坐标为泡沫膨胀率表示持泡率，因鸡CS高纯品样品溶液在搅拌过程中没有任何起泡现象，泡沫体积为零，所以未在图10中显示。

总体可以看出，CS的起泡能力低于蛋清，不宜用于冰淇淋和奶油等需要起泡多的食品，可应用于低泡啤酒和低泡葡萄酒中作为起泡剂。鲟鱼CS高纯品的起泡率和持泡率都较低，而且泡沫膨胀体积变化平稳，证明持泡率稳定，不易消泡，最适宜应用到低泡食品中，不仅使食品保持良好的低泡状态，又能增加营养。

3 小结

硫酸软骨素可溶于水，不溶于乙醇、丙酮、乙酸乙酷、正丁醇等有机溶剂，因此CS可用于水体系食品中，增强食品营养功能，开发新的保健食品。高纯度的硫酸软骨素，尤其以鲟鱼为提取来源，其次以猪为来源的，吸油性要远好于酪蛋白，因此应用于代脂食品中如香肠奶酪等，以减少食品热量；起泡性和持泡率均低于蛋清，但鲟鱼硫酸软骨素高纯品的持泡率最为稳定，所测定20 min内持泡率一直维持在15%，泡沫稳定细密不易破裂，可用于低泡饮品和清洁型护肤品；硫酸软骨素吸水性和保水性均低于甘油，但甘油吸水性和保水性太强，会造成返吸现象，不利于产品的保湿功能，最合适的是以鸡软骨为提取来源的硫酸软骨素，纯度为22.4%的鸡CS粗品的吸水性和保水性与纯度为95%的鸡CS高纯的相比相差不大，因此将其应用到肉制品中或者保湿型护肤中时纯度不宜过高，纯度为22%以上就能达到吸水和保水的功能，以免造成不必要的浪费。因此，硫酸软骨素可广泛适用于低泡饮料、肉制品、奶制品、代脂食品、化妆品等产品中的主辅材料，这将增加上述产品食用品质、商品价值与保健功能，可在食品、保健食品、药品或化妆品行业广泛应用[11]。

参考文献：

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