辛烯基琥珀酸淀粉酯灭菌受热稳定性的测定

周春海，罗建勇，王瑞航，，徐正康，洪昌业，，王立亚，黄立新

（1.广州双桥股份有限公司，广东广州510280；2.华南理工大学食品科学与工程学院，广东广州510640）

烯基琥珀酸酸酯化淀粉是变性淀粉中的一大类，具有表面活性，目前只有辛烯基琥珀酸淀粉酯被允许用于食品加工，被称为纯胶,一般以辛烯基琥珀酸淀粉钠的形式存在,是一种安全性高的乳化增稠剂，按需要使用[1]。辛烯基琥珀酸淀粉酯的产品在国内外已经投入工业化生产，用途广，在食品工业可用于饮料乳浊液、乳化香精、微胶囊粉末、调味色拉油等制品，在制药、化妆品、纺织和造纸业中也有广泛的用途，市场及其前景很好[2-4]。美国的国民淀粉公司、日本松谷化工株式会社生产了多种有关辛烯基琥珀酸淀粉酯的产品。辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备反应机理、生产工艺、理化性质都进行了较为深入的研究[4-11]，辛烯基琥珀酸淀粉酯用原淀粉直接酯化和精制的产物产品，具有黏度高的特点，但目前市场较多使用是辛烯基琥珀酸（原）淀粉酯的（酶）降解物产品，这类的低黏度的辛烯基琥珀酸淀粉酯同样具有表面的活性，按其降解的葡萄糖值（dextrose equivalent，DE）的程度，主要有两大类：一类为DE值小于5.0的产品，具有一定的增黏增稠作用；另一类为DE值大于20.0的产品，具有高浓低黏的特点[12]。它们在乳化香精、微胶囊粉末、调味色拉油等食品中的应用更多。

在以往的试验工作中，对不同来源低黏度的辛烯基琥珀酸淀粉酯产品，进行了基本理化指标、显微、红外光谱、黏度、表面张力、乳化稳定性等结构性质的比较测定研究[12]。在食品加工中，常伴有搅拌均质、加热灭菌等工艺过程，特别是使用了相对分子量或黏度高的变性淀粉、多糖的食品增稠剂等配料，极可能出现糖苷键的降解而发生体系性质的变化，从而影响产品的质构、外观和品质。本文以DE小于5.0的辛烯基琥珀酸淀粉酯产品为对象，在不同的pH值下进行常规的灭菌处理，测定灭菌前后体系的还原糖还原性、色谱组分和表面张力的变化，考察其灭菌受热的稳定性。

1 材料与方法

1.1 材料

辛烯基琥珀酸淀粉酯样品：1#、2#为广州某公司的产品，DE值分别为3.0和1.21；3#为国外公司的1773产品，DE值0.88。以上各样品的其他基本的特性结果参见文献[12]。

3，5-二硝基水杨酸、葡萄糖、盐酸等试剂药品皆为分析纯。

1.2 仪器

280A型18L灭菌锅：上海上天精密仪器有限公司；PHS-3C精密pH计、752N紫外可见分光光度计：上海仪电科学仪器有限公司；FA2004B型电子分析天平：上海精密科学仪器有限公司；K11-MK1（XX40-0003）表面张力计：德国KRUSS GmbH公司；Waters 515泵和2414折光检测仪的高效液相色谱仪：美国Waters公司

1.3 试验方法

分别配制0.05 g/mL样品溶液，用1mol/L的盐酸调节pH值为2.0、3.0、4.0或5.0和6.0，放入灭菌锅进行灭菌，温度122℃，时间15 min。分别测定灭菌前后样品的还原糖、色谱组分和表面张力的变化。

1.4 还原糖测定

3，5-二硝基水杨酸溶液配制：准确称取无水3，5-二硝基水杨酸6.5 g溶于水，60℃水浴加热至完全溶解；无水NaOH 40 g溶解后移入500 mL容量瓶中，冷却后定容；将3，5-二硝基水杨酸移入1 000 mL容量瓶中并加入325 mL定容好的NaOH溶液，再加入45 g丙三醇溶解定容至1 000 mL，摇匀，贮存于棕色试剂瓶中于阴暗处放置7d后使用。

标准曲线的制作：配制葡萄糖标准溶液1mg/mL，分别取 0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mL 溶液于25 mL比色管中，加入配置好的DNS显色液5 mL，充分摇匀后放入沸水中煮12 min，迅速冷却，蒸馏水定容至25 mL，放置20 min，然后在510 nm波长下，测其吸光度，绘制标准曲线如图1，计算回归方程如下：y=0.905 6x-0.013 1，R2=0.999 6，式中，y 为吸光度，x为葡萄糖浓度含量。

图1 葡萄糖标准曲线Fig.1 Glucose standard curve

取1.0 mL样品溶液，按标准曲线的制作等步骤，测定在510 nm波长处的吸光度，经过标准曲线以葡萄糖作为还原糖参照，计算得到体系的“还原糖”含量。

1.5 组分的高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）测定

经过灭菌处理所得的样品溶液，稀释到约0.01g/mL，精滤，注入进样瓶中，用HPLC测定。测试条件：流动相超纯水，流速0.6 mL/min，柱温85℃，检测器温度40℃，色谱柱型号：Rezex RCM-Monosaccharide Ca2+。

1.6 表面张力测定

将各样品溶液稀释成0.01 g/mL，以蒸馏水为对比，采用最大气泡压力法测定表面张力[9]。

2 结果与讨论

2.1 还原糖含量

不同pH值的样品溶液经过常规的122℃灭菌处理后，其还原糖含量的变化，见表1。

表1 样品在灭菌前后还原糖浓度的变化Table 1 The change of reducing sugar concentration after sterilization

由表1可知，灭菌过程样品溶液的pH值对还原糖含量增加的变化结果的影响很大。在pH2.0强酸性条件下，样品经过食品常规的灭菌处理，淀粉分子链的糖苷键水解较多，产生了更多的脱水葡萄糖单元的还原性尾端基，使体系的还原能力提高，还原性糖的含量增加非常明显，都在200%以上。即使在微酸性下，高温高压的作用，也使样品有一定程度的水解。在大多数食品所处的pH值范围内（pH3.0～6.0），从还原糖变化的增量来看，其中3#样品的DE值虽然最小，但其加热灭菌稳定性表现最好，1#次之，2#较差。

2.2 样品组分的变化

1.5的HPLC的仪器条件，适于分离测定淀粉的水解物，如水溶的麦芽糊精、麦芽低聚糖、麦芽糖、葡萄糖，还有乳糖、蔗糖、果糖和糖醇等等，其组分出峰顺序为：（麦芽）五糖以上或五糖的组分，最先流出出峰，保留时间RT最小，这类相对分子量较大的糖组分之间不能被完全分离分开，会相互“聚集”在一起成为一个不对称的单峰。如果流动相的测定流速变小，或者五糖的含量比例较高，则在该峰的右侧会有肩峰或者再叠加出个小峰，但五糖对六糖的分离度依然不佳，定量的准确性不好；接着，按四糖、三糖、麦芽糖（蔗糖的RT与麦芽糖相同）、葡萄糖和果糖的顺序组分先后出峰，在此阶段，组分间的分离度很好，定量准确性好[13]。

对于本研究试验所用的水溶性的辛烯基琥珀酸淀粉酯，以及经过灭菌处理后所得的产物样品，虽然没有各种的辛烯基琥珀酸低聚糖酯的标准物，对辛烯基琥珀酸淀粉酯及其灭菌处理后所得的产物，进行相对分子量大小或组分的定性，但是，依据该钙型离子交换柱分离的基本特性，比较观测和分析灭菌前后样品出峰的保留时间和峰面积等的变化情况，同样可以反映样品灭菌处理后的降解变化及其稳定性，即组分峰的RT变大，则其相对的分子量变小，最小的分解物为葡萄糖单糖。

各样品灭菌前的高效液相色谱图见图2，1#样品在pH2.0、3.0、4.0和6.0的条件下，进行灭菌后，其HPLC截图见图3，它们的保留时间RT及峰面积等数据见表2。参见图2，其中的3#样品的RT6.127和RT5.624的组分峰不能分开，合在一起计算峰面积。

1#、2#和3#样品都为冷水可溶的产品，DE值分别为3.0、1.21和0.88。从图2和表2明显可见，它们的组成是不一样的，3#与1#、2#的样品差别非常大，表明由高黏度的辛烯基琥珀酸（原）淀粉酯通过降解酶解成低黏度的水溶性的辛烯基琥珀酸淀粉酯，3#样品的处理方法、工艺控制与1#、2#有差别，其最后的产物组成也与它们不同。

图2 各样品的HPLC图Fig.2 The HPLC of samples

图3 1#样品在pH2.0～6.0下灭菌后的HPLC图Fig.3 The HPLC of sample 1 after sterilization in different pH value

由图2和表2可知，在pH2.0下，RT小的组分峰的变化最为明显，与原样品相比：（1）第一个峰的出峰的RT都增大了，且峰面积小；（2）2#样品变化明显，RT从6.039 min升至6.644 min，并且出现RT 8.500min新的组分峰，应该是从原有的RT6.039min的组分峰之中，降解成为相对分子量较小的组分物质；（3）1#样品，主体由RT 5.683 min和7.018 min的混合组分峰组成，也降解成主体由RT 6.049 min、6.610 min和7.215 min的混合组分峰组成，出现了新的明显的组分峰，第1个峰的峰面积百分比也从88.30降至70.49；（4）3#样品同样第一个峰的出峰的RT增大了，峰面积百分比约减小14.34；第2个峰的RT基本不变（约6.650 min），峰面积百分比则增加了约13.98，因此，从原有的第一个的组分峰之中，降解“砍下来”的相对分子量较小的组分物质，几乎都归到了第2个组分峰之中；（5）各样品的所有RT大于9.0min的所有组分峰，其峰面积百分比总和都有增加。其中2#增加最多，峰面积百分比总和从0.41升至3.71，而3#最少，但其还原能力糖却增加最多（参见2.1表1），可见3#样品还原性增加的贡献主要来自于其第2个峰，峰面积百分比增加了约13.98%的那部分。

表2 各样品在不同pH值条件下灭菌后的HPLC图谱峰面积Table 2 The HPLC peak area of the samples after sterilization in different pH value

在pH3.0～6.0的灭菌条件下，从图2和表2分析可见：

1）对于1#样品，与原样相比，灭菌处理后，体系组分主要由RT小于7.0 min的两个组分峰组成，RT增加；第1个峰RT约在5.95 min，峰面积百分比比原样减小，随体系灭菌pH值的降低，峰面积百分比减小的幅度越大；第2个峰约在6.60 min，峰面积百分比比原样增加，随体系灭菌pH值的降低，峰面积百分比增加的幅度越大；第一个峰的降解的部分主要归并于第二个峰。

2）3#样品的第1个峰，在灭菌后，其RT都有增加，峰面积百分比从68.10%，都降至约在61.5左右；RT 6.650 min的第2个峰，在灭菌前后都存在，RT基本不变，其峰面积百分比都有所增加，从31.41增加到37.5左右；RT大于9.0 min的所有组分峰，其峰面积%总和有所增加，都约为0.85左右。

与pH2.0的降解情况相同，第1个峰的RT增加，峰面积百分比减小，降解的部分主要归并于第2个峰，降解落到RT大于9.0 min以后的组分峰的极少；而第2个峰的RT几乎不变，峰面积百分比相应增加。

3）与原样相比，灭菌处理后，2#样品的变化情况稍微复杂：（1）体系组分从原有的1个主体峰，变化成为主要由RT小于7.3 min的3个组分峰组成，出现了RT 6.60 min和7.0 min的新的第2个峰和第3个峰，并且都分别有11.0和5.0以上的峰面积百分比。（2）第1个峰的峰面积百分比都减小，其中pH6.0的降低最少。（3）第2个峰和第3个峰的峰面积百分比，都是pH6.0的最小。这（2）和（3）点的试验结果都表明pH6.0对2#样品的降解作用较小。

因此，各样品在pH2.0～6.0下进行灭菌处理，降解的方式及其降解产物的分布是不一样的。在pH3.0～6.0下，3#样品受热灭菌后的降解产物的分布比较一致，pH值的影响较小。

表3 各样品溶液在不同pH值下灭菌后的表面张力（mN/m）Table 3 The surface tension of OSA starches after sterilization in different pH value

2.3 样品表面张力

各样品在灭菌后的表面张力值，结果见表3。

从表3可见，样品溶液在不同的pH值下进行灭菌处理后，其表面张力值都发生了变化，其中1#和2#升高，3#降低。3#样品在pH2.0～6.0下灭菌后的表面张力值，相差很小。2#样品在pH3.0～6.0下灭菌后的表面张力值，变化很小。1#样品在pH4.0～6.0下灭菌后的表面张力值，变化很小。可见3#样品在较宽的pH值作用范围，灭菌后的体系能够保持较稳定的表面张力值。

3 结论

通过测定样品在pH2.0～6.0下灭菌前后的还原糖、HPLC组分和表面张力的变化，比较研究3个不同来源的DE值小于5.0的辛烯基琥珀酸淀粉酯的耐酸热性，结果发现：

1）各样品在强酸性下（pH2.0）进行灭菌处理，其产物的还原性都大为提高，增加200%以上；在pH3.0～6.0下的灭菌处理，产物的还原性增加26.7%～83.8%，高温加热对样品较大的作用。

2）各样品的HPLC组分谱图不一样，灭菌后的降解及其降解产物的分布也有所不同。保留时间RT最小的第一个（组分）峰，其RT都增大，峰面积百分比减小，RT大于9.0 min的相对分子量小的组分峰的，峰面积百分比增加。1#、2#样品有新的组分峰出现。3#样品由第一个峰降解下来的部分则归并于第二个峰，第一个峰RT变大，峰面积百分比减小，第二个峰的RT基本不变，峰面积百分比增加了差不多第一个峰的峰面积百分比相应减小的部分。

3）样品表面张力的变化不一，1#、2#升高，3#降低。3#样品在pH2.0～6.0的作用范围，灭菌后的体系都能够保持较稳定的表面张力值。

4）综合评价，3#样品有较好的受热稳定性，1#和2#可考虑通过适度的交联提高其耐热稳定性。

[1]中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.GB 2760-2014食品安全国家标准 食品添加剂使用标准[S].北京:中国标准出版社,2014

[2]郑茂强,王辛,王猛,等.辛烯基琥珀酸蜡质玉米淀粉乳化性质的研究[J].粮食与食品工业,2011,18(1):32-36

[3]薛秀梅,张燕萍.不同原料制备的酶解辛烯基琥珀酸淀粉酯作微胶囊壁材的性质比较[J].食品工业科技,2007(1):102-104

[4]林红辉.辛烯基琥珀酸淀粉酯的合成、性质及在微胶囊化实验中的应用研究[D].南昌:南昌大学,2008

[5]张元超.低黏度辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备与性质研究[D].广州:华南理工大学,2009

[6]Zhengmao Zhang.Synthesis of Octenyl Succinic Derivative of Mechanically Activated Indica Rice Starch[J].Starch-Stärke,2010,62(2):78-85

[7]Mao Like.Effects of small and large molecule emulsifiers on the characteristics of β-carotene nanoemulsions prepared by high pressure homogenization[J].Food Technology&Biotechnology,2009,47(3):336-342

[8]Guoqing He,Xiaoyan Song,Hui Ruan,et al.Octenyl Succinic Anhydride Modified Early Indica Rice Starches Differing in Amylose Content[J].Journal of Agricultural&Food Chemistry,2006,54(7):2775-2779

[9]肖珊,黄立新.低黏度辛烯基琥珀酸淀粉酯的物化性质研究[J].广州食品工业科技,2012(10):1290-1293,1318

[10]Yanjie Bai.Structure and preparation of octenyl succinic esters of granular starch,microporous starch and soluble maltodextrin[J].Carbohydrate Polymers,2011,83(2):520-527

[11]Yanjie Bai.Study of octenyl succinic anhydride-modified waxy maize starch by nuclear magnetic resonance spectroscopy[J].Carbohydrate Polymers,2011,83(2):407-413

[12]王立亚,简淑贞,黄立新.不同来源辛烯基琥珀酸淀粉酯产品的比较测定研究[J].食品工业科技,2014,35（4）:105-109

[13]黄立新,陈家明.淀粉糖品的糖分组成及其检测方法标准的制定[J].中国标准化,2001(3):21-22