聚葡萄糖制备工艺的研究

关倩倩　邵先豹　杨腾腾

摘 要：采用高温聚合法制备聚葡萄糖，以合成产物中各组分含量为检测指标。本文研究了反应温度、酸含量、反应时间、真空度等因素对聚葡萄糖合成的影响，确定了聚葡萄糖最佳合成工艺为：在反应温度170℃、柠檬酸用量1%、反应时间120 min、真空度100 kPa的条件下，得到的聚葡萄糖含量高于93%，产品色度低，口感良好。

关键词：聚葡萄糖；高温聚合；色度

中图分类号：TS202.3 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20180733229

聚葡萄糖是一种水溶性膳食纤维，主要由葡萄糖随机聚合而成，其糖苷键种类繁多，分子机构非常复杂。作为水溶性膳食纤维的一种，拥有低热量、无糖、低血糖指数、稳定、具有极高耐受性的特殊碳水化合物，具有益生元的特点[1]。它所具有的调整肠胃道微生态环境，通便、预防肠道疾病等生理特性使其可广泛应用于各种食品中，尤其是低能量、高纤维等的功能性食品中[3]。因其有着特殊的生理保健功能，使其食品领域有着较大的发展力[2]。本文围绕聚葡萄糖的合成开展了相关研究工作，确定了产品最佳制备工艺[5]。

1 实验材料与方法

1.1 实验试剂

苹果酸（分析纯）、酒石酸（分析纯）、柠檬酸（分析纯）、无水葡萄糖（分析纯）、山梨醇：苏州天易化工科技有限公司；纯净水、活性炭脱色剂：福建元力活性炭股份有限公司。

1.2 实验仪器

ME104E电子天平：梅特勒-托利多；真空干燥箱、循环式真空泵、高效液相色谱仪：美国沃特斯；UV-1800紫外分光光度计：上海精密科学仪器有限公司；DZDW-1000W电炉：泰州市骏前电热仪器有限公司。

1.3 实验方法

按一定比例准确称取食用酸、无水葡萄糖和山梨醇；投入反应釜中升温真空聚合，达到预定时间后得到淡黄色黏稠液体，进行组分检测[5]。通过分析聚葡萄糖中残留葡萄糖的含量可判断聚合反应进行的程度。通过改变反应物的类别及添加量、反应负压、反应时间、反应温度等因素来控制产物的聚合程度，并且以合成产物中组分含量作为衡量指标[4]。

2 实验工艺流程

原料称取→混合均匀→高温真空缩聚→成品→溶解→组分检测→高温脱色。

3 结果与分析

3.1 单因素实验结果

3.1.1 酸含量聚葡萄糖DE值的影响

山梨醇作为增塑剂，能够降低产物聚葡萄糖的黏性，改善其口感与色泽。由于生产成本及工艺条件的限制，并经过实验分析及文献搜索确定所用食用酸为柠檬酸[6]。

食用酸的种类及用量对聚葡萄糖的制备有很大影响，随着食用酸用量的增加，可利于大分子聚合物的形成。为了分析各多元酸对缩聚反应的影响，我们针对柠檬酸、苹果酸、酒石酸的对比试验如图1所示，当酸用量达到1%后，合成产物中DE值降至4%以下，并且趋于稳定。通过考虑经济因素选择酸种类为柠檬酸，添加量为1%[5]。

3.1.2 反应温度对样品DE值的影响

聚葡萄糖的合成主要是葡萄糖在高温真空条件下进行缩聚反应，因此，反应温度对聚葡萄糖制备的影响很大[8]。进行了温度梯度实验，如图2所示，聚合反应初始温度140℃，随着温度升高，产物还原糖含量迅速降低，当温度升至190℃以后，產品DE值变化趋于平稳，但聚葡萄糖粗品的颜色会迅速变深，对后期的精致浓缩带来很大困难，因此，选择190℃作为反应温度。

3.1.3 反应时间对样品DE值的影响

实验反应时间也是影响反应的最重要因素之一[7]，一般来说反应时间越长，葡萄糖的聚合度也越高，样品的DE值也就越低。但实验证明当反应超过一定时间后，样品的DE值变化不是很明显，而且样品的颜色会明显变深，由图3所示，当反应时间达到120min时，反应物的DE值基本保持稳定，因此，确定最长反应时间为120min。

3.1.4 负压对样品DE值的影响

聚葡萄糖的聚合反应是在负压状态下进行的[9]，在实验中是以真空泵抽取反应釜中的空气来实现的。负压状态利于合成反应产生的水及时排出，同时防止发生氧化反应。由图4可见，随着真空度升高，彻底反应，产物DE值越低。因此选择真空度为100kPa。

3.2 实验对比分析

在以上单因素实验的基础上，因酸量和反应负压在特定条件下对实验影响较小，以柠檬酸添加量1%，反应负压100kPa条件下选定了6组实验进行实验分析，并针对实验结果进行组分检测和活性炭脱色实验分析，以明确表示出各实验样品的组分及色度。

由以上实验结果所示，实验方案一的聚葡萄糖聚合度最高，说明了在较高温度、较长时间及其他因素不变的情况下，聚葡萄糖的聚合反应较为剧烈，最终样品的DE值也较低，但起色度较高，这样会对以后的精致浓缩造成压力，也对最终成品的色度产生很大的影响。经实验室各位研发员的最终商讨，确定项目2为最佳实验方案[10]。

4 总结

本文通过对聚葡萄糖合成的影响因子进行研究[11]，结果表明，柠檬酸用量1%、反应温度170℃、真空度100kPa、反应时间120min的条件下，得到的聚葡萄糖含量高于93%，产品色度较低，口感良好，可适用工业化生产。

参考文献

[1]Hans H Rennhard，Lyme Conn.Polysaccharides and their preparation[P].USA：3766165，1973-10-16.

[2]万茵，黄邵华，傅桂明.聚葡萄糖的制取、性质及在食品中的功能[J].食品研究与开发，2000，21（5）：30-34.

[3]赵征，路福平，王洪玲，等.聚葡萄糖中试样品质量和热稳定性的评价[A].无锡：中国微生物学会，1998：403-406.

[4]张惟杰.糖复合物生化研究技术[M].杭州：浙江大学出版，2010.

[5]张泽生，王可凤，孙平，等.聚葡萄糖合成工艺的研究[J].食品科技，2011，36（5）：87-90.

[6]陈子昂，李韶雄，李华，等.新型食品配料-聚葡萄糖制备工艺的研究[J].中国食品添加剂，2002（6）：29-31.

[7]万里.聚葡萄糖的合成及工业化研究[D].华东理工大学，2010.

[8]张莉，袁卫涛，薛雅莺，等.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.

[9]黄婧，杨海军，辛修锋.聚葡萄糖特性及在食品中的应用[J]. 山东食品发酵，2007（4）：52-56.

[10]张陈.生物法生产低聚葡萄糖的研究[D].江南大学，2008.

[11]赵凯，张守文，方桂珍.聚葡萄糖的特性及其在低脂冰淇淋中的应用研究[J].食品工业科技，2003（3）：34-35，37.

作者简介：关倩倩，硕士研究生，研究方向：粮油加工；邵先豹，研究方向：生物技术应用。