作者：赵黎明, 夏文水

摘要:ｎ 乙酰 ｄ 葡糖胺是一种具有多种生理活性和功能性质的重要氨基糖.实验研究了ｎａｇ的一些重要理化性质和加工稳定性,为ｎａｇ在食品中的应用提供理论依据.结果表明,ｎａｇ易溶于水,微溶于乙醇;ｎａｇ晶体在120℃、6ｈ下保留率大于98%,性质稳定;在100℃、6ｈ、ｐｈ3.0～8.5的条件下,ｎａ溶液稳定性好,ｐｈ超过8.5则保留率大大降低,并伴有颜色变化;ｎａｇ在牛奶条件下性质稳定;ｎａｇ不具有吸湿性和保湿性.

关键词:ｎ 乙酰 ｄ 葡糖胺;理化性质;溶解性;稳定性

ｎ-乙酰-ｄ-葡糖胺(ｎ ａｃｅｔｙｌ ｄ ｇｌｕｃｏｓａｍｉｎｅ,ｎａｇ)是组成甲壳素的基本单位,是一种在ｃ2上含有乙酰氨基的ｄ 葡萄糖.目前工业生产ｎａｇ一般都是由氨基葡萄糖盐酸盐(ｇｌｕｃｏｓａｍｉｎｅｈｙｄｒｏｃｈｌｏ ｒｉｄｅ,ｇａｈ)经ｎ 乙酰化制得.

ｎａｇ具有多种生理活性和功能性质,在食品、医药等领域具有广泛的应用[1].作为一种食品添加物,ｎａｇ的理化性质对于产品的生产工艺及其在食品中的应用具有重要影响.目前国内外对于ｎａｇ的熔点、比旋光度等一般理化性质的测定已有报道,而对于其热稳定性、酸碱稳定性以及食品加工稳定性等的研究尚未见报道.在食品加工过程中,ｎａｇ添加后将会与食品中的其他成分如蛋白质、脂肪、水分、盐类等接触,并可能会遇到热、酸、碱等,这些都有可能会引起ｎａｇ发生结构破坏、褐变、吸湿结块等现象.因此,ｎａｇ的热稳定性、酸碱稳定性、在复杂食品体系和较极端处理条件下的加工稳定性、吸湿保湿性等ｎａｇ功能性的发挥对于食品的性、营养成分的损失以及食品感观都将产生影响,同时也会影响到ｎａｇ在食品领域中的应用围.而ｎａｇ的溶解度等研究结果,则可为产品的生产及分离纯化工艺提供理论依据.

1 材料、设备与方法

1.1 实验材料ｎａｇ标准品:ｓｉｇｍａ公司产品;ｎａｇ(纯度99.5%):自制(经ｉｒ,13ｃ ｎｍｒ,ｈｐｌｃ,ｄｓｃ鉴定);ｇａｈ(纯度99%):河南张良化工厂生产;新鲜牛奶:无锡光明乳业有限公司提供;其他试剂均为分析纯.

1.2 实验设备

ｃｓ501型超级恒温水浴锅;ｔｃ ｐⅱｇ型全自动测差计;ｕｖ 754紫外分光光度计;ｗｚｚ 2ａ型自动旋光仪;ｐｅｒｋｅｒ ｅｌｍａｐｙｒｉｓ1ｄｓｃ仪;ｍａｔｅｒｌｌｅｒｐｈ计.

1.3 实验方法

1.3.1 ｎａｇ的定量测定方法1ｅｌｓｏｎ ｍｏｒｇａｎ改良法[2].

1.3.2 ｎａｇ在水中的溶解度测定1在具塞试管中加入适量的ｎａｇ和去离子水,在5～100℃范围内,由低温到高温,每间隔一定温度,充分振荡15ｍｉｎ以上,并始终保持恒温,使溶液处于饱和状态;静置澄清后分别吸取一定量上清液,稀释到一定浓度后测定其ｏ.ｄ.585,与标准曲线对照求出溶解度.

1.3.3 ｎａｇ在乙醇溶液中的溶解度测定1配制体积分数为30%,50%,70%,80%,90%,100%的乙醇溶液,各取10ｍｌ于具塞试管中.用超级恒温水浴锅调节温度,使其稍高于待测温度,保持温度的变化在±0.5℃范围内.将一定量的ｎａｇ标准品放入试管中,间歇振摇,使之充分溶解,恒温放置3～4ｈ,并且一直保持溶液处于过饱和状态.吸取上清液1ｍｌ,水浴蒸干后定容到一定浓度.用ｅｌｓｏｎ ｍｏｒ ｇａｎ改良法在585ｎｍ波长下进行比色,对照标准曲线求得溶解度.

1.3.4 ｎａｇ热稳定性测定1将1.000ｇ称重并干燥至恒重的ｎａｇ晶体粉末置于玻璃皿中,于120℃烘箱中保温6ｈ,在干燥器中冷却后配制成50ｍｌ溶液,20℃下放置24ｈ,测定溶液的比旋光度.根据同一样品热处理前后的比旋光度差异可以求出样品的保留率[3].

ｘ=[α]/[α]20

其中:ｘ为保留率;[α]为热处理后样品溶液于20℃时的比旋光度;[α]ｄ20为未经热处理的样品溶液于20℃时的比旋光度.

准确称取10～20ｍｇｎａｇ,置于ｄｓｃ专用铝盒中,以5℃/ｍｉｎ的扫描速度从80～280℃范围内测定ｎａｇ的热性质.

1.3.5 ｎａｇ酸碱稳定性测定1配制ｐｈ为3.0～10.0的水溶液于具塞试管中,各加入1ｍｌ质量浓度为0.1ｇ/ｍｌ、ｐｈ为中性的ｎａｇ溶液,常压下置于100℃烘箱中,放置6ｈ,冷却,稀释到一定浓度后在585ｎｍ下测定ｏ.ｄ.值,对照标准曲线求出ｎａｇ含量并计算出保留率.

1.3.6 ｎａｇ与ｇａｈ在牛奶条件下的加工稳定性1分别在两份新鲜的原牛奶中添加1ｇ/ｄｌ的ｎａｇ或ｇａｈ,将试管放置在85℃湿热环境中,于不同时间测定样奶的色差值;将1ｇ/ｄｌｎａｇ和ｇａｈ的两种新鲜原牛奶在121℃下湿热10ｍｉｎ,测定色差值.

式中:δｅａｂ 为实际的色空间两点距离,即色差值δｌ ,δａ ,δｂ 分别为两点三坐标值的差.1.3.7 ｎａｇ吸湿性和保湿性试验1室温下(20℃)将样品在干燥器中用ｐ2ｏ5减压干燥12ｈ以上用该样品进行吸湿性试验;干燥后的样品中加入其质量10%的去离子水,用甘油作对照[4].

1)吸湿试验:室温下(20℃),称取0.5000ｇ样品加入到称量瓶中,将称量瓶放置在干燥器中,干燥器内放有碳酸钙饱和溶液(相对湿度81%)或硫酸铵饱和溶液(相对湿度43%),放置时间分别为12,24,36,48ｈ,分别称量样品,计算吸湿率.

吸湿率=(ｗ2-ｗ1)/ｗ1

其中,ｗ1为放置前质量;ｗ2为放置后质量.

2)保湿性试验:室温下(20℃)称取0.5000ｇ样品及其质量10%的去离子水,加入到称量瓶中,将称量瓶放置在装有硫酸铵饱和溶液或干硅胶的干燥器中,放置时间为12,24,36,48ｈ,分别称重,计算保湿率.

保湿率=ｗ2/ｗ1

其中,ｗ2为放置后水分质量;ｗ1为添加的水分质量.

2 结果与讨论

2.1 ｎａｇ在水中的溶解度ｍｏｒｇａｎ ｅｌｓｏｎ改良法是在ｍｏｒｇａｎ ｅｌｓｏｎ方法基础上经过几十年的不断改进后得出的方法,是ｎａｇ的特征反应,可以准确地定量测定ｎａｇ的含量.ｎａｇ和ｅｈｒｌｉｃｈ试剂可以直接进行颜色反应,在碱性溶剂中,ｎａｇ会产生有色物质,可能是3 乙酰氨基 5 (1,2 二羟基)呋喃,这种物质在酸溶液和ｅｈｒｌｉｃｈ试剂中在585ｎｍ下会产生有*大吸收波长的紫色化合物[5].图1是ｎａｇ的标准曲线,可以看出,在0～80μｇ/ｍｌ的质量浓度范围内,该方法有很好的线性关系.

由图2可以看出,ｎａｇ在水中的溶解度很大,在5℃即达到了20ｇ/ｄｌ,随着温度的升高,溶解度也随之迅速升高.在25℃下,溶解度约为30ｇ/ｄｌ;40℃下为42ｇ/ｄｌ;在100℃下溶解度已经超过了60ｇ/ｄｌ,说明ｎａｇ是易溶于水的.

2.2 ｎａｇ在不同体积分数乙醇中的溶解度

由图3可以看出,随着乙醇体积分数的升高,ｎａｇ的溶解度迅速下降;随着温度的上升,ｎａｇ的溶解度也随之增大.ｎａｇ在100%的乙醇中溶解度极低,5℃时溶解度只有0.12ｇ/ｄｌ,在60℃时也仅有0.53ｇ/ｄｌ溶解,说明ｎａｇ是微溶于乙醇的.低体积分数的乙醇溶液中ｎａｇ的溶解度稍大.在70%乙醇中,5℃时ｎａｇ的溶解度为1.8ｇ/ｄｌ,60℃时为8.84ｇ/ｄｌ;在30%的乙醇中,5℃时ｎａｇ的溶解度为5.97ｇ/ｄｌ,60℃时为23ｇ/ｄｌ.结果表明,在ｎａｇ的生产过程中,选择适当体积分数的乙醇,利用ｎａｇ在不同温度下的溶解度差异可进行重结晶使其分离纯化.

2.3 ｎａｇ的热稳定性研究ｎａｇ晶体在120℃保温6ｈ条件下的热稳定性较好,3批样品的测定结果见表1.得出的样品平均保留率大于98%,说明ｎａｇ在该温度下是稳定的.

从图4所示的ｎａｇ的ｄｓｃ图可以看出,ｎａｇ在190℃以下时的ｄｓｃ热流线比较平衡,吸热值基本不变,说明没有热性质的明显变化.在190～215℃范围内有一个吸热峰,δｈ只有50.6ｊ/ｇ,210～215℃是ｎａｇ的分解温度,分解后的吸仍然很平滑.ｎａｇ的熔点为202～205℃,峰值为204℃.ｎａｇ的ｄｓｃ分析进一步证明ｎａｇ的热稳定性较好.

2.4 ｎａｇ的酸碱稳定性研究

ｎａｇ产品本身是α、β两种异构体的混合晶体,在水溶液中会发生α、β构象异构相互变化,同时随着ｐｈ的变化,其结构的稳定性也不相同.由图5可知,在100℃下,ｐｈ3～8.5的环境中ｎａｇ的保留率均超过了93%,而且没有任何颜色变化,说明在此ｐｈ范围内ｎａｇ的稳定性是比较好的.而在ｐｈ8.5以上时,ｎａｇ的保留率明显下降,说明随着碱性的增强,ｎａｇ的结构受到破坏.同时观察到在ｐｈ10.5的试液中,温度上升不久就开始有颜色变化,随着温度的升高逐渐加深,*终为黄褐色,而其他的溶液仍保持原来的澄清状态.这可能是由于在较高ｐｈ、较高温度下,ｎａｇ脱掉乙酰基后形成了氨基葡萄糖(ｇａ),ｎａｇ或ｇａ与ｇａ自身的游离氨基在碱性环境和较高温度下发生了美拉德反应而产生颜色[6].

2.5 ｎａｇ在牛奶条件下的稳定性研究

由于ｎａｇ和ｇａｈ都是含氮单糖,在复杂的条件下,如含氨基酸、高温等可能会发生美拉德反应,从而造成色泽变化.

为了研究变色程度或测定近似颜色之间的差别程度,采用ｃｉｅｌａｂ表色系统(或ｌ ａ ｂ 表色系统).根据表2[7],测定ｎａｇ和ｇａｈ在加热牛奶中的变况,结果见表3,4.

表3是在添加ｎａｇ和ｇａｈ后,在85℃下不同时间后牛奶色泽的变化情况.可以看出,在巴氏的条件下,ｎａｇ在牛奶体系中是比较稳定的.而添加了ｇａｈ的牛奶在加热开始时就明显变暗,说明发生了美拉德反应,且随着加热时间的增加,牛奶发生了凝集现象,这可能是由于ｇａｈ的加入引起牛奶ｐｈ值下降造成的.

添加了ｎａｇ和ｇａｈ于121℃10ｍｉｎ后牛奶的变化情况见表4.可以看出,ｎａｇ在较长时间高温下,在牛奶体系中仍是很稳定的;而ｇａｈ却发生了非常显著的反应,乳液变成了膏状体,颜色为深咖啡色.因此,ｎａｇ的稳定性远比ｇａｈ好.

2.6 ｎａｇ的吸湿性和保湿性

ｎａｇ的吸湿性和保湿性对于产品的保藏、质量的保持及产品应用具有重要影响,特别是在一些要求防潮防吸湿的食品如奶粉、豆奶粉或其它粉末状食品或保健品中.从图6可以看出,随着时间的延长,在两种相对湿度下,ｎａｇ都没有吸湿性,而对照品甘油则具有非常明显的吸湿性.而且可以看出,相对湿度的大小对甘油的吸湿性也有影响.

从图7,8可以看出,ｎａｇ的保湿性也很差,在43%的相对湿度下,随着时间的延长,样品中的水分越来越少,48ｈ后只有4%左右的残存水分,而甘油中的水分不但不降反而上升,保湿率达400%.在干硅胶环境中,ｎａｇ中的水分很快下降为0,甘油中的水分也下降到22%.上述试验说明,ｎａｇ不具有吸湿和保湿性质.

3 结 论

ｎａｇ在水中的溶解度大,微溶于纯乙醇,在稀乙醇溶液中有一定的溶解度;ｎａｇ经热处理和一定的食品加工条件处理后性质稳定,说明ｎａｇ可以在多种食品中作为功能性添加剂应用.ｎａｇ不具有吸湿保湿性,为在要求防潮防湿的食品中应用(如奶粉等)提供了依据.

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