馬鈴薯麥芽糊精的組分分析與性能研究

1、馬鈴薯麥芽糊精的組分分析與性能研究FOODANDFERMENTATIONINDUSTRIESI馬鈴薯麥芽糊精的組分分析與性能研究趙婭,顧正彪(江南大學食品學院,食品科學與技術國家重點實驗室,江蘇無錫,214122)摘要高效液相色譜(HPLC)與凝膠過濾色譜(GPC)相結合,測定不同DE值的馬鈴薯麥芽糊精的糖分組成,分子質量分布和分支化度.同時運用差示掃描量熱儀(DSC)和粘度快速分析儀(RVA),研究了不同DE值的馬鈴薯麥芽糊精溶液在老化程度及表觀粘度性質方面的異同,為指導具有不同性質麥芽糊精的生產(chǎn)與應用提供理論分析依據(jù).關鍵詞馬鈴薯,麥芽糊精,組份,性能麥芽糊精(mahodextrin)是一

2、類經(jīng)酸或酶部分水解,DE值<20的淀粉不完全水解產(chǎn)物口,其摩爾質量介于淀粉和淀粉糖之間.麥芽糊精一般是混合物,其性質與糖分組成,摩爾質量分布和分子結構等密切相關,由于組成上的差異,不同DE值的麥芽糊精具有不同的性質,因此有必要在分子水平上對其內部結構的分布規(guī)律進行探索研究.本文采用高效液相色譜(HPLC)與凝膠過濾色譜(GPC)相結合的方法,將實驗室自制的5種不同DE值的馬鈴薯麥芽糊精在糖分組成,分子量分布和分支化度等方面進行了研究,并在此基礎上采用差示掃描量熱儀(DSC)和粘度快速分析儀(RVA),進一步分析了麥芽糊精組成與溶液性質間的關系,為麥芽糊精的生產(chǎn)和應用提供了理論依據(jù)

3、.1材料與方法1.1主要材料與儀器1.1.1實驗材料馬鈴薯淀粉:核工業(yè)武威阿爾法淀粉廠提供;馬鈴薯麥芽糊精(DE值為5.01,9.97,12.31,15.82,20.18):實驗室自制.1.1.2實驗試劑pH6.2磷酸鹽緩沖液;葡聚糖凝膠G一25,G一100:Sigma公司;苯酚,I,KI,中國國藥上海化學試劑公司;耐高溫型a一淀粉酶,無錫杰能科生物工程有限公司(酶活:5000U/mL);酶活定義:在70C,pH6.0的條件下,1min液化可溶性淀粉lmg的酶量為1單位.1.1.3實驗儀墓第一作者:碩士研究生.收稿日期:20070905,改回日期:2007092466I2007Vo1.33No

4、.10(Total238)阿貝折光儀(WZI),上海光學儀器廠;UV_2000可見分光光度計,尤尼柯(上海)儀器有限公司;RVATecMaster:NewportScientific,Australia;HL-2恒流泵,SBS-160型自動部分收集器,上海滬西分析儀器廠;Waters600高效液相色譜儀,2410示差折光檢測器,美國;差示掃描量熱儀(Pyris一1型),美國PerkinElmer公司.1.2實驗方法1.2.1馬鈴薯麥芽糊精的制備工藝稱取一定量馬鈴薯淀粉一加水調漿至固形物濃度至25一加0.1mol/LNaOH調節(jié)PH至6.06.5一加適量耐高溫曠淀粉酶液一移入已恒溫至反應溫度的酶

5、反應器中一反應一定時間一以0.1mol/LHCl迅速調pH到3.0左右,滅酶終止反應一平衡2min一加0.1mol/LNaOH中和一趁熱抽濾一取濾液即為產(chǎn)物1.2.2檢測方法可溶性固形物含量:阿貝折光法嘲;還原糖:菲林試劑滴定法;DE值一還原糖含量/總固形物含量×1001.2.3高效液相色譜(HPLC)分析1.2.3.1色譜條件流動相:純水;色譜柱:Sugarpakl,6.5mmid×300mm;柱溫:85oC;檢測器:Waters2410示差折光檢測器;流速:0.5mL/min;進樣量:IOtLL.1.2.3.2樣品制備分別吸取4mLDE值為5.01,9.97,12.31

6、,15.82,2O.18的馬鈴薯麥芽糊精溶液,定容至5OmL,配制質量分數(shù)約為3的樣品液,搖勻后0.45肛m尼龍微孔膜過濾,取濾液進樣.1.2.4凝膠過濾色譜(GPC)分析7叫1.2.4.1樣品預處理將DE值為5.01,9.97,12.31,15.82,20.18的馬鈴薯麥芽糊精溶液分別定容至50mL,配制成質量分數(shù)約為2的樣品液,2000r/min離心10min,取上清液上樣.1.2.4.2色譜條件固定相:SephadexG一25,SephadexG一100(qo1.6cm×60cm);洗脫液:0.05mol/LNaC1溶液;上樣量:1mL;流速:12mI/h;收集時間:15min

7、/管.1.2.4.3檢測苯酚一硫酸法測總糖:吸取洗脫液1mL,加入1mL5苯酚溶液,再加入5mL濃硫酸,搖勻.10min后,放入25水浴中恒溫20min,以試劑空白調零,在UV一2000可見分光光度計上,490nm波長處測定其吸光值.分支度的測定:從各收集管中取1mL洗脫液與1mL碘液(125mgI2和400mgKI定容至1000mL后與等體積0.1mol/L醋酸混合,使溶液pH為4.6)混合,分別于525,640nm測定游離I.含量(A.,間接表示不與碘復合的分支化程度較高的支鏈分子的量)和結合碘含量(A,間接表示直鏈分子的量).故A./A.可間接表示組分中直鏈與支鏈分子的比例,即多糖分子的

8、分支化程度.若A/A.>1.5可認為是線性分子1¨.1.2.5差示掃描量熱儀(DSC)測定馬鈴薯麥芽糊精溶液貯存過程中的老化程度口準確配制質量分數(shù)為30馬鈴薯麥芽糊精溶液,取10/L置于鋁盒中,密封.將溶液置于4C冰箱內貯藏2周后,以空鋁盒為參照,在充有N.的環(huán)境下利用Pyris一1型差示掃描量熱儀進行溫度掃描,測定糊化焓,以確定其老化程度.掃描溫度范圍為:30120,掃描速率為:10/min.氮氣流量為:20mL/min.1.2.6馬鈴薯麥芽糊精溶液表觀粘度的測定取適量不同DE值的馬鈴薯麥芽糊精,調成一定質量分數(shù)的溶液放入快速粘度分析儀(RVA)內,在不同溫度條件下進

9、行粘度測定(轉速為860r/min),測定溶液粘度隨濃度及溫度的變化情況.2結果與討論2.1高效液相色譜分析糖分組成由表1可以看出,隨著酶解的進行,DE值的增大,單糖,二糖及七糖以下低聚糖等小分子糖含量明顯增多,而大分子組分逐漸減小.DE值為5.01時,七糖及其以上的組分占91.46,單糖,二糖含量幾乎沒有,36糖含量也非常少,DE值為12.31和15.82時,七糖及其以上的組分分別為75.33和62.22%,二糖到六糖含量開始明顯增多,DE值為20.18時,小分子糖含量已經(jīng)明顯超過七糖以上組分.表1馬鈴薯麥芽糊精的糖分分析注:G1G7分別代表單糖七糖2.2高效液相色譜測定分子質量不同DE值的

10、馬鈴薯麥芽糊精分子量的大小和分布規(guī)律各不相同,采用高效液相色譜進行相對分子質量分布的測定,記錄其重均分子質量(Mw),數(shù)均分子質量(Mn),峰值分子質量(Mp)等結果,如表2所示,從中可看出分子間的差別,揭示其中的變化規(guī)律.表2馬鈴薯麥芽糊精分子量及分散度注:DPn,DPw和D分別代表數(shù)均聚合度,重均聚合度和分散度.由表2可見,馬鈴薯麥芽糊精的分子質量分布主要有2個峰,同一DE值的麥芽糊精1號峰的Mn值,Mw值和Mp值均大于2號峰,且以2個峰的組分含量來看,2號峰隨著DE值的增大明顯的增大,1號峰則不斷減小,可見小分子低聚糖含量在逐漸增多,大分子含量降低,這與糖分分析結果一致.此外,隨著DE值

11、的增大,麥芽糊精1號峰及2號峰的Mn值或數(shù)均聚合度(DP一M/162),Mw值或重均聚合度(DP=M/162)均分別呈現(xiàn)下降趨勢,這是因為隨著DE值的增加即水解程度的增加,淀粉鏈被酶作用Q!堡蔓鲞蔓塑(璺蔓塑I67ANDFERMENTATIONINDU切成的短鏈增多,短鏈的聚合度,相對分子質量減小.從分散度(D=DPw/DPn)分析,D值反映了分子大小差別的范圍,是影響穩(wěn)定性的重要因素8,D值越來越小則說明了分子的差別在不斷的減小,麥芽糊精的分子量分布趨于均勻,從表中可以看出馬鈴薯麥芽糊精1號峰及2號峰的分散度D基本上是隨著DE值的增大而逐漸減小,這是因為麥芽糊精酶解程度深,其分子鏈段長度趨于

12、均勻的緣故.由此可以得出DE值越高的麥芽糊精分子量差別越小,樣品穩(wěn)定性越高.2.3凝膠過濾色譜測定分子量分布高效液相色譜的分離柱分離效率較低,無法更細致地反映出不同DE值馬鈴薯麥芽糊精具體的分子量分布規(guī)律,因而結合高效液相色譜的分析結果,針對1號峰及2號峰的分子量大小1引,采用SephadexG一25與SephadexG-100兩種凝膠結合的方法測定馬鈴薯麥芽糊精的分子量分布規(guī)律圖.0304090120洗脫體積,mL圖1DE=5.01分子質量分布凝膠色譜圖(G-25)0304090120洗脫體積,mL圖2DE=5.01分子質量分布凝膠色譜圖(G-lOO)由圖1圖10可知:不同DE值的馬鈴薯麥芽

13、糊精之間組分分布上的差異較為顯著,具體來說有以下規(guī)律:(1)結合G一25和G一100兩種凝膠色譜圖可以得出,馬鈴薯麥芽糊精的分子質量范圍相當廣泛,在分級范圍為1005000的G一25和分級范圍為500070000的G一100上均有洗脫峰出現(xiàn),但不同DE值的麥芽糊精分子質量分布差異較大.隨著DE值的增68J2007Vo1.33No.10(Total238)圖3DE:1_2lO.80.6島Q0.40.2O0304090l20洗P;ltPJmL9.97分子質量分布凝膠色譜圖(G-25)O30409012O洗脫體積,mL圖4DE=9.97分子質量分布凝膠色譜圖(G-lOO)1.2lO.80.6島Q0.

14、40.2O0304090l20洗脫體積,mL12.31分子質量分布凝膠色譜圖(G-25)0304090120gJmL圖6DE=2.31分子質量分布凝膠色譜圖(100)大,其小分子低聚糖組分含量越來越多,大分子含量逐漸減少至幾乎沒有.且與低DE值相比,高DE值的麥芽糊精其出峰時間整體右移,峰型相對集中,由此說明隨著DE值的增加,單糖,二糖及七糖以下低聚糖等小分子含量明顯增多,同時分子量分布趨于均勻,這與高效液相色譜分析結果一致.(2)分析G-100凝膠色譜圖可知,DE值為5.01的麥芽糊精分子質量分布峰跨度及含量變化較大,規(guī)%.8三!.日Q瞻%.日QC圖0日Q1.21080.6島0040.20圖

15、7DE1.210.80.6島00.40.20O304090120洗脫體積,mL15.82分子質量分布凝膠色譜圖(G-25)0304090l2O洗脫體積,mL15.82分子質量分布凝膠色譜圖(G-100)洗脫體積,mL2O.18分子質量分布凝膠色譜圖(G-25)洗脫體積,mL圖10DE=20.18分子質量分布凝膠色譜圖(G-100)律性較差,且以G一100的分級范圍仍有部分集中于外水體積處說明其分子質量很有可能在70000以上.而DE值為12以上的麥芽糊精分子質量洗脫峰值相對較小,峰型相對集中,分布較均勻,由此說明溶液穩(wěn)定性較高.(3)G一25主要測定的是G一100圖右邊峰分子質量的詳細分布情況

16、.由G一25圖可見,DE值為1O以下的麥芽糊精洗脫曲線集中于空體積處,說明低DE唰田值麥芽糊精中含有較多高分子質量組分,小分子含量較少.而DE值為15以上的麥芽糊精洗脫峰型相對集中,峰值較大,這與高效液相色譜分析得出的隨著水解地進行,分散度呈遞減趨勢及小分子糖含量增加的規(guī)律一致.2.4凝膠過濾色譜測定分支化度分支化度A./A可間接表示麥芽糊精組分中直鏈與支鏈分子的比例,洗脫體積與As./A的關系見圖11,由此可知不同DE值的馬鈴薯麥芽糊精之間分子結構上的差異.一DE-50lc卜一DEI997-DEl2.3l*一DEl5.82一DE2【).18圖11洗脫體積與A640/A525的關系由圖11分析

17、可得:隨著DE值的增大,A./A呈降低趨勢,即分子的分支程度逐漸增大,這與a一淀粉酶的作用機理相吻合.由于a一淀粉酶是一種內切酶,不能水解分支點,所以隨著水解的進行,麥芽糊精分子的分支程度不斷增加,線性程度逐漸降低,而線性程度低,分子間不易締合老化是影響麥芽糊精溶液穩(wěn)定性的重要因素之一.2.5DSC熱分析差示掃描量熱儀(DSC)是在溫度程序控制下,測量由于樣品相變化或化學反應等引起的輸給樣品和參考物的熱量差與溫度關系的一種技術,可用于一切有熱量變化的過程_1.馬鈴薯麥芽糊精溶液在貯存過程中大分子物質會重新締合形成很多結晶結構,要破壞這些結晶結構使分子重新熔融,則必需外加能量.因此,回生后的麥芽

18、糊精溶液在DSC分析中出現(xiàn)吸熱峰,且吸熱峰大小隨回生程度增加而增大,結果如表3和圖12圖16所示.DSC可估測麥芽糊精溶液回生程度,其焓值的大小代表分子締合程度大小.由表3和圖12圖16可知,隨著水解程度的增加,To,Tp,Tc值及H值均逐漸減小,由此說明DE值越大,老化程度越低,麥芽糊精溶液穩(wěn)定性越好.結合高效液相色譜及凝膠過濾色譜分析可得,小分子糖含量較多且分子量分布較為均勻,同時線性程度較低,不易締合老化是造成!生蔓鲞蔓!塑(璺舅塑I69El0OO0I量8圖0.島09圖FOODANDFERMENTAT10NINDUSTRIESl高DE值麥芽糊精溶液穩(wěn)定性良好的根本原因.同時據(jù)Noda等人

19、推測1引,影響DSC測定的參數(shù)是結晶區(qū)的分子結構,較低的T0,Tp,Tc值反映了麥芽糊精分子中有大量的短的支鏈存在,這與前面的分析結果也具有一致性.表3馬鈴薯麥芽糊精溶液在貯藏過程中熱力學參數(shù)的變化DE值起始溫度/c峰值溫度/c結束溫度/c熱焙/J-g一5.0162.32171.3258O.5085.2079.9754.32758.48864.5423.00812.3149.85054.56157.9722.O5515.8245.12347.99152.0971.34020.1840.24843.1馬鈴薯麥芽糊精溶液的表觀粘度測定2.6.1溫度對馬鈴薯麥芽糊精溶液表觀粘度的影響質量分數(shù)為20時

20、,馬鈴薯麥芽糊精溶液在不同溫度下的粘度見圖17.70f2007Vo1.33No.10(Total238)囂皇窳耦溫度,圖15DE=15.82的DSC掃描曲線圖溫度,圖16DE=20.18的DSC掃描曲線圖溫度7%一DE-5.0Ic卜DE_(J.97一DE-1231_一DE一15.82一DE一20.18圖17溫度對馬鈴薯麥芽糊精溶液粘度的影響由圖17可見,馬鈴薯麥芽糊精溶液粘度隨著溫度的升高而降低,且隨DE值的增加也呈下降趨勢.這是因為溫度高,麥芽糊精分子的運動加快,分子分散容易,水溶液流動也易,粘度因而下降.隨著DE值的增加,由高效液相色譜及凝膠過濾色譜分析可得,分子被切成更多的短鏈,短鏈的小

21、分子低聚糖含量增加使粘度下降.2.6.2濃度對馬鈴薯麥芽糊精溶液表觀粘度的影響溫度為25時,馬鈴薯麥芽糊精溶液在不同濃度下的粘度值見圖18.c一DE-997一DEl231_DE-IS.82一DE-20l8圖l8濃度對馬鈴薯麥芽糊精溶液粘度的影響3結論糖分組成,分子量分布和分子結構是影響麥芽糊精性質的主要因素,本文采用SephadexG一25,SephadexG一100和HPLC相結合可以有效地對馬鈴薯麥芽糊精組分進行分級,利用碘染色法可以間接反映各組分的分支度,同時通過DSC測定和粘度測定,將馬鈴薯麥芽糊精組成上的差異同其溶液性質之間關系進行研究,從而對具有特定性質的麥芽糊精的生產(chǎn)與應用有積極

22、的指導作用.參考文獻尤新主編.淀粉糖品生產(chǎn)與應用手冊M.北京:中國輕工業(yè)出版社,l999.102l1O北京大學生物系生物化學教研室編.生物化學實驗指導EM.北京:人民教育出版社,1982.279SchneiderF.SugarAnalysis:ICUMSAMethodsM.England:ICUMSA,Peterburough,1979FrabcesRKatz.MaltodextrinsEJ.CerealFoodsWorld,l986.31(12):8668675WarthesenJJ.Analysisofsaccharidesinlow-dextroseequivalentstarchhyd

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