膜分级菊粉及其部分理化性质

郑 晓 丽, 芦 明 春, 韩 璐

( 大连工业大学 食品学院, 辽宁 大连 116034 )

0 引 言

牛蒡是一种药食同源的两年生草本植物,其肉质根中富含蛋白质、氨基酸、多种维生素、矿物质以及菊科植物特有的菊粉[1]。菊粉是一种天然功能性食用多糖,具有水溶性膳食纤维和生物活性前体的生理功能,且可作为糖、脂肪替代物而大量用于低热量、低糖、低脂食品中。目前菊粉已在美国、英国等国家被认为是一种天然食品配料而非添加剂使用[2-3]。

多糖的生物活性与其相对分子质量有着直接关系,多糖的分级成为研究的热点之一。目前多糖的分级方法常用的有沉淀法、电泳法和离子交换法[4-5],但这些传统的方法耗时长、效率低。膜分离技术正是利用膜的不同孔径截留不同相对分子质量物质的新型分离技术,具有分级效果好、效率高、无污染等优点,且能根据需要选择相应的滤膜孔径[6]。作者采用膜分离技术对牛蒡菊粉进行分级,制备了一系列不同相对分子质量范围的菊粉级分,获得了牛蒡菊粉的相对分子质量分布情况,并对各级分的部分理化性质进行了比较研究。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

牛蒡菊粉,大连工业大学食品分析实验室；MILLIPORE 8200型超滤杯搅拌式超滤装置、MILLIPORE滤膜,上海摩速科学器材有限公司；722S分光光度计,上海精密仪器有限公司；旋转蒸发器RE-52A,上海亚荣生化仪器厂；乌氏黏度计,上海良晶玻璃仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 菊粉质量的测定

菊粉质量以总糖质量减去还原糖质量来表示。还原糖的质量测定直接采用3,5-二硝基水杨酸法(DNS),总糖经水解成单糖后间接采用DNS法测定。

标准曲线制作:配制1.0 mg/mL果糖标准液,采用DNS法于520 nm测定吸光值,以标准果糖溶液质量浓度为横坐标,以吸光值为纵坐标,绘制标准曲线。

样品测定:将样品液浓缩(或稀释)至一定浓度,吸取一定体积,测定吸光值,按标准曲线计算总糖和还原糖质量。

1.2.2 膜分级

配制一定浓度的菊粉溶液,采用膜分离技术依次通过截留相对分子质量分别为6 000、4 000、3 000、1 000、500的滤膜,对菊粉进行分级,得到6组不同相对分子质量范围的菊粉级分,测得各级分的菊粉质量,研究菊粉的相对分子质量分布情况。

膜分级预处理:菊粉溶液经0.45 μm滤膜处理,以除去其中的悬浮固形物。

膜分级操作:将预处理后的菊粉溶液倒入装有截留相对分子质量为6 000的滤膜的超滤杯中,调整氮气压力为0.2 MPa,收集滤出液。超滤将近结束时,加入适量超纯水,继续超滤,重复3～4次。截留液部分为相对分子质量大于6 000的级分,浓缩干燥后得菊粉I1。滤出液继续依次通过截留相对分子质量为4 000、3 000、1 000、500的滤膜,收集各滤膜截留液和最终的滤液,浓缩干燥后得各菊粉级分I2、I3、I4、I5、I6。

1.2.3 溶解度测定

采用平衡法测定各菊粉级分的溶解度。取一定量的各菊粉级分于100 g蒸馏水中25 ℃恒温搅拌6 h,离心后测定上清中菊粉的质量即为该级分菊粉的溶解度。

1.2.4 特性黏度测定

2 结果与讨论

2.1 果糖标准曲线

按照“1.2.1”所述方法绘制的果糖标准曲线如图1所示,求得回归方程为Y=0.889 8X-0.015 2,其中相关系数为0.998 2,线性范围为0.2～1.2 mg/mL。

图1 果糖标准曲线

2.2 菊粉相对分子质量分布

按照“1.2.2”膜分级菊粉的方法,菊粉溶液依次通过相对分子质量分别为6 000、4 000、3 000、1 000、500的滤膜,获得菊粉的相对分子质量分布情况,结果见图2,其中6 000以上的菊粉(I1)所占比例为7.01%,4 000～6 000(I2)为2.63%,3 000～4 000(I3)为30.34%,1 000～3 000(I4)为42.54%,500～1 000(I5)为13.23%,500以下(I6)为3.56%。

图2 菊粉相对分子质量分布

由图2可见,菊粉的相对分子质量主要集中在1 000～6 000,聚合度为6～19,属于短链果聚糖；蔗果三糖、四糖、五糖含量较少,单糖和双糖含量仅占3.56%。由相对分子质量分布情况可推断,该菊粉具有较低的吸湿性,很好的膳食纤维和益生元功能；同时菊粉中亦含有7%的相对分子质量6 000以上的部分,可作为一种较高聚合度果聚糖的很好来源,从而扩大菊粉在医药、化工等领域的应用。膜分级技术为获得不同级分的菊粉提供了有效的方法。

2.3 各菊粉级分的溶解度

按照“1.2.3”溶解度的测定方法,分别测得6组(I1、I2、I3、I4、I5、I6)菊粉级分常压25 ℃在纯水中的溶解度,结果见表1。

表1 各级分溶解度测定结果

由表1可见,随着相对分子质量的增大,菊粉级分在纯水中的溶解度降低,且相对分子质量大于4 000的级分I1和I2溶解度很小,相对分子质量低于1 000的I5和I6的溶解度很大。分析原因可能是,相对分子质量较大时菊粉的链长较长,易造成自身团聚和羟基的包裹,降低了羟基与水亲和的几率；相对分子质量低于1 000的I5级分主要由蔗果三糖、四糖、五糖、六糖组成,属于低聚果糖,大量羟基与水结合,从而在水中形成较大的溶解度。

2.4 各菊粉级分的特性黏度

图3 菊粉级分与曲线图

表2 各级分特性黏度检测结果

3 结 论

通过膜分离技术对牛蒡菊粉进行了分级,制得不同相对分子质量范围的6组菊粉级分,并得到牛蒡菊粉的相对分子质量分布情况。各级分溶解度和特性黏度的比较研究表明,随着相对分子质量的增大,各菊粉级分在纯水中的溶解度降低,而特性黏度呈增大趋势。分级制得的各级分某些理化性质存在差异,而其他理化性质及功能性质是否亦存在差异有待探讨。膜分离技术不仅为牛蒡菊粉的分级提供了一种有效的方法,扩大了膜分离技术在食品领域的应用,同时也为牛蒡菊粉不同级分产品生理活性的探讨以及实现其在食品和医药领域的应用提供参考和基础数据。

[2] 郑必胜,金江涛,闫文娟. 广东虫草多糖的醇沉及凝胶渗透色谱法表征其相对分子质量分布的研究[J]. 食品工业科技, 2009(4):120-123.

[3] 谭晓琼,董全,丁红梅. 功能保健食品菊糖的研究进展与发展前景[J]. 中国食物与营养, 2007(1):22-24.

[4] 郝林华,陈靠山,李光友,等. 牛蒡菊糖及其制备方法的研究[J]. 中国海洋大学学报, 2004, 34(3):423-428.

[5] 郝林华,陈磊,仲娜,等. 牛蒡寡糖的分离纯化及结构研究[J]. 高等学校化学学报, 2005, 26(7):1242-1247.

[6] 张卫国,赵云涛,刘欣. 固体发酵紫芝菌丝体多糖相对分子质量分布范围研究[J]. 食用菌, 2003(6):36-37.

[7] 梁燕,吕桂琴,张军,等. 高分子溶液特性黏度测定的新方法[J]. 化学学报, 2007(9):853-859.