大豆多糖固體堿催化劑脫酯效果影響因素（一）

發(fā)布時(shí)間：2021-10-02 14:02 編輯者：特邀作者周世紅

水溶性大豆多糖是從豆粕中脫去蛋白質(zhì)后的豆渣中提取出來的一種水溶性陰離子多糖。SSPS結(jié)構(gòu)類似果膠，主鏈由聚鼠李糖半乳糖醛酸(RG)和聚半乳糖醛酸(GN)組合而成。與果膠的結(jié)構(gòu)不同之處在于，SSPS是一種短主鏈、長側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)，在水溶液中呈現(xiàn)梳子狀或者球狀形態(tài)，而果膠則是長主鏈短支鏈結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究表明，SSPS獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其具有在酸性條件下穩(wěn)定蛋白質(zhì)的能力、具有良好的乳化性和起泡性、抗淀粉黏結(jié)以及成膜性等功能特性，同時(shí)由于大豆多糖的低黏度特征使其具有清爽的口感，這些特征使大豆多糖在食品行業(yè)中具有巨大的應(yīng)用潛力。

SSPS的性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)相關(guān)，尤其是于其酯化度和相對(duì)分子質(zhì)量、相對(duì)分子質(zhì)量分布相關(guān)。在天然的SSPS分子結(jié)構(gòu)中，D-半乳糖醛酸基團(tuán)的C-6位置被甲氧基取代，酯化度(DE)一般超過70％。目前的研究顯示，DE值越大，其在酸性條件下穩(wěn)定蛋白質(zhì)的能力越差。而對(duì)于乳化性和乳化穩(wěn)定性而言，主峰相對(duì)分子質(zhì)量較低的SSPS(30000，以普魯蘭計(jì))，比相對(duì)分子質(zhì)量更高(比如42000和56000)的SSPS乳化性和乳化穩(wěn)定性更好。

目前，大分子多糖脫酯的方法主要有酸法、堿法和酶法等。但對(duì)于SSPS，由于缺乏有效的專一性脫酯酶，而酸法容易造成多糖主鏈降解導(dǎo)致性能大幅度下降，酸化和酶法脫甲酯效果很差，因此目前工業(yè)化脫甲酯的方法主要是堿法。但是，堿法脫酯工藝副反應(yīng)很多，在脫酯過程中，容易發(fā)生美拉德反應(yīng)并引起褐變和β-消去反應(yīng)。因此，堿法脫酯制備的大豆多糖需要增加后期脫色和純化工藝，大大增加了生產(chǎn)成本，而且會(huì)產(chǎn)生污染，這些問題使得發(fā)展新型SSPS脫酯工藝成為迫切需求。

金屬氧化鎂(Mg0)是一種在工業(yè)中應(yīng)用廣泛的固體堿催化劑。相對(duì)于一般的酸性、中性或者兩性催化劑而言，Mg0表面廣泛分布著堿性催化位點(diǎn)，這使得Mg0具有較強(qiáng)的堿性，因此Mg0催化劑常被認(rèn)為是具有潛力的同體堿催化劑，可以在眾多強(qiáng)堿催化反應(yīng)中發(fā)揮催化作用舊，且同體催化劑具有很多優(yōu)點(diǎn)，如催化活性高、選擇性高.可以用于連續(xù)工業(yè)生產(chǎn)中。作者前期研究結(jié)果顯示，Mg0催化劑催化SSPS脫酯有一定效果，產(chǎn)物色澤淺，顯示副反應(yīng)程度顯著低于堿法脫酯反應(yīng)。固體堿Mg0催化SSPS脫酯具有潛在商業(yè)價(jià)值，但迄今為止，堿法脫酯的影響因素以及機(jī)制等尚不十分清楚。

作者利用堿性催化劑Mg0催化脫甲酯來制備低酯SSPS，通過對(duì)SSPS脫酯過程的影響因素，包括反應(yīng)溫度、時(shí)間和催化劑投料質(zhì)量比對(duì)產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量和相對(duì)分子質(zhì)量分布、酯化度以及產(chǎn)物單糖等多糖結(jié)構(gòu)特征的研究，以期有效提高低酯SSPS的品質(zhì)并降低SSPS的生產(chǎn)成本，為國內(nèi)SSPS產(chǎn)業(yè)化提供重要的技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

商業(yè)未脫酯大豆多糖(簡(jiǎn)稱SSPS0)：平頂山金晶生物科技有限公司產(chǎn)品；硝酸鎂(分析純)：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；氨水(分析純)：南京化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；無水乙醇(分析純)：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

分析天平：瑞士梅特勒-托利多公司產(chǎn)品；磁力攪拌器、SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵：鄭州長城科工貿(mào)有限公司產(chǎn)品；馬弗爐：英國卡博萊特·蓋羅公司生產(chǎn)產(chǎn)品；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：上海豫康科教儀器設(shè)備有限公司產(chǎn)品；高速離心機(jī)：德國SIGMA公司產(chǎn)品。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 固體堿催化劑Mg0的制備工藝

參考文獻(xiàn)，并略做修改。前期預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，500℃燒制5h的Mg0具有較好催化效果，在此選擇此條件獲得的催化劑進(jìn)行脫酯影響因素研究。用純水中配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.25％硝酸鎂溶液，于攪拌狀態(tài)下逐滴滴加氨水至溶液渾濁，繼續(xù)保持?jǐn)嚢?2～24h后抽濾，得到的固體部分置于500℃下焙燒5h，得到同體堿催化劑Mg0，磨碎備用。

1.3.2 催化劑Mg0脫甲酯工藝條件對(duì)SSPS脫甲酯效果影響

稱取2.5gSSPS₀，用60℃溫水配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.0％溶液：將50mL溶液至于耐壓瓶，按照催化劑投料質(zhì)量比1:2、1:5、1:10、1:25和1:100分別添加催化劑，利用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌反應(yīng)，反應(yīng)溫度分別設(shè)置為80、90、95、100、105、110、120℃條件下加熱攪拌，攪拌速度1000r/min；反應(yīng)時(shí)問分別設(shè)置為1、2、3、4、5、6、7h后，將耐壓瓶轉(zhuǎn)移至冷水中終止反應(yīng)：反應(yīng)液在5500r/min離心15min，取上清液，按體積比1:10的比例加入無水乙醇，6500r/min離心15min，取沉淀，110℃下干燥20min后粉碎備用。

1.3.3 堿法（NaOH)脫甲酯工藝條件

參考文獻(xiàn)，并略做修改。稱取2.5gSSPS0，用60℃溫水配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.0％溶液；利用0.1mol/LNa0H溶液將SSPS溶液的DH調(diào)至12.5；將溶液置于95℃水浴中，反應(yīng)4h；向反應(yīng)后的溶液中加入10倍體積的無水乙醇；6500r/min離心20min；取沉淀，110℃干燥20min；粉碎備測(cè)。

1.3.4 SSPS相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定

參考文獻(xiàn)并略做修改。利用Waters2695+2414色譜系統(tǒng)，配備RI示差折光檢測(cè)器；TSK-gelG5000PWxL色譜柱，柱溫40℃；流動(dòng)相為0.1mol/L磷酸鹽緩沖液(pH=6.8)，流量為0.6mL/min；上樣量30μL。根據(jù)液相色譜圖譜進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，確定多糖相對(duì)分子質(zhì)量。

1.3.5 SSPS酯化度的測(cè)定

參考文獻(xiàn)并略做修改。5g待測(cè)樣品加入20mL鹽酸-乙醇混合液(5mL濃鹽酸+40mL水+75mL無水乙醇)，充分?jǐn)嚢韬?，抽濾：采用上述鹽酸-乙醇混合液洗滌反復(fù)洗滌5～8次，再用體積分?jǐn)?shù)60％乙醇溶液洗滌5～8次，最后用無水乙醇洗滌5～8次；洗凈后將樣品烘干。準(zhǔn)確稱取0.5g上述洗凈烘干的SSPS，加入0.8mL無水乙醇濕潤，加入100mL去C0₂水溶解樣品，加入兩滴酚酞指示劑，用0.1mol/L的Na0H溶液進(jìn)行滴定，此處消耗Na0H溶液放的體積記為V₁，即為樣品的原始滴定度。向樣品中加入8.0mL0.5mol/L的Na0H溶液，劇烈震蕩后靜置30min。然后向樣品中加入8.0mL0.5m01/L的HCl溶液，劇烈震蕩后，再使用0.1mol/L的Na0H溶液進(jìn)行滴定，滴定至滴定終點(diǎn)，紀(jì)錄消耗的0.1mol/L的Na0H溶液體積V₂，即為皂化滴定度。