大豆多糖固体碱催化剂脱酯效果影响因素（一）在天然的SSPS分子结构中

2025-05-15 02:20:06　来源：逸趣工坊　　

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水溶性大豆多糖是大豆多糖从豆粕中脱去蛋白质后的豆渣中提取出来的一种水溶性阴离子多糖。SSPS结构类似果胶，固体主链由聚鼠李糖半乳糖醛酸(RG)和聚半乳糖醛酸(GN)组合而成。碱催与果胶的化剂结构不同之处在于，SSPS是脱酯一种短主链、长侧链的效果结构，在水溶液中呈现梳子状或者球状形态，影响因素而果胶则是大豆多糖长主链短支链结构。相关研究表明，固体SSPS独特的碱催结构使其具有在酸性条件下稳定蛋白质的能力、具有良好的化剂乳化性和起泡性、抗淀粉黏结以及成膜性等功能特性，脱酯同时由于大豆多糖的效果低黏度特征使其具有清爽的口感，这些特征使大豆多糖在食品行业中具有巨大的影响因素应用潜力。

SSPS的大豆多糖性质与其结构相关，尤其是于其酯化度和相对分子质量、相对分子质量分布相关。在天然的SSPS分子结构中，D-半乳糖醛酸基团的C-6位置被甲氧基取代，酯化度(DE)一般超过70％。目前的研究显示，DE值越大，其在酸性条件下稳定蛋白质的能力越差。而对于乳化性和乳化稳定性而言，主峰相对分子质量较低的SSPS(30000，以普鲁兰计)，比相对分子质量更高(比如42000和56000)的SSPS乳化性和乳化稳定性更好。

目前，大分子多糖脱酯的方法主要有酸法、碱法和酶法等。但对于SSPS，由于缺乏有效的专一性脱酯酶，而酸法容易造成多糖主链降解导致性能大幅度下降，酸化和酶法脱甲酯效果很差，因此目前工业化脱甲酯的方法主要是碱法。但是，碱法脱酯工艺副反应很多，在脱酯过程中，容易发生美拉德反应并引起褐变和β-消去反应。因此，碱法脱酯制备的大豆多糖需要增加后期脱色和纯化工艺，大大增加了生产成本，而且会产生污染，这些问题使得发展新型SSPS脱酯工艺成为迫切需求。

金属氧化镁(Mg0)是一种在工业中应用广泛的固体碱催化剂。相对于一般的酸性、中性或者两性催化剂而言，Mg0表面广泛分布着碱性催化位点，这使得Mg0具有较强的碱性，因此Mg0催化剂常被认为是具有潜力的同体碱催化剂，可以在众多强碱催化反应中发挥催化作用旧，且同体催化剂具有很多优点，如催化活性高、选择性高.可以用于连续工业生产中。作者前期研究结果显示，Mg0催化剂催化SSPS脱酯有一定效果，产物色泽浅，显示副反应程度显著低于碱法脱酯反应。固体碱Mg0催化SSPS脱酯具有潜在商业价值，但迄今为止，碱法脱酯的影响因素以及机制等尚不十分清楚。

作者利用碱性催化剂Mg0催化脱甲酯来制备低酯SSPS，通过对SSPS脱酯过程的影响因素，包括反应温度、时间和催化剂投料质量比对产物相对分子质量和相对分子质量分布、酯化度以及产物单糖等多糖结构特征的研究，以期有效提高低酯SSPS的品质并降低SSPS的生产成本，为国内SSPS产业化提供重要的技术依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

商业未脱酯大豆多糖(简称SSPS0)：平顶山金晶生物科技有限公司产品；硝酸镁(分析纯)：国药集团化学试剂有限公司产品；氨水(分析纯)：南京化学试剂有限公司产品；无水乙醇(分析纯)：国药集团化学试剂有限公司产品。

1.2 实验仪器

分析天平：瑞士梅特勒-托利多公司产品；磁力搅拌器、SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵：郑州长城科工贸有限公司产品；马弗炉：英国卡博莱特·盖罗公司生产产品；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器：上海豫康科教仪器设备有限公司产品；高速离心机：德国SIGMA公司产品。

1.3 实验方法

1.3.1 固体碱催化剂Mg0的制备工艺

参考文献，并略做修改。前期预实验结果显示，500℃烧制5h的Mg0具有较好催化效果，在此选择此条件获得的催化剂进行脱酯影响因素研究。用纯水中配制质量分数1.25％硝酸镁溶液，于搅拌状态下逐滴滴加氨水至溶液浑浊，继续保持搅拌12～24h后抽滤，得到的固体部分置于500℃下焙烧5h，得到同体碱催化剂Mg0，磨碎备用。

1.3.2 催化剂Mg0脱甲酯工艺条件对SSPS脱甲酯效果影响

称取2.5gSSPS₀，用60℃温水配制质量分数5.0％溶液：将50mL溶液至于耐压瓶，按照催化剂投料质量比1:2、1:5、1:10、1:25和1:100分别添加催化剂，利用磁力搅拌器进行搅拌反应，反应温度分别设置为80、90、95、100、105、110、120℃条件下加热搅拌，搅拌速度1000r/min；反应时问分别设置为1、2、3、4、5、6、7h后，将耐压瓶转移至冷水中终止反应：反应液在5500r/min离心15min，取上清液，按体积比1:10的比例加入无水乙醇，6500r/min离心15min，取沉淀，110℃下干燥20min后粉碎备用。

1.3.3 碱法（NaOH)脱甲酯工艺条件

参考文献，并略做修改。称取2.5gSSPS0，用60℃温水配制质量分数5.0％溶液；利用0.1mol/LNa0H溶液将SSPS溶液的DH调至12.5；将溶液置于95℃水浴中，反应4h；向反应后的溶液中加入10倍体积的无水乙醇；6500r/min离心20min；取沉淀，110℃干燥20min；粉碎备测。

1.3.4 SSPS相对分子质量的测定

参考文献并略做修改。利用Waters2695+2414色谱系统，配备RI示差折光检测器；TSK-gelG5000PWxL色谱柱，柱温40℃；流动相为0.1mol/L磷酸盐缓冲液(pH=6.8)，流量为0.6mL/min；上样量30μL。根据液相色谱图谱进行数据分析，确定多糖相对分子质量。

1.3.5 SSPS酯化度的测定

参考文献并略做修改。5g待测样品加入20mL盐酸-乙醇混合液(5mL浓盐酸+40mL水+75mL无水乙醇)，充分搅拌后，抽滤：采用上述盐酸-乙醇混合液洗涤反复洗涤5～8次，再用体积分数60％乙醇溶液洗涤5～8次，最后用无水乙醇洗涤5～8次；洗净后将样品烘干。准确称取0.5g上述洗净烘干的SSPS，加入0.8mL无水乙醇湿润，加入100mL去C0₂水溶解样品，加入两滴酚酞指示剂，用0.1mol/L的Na0H溶液进行滴定，此处消耗Na0H溶液放的体积记为V₁，即为样品的原始滴定度。向样品中加入8.0mL0.5mol/L的Na0H溶液，剧烈震荡后静置30min。然后向样品中加入8.0mL0.5m01/L的HCl溶液，剧烈震荡后，再使用0.1mol/L的Na0H溶液进行滴定，滴定至滴定终点，纪录消耗的0.1mol/L的Na0H溶液体积V₂，即为皂化滴定度。