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CNS_01.312_葡萄糖酸钠

enhua

2021/07/26

食品添加剂

葡萄糖酸钠

林扬

摘要

摘要：葡萄糖酸钠的分子式为C6H11O7Na，分子量为218.14。葡萄糖酸钠广泛用于工业中。在食品工业中，葡萄糖酸钠作为食品添加剂，可以赋予食品酸味，增强食品的味道，防止蛋白质变性，改善不良的苦味和涩味，并取代盐来获得低钠，无钠的食品。本文简述了食品添加剂葡萄糖酸钠的理化性质及其主要的生产制备工艺，并参照国家标准，展示了几种常见的葡萄糖酸钠的检测方法。

关键词:葡萄糖酸钠、食品添加剂、制备、检测

引言

葡萄糖酸钠是一种重要的食品添加剂, 在食品中的应用前景广阔,因为其广泛的来源，且无毒性，无潮解性，稳定性和良好的螯合性能，在营养增补剂、食品保鲜剂、品质改良剂等方面有广泛的应用。在2021年8月即将实施的GB1886.320-2021中，国家市场监督总局、国家卫生健康委员会对食品添加剂葡萄糖酸钠的相关指标及检测方法设定了国家标准。

1.葡萄糖酸钠的理化性质[1]

分子式：C6H11NaO7

分子量：218.14

熔点：206-209℃

外观：白色结晶颗粒或粉末

溶解性：极易溶于水（0.1g/mL），略溶于酒精，不能溶于乙醚

比旋光度：[α]D20+11～+13°(c=10,H2O)

储存条件：低于30℃

PH值：7.0-8.0(100g/l,H2O,20℃)

CAS数据库：527-07-1(CAS Data Base Reference)

EPA化学物质信：Sodium gluconate(527-07-1)

2.葡萄糖酸钠的生产制备[2]

葡萄糖酸钠的制备方法主要包括均相化学氧化法，电解氧化法，非均相催化氧化法和生物发酵法。其中，最常用的是非均相催化氧化和生物发酵。非均相催化氧化法受催化剂和催化效率的限制，具有催化剂易中毒，生产效率低，生产成本高的缺点。因此，非均相催化方法不适合在食品工业中生产葡萄糖酸钠[3]。

食品级葡萄糖酸钠的制备主要采用的是生物发酵法，生物发酵法所用的菌种主要包括真菌和细菌,另外还有新型的固定化细胞发酵。现目前葡萄糖酸钠生产的方法采用的是酶氧化法生产,其中用到的主要的酶是葡萄糖氧化酶(GOD)。葡萄糖氧化酶主要负责通过葡糖酸和过氧化氢催化葡萄糖的产生。黑曲霉（Aspergillus niger）是GOD的主要生产菌株。在实际生产中，GOD将与过氧化氢酶（CAT）形成复杂的酶系统。CAT主要的功能是使得体系中的H2O2得以分解。葡萄糖在GOD的作用会氧化为葡萄糖酸,并伴随过氧化氢的释放。过氧化氢具有很强的氧化性，可以降低葡萄糖氧化酶的活性。过氧化氢酶的加入可以快速分解过氧化氢，将过氧化氢分解成水和氧，葡萄糖氧化酶可以继续催化反应。并且可以补充反应所需的氧气，使氧化反应持续进行。在实际生产中，加入一定量的氢氧化钠溶液以维持反应体系的pH值，使反应继续进行。

2.1传统生物发酵技术

传统的葡萄糖酸钠发酵采用的是黑曲霉菌发酵工艺，该方法是利用黑曲霉为发酵菌株,通过不断向发酵体系内加入氢氧化钠溶液控制pH,并控制一定的温度,氧含量等条件进行发酵。发酵后，通过多种工艺获得产品，如灭菌，脱色，浓缩，结晶，离心和干燥。由于存在传统工艺效率低下,所得产品质量较差等缺陷。目前国内外在传统生物发酵法中的研究主要集中在改良发酵菌种、固定化菌丝体重复利用、改变发酵方式和寻找葡萄糖替代品等方面。
葡萄糖酸钠的生产过程是需氧过程，反应体系中的氧气量对发酵时间和产量有着重要的影响。传统工业生产一般都是通入空气以供应反应所需的氧气，但液体溶氧速率有限，不能及时满足实际生产中所需氧气含量，从而延长了生产时间。H.W. Lee通过加压使得水中溶解氧浓度达到150mg/L，发现葡萄糖酸钠的生产得率大大提高。O.V. Singh对比了液态发酵，表面发酵，半固态发酵和固态发酵对于葡萄糖酸钠生产的影响，证明了固态发酵是最有效的发酵方式。在实际生产中，为了降低生产成本，将尝试寻找低成本碳源作为发酵和生产葡萄糖酸钠的基质，包括玉米淀粉，甘蔗渣，糖蜜等。
2.2生物发酵新技术——固定化酶技术[2]

传统的发酵法生产葡萄糖酸钠，会得到大量的细菌或真菌菌丝。这些菌丝会被当做废料处理，而其中往往含有大量的葡萄糖氧化酶。近年来，基于这一问题，国内外学者将目光瞄准酶固定化技术，因此固定化酶技术越来越受到了研究者的关注。固定化酶的研究使得葡萄糖酸钠广泛的应用于工业中成为可能。目前为止，多种酶被成功固定到不同载体上，并且取得了很好的经济效益及应用价值。在食品工业中，使用固定化酶代替游离酶可以提高葡萄糖酸钠的生产效率，降低使用成本，简化纯化过程，并提供高产量和高质量。关于酶固定化技术的早期研究主要选择纤维素，固体玻璃颗粒，多孔玻璃颗粒和镍网。其中，多孔玻璃和纤维素是最广泛使用的固定载体，因为它们的表面积大，因而酶的催化活性相对较高。近年来，固定化技术应用越来越多，酶的固定化技术涉及用高分子材料物理的包埋法，导电高分子共聚法和无机凝胶包埋法。有研究者采用丙烯酸的微粒凝胶和三价金来固定GOD，表现出很好的效果，还有报道关于利用戊二醛交联作用把GOD固定在竹子的内膜上，并取得了一定的成果。现在所使用的固定化载体种类繁多。

3.应用[2]

目前葡萄糖酸钠作为一种性能良好的食品添加剂，广泛用于食品加工业。同时，它还广泛用于营养补充剂，食品防腐剂，质量改进剂和缓冲剂。
3.1.葡萄糖酸钠调节食品的酸度
在食品中添加酸可以增强食品的安全性，因为酸是防止冷藏食品中微生物污染的主要形式，而与高温或高静水压力处理相结合使用酸可以降低能耗，从而降低成本。然而，在食品或饮料配方中添加酸通常会降低适口性，因为酸性较高，这限制了食品工业更好地利用酸作为防腐剂的能力，将葡萄糖酸钠配制成钠盐混合物（分别加入氯化钠和醋酸钠）后分别作用于柠檬酸、乳酸和苹果酸，发现葡萄糖酸钠混合物对柠檬酸和苹果酸的酸度（PH为4.4）有中度抑制作用，但对乳酸的酸度几乎没有影响。葡萄糖酸钠调节柠檬酸和苹果酸中的pH值，从而有效减少酸味，不会产生过咸的味道，说明葡萄糖酸钠在相对较高的酸水平上能够显著抑制柠檬酸和苹果酸的酸性。在食品工业中，葡萄糖酸钠被广泛用于饮料行业以确保饮料的质量，同时还保护由常规灭菌方法引起的过高温度引起的饮料成分的破坏，并且节省能量。
3.2葡萄糖酸钠代替食盐用于食品工业
相关研究表明中国人均的食盐摄入量是世界平均人均摄入量水平的数倍，体内钠离子含量过高，会导致高血压高血脂等慢性疾病的发生。在关注生活水平和疾病健康的同时，低盐食品引起了广泛关注，成为食品行业的热点。研究表明，每日盐的钠含量是葡萄糖酸钠的四倍，而葡萄糖酸钠的钠分子量仅为10.5％。与常用的低钠盐相比，葡萄糖酸钠的味道差别不大，但具有无刺激性，无苦味和涩味的优点，在实际应用中已成为盐的替代品。目前主要用于食品领域，如无盐产品和面包。研究报道使用葡萄糖酸钠代替盐进行面包发酵，不仅可以发酵低钠面包，还可以在不影响其整体风味和保质期的情况下实现减盐。
3.3葡萄糖酸钠改善食品风味
在食品行业，食品的风味是在感官评价中的重要指标。近年研究发现：葡萄糖酸钠能够改善苦味，葡萄糖酸钠盐对苦味化合物及其二元组合物质的苦味有不同程度的抑制作用。将不同剂量的葡萄糖酸钠盐以及乳酸锌盐均应用于咖啡因发现其能够抑制咖啡因苦味，上述研究说明葡萄糖酸钠对呈苦味的风味物质具有调节作用。另外，有报道表明在肉制品加工过程中添加一定量的葡萄糖酸钠，能较好的改善豆制品当中的大豆腥臭味。有研究发现。在海产品的加工过程中，通常会添加一定量的葡萄糖酸钠来降低鱼臭味，提高食物的食欲，且相比于传统的覆盖方式，成本更加低廉。
3.4葡萄糖酸钠能够改善食品品质
随着生活水平的不断提高，人们对食品的要求也越来越高。作为一种新型食品添加剂，葡萄糖酸钠不仅提高食品的风味，而且还增强了食品的营养特性。与市场上许多食品添加剂相比，它的无毒无害性能已经成为其最大的亮点。将葡萄糖酸钠作为乳酸钙晶体抑制剂在切达干酪中作用，发现葡萄糖酸钠能增加乳酸钙的溶解度，调节切达干酪的PH值，所以葡萄糖酸钠具有增加钙和乳酸盐溶解度的潜力，通过与钙和乳酸盐离子形成可溶性复合物，阻止它们形成乳酸钙晶体，不仅保证其营养，还改善了切达干酪的品质。将葡萄糖酸钠浸泡处理海带后，能够增加其藻酸盐含量，导致表面更软，改善口感。葡糖糖酸钠还具有蛋白变性抑制作用和肌原纤维蛋白溶解作用，在鱼糜中加入葡萄糖酸钠，加热后凝胶体的凝胶强度比未加葡萄糖酸钠的有明显提高，所以葡萄糖酸钠能够改善鱼糜制品的品质。

4.限量[4]

由GB 2760-2014，葡萄糖酸钠可在各类食品中按生产需要适量使用。

5.检测

5.1葡萄糖酸钠的定性检测[1]

5.1.1钠离子的鉴别

方法原理：根据钠离子在无色火焰上燃烧、火焰为亮黄色的现象,鉴别钠离子的存在。

测定步骤：称取约1g试样,精确至0.01 g,溶于10 mL水中,用铂丝蘸取盐酸在无色火焰上燃烧至无色,再蘸取试验溶液少许,在无色火焰上燃烧,火焰应呈亮黄色。

5.1.2葡萄糖酸的鉴别

方法原理：试样在冰乙酸介质中,与苯肼共热,生成黄色葡萄糖酰苯肼结晶。

测定步骤：取约0.5 g试样,精确至0.01 g,置于10 mL试管中,加5 mL 水,溶解(必要时加热),加0.7 mL冰乙酸和1 mL苯肼,在水浴上加热30 min,放至室温,用玻璃棒摩擦试管内壁,则析出黄色的结晶。

5.2葡萄糖酸钠的定量检测

5.2.1常规滴定法

方法原理：

试样以冰乙酸为溶剂,以结晶紫为指示剂,用高氯酸标准滴定溶液滴定,根据消耗高氯酸标准滴定溶液的体积计算葡萄糖酸钠的含量。

分析步骤：称取测定干燥减量后的试样约0.4 g,精确至0.000 1 g,置于250 mL干燥的锥形瓶中,加50 mL冰乙酸(必要时可用电热板稍微加热),加2滴～3滴结晶紫指示液,用高氯酸标准滴定溶液滴定至溶液由紫色经蓝色最后变为绿色即为终点。除不加试样外,使用相同数量的试剂溶液做空白试验。使用时,高氯酸标准滴定液的温度应与标定时的温度相同;若其温度差小于4℃时,应将高氯酸标准滴定溶液的浓度修正到使用温度下的浓度;若其温度差大于4℃时,应重新标定。

5.2.2电位滴定法

方法原理：试样以冰乙酸为溶剂,采用电位滴定仪用高氯酸标准滴定溶液滴定,在滴定过程中通过测量电位变化以确定滴定终点﹐并根据消耗高氯酸标准滴定溶液的体积计算葡萄糖酸钠的含量。

分析步骤：称取测定干燥减量后的试样约0.4 g,精确至0.000 1 g,置于250 mL，干燥的锥形瓶中,加50 mL冰乙酸(必要时可用电热板稍微加热),采用电位滴定仪用高氯酸标准滴定溶液滴定。除不加试样外,使用相同数量的试剂溶液做空白试验。使用时,高氯酸标准滴定液的温度应与标定时的温度相同;若其温度差小于4℃时,应将高氯酸标准滴定溶液的浓度修正到使用温度下的浓度﹔若其温度差大于4℃时,应重新标定。

5.3其它可用于定量分析的方法[5]

5.3.1 HPLC法

准确称取1.5040g于105℃下烘至恒重的葡萄糖酸钠, 用超纯水溶解并定容至 500mL。分别取1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9mL葡萄糖酸钠溶液用超纯水稀释至15mL。将其分别过0.45μm 滤膜,再超声处理后即可进样,在HPLC仪器上分析,取其中6点做标准曲线。高效液相色谱采用的流动相为甲醇︰水︰1%磷酸 (2︰48︰50), 流速为1.0mL/min,柱温为25℃, 进样量为15μL,检测波长为210nm.

葡萄糖酸钠的出峰时间在2.758min, 峰形较好。色谱条件简单,操作简便,线性关系好。缺点是：其中葡萄糖酸钠属于盐类,对色谱柱的影响较大；且高效液相色谱仪器较昂贵。

5.3.2 分光光度法

准确称取 13.4779g于105℃下烘至恒重的葡萄糖酸钠, 用蒸馏水定容至 50mL。分别取 1, 2,3, 4, 5, 6, 7, 8, 9m L用蒸馏水定容至 25mL,作为标准溶液待用。各取 1mL上述标准溶液 , 加入18mL 1.25mol/L NaOH, 再边缓缓滴加0.10mol/L CuSO4溶液边充分搅拌, 直至产生的沉淀不消失。再将螯合后的溶液煮沸 5min,冷却至室温后,过滤, 再用2mL 1.25 mol/L NaOH洗涤滤渣。将收集的滤液用蒸馏水定容至50mL, 得到一系列浓度分别为 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9mmol /L的标准溶液。以0.50 mol /L NaOH 为对照,在660nm波长下测其吸光度。

该法的线性关系较好, 但该法较繁琐。该法仅适用于葡萄糖酸钠浓度≦10mmol /L的溶液,且当溶液中葡萄糖的量大于3倍葡萄糖酸钠的量时,葡萄糖对其影响较大。在葡萄糖酸钠的制备中,可能葡萄糖为其制备源,葡萄糖的含量较高, 故该法若要用于葡萄糖酸钠的检测还有待改进。
5.3.3 旋光度法
准确称取 13.4070g于 105℃下烘至恒重的葡萄糖酸钠 , 用蒸馏水定容至 50mL。分别取 1, 2,3, 4, 5, 6, 7, 8m L用蒸馏水定容至20m L, 以水为空白 , 依法分别测定旋光度 t =20 ±0.5℃,L =2dm, 用同法读取旋光度 5 次, 取其平均数做标准曲线。

用旋光法作葡萄糖酸钠标准曲线的线性关系好 , 操作方便,且不需要昂贵的仪器。但该法的抗干扰因素太低，工业生产的葡萄糖酸钠的纯度往往不高 ,含有较多具有旋光性的杂质,故不适用于工业生产葡萄糖酸钠的检测，可用于食品添加剂葡萄糖酸钠的检测。

6．葡萄糖酸钠的标准[1]

6.1.感官要求

6.2.物化指标

总结与展望

葡萄糖酸钠被广泛应用于食品工业，但对于国内的发展现状，无论是生产工艺还是检测方法，都有许多有待提高的方面。未来对于食品添加剂葡萄糖酸钠的研究，应着眼于开发高效绿色的生产方法，进一步完善食品安全标准并确立准确高效的检测手段。同时对葡萄糖酸钠在其他领域的应用价值进行探索，不局限于食品添加剂，拓宽其应用范畴。

参考文献

[1]GB 1886.320-2021

[2]杜裕芳,左艳娜,胡秋连,郝苗.食品添加剂葡萄糖酸钠的制备方法及其应用研究进展[J].食品界,2019,{4}(08):80-81.

[3]黄道震,余丽秀,王桂香,何纪光.葡萄糖酸钠的生产工艺及研究动态[J].河南化工,1999,{4}(05):35-36.

[4]GB 2760—2014

[5]李艳,肖凯军,王兆梅,陈朝毅,郭祀远.葡萄糖酸钠检测方法研究[J].食品研究与开发,2006,{4}(09):109-112.

附件：

CNS_01.312_葡萄糖酸钠_林扬.docx

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