不同来源和纯度的硫酸软骨素理化特性的研究

对照，测定其吸水性、保水性、吸油性、起泡性、持泡率等应用特性，为研发人员在食品、化妆品研发过程中正确有效地使用这种原料，为其推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 样品 鲟鱼CS粗品、猪CS粗品、鸡CS粗品、鲟鱼CS高纯品（60.75%）为自制，猪CS高纯品（90%）购自合肥博美生物科技有限公司，鸡CS高纯品（95%）购自郑州澳冉化工产品有限公司。

1.1.2 仪器及试剂 D-葡萄糖醛酸（AR）、酪蛋白（AR）、甘油（AR）、四硼酸钠（AR）、石油醚（AR）、乙醚（AR）、台面高速冷冻离心机（TGL-16M型）、自动凯氏定氮仪（K9840型）、马弗炉（SX2-4-10NP型）、生化培养箱（LRH-250L型）、可见分光光度计（722G型）等。

1.2 方法

采用咔唑法测定硫酸软骨素的含量[5]。采用凯氏定氮法（GB 5009.5-2010）测定蛋白质含量。采用GB/T 5009.4-2008中的方法测定灰分。采用酸水解法GB/T 5009.6-2003测定脂肪含量。

吸水性测定：准确称取2.00 g CS干燥样品2份，分别置于两个康威皿中间的内槽中。一个康威皿的外槽盛有饱和（NH4）2SO4溶液15 mL，其恒定相对湿度（RH）为81%；另一个盛有饱和的Na2CO3 15 mL溶液，其恒定相对湿度RH为43%。然后将密封后的康威皿置于25 ℃的生化培养箱中，每隔24 h称量CS的质量，计算CS中水分增加的质量价△M[6]。用吸水率来表示其吸水性，公式如下：

式中，M为样品质量（g）；△M为水分增加量（g）。

保水性测定：准确称取2.00 g CS干燥样品2份，分别置于两个康威皿中间的内槽中，向两个环内分别加入2.00 mL的去离子水将CS完全均匀湿润。后续步骤同吸水性测定，每隔24 h称量CS的质量，计算放置后CS中水分的质量m2。由于甘油是化妆品中最常用的保湿剂，故以相同量的甘油作为对照。用保水率来表示CS粗品的保湿性，公式如下：

吸油性测定：准确量取8 mL精制食用油，放入10 mL刻度离心管中，再称取0.6 g（精确到0.001 g）CS样品，并称取相同量的酪蛋白作为对比试验，加入离心管中，用玻璃棒搅拌2 min，静止30 min后3 000 r/min离心15 min，记下游离油的体积V1。吸油性按以下公式计算：

式中，V0为食用油添加量（mL）；V1为离心后游离油体积（mL）；m0为CS样品质量（g）。

起泡性和持泡率的测定：采用蛋清（每100 g蛋清含蛋白质10 g）做起泡剂。取0.1 g/mL的CS溶液20 mL，取同体积的蛋清作对比试验，1 min快速搅拌记录均质停止时泡沫的体积，用来计算起泡性。将测定起泡性的样品溶液继续搅拌至5、10、15、20 min，分别测定对应时间的泡沫体积，计算泡沫膨胀率[7]。

式中，V0为均质1 min后溶液总体积（mL）；V为任意均质后溶液总体积（mL）。

2 结果与分析

2.1 硫酸软骨素和其他成分的检测

2.1.1 D-葡萄糖醛酸标准曲线 采用紫外可见分光光度计在波长530 nm处进行测定，得到D-葡萄糖醛酸溶液浓度-吸光度标准曲线，如图1所示，线性回归处理后得到的D-葡萄糖醛酸标准曲线，其线性方程为y=635.49x-2.765 1，线性相关指数为R2=0.995 6。

2.1.2 硫酸软骨素粗品的成分 由表1可以看出，不同硫酸软骨素粗品中，CS含量最高的为鲟鱼CS粗品，其次为猪CS粗品，最低的为鸡CS粗品；除了CS，硫酸软骨素粗品还含有蛋白质和灰分，脂肪含量为零。可见在粗提过程中，碱提很好地去除了脂肪，双酶解除去了大量的蛋白质，而灰分则为灼烧后的无机盐和氧化物的残留物[8]。

2.2 理化特性结果

2.2.1 吸水性 室温下相对湿度（RH）一般为40%～80%，因此试验中设置43%和81%两个RH来考察CS在这两种环境中的吸水性和保水性。甘油是常见的添加于化妆品和食品中的润滑保湿成分。以甘油为对照品，研究不同来源和不同纯度的CS的吸水性。从图2、3中可以看出，在RH=43%和RH=81%环境中，甘油的吸水性均强于各CS粗品，但是由于其吸水性太强，添加在一些化妆品中和食品中，容易吸潮；RH=43%时，3个CS粗品中猪CS粗品吸水性最好，鸡CS粗品次之，鲟鱼CS粗品最差；RH=81%时，鸡CS粗品的吸水性最佳，鲟鱼CS粗品和猪CS粗品次之。综合分析，CS粗品中，鸡CS粗品的吸水性最适宜。

图4、图5为CS高纯品吸水性的测定结果，可以看出在RH=43%和RH=81%环境中，甘油的吸水性均强于各CS高纯品；在RH=43%时，鲟鱼CS高纯品与鸡CS高纯品的吸水性相当，猪CS高纯品的吸水性最差；在RH=81%时，鲟鱼CS高纯品的吸水性最佳，鸡CS高纯品次之，猪CS高纯品最差。综合分析，CS高纯品中，鲟鱼CS高纯品的吸水性最适宜。

综合分析来看，CS粗品和CS高纯品在同一环境下，猪CS粗品和鸡CS粗品吸水性优于其CS高纯品，鲟鱼CS粗品的吸水性略弱于其CS高纯品。可见对于CS的吸水性而言，并不是CS含量越高，吸水性越好，将CS的吸水特性应用于化妆品和食品中时，添加量应适宜，否则添加过多易造成浪费。鸡CS的粗品和高纯品的吸水性在RH=43%和RH=81%时均能达到最优状态且优于鲟鱼CS和猪CS或者相差很小，因此鸡CS的吸水性最优，可将其代替甘油用于化妆品和食品中。

2.2.2 保水性 图6、图7为CS粗品保水性的测定结果，甘油的保水性最强，超过本身的含水量，如果将其应用于化妆品中，如面膜，易造成返吸水分的现象，不利于护肤产品的功能。在RH=43%和RH=81%时鸡CS粗品的保水性最佳，其次为猪CS粗品，鲟鱼CS粗品最差。

图8、图9为CS高纯品保水性的测定结果，甘油的保水性最强，超过本身的含水量；在RH=43%和RH=81%时鸡CS高纯品的保水性一直最佳，而鲟鱼CS高纯品的保水性开始略高于猪CS高纯品，随着时间的增加，保水性逐渐低于猪CS高纯品。综合分析，鸡CS高纯品的保水性最适宜。

综合分析来看，CS粗品和CS高纯品在同一环境下，RH=43%时，CS粗品的保水性优于CS高纯品；RH=81%时，CS粗品的保水性弱于CS高纯品。可见环境湿度的变化对CS保湿性影响较大，但是鸡CS的粗品和高纯品的保水性一直稳定在70%以上，优于鲟鱼CS、猪CS粗品和高纯品的保水性，可将其添加到化妆品中作为保湿剂，也可用于食品中如肉制品，提高嫩度，增强保水性[9]。

2.2.3 吸油性 由表2可知，各CS高纯品可以吸收相当于自身体积2倍以上的植物油，其中猪CS高纯品（CS含量为90%）的吸油性最高，但CS含量为60.75%的鲟鱼CS高纯品的吸油性仅次于猪CS高纯品，因此CS含量越高吸油性越好，以鲟鱼为提取来源的CS吸油性最佳，说明该特性可将CS应用于香肠、火腿、蛋黄酱、奶酪等含脂肪食品中，可改善該类食品的加工特性。另外，利用该特性，硫酸软骨素可以像菊糖一样，在上述食品中代替脂类50%～90%，可用于减少该类食品的热量，作为代脂食品添加剂使用[10]。

2.2.4 起泡性和持泡率 图10中时间为1 min时，对应的纵坐标为起泡率表示起泡性，时间为5、10、15、20 min时，对应的纵坐标为泡沫膨胀率表示持泡率，因鸡CS高纯品样品溶液在搅拌过程中没有任何起泡现象，泡沫体积为零，所以未在图10中显示。

总体可以看出，CS的起泡能力低于蛋清，不宜用于冰淇淋和奶油等需要起泡多的食品，可应用于低泡啤酒和低泡葡萄酒中作为起泡剂。鲟鱼CS高纯品的起泡率和持泡率都较低，而且泡沫膨胀体积变化平稳，证明持泡率稳定，不易消泡，最适宜应用到低泡食品中，不仅使食品保持良好的低泡状态，又能增加营养。

3 小结

硫酸软骨素可溶于水，不溶于乙醇、丙酮、乙酸乙酷、正丁醇等有机溶剂，因此CS可用于水体系食品中，增强食品营养功能，开发新的保健食品。高纯度的硫酸软骨素，尤其以鲟鱼为提取来源，其次以猪为来源的，吸油性要远好于酪蛋白，因此应用于代脂食品中如香肠奶酪等，以减少食品热量；起泡性和持泡率均低于蛋清，但鲟鱼硫酸软骨素高纯品的持泡率最为稳定，所测定20 min内持泡率一直维持在15%，泡沫稳定细密不易破裂，可用于低泡饮品和清洁型护肤品；硫酸软骨素吸水性和保水性均低于甘油，但甘油吸水性和保水性太强，会造成返吸现象，不利于产品的保湿功能，最合适的是以鸡软骨为提取来源的硫酸软骨素，纯度为22.4%的鸡CS粗品的吸水性和保水性与纯度为95%的鸡CS高纯的相比相差不大，因此将其应用到肉制品中或者保湿型护肤中时纯度不宜过高，纯度为22%以上就能达到吸水和保水的功能，以免造成不必要的浪费。因此，硫酸软骨素可广泛适用于低泡饮料、肉制品、奶制品、代脂食品、化妆品等产品中的主辅材料，这将增加上述产品食用品质、商品价值与保健功能，可在食品、保健食品、药品或化妆品行业广泛应用[11]。

参考文献：

[1] 郑 江，关瑞章，黄文树，等.鲟鱼硫酸软骨素的纯化及其特性[J].水产学报，2008，15（8）：22-25.

[2] 鲁 涛，张明友，杨海军.硫酸软骨素行业发展现状[J].精细与专用化妆品，2014，22（8）：43-45.

[3] 李 鑫.硫酸软骨素的提取和纯化方法的研究[J].天然产物研究与开发，2004，12（16）：597-602.

[4] 刘春梅.硫酸软骨素的提取与纯化及性质研究[D].长春：吉林大学，2007.

[5] 周 叶，赵 婷.咔唑法测定中华鲟软骨中硫酸软骨素的含量[J].安徽农业科学，2011，39（19）：11597-11598.

[6] 陈 亚.猪喉软骨制备硫酸软骨素碱提工艺的优化[J].江苏农业科学，2012，40（9）：243-246.

[7] 王 鑫，徐丽萍，宋志鹏.鸡软骨中硫酸软骨素的分离纯化[J].食品与发酵工业，2005，25（33）：33-36.

[8] 曹岳华，彭国庆，刘 辉.硫酸软骨素在医学上的应用概况[J].中国药学，2010，45（23）：27-30.

[9] 裴 彤.低分子硫酸软骨素的制备及对软骨修复作用的研究[D].山东青岛：青岛大学，2014.

[10] 黄雪松，李颖石，石思迷.大蒜多糖功能性質的研究[J].现代食品科学，2009，6（25）：588-591.

[11] 刘 宁，刘雅楠，刘 涛，等.硫酸软骨素的制备研究及发展现状[J].食品工业科技，2014，3（58）：392-395，400.

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