一種基于濃度校正的明膠膠液黏度檢測方法

樂建軍，吳永江

1(浙江大學(xué)藥學(xué)院，浙江杭州，310058)2(普邦明膠(溫州)有限公司，浙江溫州，325401)

黏度是明膠的關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)，影響明膠黏度的因素包括從原料儲(chǔ)運(yùn)、提取、過濾和離子交換［1］等各個(gè)工序的參數(shù)，最終表現(xiàn)為蛋白多肽鏈的長短和分子質(zhì)量的大小［2］。勃氏黏度和恩氏黏度是2種有區(qū)別但可進(jìn)行結(jié)果換算的常用檢測方法［3］，原理均為在特定溫度條件下，測試特定濃度的固定體積明膠膠液流經(jīng)毛細(xì)管所需的時(shí)間，因此檢測值與膠液濃度具有直接的關(guān)系。常用的樣品配制濃度為66.7 mg/mL和125 mg/mL等。但上述方法實(shí)際應(yīng)用中有其局限性，無法直接應(yīng)用于各工序膠液黏度的監(jiān)控，其原因在于明膠生產(chǎn)過程中和黏度特性相關(guān)的幾個(gè)關(guān)鍵工藝節(jié)點(diǎn)，如過濾后稀膠、離子交換前后膠液、超濾膠液和半成品，膠液濃度均處于動(dòng)態(tài)變化過程中，既不便于進(jìn)行單一批次黏度數(shù)據(jù)的前后比較，也影響不同批次間數(shù)據(jù)的對(duì)比分析。因此，監(jiān)測各個(gè)階段膠液的黏度，需要以合適的方式將該濃度條件下的膠液黏度轉(zhuǎn)換為成品檢測濃度條件下(66.7 mg/mL)的黏度值，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可比性和產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)的可追溯性。

本文選用足夠的樣本對(duì)前后工序基于濃度的黏度值分布以散點(diǎn)圖的形式進(jìn)行了分析，據(jù)此確定合適的范圍以選取不同黏度品質(zhì)的明膠參比樣品，每一份明膠參比樣品繪制同品質(zhì)明膠黏度值隨濃度變化的相關(guān)性曲線，涵蓋工藝濃度黏度值范圍的相關(guān)性曲線疊加即可用于指導(dǎo)不同濃度的黏度值的換算。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器:

明膠參比樣品:不同勃氏黏度水平的明膠精制樣品，普邦明膠(溫州)有限公司。

HZ-10B糖量計(jì)，分度值1 mg/mL，測量范圍0～100 mg/mL，廣州市華智儀器儀表有限公司;ND-1勃氏黏度測試儀，天津市國銘醫(yī)藥設(shè)備有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 參比樣品的制備和標(biāo)定

選取質(zhì)量均一的13批半成品明膠。相鄰批次間勃氏黏度檢測值間隔約0.4 mPa·s，其中最低黏度約2.0 mPa·s，最高黏度約8.0 mPa·s，實(shí)現(xiàn)分布范圍涵蓋不同品質(zhì)明膠的黏度值。每一批參比樣品分別切粒，過60目篩后混合，并按照GB6783-1994標(biāo)定勃氏黏度值。

1.2.2 膠液黏度轉(zhuǎn)換測試方法

膠液黏度轉(zhuǎn)換測試需首先直接測得膠液黏度值和濃度值，然后依據(jù)黏度和濃度的函數(shù)關(guān)系或相關(guān)性曲線實(shí)現(xiàn)基于濃度的黏度值轉(zhuǎn)換。

其中，黏度測試方法參照GB6783-1994食品添加劑明膠勃氏黏度測試方法，樣品溶液為固體明膠配制成的66.7 mg/mL明膠水溶液;濃度測試方法采用經(jīng)凱氏定氮法校準(zhǔn)的糖量計(jì)直接讀數(shù)法進(jìn)行膠液濃度測量［4］，亦可考慮采用成熟的在線測量系統(tǒng)［5］。

1.2.3 黏度標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與相關(guān)性曲線的繪制

相關(guān)性曲線的范圍依據(jù)各工序膠液的濃度分布圖，根據(jù)該分布圖確定黏度Y-濃度X相關(guān)性曲線的濃度X分布區(qū)間，每份參比樣品都根據(jù)該濃度分布區(qū)間配制1.0 mg/mL等距濃度溶液，分別測試所有參比樣品的所有不同濃度膠液黏度值，并基于每一份參比樣品的黏度和濃度測試結(jié)果繪制獨(dú)立的相關(guān)性曲線和求得函數(shù)關(guān)系。

1.2.4 樣品分析

按照所得函數(shù)關(guān)系和相關(guān)性曲線，將不同工序明膠液檢測勃氏黏度和濃度后，將該濃度下的黏度值轉(zhuǎn)換為66.7 mg/mL(即固體明膠檢測濃度)濃度的膠液黏度值。通過分析相關(guān)樣品，可以幫助判斷工藝過程中膠液黏度的變化規(guī)律。

2 結(jié)果與分析

2.1 參比樣品精制條件的選擇

參比樣品應(yīng)顆粒均勻，便于快速溶脹、溶解和測量膠液黏度。相較應(yīng)用廣泛的20目明膠粗顆粒而言，過60目篩的明膠細(xì)粉溶脹和溶解過程更快，黏度變化可以忽略不計(jì)。

2.2 黏度轉(zhuǎn)換測試條件的選擇

本研究發(fā)現(xiàn)，在2～8℃條件下50.0 mg/mL濃度下，5.0 mPa·s黏度膠液12 h內(nèi)黏度下降值不超過0.1 mPa·s;在65℃檢測條件下相同膠液1 h內(nèi)黏度即可下降0.1 mPa·s，因此，樣品溶液應(yīng)現(xiàn)配現(xiàn)用。待測的膠液或凝膠應(yīng)保存在冷藏溫度下不超過12 h進(jìn)行檢測。

根據(jù)膠液黏度和濃度分布范圍(見圖1)，本研究確定合適的黏度值的濃度轉(zhuǎn)換范圍為30～120 mg/mL［6］，轉(zhuǎn)換圖濃度 X 分度值2 mg/mL，勃氏黏度 Y分度值0.2 mPa·s，適用于30 mg/mL以上濃度膠液的黏度值測量(其中，高于60 mg/mL濃度的膠液應(yīng)先等體積稀釋，然后測量)。

圖1 膠液黏度和濃度分布范圍Fig.1 Concentration and viscosity distribution of gelatin solution

2.3 膠液黏度與濃度相關(guān)性曲線

獲得的膠液黏度與濃度相關(guān)性曲線見圖2。在規(guī)定的黏度測試條件下，參比溶液黏度與濃度正相關(guān)，成弧線分布。不同參比樣品在1.0～6.0 mg/mL內(nèi)曲線無交叉，黏度與濃度成不同系數(shù)的二次函數(shù)(拋物線)關(guān)系［7］。R2均不小于0.999。

圖2 膠液黏度相關(guān)性曲線Fig.2 Standard curves of gelatin viscosity

2.4 方法學(xué)考察

2.4.1 精密度試驗(yàn)

選取1份黏度為4.5 mPa·s的明膠樣品，配制成60 mg/mL濃度的水溶液6份，測試濃度和黏度后(其中90 mg/mL溶液再度稀釋2倍后測試)進(jìn)行黏度轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)見表1，精密度實(shí)驗(yàn)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)1.7%，表明該方法精密度良好。

表1 精密度試驗(yàn)Table 1 Precision of the measured result

2.4.2 重現(xiàn)性試驗(yàn)

選取一份黏度為4.5 mPa·s的明膠參比樣品，配制成30，60，90 mg/mL濃度的水溶液9份，測試濃度和黏度后(其中90 mg/mL溶液再度稀釋2倍后測試)進(jìn)行黏度轉(zhuǎn)換，方法重現(xiàn)性數(shù)據(jù)見表2，結(jié)果表明此方法重現(xiàn)性良好。

2.4.3 膠液黏度回收率試驗(yàn)

回收率試驗(yàn)的樣品和溶液配制見重現(xiàn)性試驗(yàn)。考察不同膠液依據(jù)本方法的測試值相對(duì)于參比樣品黏度標(biāo)定值的回收率，其中參比樣品標(biāo)定報(bào)告值為4.5 mPa·s。數(shù)據(jù)見表3，回收率分布區(qū)間95%～105%，平均回收率100.4%，回收率相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差2.8%.均符合要求。

表2 重現(xiàn)性試驗(yàn)Table 2 Reproductivity of the measured result

表3 回收率試驗(yàn)Table 3 Recovery of the measured result

2.4.4 膠液穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

采用某生產(chǎn)批次首道膠液，分別在室溫(23℃)和冷藏條件下(2～8℃)存放，間隔指定時(shí)間進(jìn)行重復(fù)測量，結(jié)果見表4。

表4 膠液穩(wěn)定性試驗(yàn)Table 4 Stability testing of gelatin solution

根據(jù)稀膠液穩(wěn)定性數(shù)據(jù)，可見膠液在冷藏條件下24 h內(nèi)黏度水平基本穩(wěn)定，室溫下4 h內(nèi)黏度水平保持穩(wěn)定［8］，提膠溫度條件下放置時(shí)間越長，則黏度損失越嚴(yán)重［9］。

2.5 各工序明膠液黏度的分析

在依據(jù)黏度-濃度曲線對(duì)膠液黏度進(jìn)行濃度換算的基礎(chǔ)上，本文對(duì)持續(xù)批次明膠各工序膠液進(jìn)行66.7 mg/mL濃度下黏度趨勢分析，可見，每個(gè)單一批次生產(chǎn)過程中過濾后的稀膠液隨著時(shí)間變化，黏度會(huì)持續(xù)下降，直至離子交換工序結(jié)束［10］。短時(shí)間的濕熱滅菌和干燥未對(duì)明膠黏度特性產(chǎn)生明顯影響。

圖3 連續(xù)工序膠液黏度趨勢Fig.3 Consecutive processes viscosity trend of gelatin solution

3 結(jié)論

本研究所得的基于濃度校正的膠液黏度測試方法采用0～100 mg/mL檢測范圍糖量計(jì)測試膠液濃度，采用勃氏黏度法測試膠液黏度，再依據(jù)明膠膠液黏度-濃度曲線圖實(shí)現(xiàn)不同濃度的明膠膠液的黏度轉(zhuǎn)換，適用的膠液濃度范圍為30～120 mg/mL。本方法曲線相關(guān)性良好，方法精密度和回收率符合要求。方法的正確應(yīng)用需注意糖量計(jì)的定期校準(zhǔn)，膠液在不超過室溫條件下存放以及及時(shí)檢測。本方法快速簡便，可以廣泛應(yīng)用于評(píng)估不同工藝工序?qū)γ髂z黏度的影響和實(shí)現(xiàn)對(duì)明膠中間過程的監(jiān)控。

［1］ Chatterjee S，Bohidar H B.Effect of cationic size on gelation temperature and properties of gelatin hydrogels［J］.International Journal of Biological Macromolecules，2005，35(1-2):81-83.

［2］ 姜瑩，周雅婷.明膠分子量與黏度的關(guān)系［J］.明膠科學(xué)與技術(shù)，2010，30(3):132-135.

［3］ 曾國愛.明膠生產(chǎn)中控公式［J］.明膠科學(xué)與技術(shù)，2004，24(3):126-129.

［4］ YUAN X J，QIAO C D，LI J Y，et al.Viscometric study of the gelatin solutions ranging from dilute to extremly dilute concentrations［J］.Journal of Macromolecular Science，2011，50(8):1 481-1 490.

［5］ 胡燕祝，吳宇宏，林振鋒.流體多變量在線監(jiān)測的方法及數(shù)學(xué)模型的分析［J］.石油化工，2003，32(4):310-312.

［6］ Rafiaean F，Karamet J，Kadivar M.Optimization of gelatin extraction from chicken deboner residue using RSM method［J］.Journal of Food Science and Technology，2013，50(2):374-380.

［7］ ZHANG Dan，HUANG Xin，HU Yang，et al.New insights into viscosity abnormality of sodium alginate aqueous solution［J］.Carbohydrate Polymers，2010，81(4):948-952.

［8］ LI Yi，CHENG Rong-shi.Viscometric study of gelatin in dilute aqueous solution ［J］.Journal of Polymer Science Part B:Polymer Physics，2006，44(13):1 804-1 812.

［9］ LIU Yan，LIU Ling-rong，CHEN Ming-mao.Double thermal transitions of type I collagen in acidic solution［J］.Biopolymers，2007，86(4):282-287.

［10］ QIAO Cong-de，CHEN Guang-xin，LI Yu-long，et al.Viscosity properties of gelatin in solutions of monovalent and divalent salts［J］.Korea-Australia Rheology Journal，2013，25(4):227-231.