麥芽糖醇標準樣品的研制

段文娟，李月，耿巖玲，王曉

(齊魯工業大學(山東省科學院) 山東省分析測試中心 山東省中藥質量控制技術重點實驗室，山東 濟南 250014)

標準樣品是由國家質量監督檢驗檢疫總局國家標準化管理委員會批準的實物標準，是標準的另一種存在形式，是標準化技術發展到一定階段的產物，其與文字標準合在一起構成完整的標準形態[1]。GB/T 15000.3—2008和ISO指南35—2006規定標準樣品為一種或多種規定特性足夠均勻和穩定的材料，已被確定其符合測量過程的預備用途，用途可包括測量系統校準、測量程序評估、給其他材料賦值和質量控制[2]。隨著標準樣品在確保測量結果的準確、可靠，與國際等效，在方法驗證、實驗室評估和儀器校準等方面的廣泛應用，其地位和作用日益顯著。

圖1 麥芽糖醇的化學結構式Fig.1 Chemical structure of maltitol

麥芽糖醇的化學名稱為4-O-α-D-吡喃葡萄糖基山梨醇，分子式為C12H24O11(圖1)，是麥芽糖加氫還原后精制而成的一種雙糖醇[3]，甜度為蔗糖的0.8～0.9倍，甜味溫和，是一種新型的功能性甜味劑。麥芽糖醇在動物體內很難被消化代謝，熱值僅為蔗糖的十分之一，耐酸性和耐熱性優于蔗糖、木糖醇和山梨糖醇[4]。研究表明麥芽糖醇可顯著提高鈣的吸收和保留率[5]、預防齲齒[6]、不刺激胰島素分泌、維持血糖穩定[7]，是一種理想的甜味劑。麥芽糖醇是一種安全、無毒害的食品添加劑，其安全性得到國家食品藥品監督管理總局、聯合國食品和農業組織、世界衛生組織認可，可添加于各類動物性食品中，且對添加限量不做規定[8]。近年來，麥芽糖醇已廣泛用于食品、化工、保健品及化妝品行業。我國也出臺了相關標準[9-10]，建立了相關產品中麥芽糖醇含量測定方法，以確保產品質量。但我國目前沒有麥芽糖醇國家標準樣品，為了滿足產品分析檢測和質量控制的需求，本研究以市售麥芽糖醇為原料，按照GB/T 15000標準樣品研制的系列工作導則的要求，經過分離純化、結構鑒定、純度分析、均勻性檢驗、穩定性檢驗和定值，研制出純度大于99%、不確定度小于1%的麥芽糖醇國家標準樣品，為麥芽糖醇的深入研究以及相關產品的分析檢測和質量控制提供物質基礎。

1 儀器與材料

1.1 儀器

Agilent 1260高效液相色譜儀(美國Agilent公司)385-ELSD蒸發光散射檢測器及色譜工作站；島津LC-6AD制備液相色譜儀(日本SHIMADZU公司)；旋轉蒸發儀R-3(瑞士BUCHI公司)；Agilent 6520 Q-TOF液相質譜儀(美國Agilent公司)；TG-40 DTA-40M型熱重分析儀(日本SHIMADZU公司)；UV-2550型紫外可見分光光度計(日本SHIMADZU公司)；WRS-1B型數字熔點儀(上海精密科學儀器有限公司)；Vertex 70紅外光譜儀(德國BRUKER公司)；BRUKER 400 MHz核磁共振波譜儀(德國BRUKER公司)；冷凍干燥儀(寧波新芝生物科技股份有限公司)；Direct-Q8超純水機(法國Merck Millipore公司)。

1.2 材料與試劑

麥芽糖醇對照品(市購)，乙醇、甲醇為分析純(天津廣成化學試劑有限公司)，高效液相色譜用甲醇、乙腈為色譜純(德國默克公司)，水為實驗室自制超純水。

2 方法與結果

2.1 樣品的制備

在獨立和潔凈的操作間，采用2 mL棕色樣品瓶將麥芽糖醇粉末分裝，每瓶10 mg，共分裝120瓶，以1～120號計，分裝好的樣品在4 ℃冰箱保存。

2.2 純度分析

2.2.1 分析條件

2.2.2 樣品溶液制備

精密稱取木糖醇樣品2.0 mg，加1.0 mL超純水超聲溶解，過0.45 μm微孔濾膜過濾，得到2 mg/mL的樣品溶液。麥芽糖醇的高效液相色譜圖見圖2。

圖2 麥芽糖醇的HPLC圖譜 Fig.2 HPLC chromatogram of maltitol

2.2.3 薄層鑒別

(a) V(正丁醇) V(乙醇) V(水)=1 (b) V(異丙醇) V(水) V(氨水)=1 圖3 麥芽糖醇的薄層彩色圖譜Fig. 3 TLC chromatogram of maltitol

2.2.4 熱重分析

精密稱取樣品5 mg，放置于熱重用的坩堝中，分析條件：初始溫度為35 ℃，最終溫度為800 ℃，以10 ℃/min的速率升溫，氣體N2，流速100 mL/min。分析結果顯示，溫度在35.0～262.0 ℃內，熱重(TG)曲線無明顯變化，說明被測試的樣品中基本不含吸附水或者揮發性物質，且樣品的熱穩定性好。當溫度增加超過262.0 ℃時，樣品開始分解。麥芽糖醇的熱重分析圖譜見圖4。

2.3 結構鑒定

采用紫外光譜(UV)、紅外光譜(IR)、高分辨質譜(HR-ESI-MS)、核磁共振(NMR)對樣品的結構進行鑒定，結果表明與文獻[11]報道的數據一致。

2.3.1 紫外光譜檢測

麥芽糖醇(超純水)在190～600 nm的波長內，除末端吸收外，在其他波長范圍內無紫外吸收，結果如圖5所示。

圖5 麥芽糖醇的紫外光譜圖 Fig.5 UV spectrum of maltitol

2.3.2 紅外光譜分析

稱量樣品10 mg與KBr混合均勻并壓片，掃描波數在400～4000 cm-1范圍測定紅外光譜，解析結果見表1。

表1 麥芽糖醇的紅外光譜數據Table1 IR data of maltitol

2.3.3 高分辨質譜分析

高分辨質譜分析條件：電噴霧離子源，載氣為氮氣，載氣流速為10 L/min，載氣溫度為300 ℃，毛細管電壓為4.0 kV，掃描范圍m/z為100～1000。

實測值是m/z=367.124 0 [M-H]-，計算值是m/z=343.123 9 [M-H]-；實測值是m/z=367.121 6 [M+Na]+，計算值是m/z=367.122 6 [M+Na]+；推測分子式為C12H24O11。

2.3.4 核磁共振波譜分析

麥芽糖醇樣品溶于D2O中，分別測定1H NMR和13C NMR數據，與文獻[11-12]報道對比，基本一致，核磁數據歸屬見表2。

表2 麥芽糖醇的核磁共振氫譜和碳譜數據(氘代溶劑D2O)Table 2 NMR and carbon spectral data of maltitol (deuterated solvent D2O)

2.4 均勻性

表3 麥芽糖醇均勻性測量數據Table 3 Homogeneity test data of maltitol

表4 麥芽糖醇均勻性檢驗的方差分析Table 4 Variance analysis for the homogeneity test of maltitol

2.5 穩定性

根據標準樣品工作導則GB/T 15000.3—2008標準樣品定值的一般原則和統計方法中第8章穩定性研究的要求，將麥芽糖醇樣品儲存在棕色干燥器中常溫避光保存，以兩年為期，開展實時穩定性研究，對樣品的穩定性進行評估。每6個月對放置在棕色干燥器中的樣品取樣檢驗，采用2.3.1項下建立的HPLC純度分析方法進行測定，每份試樣平行測試5次，峰面積歸一化法進行純度計算，采用t檢驗對數據進行統計分析并計算樣品穩定性引入的不確定度[2]。結果見表5。

表5 麥芽糖醇樣品穩定性檢驗的實驗結果Table 5 Stability test data of maltitol

采用單變量線性模型-線性最小二乘法計算得到截距b0和斜率b1以及相應的標準偏差s(b1)。斜率b1的計算公式如下所示：

(1)

截距b0的計算公式如下所示：

(2)

直線上每點的標準偏差的計算公式如下所示：

(3)

其平方根s=0.018，與斜率相關的不確定度的計算公式如下所示：

(4)

自由度為n-2=3和置信水平p=0.95(95%的顯著水平)條件下，t檢驗的臨界值等于3.182，即t0.95,n-2=3.182。由于式(5)

|b1|

(5)

故斜率并不顯著，因此，此樣品在24個月內是穩定的。

有效期為24個月的長期穩定性引入的不確定度貢獻為：

ults=s(b1)×t=0.01%×24=0.24%。

(6)

2.6 定值

本樣品按照標準樣品工作導則GB/T 15000.3—2008[2]的要求，由多家實驗室采用同一種方法協作定值，參與實驗室的數目為8個。隨機抽取24瓶樣品，每個定值實驗室送3瓶，定值實驗室將樣品配成一定濃度的溶液，每瓶樣品用高效液相色譜儀平行測定2次，采用峰面積歸一化法進行定值[2, 13]。對測定的結果進行單因素方差分析，分析結果見表6～8。

表6 8家實驗室定值數據Table 6 Certification data of 8 laboratories

表7 HPLC純度定值結果的方差分析表Table 7 Variance analysis results ofcertification data by HPLC

表8 HPLC純度定值結果的統計分析表Table 8 Statistic analysis of certification data by HPLC

數據統計的計算公式為：

3 討論

本研究根據GB/T 15000.3—2008標準樣品系列導則[2]的要求，對純化的麥芽糖醇樣品進行了均勻性、穩定性和定值研究。麥芽糖醇標準樣品的總不確定度由標準樣品定值分析引入的不確定度、均勻性實驗引入的不確定度和長期穩定性引入的不確定度3部分組成。采用統計學方法對數據進行處理，麥芽糖醇標準樣品的定值結果為：標準值為99.64%，置信水平為95%的擴展不確定度為0.50% (p=0.95,k=2)，該標準樣品的研制程序符合國家市場監督管理總局對標準樣品研制的相關要求。該標準樣品的研制為麥芽糖醇相關產品的測量校準、質量控制、方法確認等工作提供了物質基礎，確保了測量結果的準確性、可比性、溯源性以及國際等效。同時，本研究為低聚糖類國家標準樣品的研制提供了研究范例。