魔芋葡甘聚糖分子穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們在不斷尋求具有新特性、新功能的智能高分子材料，尤其是具有響應(yīng)特性的高分子水凝膠材料。魔芋葡甘聚糖(Konjac Glucomanan，簡稱KGM)是在魔芋植物中存在的一種水溶性極好的、高分子量的非離子型雜多糖，具有特殊的生物活性，廣泛應(yīng)用于食品、藥物、化妝品、材料等領(lǐng)域，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。魔芋葡甘聚糖具有分子量大、水合能力強(qiáng)、不帶電荷等特性，這些特性決定了它具有優(yōu)良的凝膠性能，即在一定的條件下(如加一

2、定量膠凝劑調(diào)pH值等)，魔芋溶膠液便會(huì)失去流動(dòng)性，變?yōu)閺椥怨腆w或半固體狀態(tài)；KGM凝膠性能還表現(xiàn)在可以與其它食品膠(卡拉膠、黃原膠等)復(fù)配成膠。但是在應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)KGM凝膠性能不穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)是性能變化的原因，因此要研究KGM凝膠性能就要研究其結(jié)構(gòu)。由于多糖本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，對(duì)其結(jié)構(gòu)的研究存在困難，而且多糖三維結(jié)構(gòu)的研究都是通過間接手段進(jìn)行的，不但底物要求復(fù)雜而且給出的結(jié)構(gòu)不夠直觀。為了彌補(bǔ)這些不足，本文在實(shí)驗(yàn)和譜學(xué)研究的基礎(chǔ)上利用分子模

3、擬技術(shù)直觀的給出分子的動(dòng)態(tài)微觀結(jié)構(gòu)，對(duì)有關(guān)現(xiàn)實(shí)原型的各種觀察實(shí)驗(yàn)事實(shí)做出科學(xué)解釋，并研究分子與周圍環(huán)境體系的作用過程。研究包括以下幾個(gè)方面：本文以魔芋葡甘聚糖為試材，首先探討了結(jié)構(gòu)化學(xué)研究方法在凝膠穩(wěn)定性研究中的應(yīng)用，對(duì)魔芋葡甘聚糖的提純進(jìn)行了研究；接著探討了結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究方法在凝膠穩(wěn)定性研究中的應(yīng)用，采用凝膠排阻色譜法對(duì)酶解后的魔芋葡甘聚糖的分子量測定進(jìn)行了探討，考察酶解時(shí)間和高聚物濃度等操作條件對(duì)所測分子量和分子量分布的影響；最后探

4、討理論研究方法在凝膠穩(wěn)定性研究中的應(yīng)用，運(yùn)用分子模擬同儀器分析相結(jié)合的方法探討了濃度、分子量、pn值、溫度、氫鍵對(duì)不同分子量的魔芋葡甘聚糖凝膠穩(wěn)定性的影響。 主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下： 1．結(jié)構(gòu)化學(xué)研究方法在凝膠穩(wěn)定性研究中的應(yīng)用 結(jié)構(gòu)不同性能也不同，為了要研究：KGM的結(jié)構(gòu)，有必要對(duì)其進(jìn)行提純。魔芋精粉中SO<,2>的含量是其質(zhì)量的重要指標(biāo)。但由于加工工藝落后，含硫量高，嚴(yán)重影響了魔芋食品的穩(wěn)定性，所以以SO<,

5、2>脫除率為提純指標(biāo)。魔芋精粉3g在70℃、pH值為5的檸檬酸溶液中溶脹1h，可使魔芋精粉中的含硫量降至最低，SO<,2>脫除率可達(dá)90％，并且由于純化過程中部分去除了原粉中含有蛋白質(zhì)、淀粉等物質(zhì)，純化后的KGM較純化前感官性狀改善明顯，純化后的魔芋精粉潔白、無異味，且其水溶膠的穩(wěn)定性比提純前有所提高，抗菌能力得到加強(qiáng)，存放時(shí)間增長一倍。 2．結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究方法在凝膠穩(wěn)定性研究中的應(yīng)用 多糖的分子量對(duì)其結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用方

6、面具有很大的影響，分子量大小不同，其生理活性也不一樣；將多糖降解到適宜的分子量，可得到高活性的多糖片段或寡糖。由于不同分子量大小的KGM具有不同的性質(zhì)，因此有必要在它的分子量大小方面作選擇。酶降解由于具有專一性，降解條件和過程易于控制，無副反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，近年來常應(yīng)用于多糖的降解。魔芋精粉3g中加入酶活力180U的纖維素酶，在50℃條件下，pH值為6.0，100 mL水中反應(yīng)。由于KGM溶膠粘度會(huì)隨著分子量的下降而顯著下降。以粘度為參考指標(biāo)

7、，選擇酶解時(shí)間為10min、20min、30min，制備不同分子量的魔芋葡甘聚糖。比較發(fā)現(xiàn)隨著反應(yīng)時(shí)間的增長其凝膠的穩(wěn)定性也下降，容易析出水分，導(dǎo)致其抗菌性也下降。將不同分子量的魔芋葡甘聚糖的多糖樣品分別溶于雙蒸水中配成濃度為0.5％的溶液，離心，經(jīng)0.22μm微孔濾膜過濾，利用凝膠排阻色譜法，用GPC軟件計(jì)算各樣品的分子量。濃度0.5％的KGM所得低聚糖的分子量主要分布在數(shù)均相對(duì)分子量在204922～265322之間，重均相對(duì)分子量在

8、．538737～697832之間。 3．理論研究方法在凝膠穩(wěn)定性研究中的應(yīng)用 運(yùn)用分子模擬同譜學(xué)分析相結(jié)合的手段探討了濃度、分子量、pH值、溫度、氫鍵對(duì)不同分子量的魔芋葡甘聚糖凝膠穩(wěn)定性的影響。分析表明： (1)采用兩因素正交實(shí)驗(yàn)分別探討了KGM的濃度、KGM的分子量二因子對(duì)KGM凝膠的穩(wěn)定性的影響，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)KGM的濃度增大，分子量增大時(shí)，凝膠的粘度、凝膠強(qiáng)度和凍融穩(wěn)定性都增大。通過分子動(dòng)力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)，氫

9、鍵作用是影響其穩(wěn)定性的分子作用力，氫鍵作用的增強(qiáng)提高了其凝膠強(qiáng)度。 (2)采用L<,16>(4<'5>)正交實(shí)驗(yàn)分別探討了KGM/k-卡拉膠的濃度、KGM/k-卡拉膠的比例、KGM的分子量對(duì)KGM凝膠穩(wěn)定性的影響，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)增大KGM/k-卡拉膠的濃度，KGM/k-卡拉膠的配比為4：6時(shí)，分子量增大時(shí)凝膠的穩(wěn)定性提高。通過分子動(dòng)力學(xué)的模擬的穩(wěn)定構(gòu)象可以清楚的看出葡甘聚糖與卡拉膠共混時(shí)形成的分子間氫鍵數(shù)明顯增多，氫鍵作用是影

10、響其穩(wěn)定性的分子作用力，氫鍵作用的增強(qiáng)提高了其凝膠強(qiáng)度。 (3)采用L<,16>(4<'5>)正交實(shí)驗(yàn)分別探討了KGM的濃度、KGM的分子量、尿素對(duì)KGM凝膠的穩(wěn)定性的影響，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)KGM的濃度增大，KGM的分子量增大，尿素的濃度減小，凝膠的穩(wěn)定性提高。通過分子動(dòng)力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)，尿素干擾了葡甘聚糖分子間作用即氫鍵作用，不但使葡甘聚糖與水性成的氫鍵數(shù)減少同時(shí)形成氫鍵的作用位點(diǎn)也發(fā)生了變化。 (4)采用L<,16>(4