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魔芋精粉与黄原胶协同相互作用及其凝胶化的研究

发布日期:2014-11-01 10:30:22
魔芋精粉与黄原胶协同相互作用及其凝胶化的研究先容
魔芋精粉与黄原胶协同相互作用及其凝胶化的研究
魔芋精粉与黄原胶协同相互作用及其凝胶化的研究,魔芋精粉与黄原胶均为非凝胶多糖,但二者共混可以得到凝胶.当魔芋精粉与黄原 胶的共混比例为30/70、多糖总浓度为1%,可达到协同相互作用的最大值.同时也讨论了制 备温度(Tp)和体系盐离子浓度对凝胶化的影响,并从其FTIR谱图上分析了这两种多糖分子 间相互作用的机理.
多糖是一类重要的生物大分子,在自然界中具有举足轻重的地位.凝胶化性质是多糖 大分子生物功能的重要方面,如许多生命过程就是在凝胶态中完成的1 1 .天然多糖尽管 种类繁多,但真正具有工业和商业价值的多糖品种并不多.合成高分子化合物共混为工业 提供了大量新型的高分子产品,而天然多糖共混可以从理论上预测不同结构的多糖之间 将会发生什么样的相互作用,同时还可以改变单纯多糖的性能如粘度或胶凝性,象合成高 分子共混一样提供更多的新型多糖产品.
魔芋精粉的主要组分为葡甘聚糖,约占精粉重量的60%以上.魔芋葡甘聚糖是一种 复合多糖类,它是由D-葡萄糖和D-甘露糖按2 :3或1 :1. 6的摩尔比由卜1,4键多个结合 起来[2].而黄原胶是由黄杆菌产生的一种阴离子多糖[3],分子主链由D-吡喃型葡萄糖经 (M,4键连接而成,具有类似纤维的骨架结构,每两个葡萄糖中的一个C3上连接有一个 三糖侧链,侧链为两个甘露糖和一个葡萄糖醛酸组成.
魔芋精粉与黄原胶均为非凝胶多糖,但是它们在一定的条件下共混可以得到凝胶和 1+:^ 2的増效作用,这就是多糖之间相互作用的结果.利用这种相互作用可以拓宽多糖 产品的应用范围,也有利于认识许多生命现象.本文旨在对我国资源丰富的魔芋精粉与黄 原胶共混进行研究,为拓宽功能多糖产品的应用,奠定一定理论基础.
1实验部分
1 1原料
共混溶胶和凝胶的制备
在一定浓度和共混比例下,将魔芋精粉和黄原胶分别慢慢加入搅拌的蒸馏水中,魔芋精粉与黄原胶协同相互作用及其凝胶化的研究,使其 分散均匀后,放入水浴中恒温到指定温度后进行共混,保温一定时间后得到共混溶胶,室 温放置可得共混凝胶.
13性能测试
1. 3. 1凝胶强度的测定[4]将横截面积为1cm2的有机玻璃棒垂直固定在一个支架上,
并与放在托盘天平左盘烧杯里凝胶表面接触,在天平右盘里慢慢添加砝码直至凝胶表面 破裂,此时砝码的重量,即为凝胶强度.一般测3?5次,取其平均值.
1.3.2粘度的测定使用NDJ-1型旋转式粘度计.
1.3.3熔化温度的测定凝胶的熔化温度(Tg)采用落球法进行测定.首先在试管中制 备一定体积的凝胶,然后在凝胶表面放入一钢球并插入温度计密封试管,温度计的水银泡 尽可能与钢球接近减少温度的误差.以1°C/min的升温速率对试管凝胶进行水浴加热,钢 球下落时的温度即为凝胶的熔化温度,同种凝胶一般测2?3次,取其平均值.
14 FUR谱图分析[5]
Nicolet 170sx傅立叶变换红外光谱仪,分别称取干燥的纯魔芋精粉、纯黄原胶和共混 凝胶破碎粉末与定量的KBr混合压片打出谱图进行分析.
2结果与讨论
21影响多糖共混凝胶化的因素
 
2.1. 1共混比例对凝胶强度的影响多糖总浓度为1%,魔芋精粉(质量为mi)与黄原 胶(质量为W2 )分别按不同的共混比例(W l/ W2 )在 80 °C水浴中进行共混,并恒温40min,取出室温放置 24h以上,分别测得其凝胶强度与共混比例的关系见 图1.从图1可以看出,随着共混比例m1/m2由大慢 慢变小,而凝胶强度由小逐渐增大,当魔芋精粉与黄 原胶的m1/m2为30/70时,凝胶强度达到最大值;
若继续改变两者的共混比例,则凝胶强度又呈下降 趋势.从而说明了两种多糖共混要有一个合适的比 例,才能达到不同分子间相互作用力最大,凝胶化能 力最强,表现为凝胶强度最大.
2. 1. 2温度对凝胶化的影响 2. 1. 2 1制备温度对凝胶强度的影响多糖总浓 度为1%共混比例m1/m2为30/70,分别在不同温Fig1册^^响說^心眶^如100"
度(Tp)进行共混并恒温40min,制备共混凝胶.测得
其凝胶强度与温度的关系见图2.从图2可以看出,随着温度的升高凝胶强度增大.当温 度从20°C升至40°C时,凝胶强度增大的幅度很小,温度大于40 °C以后凝胶强度剧增,
80 °C左右时,凝胶强度达到最大值.若继续升高温度,凝胶强度反而下降,魔芋精粉与黄原胶协同相互作用及其凝胶化的研究,这主要是由于黄 原胶从有序态(螺旋结构)变到无序态(无规线团)的转变温度(Tm)为42 C左右.只有当 71994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://v^ 
Tm时,黄原胶中的无序分子即活化分子才逐渐 增多,这种无序分子就可与魔芋多糖活化分子充分绞 合在一起.若温度继续升高这种无序分子就不断增 多,这两种多糖分子间相互作用凝胶强度明显增大, 在80 °Q左右时达到协同相互作用的最大值.若继续升 温,多糖发生部分降解,凝胶强度发生下降.上述实验 结果表明黄原胶分子构象对共混凝胶化有着极为重 要的作用[6 .在40 °c以下也能生成凝胶,但凝胶强度 比较弱,这主要是由魔芋精粉中的葡甘聚糖与黄原胶 分子间存在比较弱的相互作用而导致部分黄原胶分 子螺旋结构解体的结果.
 
2. 1. 2. 2温度对溶胶粘度的影响多糖总浓度为
Fig. 2Effect 〇f preparation tempemtrne 〇n 1%共混比例为30/70,在不同温度下制得共混溶胶,
jdly-gluc strength测得其粘度列于表1.
Table 1 Viscosity of melting gels at different temperatures
Temperature ( C)30405060708090
Viscosity(Pa°S)3.983.241.621 000.780 220. 19
 
C (mol/L)
Fig. 3 Effect of salt ionic concentration on jelly-glue strength
从表1可以看出,随着温度升高,共混溶胶的粘 度下降,流度学特性变好,有利于不同分子共混和相 互作用,导致凝胶化能力提高.
魔芋精粉与黄原胶共混所生成的凝I胶是一种热 可逆凝胶.即加热凝胶可变成溶胶,溶胶室温放置又 能恢复凝胶.
2. 1. 3盐离子浓度对凝|胶化的影响 2. 1. 3. 1盐离子浓度对凝胶强度的影响多糖总浓 度为1%共混比例为30/70,在80 °Cf分别加入不同 浓度的盐(NaCl)离子(如 0. 01、0. 05、0. 1、0. 2、0. 4、
0. 8mol°L^)测得其凝胶强度与盐离子浓度的关系 见图3.从图3可以看出,随着盐离子浓度增大,多糖 之间凝胶化能力不断提高,其凝胶强度明显增大,分 子间相互作用进一步增强,当盐离子浓度达到 0. 2mol°L^时,其凝胶强度最大,分子间相互作用达到最大值.若盐离子浓度再继续增 大,魔芋精粉与黄原胶协同相互作用及其凝胶化的研究,凝胶强度反而有所降低.其作用机理有待进一步研究.
2. 1. 3. 2盐离子浓度对凝胶熔化温度的影响多糖总浓度为1%,共混比例为30/70,分 别加入不同浓度的盐离子,然后测定在80 C下制成凝胶的熔化温度见表2.
从表2可以看出,随着共混凝胶中盐离子浓度不断增大,凝胶的熔化温度也不断提 高.这也说明了在共混多糖中加入一定量的盐,有利于提高凝1胶的热稳定性.
2. 1. 3. 3盐离子浓度对溶胶粘度的影响多糖总浓度为1%,共混比例为30/70,在 80°C下分别加入不同浓度的盐离子制得共混溶胶,测得其粘度列于表3.
Table 2 Melting temperature on different salt ionic concentrations
Salt ionic concentration C(mol°L 1)
Melting temperature Tg( C)0
45.50.01 47 00 05 49 00. 1 50 00.2 51 00.4 52 00.8 55 0
Table 3 Viscosity of melting gels on different salt ionic concentrations
Salt ionic concentration C(mol°L_1)00 010 050. 10.20.40.8
Viscosity ( Pa。S)0.971 051. 241 291 441 491.62
从表3看出,随着共混体系盐离子浓度的增大,共混溶胶的粘度也增大.
2 2 FTIR分析
 
Fig. 4FTIR spectra of refined konjac
flour xanthan and mixed gelation ( refined
FTIR是探讨分子结构的有力手段,振动谱带的强度、宽度和峰的位置都对分子水平 的高聚物构象及分子环境的改变很灵敏.当两种高聚物 相容时,魔芋精粉与黄原胶协同相互作用及其凝胶化的研究,两种高分子间便存在明显的相互作用.这一相互作用便在FTIR谱上明显表现出来,使得共混物的FTIR 谱有别于纯组分高聚物的FTIR谱,这样大家就可以利 用差谱等手段来确定共混物分子间相互作用的强弱,即 体系的相容程度.若两种高聚物共混后羟基伸缩振动峰 增强并向低波数方向发生位移,那么分子间的氢键必定 增强,即分子间相互作用一定增大.如图4所示.从图4 可以看出“干燥的纯魔芋精粉和纯黄原胶的羟基伸缩振 动峰分别为3285cm_1和3295cm_1,魔芋精粉与黄原胶 的共混比例为70/30、50/50、30/70时,羟基伸缩振动峰 分别红移到3278cm— 3269cm—1和3178cm—这两种多 糖不管以何种比例共混,羟基伸缩振动峰都增强并向低 波数方向发生位移,氢键明显增强.若峰的强度和向低波konjacfbur/xanthan)
数方向位移距离越大,氢键增强也越大.分子间相互作用》100/ 0;) 0/ 100 c〉70/ 30 d) 50/ 50 也越大.在以上三种共混多糖中共混比例为70/30时,分e) 30/70 子间相互作用最小,而30/70时,分子间相互作用最强,表现为凝胶化能力提高,形成的凝 胶强度也最大.这与大家对共混凝胶测试的结果非常吻合.这可能是因为黄原胶是具有羧 基的一种阴离子盐有关.分子中的一 Cp和一Cy能与魔芋精粉形成分子间氢键所致.氢键的存在对共混体系起到了非常重要的增容作用.
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