乙醇阻溶体积分数对魔芋葡甘聚糖结构及性能影响

陈士勇，汪 超,2,*，靳贞亮，周兴才，钟晓玲，宋 娟，姜发堂,2

(1.湖北工业大学生物工程学院，湖北 武汉 430068；2 .武汉力诚生物科技有限公司，湖北 武汉 430068)

乙醇阻溶体积分数对魔芋葡甘聚糖结构及性能影响

陈士勇1，汪 超1,2,*，靳贞亮1，周兴才1，钟晓玲1，宋 娟1，姜发堂1,2

(1.湖北工业大学生物工程学院，湖北 武汉 430068；2 .武汉力诚生物科技有限公司，湖北 武汉 430068)

运用激光粒度仪考察不同乙醇体积分数下的KGM粒度变化，分析其流变性能差异，并探讨阻溶剂乙醇对KGM结构的影响。结果显示：KGM的比表面积随乙醇体积分数增加而逐渐增大，其相对应的中位径、峰值黏度和溶胀速率随之降低，反映出乙醇阻溶体积分数影响其性能的变化。SEM、FT-IR及X-ray分析表明高体积分数的乙醇能促使KGM分子链之间形成的氢键作用加强，局部有序层叠排列的结构，与其性能大小相印证。

魔芋葡甘聚糖；乙醇溶液；阻溶；结构；性能

魔芋(Amorphallus konjac K.Koch)属天南星科多年生草本块茎植物，其主要成分魔芋葡甘聚糖(KGM)是由D-吡喃葡萄糖和D-吡喃甘露糖以1:1.6～1:1.8通过β-(1→4)糖苷键连接的多糖[1-2]，每隔19个糖残基含有一个乙酰基团[3]。KGM它具有良好的保水、胶凝、增稠和成膜等多种特性，已广泛应用于食品[4-5]、生物医药[6]、化妆及包装[7]等领域。

多糖的分离纯化是研究其性质、结构、构效关系及生物活性的基础。目前纯化KGM的方法主要有乙醇沉淀[8]、铜络合法[9]、改进乙醇提取法[10]等多种方法。采用乙醇作为纯化KGM的阻溶剂，因其纯化条件温和、无毒、成本低而倍受青睐。然而乙醇体积分数的大小会致使阻溶液的极性发生变化，这将影响KGM的结构与性能。目前关于KGM在不同乙醇体积分数中的结构及性能的研究鲜见报道。本实验运用激光粒度仪考察不同乙醇体积分数下的KGM粒度变化，分析其流变性能差异，并探讨阻溶剂乙醇对KGM结构的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

魔芋微粉(花魔芋，特级粉)购于上海北连食品有限公司。

无水乙醇(国产分析纯) 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

BT-9300H 激光粒度分布仪 丹东市百特仪器有限公司；NDJ-8S 型旋转数显黏度计 上海精密科学仪器有限公司；JSM-5610LV 扫描电镜 日本电子公司；NEXVS傅立叶红外光谱仪 美国Nicolet公司；D/MAX HIB X-射线衍射仪 日本理学株式会社。

1.3 方法

1.3.1 KGM粉阻溶处理

以不同体积分数乙醇为阻溶剂，参照易春艳等[11]的纯化方法阻溶处理制备KGM微粉，改变阻溶剂中乙醇体积分数，并于室温下电动搅拌器搅拌24h以上，经鼓风干燥获得乙醇阻溶处理的KGM微粉。

1.3.2 KGM粒度测定

采用激光粒度分布仪，以不同体积分数乙醇溶液为作为各组实验背景扣除，然后测定KGM在不同体积分数乙醇溶液中的中位径(D50)、比表面积(S)。每组实验重复3次，并求其平均值。

1.3.3 红外测定

准确称取纯化后的定量KGM，加定量的KBr压片制样，采用岛津FT-IR红外光谱仪分析。

1.3.4 扫描电镜观察

准确称取纯化后的K G M粉置于铜台喷金(厚度20nm)，真空度为13.3Pa，加速电压为30kV，观察其表面微观形貌。

1.3.5 X-射线

采用广角衍射仪D/MAX HIB测试，以无水乙醇固定样品，测试条件：C u kα辐射，管压3 0 k V，管流50mA，扫描速率5°/min，2θ从5～50°扫描范围，狭缝宽度0.3mm，步长0.02°，滤波片Ni，温度20℃，湿度70%。

2 结果与分析

2.1 KGM的粒径分布

由图1可知，KGM的粒度分布总体呈正态分布。KGM在较低乙醇体积分数30%中的粒度分布相对较宽，在乙醇体积分数90%时分布明显较窄，可见乙醇体积分数的大小直接影响了KGM的粒径分布。

图1 KGM粒径分布图。Fig.1 Diameter distribution of KGM particles

2.2 KGM中位径(D50)、比表面积(S)与乙醇体积分数的相关性

图2 KGM的D50、S与φ乙醇的相关性Fig.2 Correlation of D50and S with φalcoholof KGM

图2 显示了不同体积分数乙醇溶液中KGM的D50与S变化。随乙醇体积分数提高，D50与S的递增趋势均符合二次多项式变化，且D50由116μm(乙醇体积分数30%)降低至69μm(乙醇体积分数90%)，对应的S由24.26m2/kg增至32.38m2/kg。D50和S产生的显著变化，可能是低乙醇体积分数体系中KGM与乙醇共同竞争水分，使得KGM能获取少量水分达到一定程度的润胀；而高体积分数乙醇可有效争夺水分而致使KGM严重脱水，局部KGM分子之间相互堆砌发生内聚收缩。

2.3 溶胀速率(v)、峰值黏度(ηmax)与乙醇体积分数的相关性

图3 KGMηm a x、v与φ乙醇的相关性Fig.3 Correlation ofηmax and vmax with φalcohol of KGM

经不同体积分数乙醇阻溶处理后的KGM在水溶液中溶胀后的ηmax，v与乙醇体积分数的相关性见图3。ηmax与v均随乙醇体积分数梯度升高而呈线性递减，且乙醇体积分数升至90%时，ηmax降低了17.89%，v减慢了1.8倍。KGM流变性能的显著降低，可能是高体积分数乙醇可促使KGM分子链进行内聚收缩而导致其氢键相互作用增强，影响了KGM的水合程度和效率。

2.4 FI-IR分析

图4 KGM的红外光谱图Fig.4 FT-IR spectrum of KGM

图4 为经不同乙醇体积分数阻溶处理后的KGM红外光谱图，图谱均显示了3400cm-1附近的多糖-OH吸收峰，1721cm-1的乙酰基团特征峰，880cm-1和808cm-1的吡喃葡萄糖与β-D吡喃甘露糖吸收峰[12]。说明阻溶处理并未改变KGM的一级结构。随乙醇体积分数提高，-OH振动峰明显增强，这可能是分子间氢键相互作用增强的结果。

2.5 SEM分析

图5 KGM粉微观形貌图(×5000)Fig.5 Micro-morphology of KGM powder (×5000)

图5 显示了经不同乙醇体积分数阻溶处理后KGM的SEM图。未经阻溶处理的魔芋精粉，其表面结构褶皱较为明显；30%乙醇体积分数处理可见KGM表面局部形成塌陷，随乙醇体积分数增大其表面略显饱满平整。这可能是较低乙醇体积分数能促使KGM部分润胀并有效浸出其表层附着的小分子杂质，形成局部塌陷；而较高乙醇体积分数可争夺水分致使KGM脱水，局部KGM分子之间相互堆砌发生内聚收缩。

2.6 X-Ray分析

图6 KGM粉X射线图Fig.6 X-ray diffraction patterns of KGM powder

图6 为经不同乙醇体积分数阻溶处理后KGM的X射线图，4个图谱均呈现形状相似的弥散峰，且随乙醇体积分数提高，其弥散峰衍射强度略有增强。这可能是高体积分数乙醇可致使KGM分子内聚收缩，KGM分子之间氢键相互作用增强，而诱导局部形成有序的短程结构。

3 结 论

3.1 KGM的比表面积随乙醇体积分数增加而逐渐增大，其相对应的中位径、峰值黏度和溶胀速率随之降低，反映出乙醇阻溶体积分数对其性能的影响。

3.2 SEM、FT-IR及X-ray分析表明高体积分数的乙醇体积分数能促使KGM分子链之间形成氢键作用加强，局部有序层叠排列的结构，与其性能大小相印证。

3.3 高体积分数的乙醇对于KGM结构深层次的影响尚待进一步研究。

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Influence of Alcohol Treatment at Various Concentrations on the Structure and Properties of Konjac Glucomannan

CHEN Shi-yong1，WANG Chao1,2,*，JIN Zhen-liang1，ZHOU Xing-cai1，ZHONG Xiao-ling1，SONG Juan1，JIANG Fa-tang1,2
(1. College of Bioengineering, Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China；2. Wuhan Licheng Biotechnology Co. Ltd., Wuhan 430068, China)

The change of KGM particle size in different alcohol concentration (φalcohol) was detected by using laser particle size analyzer, and the differences in rheological performance as well as the effect of alcohol inhibitor solvent on the structure of KGM were investigated. The results showed that the specific surface area of KGM increased with φalcoho, while the medium diameter, peak viscosity (ηmax) and swelling rate reduced, which implied that the concentration of alcohol inhibitor affects the performance of KGM. SEM, FT-IR and X-ray analysis showed that high concentration of alcohol could promote the hydrogen bonds among the molecules chains of KGM, producing a sequentially overlapped structure in part, which can be evidenced by its performance.

konjac glucomannan；alcohol /solution；solvent resistance；structure；performance

TQ929.2

A

1002-6630(2011)03-0073-03

2010-03-19

武汉市“晨光计划”项目(20065004116-52)；湖北省教育厅项目(20063036)

陈士勇(1984—)，男，硕士研究生，主要从事天然产物化学研究。E-mail：chenshiyong8409@126.com

*通信作者：汪超 (1978—)，男， 副教授，博士，主要从事天然产物化学研究。E-mail：wangchao5412@163.com