乙醇阻溶體積分數對魔芋葡甘聚糖結構及性能影響

陳士勇，汪 超,2,*，靳貞亮，周興才，鐘曉玲，宋 娟，姜發堂,2

(1.湖北工業大學生物工程學院，湖北 武漢 430068；2 .武漢力誠生物科技有限公司，湖北 武漢 430068)

乙醇阻溶體積分數對魔芋葡甘聚糖結構及性能影響

陳士勇1，汪 超1,2,*，靳貞亮1，周興才1，鐘曉玲1，宋 娟1，姜發堂1,2

(1.湖北工業大學生物工程學院，湖北 武漢 430068；2 .武漢力誠生物科技有限公司，湖北 武漢 430068)

運用激光粒度儀考察不同乙醇體積分數下的KGM粒度變化，分析其流變性能差異，并探討阻溶劑乙醇對KGM結構的影響。結果顯示：KGM的比表面積隨乙醇體積分數增加而逐漸增大，其相對應的中位徑、峰值黏度和溶脹速率隨之降低，反映出乙醇阻溶體積分數影響其性能的變化。SEM、FT-IR及X-ray分析表明高體積分數的乙醇能促使KGM分子鏈之間形成的氫鍵作用加強，局部有序層疊排列的結構，與其性能大小相印證。

魔芋葡甘聚糖；乙醇溶液；阻溶；結構；性能

魔芋(Amorphallus konjac K.Koch)屬天南星科多年生草本塊莖植物，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通過β-(1→4)糖苷鍵連接的多糖[1-2]，每隔19個糖殘基含有一個乙酰基團[3]。KGM它具有良好的保水、膠凝、增稠和成膜等多種特性，已廣泛應用于食品[4-5]、生物醫藥[6]、化妝及包裝[7]等領域。

多糖的分離純化是研究其性質、結構、構效關系及生物活性的基礎。目前純化KGM的方法主要有乙醇沉淀[8]、銅絡合法[9]、改進乙醇提取法[10]等多種方法。采用乙醇作為純化KGM的阻溶劑，因其純化條件溫和、無毒、成本低而倍受青睞。然而乙醇體積分數的大小會致使阻溶液的極性發生變化，這將影響KGM的結構與性能。目前關于KGM在不同乙醇體積分數中的結構及性能的研究鮮見報道。本實驗運用激光粒度儀考察不同乙醇體積分數下的KGM粒度變化，分析其流變性能差異，并探討阻溶劑乙醇對KGM結構的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

魔芋微粉(花魔芋，特級粉)購于上海北連食品有限公司。

無水乙醇(國產分析純) 國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

BT-9300H 激光粒度分布儀 丹東市百特儀器有限公司；NDJ-8S 型旋轉數顯黏度計 上海精密科學儀器有限公司；JSM-5610LV 掃描電鏡 日本電子公司；NEXVS傅立葉紅外光譜儀 美國Nicolet公司；D/MAX HIB X-射線衍射儀 日本理學株式會社。

1.3 方法

1.3.1 KGM粉阻溶處理

以不同體積分數乙醇為阻溶劑，參照易春艷等[11]的純化方法阻溶處理制備KGM微粉，改變阻溶劑中乙醇體積分數，并于室溫下電動攪拌器攪拌24h以上，經鼓風干燥獲得乙醇阻溶處理的KGM微粉。

1.3.2 KGM粒度測定

采用激光粒度分布儀，以不同體積分數乙醇溶液為作為各組實驗背景扣除，然后測定KGM在不同體積分數乙醇溶液中的中位徑(D50)、比表面積(S)。每組實驗重復3次，并求其平均值。

1.3.3 紅外測定

準確稱取純化后的定量KGM，加定量的KBr壓片制樣，采用島津FT-IR紅外光譜儀分析。

1.3.4 掃描電鏡觀察

準確稱取純化后的K G M粉置于銅臺噴金(厚度20nm)，真空度為13.3Pa，加速電壓為30kV，觀察其表面微觀形貌。

1.3.5 X-射線

采用廣角衍射儀D/MAX HIB測試，以無水乙醇固定樣品，測試條件：C u kα輻射，管壓3 0 k V，管流50mA，掃描速率5°/min，2θ從5～50°掃描范圍，狹縫寬度0.3mm，步長0.02°，濾波片Ni，溫度20℃，濕度70%。

2 結果與分析

2.1 KGM的粒徑分布

由圖1可知，KGM的粒度分布總體呈正態分布。KGM在較低乙醇體積分數30%中的粒度分布相對較寬，在乙醇體積分數90%時分布明顯較窄，可見乙醇體積分數的大小直接影響了KGM的粒徑分布。

圖1 KGM粒徑分布圖。Fig.1 Diameter distribution of KGM particles

2.2 KGM中位徑(D50)、比表面積(S)與乙醇體積分數的相關性

圖2 KGM的D50、S與φ乙醇的相關性Fig.2 Correlation of D50and S with φalcoholof KGM

圖2 顯示了不同體積分數乙醇溶液中KGM的D50與S變化。隨乙醇體積分數提高，D50與S的遞增趨勢均符合二次多項式變化，且D50由116μm(乙醇體積分數30%)降低至69μm(乙醇體積分數90%)，對應的S由24.26m2/kg增至32.38m2/kg。D50和S產生的顯著變化，可能是低乙醇體積分數體系中KGM與乙醇共同競爭水分，使得KGM能獲取少量水分達到一定程度的潤脹；而高體積分數乙醇可有效爭奪水分而致使KGM嚴重脫水，局部KGM分子之間相互堆砌發生內聚收縮。

2.3 溶脹速率(v)、峰值黏度(ηmax)與乙醇體積分數的相關性

圖3 KGMηm a x、v與φ乙醇的相關性Fig.3 Correlation ofηmax and vmax with φalcohol of KGM

經不同體積分數乙醇阻溶處理后的KGM在水溶液中溶脹后的ηmax，v與乙醇體積分數的相關性見圖3。ηmax與v均隨乙醇體積分數梯度升高而呈線性遞減，且乙醇體積分數升至90%時，ηmax降低了17.89%，v減慢了1.8倍。KGM流變性能的顯著降低，可能是高體積分數乙醇可促使KGM分子鏈進行內聚收縮而導致其氫鍵相互作用增強，影響了KGM的水合程度和效率。

2.4 FI-IR分析

圖4 KGM的紅外光譜圖Fig.4 FT-IR spectrum of KGM

圖4 為經不同乙醇體積分數阻溶處理后的KGM紅外光譜圖，圖譜均顯示了3400cm-1附近的多糖-OH吸收峰，1721cm-1的乙酰基團特征峰，880cm-1和808cm-1的吡喃葡萄糖與β-D吡喃甘露糖吸收峰[12]。說明阻溶處理并未改變KGM的一級結構。隨乙醇體積分數提高，-OH振動峰明顯增強，這可能是分子間氫鍵相互作用增強的結果。

2.5 SEM分析

圖5 KGM粉微觀形貌圖(×5000)Fig.5 Micro-morphology of KGM powder (×5000)

圖5 顯示了經不同乙醇體積分數阻溶處理后KGM的SEM圖。未經阻溶處理的魔芋精粉，其表面結構褶皺較為明顯；30%乙醇體積分數處理可見KGM表面局部形成塌陷，隨乙醇體積分數增大其表面略顯飽滿平整。這可能是較低乙醇體積分數能促使KGM部分潤脹并有效浸出其表層附著的小分子雜質，形成局部塌陷；而較高乙醇體積分數可爭奪水分致使KGM脫水，局部KGM分子之間相互堆砌發生內聚收縮。

2.6 X-Ray分析

圖6 KGM粉X射線圖Fig.6 X-ray diffraction patterns of KGM powder

圖6 為經不同乙醇體積分數阻溶處理后KGM的X射線圖，4個圖譜均呈現形狀相似的彌散峰，且隨乙醇體積分數提高，其彌散峰衍射強度略有增強。這可能是高體積分數乙醇可致使KGM分子內聚收縮，KGM分子之間氫鍵相互作用增強，而誘導局部形成有序的短程結構。

3 結 論

3.1 KGM的比表面積隨乙醇體積分數增加而逐漸增大，其相對應的中位徑、峰值黏度和溶脹速率隨之降低，反映出乙醇阻溶體積分數對其性能的影響。

3.2 SEM、FT-IR及X-ray分析表明高體積分數的乙醇體積分數能促使KGM分子鏈之間形成氫鍵作用加強，局部有序層疊排列的結構，與其性能大小相印證。

3.3 高體積分數的乙醇對于KGM結構深層次的影響尚待進一步研究。

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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

武漢市“晨光計劃”項目(20065004116-52)；湖北省教育廳項目(20063036)

陳士勇(1984—)，男，碩士研究生，主要從事天然產物化學研究。E-mail：chenshiyong8409@126.com

*通信作者：汪超 (1978—)，男， 副教授，博士，主要從事天然產物化學研究。E-mail：wangchao5412@163.com