周禹池，譚 姚，李世榮，田大聽(tīng)

( 湖北民族學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 恩施 445000)

魔芋中最主要的活性成分是魔芋葡甘聚糖(konjac glucomannan,KGM)，魔芋葡甘聚糖分子是由分子比約1∶1.6的D-葡萄糖和D-甘露糖通過(guò)β-1,4-糖苷鍵連結(jié)而成的天然多糖[1].KGM具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性、吸濕性、親水性及生物可降解性等，因而其在醫(yī)藥、紡織、食品、化工、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，引起了包括課題組在內(nèi)的眾多國(guó)內(nèi)外研究者的興趣[2-4].KGM在水中具有優(yōu)良的溶脹性，溶于水后會(huì)形成一種粘稠的水溶膠，課題組曾系統(tǒng)研究其在水相中的粘度行為[5].而關(guān)于KGM的溶脹行為特別是在非水體系中的溶脹行為的研究還很少.由于KGM在食品中的用途正被拓寬，因此了解其在非水溶液中的相關(guān)性能顯得尤為重要.

通過(guò)比較在不同溶脹時(shí)間、pH值、溫度及體積分?jǐn)?shù)的醋酸溶液與水中KGM溶脹度的變化，試圖找到KGM在醋酸溶液中溶脹度變化的規(guī)律，以期能為其在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論依據(jù).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

魔芋葡甘聚糖：湖北省恩施州宏業(yè)魔芋開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司；冰醋酸：濃度為99.5%；分析純：武漢江北化學(xué)試劑廠；BS/BT系列電子天平：德國(guó)賽多利斯股份公司；800型離心沉淀器：上海手術(shù)器械廠.

1.2 試驗(yàn)方法

準(zhǔn)確稱取0.100 0 g KGM(m1)放入干燥離心管中，稱重為m0.將KGM分散于不同溫度、不同pH值、不同體積分?jǐn)?shù)的醋酸溶液與水中處理，然后在4 000 r/min的速度下離心10 min，直接傾倒上層溶液，稱重mt.溶脹度(swelling degree，SD)由下式求得：

2 結(jié)果與討論

2.1 溶脹時(shí)間對(duì)溶脹度的影響

分別測(cè)定KGM在水和醋酸溶液中在不同時(shí)間下的溶脹度變化.如圖1，在水和醋酸溶液中KGM的溶脹度均隨時(shí)間的增加而增大，這是由于氫鍵、偶極矩等作用力存在于KGM大分子與水分子之間，并使其聚集成難以自由移動(dòng)的聚集體，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的建立使KGM持水量增大，因此溶脹度隨時(shí)間的增加而增大[6].KGM在醋酸溶液中的溶脹度低于其在水中的溶脹度，可能是由于在酸性條件下KGM會(huì)部分發(fā)生酸降解，KGM上的氫鍵斷裂減弱了溶膠網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度.

2.2 pH值對(duì)溶脹度的影響

分別測(cè)定KGM在水和醋酸溶液中在不同pH值下的溶脹度變化，用NaOH和HCl來(lái)調(diào)節(jié)其pH值.如圖2，在pH值為5～11的范圍內(nèi)，在水中KGM的溶脹度隨pH值的增大而略有升高，在醋酸中KGM的溶脹度隨pH的增大略有降低.這是由于在水中KGM在堿性條件下乙酰基被脫除，氫鍵增強(qiáng)，提高了其凝膠強(qiáng)度，改善了溶膠脫液收縮的情況.在醋酸溶液中隨著pH值的增大，溶液中的羧基陰離子減少，溶膠網(wǎng)絡(luò)內(nèi)分子間的靜電排斥作用減弱，導(dǎo)致溶脹度降低[7].

2.3 溫度對(duì)溶脹度的影響

分別測(cè)定KGM在水和醋酸(體積分?jǐn)?shù)為20.00%)溶液中在不同溫度下的溶脹度變化.如圖3，在水和酸酸溶液中，在15～45℃的范圍內(nèi)，隨著溫度的升高KGM的溶脹度略有增大，在45～55℃的范圍內(nèi)，隨著溫度的升高KGM的溶脹度減小.這是由于隨著溫度的升高，KGM分子從有序態(tài)變?yōu)闊o(wú)序態(tài)數(shù)目增多，并與醋酸分子結(jié)合，使溶膠化能力增強(qiáng).若繼續(xù)升溫，KGM部分降解反而造成溶脹度減小[8].

2.4 體積分?jǐn)?shù)對(duì)溶脹度的影響

測(cè)定KGM在不同體積分?jǐn)?shù)的醋酸溶液中溶脹度的變化.如圖4，隨著醋酸體積分?jǐn)?shù)的增大，KGM的溶脹度減小，當(dāng)醋酸的體積分?jǐn)?shù)大于20.00%后KGM的溶脹度變化不大.這是由于KGM上提供了豐富的羥基、乙酰基等官能團(tuán)，這些官能團(tuán)可以與醋酸分子結(jié)合，在分子內(nèi)外形成更穩(wěn)定的氫鍵，同時(shí)削弱了KGM分子間的作用了力，致使KGM在醋酸溶液中的溶脹度減小.

3 結(jié)論

研究表明溶脹時(shí)間、pH值、溫度及醋酸的體積分?jǐn)?shù)均會(huì)對(duì)魔芋葡甘聚糖的溶脹性能有影響.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：KGM在醋酸溶液中溶脹度低于其在水中的溶脹度，這是因?yàn)镵GM上的某些官能團(tuán)可與醋酸分子結(jié)合，在分子內(nèi)外形成更穩(wěn)定的氫鍵，而導(dǎo)致KGM溶脹度降低.KGM在水及醋酸溶液中的溶脹速率、動(dòng)力學(xué)方程及溶膠結(jié)構(gòu)等之間的關(guān)系還有待進(jìn)一步的研究，以便為KGM在各相關(guān)領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù).

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