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魔芋葡甘聚糖结构与其稳定性研究

姚闽娜  
【摘要】:魔芋葡甘聚糖(Konjac Glucomannan,简称KGM)是魔芋块茎中存在的一种水溶性的、高分子量多糖,具抗肿瘤、提高机体免疫力等功能。KGM的结构变化是其性能与生物活性变化的原因。国内外关于KGM结构的研究没有深入,更没有深入探讨不同外场条件下其结构的变化,对不同外界条件下KGM结构稳定性及溶液行为认识的缺乏是制约KGM深加工及生物活性调控的瓶劲。 本文尝试通过多种结构分析方法研究KGM分子结构,以及在两种物理场:高压脉冲电场和超高静压场作用下KGM结构稳定性的变化规律,旨在为解决KGM生物功能活性调控提供理论基础。本论文主要研究内容和结论如下: 一、KGM的结构表征 (1)本章研究了未处理过的KGM的红外光谱图、拉曼光谱、χ-射线衍射图、扫描电镜图。实验显示KGM固体具有规律性的纤维链形貌。说明KGM之间存在大量的氢键,而χ-射线衍射图显示KGM固体并未形成稳定的结晶,而是以无定形态存在,这与一般的文献报道相一致。 (2)KGM溶液的透射电镜图显示KGM在水的存在下,将在分子链间形成大量的氢键以维持溶液中胶粒的状态,且胶粒的大小在纳米级。 (3)为了深入了解KGM的详细信息,我们将KGM进行了水解,但实验结果显示:KGM水解时不能实现定点水解,且KGM自身分子链大,重复单元的规律性不强,导致水解产物是一个混合物,难以实现液相分离。同时由于分子量太大,目前的液质联用技术难以对其进行分子量的精确测定。 二、经高压脉冲电场处理后KGM的结构稳定性研究 (1)研究了2种高压脉冲电场500V和1000V处理对KGM的红外光谱图、拉曼光谱、χ-射线衍射图、扫描电镜图的影响。实验显示高压脉冲电场处理对KGM固体状态原有的纤维链没有破坏。但是,KGM之间的氢键可能由于电场的作用出现了减弱的现象,导致红外光谱和拉曼光谱出现了一些变化。 (2)KGM的DSC研究发现高压脉冲电场处理对KGM的热特性也没有明显的影响。 (3)高压脉冲电场是目前发展较快的一种物理处理方式,本文研究了高压脉冲电场处理对KGM的结构和形貌的影响,这为深入研究KGM的结构与性能提供了有益的借鉴,特别是为与KGM相关的食品深加工中物理场作用影响提供理论基础。 三、经超高静压处理后KGM的结构稳定性研究 (1)研究了3种超高静压处理(100Mpa、300Mpa、500Mpa)对KGM的拉曼光谱、扫描电镜图、透射电镜图的影响。实验显示高压处理对KGM固体状态原有的规律性的纤维链有所破坏,在高压下,电镜图片显示规则的纤维链发生了不同程度的断裂。但由于KGM分子链足够长,因此在透射电镜图上可以看出,在水的体系中,KGM依然因分子内和分子间的氢键作用形成大小均一的凝胶颗粒。 (2)KGM的DSC研究发现超高静压处理对KGM的热特性有影响。其中以100Mpa处理和500Mpa处理20分钟以上的影响最为显著。 (3)KGM流变学性质研究发现超高静压处理对KGM的流变学性质有显著影响。其中压力大小的影响强于处理时间的影响,KGM在经100Mpa处理时,流变特性明显发生改变,粘度下降明显,抗剪切力变差。而随着压力的增加,上述参数指标反而有所回升。本文首次将宏观性质与微观结构研究相结合,研究了超高静压场对KGM的影响,这为深入研究KGM的结构与性能提供了有益的借鉴与启发,特别是为与KGM相关的食品深加工中物理场作用影响提供理论基础。 四、荧光探针技术在KGM结构及其稳定性研究中的应用 (1)首次提出在KGM体系中加入荧光探针,利用荧光法来研究KGM在溶液中的聚集态以及对荧光的猝灭作用,为其他多糖的结构及溶液性质研究提供新的思路。 (2)用荧光探针技术研究经超高静压处理的KGM溶液中的形态,得出的结果与流变学相近。超高静压处理的压力较之处理时间对于KGM的结构影响更大,其中以100Mpa处理时,KGM分子链的变化最明显,在荧光强度上表现出回升的趋势。 (3)实验结果证明将荧光探针引入到KGM的结构及稳定性研究可行,且因为荧光分析法具有快速、高灵敏、仪器投入成本低的特点,可以在多糖结构研究中进行推广。


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