【作者】吴绍艳 张升晖 吴贵超
【摘要】魔芋葡甘聚糖（也称魔芋胶）与瓜尔豆胶均为非凝胶多糖，但二者按一定比例共混可以得到凝胶，这是多糖分子间相互作用的结果。当总糖浓度为1%，魔芋胶与瓜尔豆胶的共混比例为60/40 ，制备温度为80℃，体系盐离子(Ca2+)浓度为0.1mol/L 时可得到协同相互作用的最大值，从FT-IR 谱图上分析了两种多糖分子间相互作用的机理。
【关键词】魔芋葡甘聚糖; 瓜尔豆胶；协同相互作用；凝胶化
Study on Synergistic Interaction and Gelation of Konjac Glucomannan and Guaran Gum
Abstract: Konjac Glucomannan(KGM) and Guran gum are not gelatiopn polysaccharide. It can get gelation when Guaran and KGM are mixed by some ratio. This is the synergistic interaction result of polysaccharide ’s molecules. There is synergistic interaction maximum while the mixed ratio of KGM and Guran gum is 60/40,the total polysaccharide concentration 1%, TP 80℃ and salt ionic (Ca2+)concentration 0.1mol/L.Interraction machanism between molecules and molecules of two polysaccharide were investigated by FT-IR .
Keywords: Konjac Glucomannan; Guaran gum; Synergistic Interaction; Gelation
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，动植物中许多生命过程是在凝胶态中完成的[1] 。魔芋葡甘聚糖与瓜尔豆胶都是一种天然非凝胶多糖[2] ，但两者在一定条件下共混可以得到令人满意的凝胶，这是多糖分子间相互作用的结果。本文探讨了魔芋胶与瓜尔豆胶的最佳共混比例、凝胶的制备温度和体系盐离子浓度对凝胶化的影响，并从红外谱图分析了分子间相互作用的机理。
1 材料与方法
1.1 实验材料
瓜尔豆胶在武汉市食品原料公司购买;魔芋葡甘聚糖以经乙醇纯化的魔芋精粉替代。
1.2 共混凝胶的制备
在一定浓度和共混比例下，分别将魔芋胶与瓜尔豆胶在搅拌下慢慢加入蒸馏水中，使其均匀分散，加热至一定温度后恒温1h，得到共混溶胶，室温放置冷却可得共棍凝胶。
1.3 性能测试[3]
1.3.1 凝胶强度的测定。
将横截面积为lcm2的有机玻璃棒垂直固定在-个支架上，并与放在托盘天平左盘烧杯里的共混凝胶表面接触，然后在天平右盘里缓慢添加砝码直至凝胶表面破裂，此时右盘砝码的重量量，为凝胶单位面积上所承受的压力，即凝胶强度，测三次取平均值。
1.3.2 溶胶粘度的测定。
使用NDJ-1型旋转粘度计测溶胶粘度。
1.3.3 凝胶熔化温度的测定。
用落球法进行测定。在试管中制备一定体积的共混凝胶，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靠近钢球以减少误差。以1℃/min的升温速度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。同一种凝胶测三次，取其平均值。
1.4 FT-IR谱图分析
Nicolet AVATAR-370型傅立叶变换红外光谱仪。称取适量干燥凝胶破碎粉末与适量KBr混合均匀，压片打出谱图进行分析。
2 结果与讨论
2.1 共混比例对凝胶化的影响 多糖总浓度为1%，加入0.1mol/L CaCl2，在80℃将魔芋胶与瓜尔豆胶(质量分别为m1和m2)以不同比例制得共混凝胶，测得其凝胶强度与共混比例的关系见图1(Fig.1)。从Fig.1可以看出，随着魔芋胶的比例由小到大，其凝胶强度逐渐增大。魔芋胶与瓜尔豆胶比例为60/40时，凝胶强度达到最大值，继续改变两者的共混比例，凝胶强度下降。由此说明两种多糖有1个最佳共混比例，在此比例，体系的协同作用最大。
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图1 共混比例对凝胶强度的影响
Fig.1 Effect of polysaccharide mixed ratio on Jelly-glue strength |
2．2 温度对凝胶的影响
2.2.1 温度对凝胶强度的影响 多糖总浓度为1%，魔芋胶与瓜尔豆胶的共混比例60/40，加0.1mol/L CaCl2，在不同温度下制得凝胶，测得其凝胶强度与温度的关系见图2(Fig.2)。
从图2(Fig.2)可以看出，随温度升高，凝胶强度增大。20～40℃时凝胶强度非常小，40～60℃凝胶强度增加得非常快，温度升至80℃时，凝胶强度达到最大值，继续升高到100℃时，多糖有所降解，凝胶强度稍有降低。
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图2反应温度对凝胶强度的影响
Fig.2 Effect of preparation temperature on Jelly-glue strength |
2.2.2温度对共混溶胶粘度的影响。
多糖总浓度为1%，魔芋胶与瓜尔豆胶的共混比例为60/40，加入0.1mol/L CaCl2 ,测得不同温度下共混溶胶粘度如表1所示：
表1 不同反应温度下的溶胶粘度
Tab.1 Viscosity(η/mPa·S)of melting gels at different preparation temperation (T/ ℃)
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T/ ℃ |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
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η/ mPa·s |
8.65 |
7.32 |
5.81 |
4.23 |
0.89 |
从表1(Tab.1)可以看出，随着温度的升高，共混溶胶的粘度下降，流变学特性变好，从而有利于魔芋胶与瓜尔豆胶分子间的相互作用，凝胶化能力增强，当温度升高到100℃时，溶胶的粘度变得很小了，这是由于多糖发生了降解之故。
2.3盐离子浓度对凝胶化的影响
2.3.1盐离子浓度对凝胶强度的影响
多糖总浓度为1%，魔芋胶与瓜尔豆胶的共混比例为60/40，在80℃分别加入不同浓度的盐(CaCl2)测得凝胶强度与盐离子浓度关系如图3(Fig.3)所示。从图可以看出，随着盐离子浓度的增加，凝胶强度亦不断增大，当盐离子浓度增至0.1mol/L时，其凝胶强度达到最大值。若继续增大盐离子浓度，凝胶强度反而降低。
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图3盐离子浓度对凝胶强度的影响
Fig.3 Effect of salt ionic concentration on Jelly-glue strength |
2.3.2盐离子浓度对凝胶熔化温度的影响
多糖总浓度为1%，魔芋胶与瓜尔豆胶的共混比例为60/40，在80℃分别加入不同浓度的盐(CaCl2)离子，测得凝胶熔化温度(Tm)与盐离子浓度关系如表2(Tab.2)所T。由表2可看出，随盐离子浓度的增大，凝胶的熔化温度也不断提高。到0.2mo1/L时Tm达到最高值，当盐离子浓度为0.8mo1/L左右时，由于凝胶强度很弱，其熔化温度无法测定。由此可说明加入一定浓度的盐离子有利于提高该凝胶的热稳定性。
表2 不同盐离子浓度下的溶胶熔化温度
Tab.2 Melting temperature(Tm/ ℃)of jelly-glue at different salt ionic concentration (C/mol/L)
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C/ MOL/ L |
0.01 |
0.05 |
0.1 |
0.2 |
0.4 |
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Tm/ ℃ |
43.0 |
66.0 |
76.0 |
79.5 |
77.0 |
2.3.3盐离子浓度对共混溶胶粘度的影响
多糖总浓度为1%，魔芋胶与瓜尔豆胶的共混比例为60/40，在80℃分别加入不同浓度的盐(CaCl2)离子，测得共混溶胶粘度与盐离子浓度关系如表3(Tab.3)所示。由表可看出，随着盐离子浓度的增加，溶胶的粘度不断增大。所以，盐离子的加入可以改变溶胶的粘度。
瓜尔豆胶共混比例为60/40时凝胶FT-IR谱图如图4所示，由谱图可知共混比例为60/40时，其羟基伸缩振动峰为3384cm-1，与纯KGM的羟基伸缩振动峰[4]3529cm-1相比增强并向低波数方向发生一定位移。这是多糖分子间相互作用的结果，表现为共混多糖的凝胶化能不断提高，凝胶强度不断增大，因此，氢键的存在对多糖共混体系起到了非常重要的增容作用。
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图4 魔芋胶与瓜尔豆胶的共混比例60/40的红外光谱图
Fig.4 FT-IR spectra of mixed gelation 60/40 on Konjac glucomannan and Guaran gum(KGM/Guaran) |
3 结论
3.1魔芋葡甘聚糖与瓜尔豆胶进行共混可以得到凝胶，当多糖浓度为1%，魔芋胶与瓜尔豆胶的共混比例为60/40，制备温度为80℃，体系盐离子浓度为0.1mol/L时，可得到凝胶强度的最大值。
3.2从FT-IR谱图上分析两种多糖分子间相互作用的机理，表明氢键的存在对多糖共混体系起到了非常重要的协同增效作用。
【参考文献】
[1]Pess D A. Adv. Carbohydr. Chem. Hiochem. 1969,24: 268-271
[2]胡国华.瓜尔豆胶的特性及其在食品工业中的应用技术冷饮与速冻食品工业，2002,8(4):26-28
[3]何东保，杨朝云. 黄原胶与魔芋胶协同相互作用及其凝胶化的研究. 武汉大学学报(自然科学版)，1998, 44 (2):198-200
[4]郭振楚，韩水生，封惠侠等. 三种多糖的光谱鉴定、化学改性及活性. 光谱学与光谱分析，1999,12(1):25-27
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