魔芋葡甘聚糖膜的制备及改性

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1、重庆大学本科学生毕业设计1.引言1引言1.1魔芋的基本性质魔芋，多年生草本植物，我国有60多种，种植历史已达两千年之久，主要分布在在湖北、云南、四川、贵州等省，且多在山区，亩产可达数千斤。魔芋作为传统健康食品在我国和日本有悠久的历史。近年来关于KGM在食品领域的应用研究日益引人注目。[1-2]其主要成分是魔芋葡甘聚糖（KGM），KGM是由D-葡萄糖和D-甘露糖按1∶1.6的比例以ß-1，4糖苷键连接的杂多糖，其分子量达106D，在KGM分子链上平均每17个糖残基C-6位上连有一个乙酰基[3-4]。是具有分支的大分子杂多糖。具有优良的亲

2、水性、胶凝性、增稠性、黏滞性、可逆性、悬浮性、成膜性与赋味性等特性,尤其优良的成膜性已引起国内外的重视[5].其水溶胶在适当条件下成膜,可作为一种可食性和自然降解的膜材料。魔芋葡甘聚糖膜存在着成膜时间长、膜的强度低、抗菌能力差以及吸湿度大等问题。因此,已有应用各种方法对其进行改性以改善膜的性能.近年来魔芋葡甘聚糖改性产物在食品，医药，化工，纺织和环保等领域有很好的应用前景。因此，对魔芋葡甘聚糖膜进行改性对扩大其应用范围有重要意义。[6-7]1.2.KGM的化学结构和性质KGM的化学结构如图1：图1.魔芋葡甘聚糖的化学结构KGM在酸性条

3、件下分别经高峰淀粉酶，甘露糖酶和纤维素酶水解，其产物经薄层色谱和凝胶电泳分析表明，KGM是主链由D-甘露糖和D-葡萄糖以ß-1，4吡喃苷键连接的杂多糖。根据来源不同，KGM分子中甘露糖和葡萄糖的摩尔比为1.6—4.2,在主链甘露糖的C3位上存在ß-1，3键结合的支链结构，大约每32个糖残基上有3个左右支链，支链仅含几个残基，并且在有些糖残基上有乙酰基团。约每19个糖残基上有一个，以酯的方式相结合。常见的KGM中甘露糖和葡萄糖的摩尔比约为1.5—1.7(通常为1.6)，乙酰基含量为15%。不同品种与来源的KGM的分子量不同，一般来讲，其

4、粘均分子量约为7—8*10522重庆大学本科学生毕业设计1.引言，光散射法测得KGM的重均分子量8*105—2.62*106。天然KGM是由放射状排列的胶束组成的，其晶体结构有a型（非晶型）和ß型（结晶型）两种。X射线衍射表明，KGM粒子显示近似无定型结构，退火的纤维形式的KGM在X-射线衍射图上显示出伸展的二折螺旋型结构；魔芋葡甘聚糖三乙酸酯的纤维衍射形式呈伸展的三折螺旋型结构，利用计算机程序进行构像分析表明，其有利的手形为左旋。KGM详细结构分析仍在继续研究之中。KGM是一种中性多糖，为白色粉末状物质，无特殊味道，对水有很强的亲和

5、力。能自动吸收水分而膨胀形成溶胶，吸水膨胀80到100倍仍能成溶胶状态，酸性条件下溶胶性能良好，而偏碱条件下则容易发生凝沉现象，膨润物中添加凝固剂氢氧化钠，氢氧化钙，可促进凝胶的形成而使其失去流动性。随着凝固剂添加物的增加，凝胶化速度速度加快，但凝固剂过多，则凝胶气泡难以排出。若加入碱使其PH值小于12.2,则可形成可逆性凝胶，加碱PH值大于12.2并加热则形成一种弹性凝胶，这种特性在其他多糖中是罕见的。当KGM在1.5%以下时为软凝胶状态，3.5%以上时，凝胶气泡难以排除，以1.64—3.29%较为理想。温度对凝胶的形成及特性有明显

6、的影响，随温度上升，凝胶粘度值下降，低温（8—10度）的粘度值几乎为高温下（80—85度）的2倍。对其液晶，流变学特性和温度特性研究表明，KGM在水溶液浓度达7%（W/W）时形成液晶相，并且浓度达10%时完全各相异性。KGM对阳离子具有结合和交换能力，对有机物具有吸附和螯和作用。KGM分子分布均匀程度与其流变性质，生物化学特性有很大关系。例如，只有当KGM的分子量达到8*105—9*105，它才有抑制动物血中胆固醇上升的作用。1.3．KGM的改性研究进展Smith[12]等在1959年就对KGM的甲基醚等衍生物的制备，组成，结构有过报

7、道。70—80年代，日本的Nobrui和sugiyama等对KGM的结构和性能作过详细的研究。近些年来，KGM的改性和研究更是得到了广泛而深入的开展。1.3.1一般化学改性许时樱[13]等研究了白魔芋和花魔芋葡甘聚糖的最适甲基化度为0.35左右，甲基化后的KGM不仅水溶性增加，而且极稳定。岸田[14]等用乙酸纳对KGM进行羧甲基化，郭震楚[15]等用一氯醋酸将KGM羧甲基化，制得99%以上羧甲基的魔芋葡甘聚糖并就抑制白鼠血清和肝总胆固醇上升以及抗肿瘤活性进行了研究，结果表明，改性魔芋葡甘聚糖的这种活性明显高于未改性。李乐农[16]等用

8、羧甲基魔芋精粉进行柑橘保鲜，在整个储藏过程中，具有降低果实呼吸强度，减少水分，减少腐烂率的作用。根据报道，胡敏[17]等用NaH2PO4和Na2H2PO4干法处理KGM使其具有一定的抗菌能力。张昌军[18]22重庆大学本