冷凍影響脫乙酰魔芋葡甘聚糖凝膠的機制與應用.pdf

1、魔芋葡甘聚糖(Konjac Gluco mannan，KGM)是一種親水性的天然高分子中性多糖。在KGM溶膠中加入堿并加熱脫去KGM分子上的乙酰基團，可以得到類似于橡膠的具有高彈特性的脫乙酰魔芋葡甘聚糖(Da-KGM)凝膠，該凝膠在低溫區(qū)域存在一系列可在食品加工中被應用的獨特現(xiàn)象，如冷凍及解凍中發(fā)生凝膠強度劇增或纖維化等。對脫乙酰魔芋葡甘聚糖凝膠而言，經冷凍處理后其結構和性能的變化迄今無系統(tǒng)的研究。鑒于其潛在、特異的應用價值，本文考察了

2、冷凍處理對Da-KGM凝膠全質構(TPA)參數和脫水收縮率的影響，并結合流變學、FT-IR、DSC、SEM和XRD等手段表征了脫乙酰KGM溶膠和凝膠在冷凍前后結構和性能的變化，以期探明冷凍處理影響凝膠結構和性能的機制，為實際生產中對凝膠質構的調控提供借鑒。在此基礎上，利用冷凍處理改變凝膠結構、性能的特性，創(chuàng)制了一系列功能材料，為開發(fā)生物可降解的多孔材料提供新素材，從而擴大其應用范圍，促進魔芋的高附加值加工和利用。
　　本文主要研究

3、結果如下:
　　1.不同濃度的Da-KGM凝膠在冷凍后全質構(TPA)指標均發(fā)生了變化，樣品濃度越高，冷凍后硬度增幅越大。當KGM初始濃度為5wt％時，冷凍后硬度增幅達到2950％。對比冷凍后凝膠的脫水收縮率發(fā)現(xiàn)，脫水后凝膠濃度的增幅遠小于硬度的增幅，表明冷凍加工中凝膠的質地的改變主要來源于凝膠結構的改變而非脫水作用。凝膠硬度增加的現(xiàn)象與凍融工藝相關。在實驗設定的溫度范圍內，于-30℃冷凍的凝膠硬度最大。凝膠樣品的硬度在凍融1次后

4、達到最大值，此后隨著凍融次數的增多而降低，同時觀察到析水率的增加。上述結果表明恰當的冷凍工藝是調控凝膠質構的有效手段。
　　2.隨著堿濃度的增加，KGM的脫乙酰度隨之上升，凝膠的硬度和析水率也呈現(xiàn)出上升的趨勢。說明脫乙酰進程是影響冷凍Da-KGM凝膠質構特性和脫水收縮作用的重要因素。比較不同脫乙酰度對魔芋凝膠共晶點和解凍溫度的影響發(fā)現(xiàn):隨著脫乙酰度的增加，凝膠的共晶點有緩慢下降的趨勢，由不脫乙酰時的-11.9℃下降到-13.4℃;

5、而解凍溫度呈現(xiàn)先略微升高后降低的過程。
　　3.SEM觀察發(fā)現(xiàn)，不同初始濃度、不同冷凍處理溫度和不同加堿量對冷凍脫乙酰KGM凝膠的微觀結構均有影響。這與上述因素對冰晶生長的影響有關。冷凍Da-KGM溶膠的流變學實驗表明，在冷凍過程中，冰晶生長導致的濃縮和擠壓效應促進了Da-KGM分子的自聚集而導致了纏結程度的降低。
　　4.通過在凝膠制備中加入尿素、SDS、NaCl等對可能影響多糖分子間作用力的物質并結合解膠實驗，提示維系冷

6、凍Da-KGM凝膠的作用力不僅有氫鍵作用力，可能還有疏水相互作用。
　　5.為了增加冷凍加工中材料的孔隙率和均勻性，拓展冷凍KGM凝膠的應用范圍，本研究嘗試采用表面活性劑模板法結合冷凍加工制備了魔芋多孔材料。表面活性劑SDS的加入對多孔材料的孔隙率、吸蒸餾水率和吸生理鹽水率都有影響。冷凍條件（時間和溫度）對魔芋多孔材料的結構和性能都有影響。隨著冷凍時間的延長，多孔材料的拉伸強度（濕強）逐漸增大，斷裂伸長率和孔隙率逐漸降低，在-10

7、℃下冷凍的多孔材料的拉伸強度高于其它組，當冷凍時間為9d時達到了所有樣品中最大的拉伸強度(49.12KPa)。冷凍溫度越高，孔隙率越高。從XRD和DSC分析的結果可以看出，冷凍處理對KGM的晶體結構和熱特性造成了改變。
　　6.以上述多孔材料為基礎制備的復合PVA-ε-PL魔芋多孔材料具有緩釋性能，對金黃色葡萄球菌（Staphylococcusaureus）和大腸桿菌（Escherichiacoli.）均有較好的抑制作用。對單寧酸

8、的吸附實驗表明，在pH2.0的溶液中多孔材料對單寧酸的吸附量達到了最大的679.3mg/g，準二級動力學方程對多孔材料吸附單寧酸的擬合度更高，對單寧酸的吸附更宜在低溫下進行。等溫吸附實驗表明多孔材料對單寧酸吸附屬于多層吸附。在此基礎上，利用吸附在多孔材料上的單寧酸原位還原硝酸銀制備了載納米銀的多孔材料，該材料展示出了良好的催化能力和抑菌能力。這些研究為開發(fā)一類可降解生物抗菌發(fā)泡材料、催化材料和多層吸附材料奠定了基礎。
　　7.利用

9、簡便、溫和的冷凍干燥法制備了魔芋葡甘聚糖-蒙脫土復合氣凝膠。這種氣凝膠具有較小的密度（＜0.09g/em3）。納米蒙脫土(SodiumMontmorillonite，Na+-MMT)的加入可大大提高氣凝膠的機械性能和熱穩(wěn)定性并改變氣凝膠的微觀結構。隨著體系中堿量的增加，復合氣凝膠的壓縮模量和比模量隨之上升，且堿的加入提高了復合氣凝膠的熱穩(wěn)定性。當KGM和Na+-MMT初始含量一定時，隨著冷凍溫度的降低，復合氣凝膠的壓縮模量和比模量都逐漸