阳离子瓜尔胶与黄原胶的凝胶化性能研究

第49卷第2期武汉大学学报(理学版)Vol.49No.22003年4月J.WuhanUniv.(Nat.Sci.Ed.)Apr.2003,197～200文章编号:1671-8836(2003)02-0197-04阳离子瓜尔胶与黄原胶的凝胶化性能研究何东保,黎丽华(武汉大学资源与环境科学学院,湖北武汉430072)摘要:阳离子瓜尔胶3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵与黄原胶共混产生协同效应,生成凝胶.研究了共混比例r=m(CG-40)∶m(黄原胶),共混温度,体系盐离子浓度,恒温时间及pH值对凝胶化的影响.结果表明,当多糖总浓度为4%,共混比例为20∶80,共混温度为60℃,盐离子浓度为1.0mol·L-1,恒温时间为30min时,可达最大凝胶强度值;最适pH值为7.0.并从FTIR谱图上分析了这两种多糖共混凝胶化的作用机理.关键词:阳离子瓜尔胶;黄原胶;凝胶化;协同效应中图分类号:O621文献标识码:A天然高分子具有合成高分子聚合物无法比拟的优良性能.但天然高分子单独使用时,因其性能单一而使其应用受到一定的限制.将不同的多糖进行共混,经分子间的相互作用,可呈现出一种特有的协同效应,在相同的条件下,可能获得比单一多糖更大的粘度或凝胶强度[1,2].这种协同效应在食品、化妆品、造纸及医药等工业中得到了广泛的应用.瓜尔胶(guargum),又称瓜胶、瓜尔豆胶,是一种天然半乳甘露聚糖.它以β-(1※4)键连接的聚D-吡喃甘露糖为主链,D-吡喃半乳糖支链以α-(1※6)键连接在主链上.其中甘露糖与半乳糖的摩尔比约为2∶1.黄原胶(Xanthangum)是黄杆菌产生的一种阴离子多糖,由D-葡萄糖、D-甘露糖、D-葡萄糖醛酸、丙酮酸和乙酸组成的重复单元经β-(1※4)键聚合成的双螺旋聚合体.瓜尔胶在一般情况下不能生成凝胶,与其它多糖共混时,也只能得到增稠溶胶.赵谋明等[3]研究了黄原胶与瓜尔胶之间的协同效应;陈运中[4],刘良忠等[5]研究了魔芋精粉与瓜尔胶之间的协同效应,结果均证实了这一点.而通过改性的阳离子瓜尔胶3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CG-40)与有关多糖共混,则可得到凝胶.有关这方面的研究尚未见报道.本文通过CG-40与黄原胶共混制备了凝胶,并研究了共混比例、共混温度、盐离子浓度、恒温时间以及pH值等对凝胶化的影响,并从红外谱图上分析了这两种多糖共混凝胶化的作用机理.1材料与方法1.1材料与仪器CG-40购自上海高维化学有限公司;黄原胶购自武汉食品原料公司;氯化钠,盐酸,氢氧化钠均为化学纯,2%(体积分数)冰乙酸溶液(实验室自配).NDJ-1型旋转粘度计(上海天平仪器厂);扭力天平(上海第二天平仪器厂);JB50-D型增力电动搅拌器(上海标本模型厂);FIFR-8201PC型傅立叶红外光谱仪(Shimadin,日本).1.2实验方法称取一定量的CG-40溶于冰乙酸溶液,黄原胶溶于蒸馏水,然后均加入一定量的NaCl,置于一定温度水浴中共混并恒温30min,得共混溶胶,将其放入冰箱(5℃)中24h可得共混凝胶.按文献[6]的方法进行凝胶强度(测试温度为25℃)和凝胶熔化温度的测定.使用NDJ-1型旋转粘度计,3#转子,在6r/min转速下测定溶胶的粘度.取一定量的干燥的CG-40,黄原胶和共混凝胶粉末用KBr压片法测定FTIR谱图.收稿日期:2002-12-10基金项目:国家自然科学基金资助项目(29574173)作者简介:何东保(1945-),男,副教授,现从事天然多糖的研究.DOI:10.14188/j.1671-8836.2003.02.0132结果与讨论2.1共混比例对凝胶化的影响取多糖总浓度为4%(质量分数),盐离子浓度为1.0mol·L-1,共混比例r=m(CG-40)∶m(黄原胶)分别为10∶90,20∶80,30∶70,40∶60,50∶50,60∶40,70∶30,80∶20在80℃制得共混凝胶,测得凝胶强度(G)与共混比例的关系如图1所示.从图1可知,当r=20∶80时,凝胶强度最大;随着r的逐渐增大,凝胶强度不断下降.其原因可能是因为少量的CG-40在黄原胶中高度扩散和伸展,能充分与黄原胶相互作用形成三维网状结构;CG-40的量增加时,其致密的半乳糖支链反而阻碍了它与黄原胶的相互作用,从而使得凝胶强度减小.因此本实验选取最佳共混比例r为20∶80.图1共混比例对凝胶强度的影响CG-40,黄原胶及r=80∶20和r=20∶80的两种共混凝胶的FTIR谱图如图2所示.从图2可知,CG-40和黄原胶的缔合羟基伸缩振动峰分别在3416cm-1和3415cm-1处,在r为20∶80和80∶20时,羟基伸缩振动峰分别移至3328cm-1和3353cm-1处,并且峰形明显变宽,说明这两种多糖共混形成凝胶后,羟基伸缩振动峰都图