魔芋葡甘聚糖凝胶机理研究李　斌,谢笔钧(华中农业大学食品科技系天然产物化学研究室,武汉　430070)摘要:利用气相色谱、GPC 、红外光谱、DSC 、X 2射线衍射图谱、透射电镜等分析方法表征了魔芋葡甘聚糖凝胶前后分子构象的变化。

结果表明,魔芋葡甘聚糖分子无支链,凝胶后分子链单糖组成和连接方式无变化,分子量变化不大,凝胶干燥后的粉末样品产生明显的结晶区,水溶胶中葡甘聚糖从伸展的空心双螺旋结构变为凝胶交叉缠结结构,提出了魔芋葡甘聚糖的凝胶机理。

关键词:魔芋葡甘聚糖;构象;凝胶Study on the Gelatin Mechanism of K onjac G lucomannansL I Bin ,XIE Bi 2jun(Natural Product Chemistry Research L aboratory ,Food Science Department of Huazhong A gricultural University ,W uhan 430070)Abstract :The transformation of conformation fore 2and 2after gelatin of konjac glucomannans (KGM )was studied by using GC ,GPC ,F T 2IR ,DSC ,XRD and TEM.The result showed that the molecule of KGM has no branches ,the chain ’monose compose and connect way has no change ,the transformation of molecule weight is much little ,and its drying powder sample brings newly evident crystal section.The vacancy di 2spirality struc 2ture of KGM in hydrosol changes from stretch to intercross and entwist after gelatin.As a result ,bring forward mechanism of gelatin of konjac glucomannans.Key words :K onjac glucomannans ;Conformation ;G elatin收稿日期:2001212211基金项目:湖北省“十五”重点科技攻关项目(2001AA207B01)作者简介:李　斌(19722),男,安徽来安人,博士,主要从事食品与天然产物化学研究工作。

谢笔钧为通讯作者,Tel :027*********;Fax :027287282966;E 2mail :libinfood @ 魔芋葡甘聚糖(konjac glucomannan ,KGM )是迄今发现的自然界惟一可以大量获得的葡甘聚糖,在食品、化工、医药等方面应用广泛。

在碱性条件下应用时,低浓度KGM 会发生脱乙酰作用,形成脱乙酰魔芋葡甘聚糖(deacetylation konjac glucomannan ,d 2KGM );而较高浓度的KGM 则形成不可逆的凝胶(KGM gel ,g 2KGM )。

脱乙酰反应是KGM 最常见、最重要的反应。

对KGM 凝胶反应的研究主要集中在凝胶形成的条件上[1～3]。

K enji Maekaji [4]认为,KGM 凝胶是脱乙酰所致。

碱处理的脱乙酰葡甘聚糖具有较好的成膜性和耐水性[5]。

现有研究中,有关KGM 凝胶前后分子构象的研究很少,笔者测定了KGM 凝胶前后的构象变化,确证KGM 凝胶后出现了新的结晶区,提出了KGM 凝胶的形成机理。

1　材料与方法1.1　材料魔芋精粉由湖北省恩施楚业魔芋食品厂提供,来源于魔芋属花魔芋(A .konjac K.K och ),其1%水溶胶粘度为15Pa ・s ;其它试剂均系分析纯。

1.2　KG M 的分离纯化称取10g 魔芋精粉,用50%(V/V ,下同)乙醇(含0.1%的叠氮钠抑制葡甘聚糖酶水解)50ml 搅拌洗涤3次,每次30min ,自然干燥后,以50ml 无水乙醚/无水乙醇(2∶1)40℃搅拌脱脂8h ,脱脂样品用7℃蒸馏水配成0.6%(W/W ,下同)KGM 溶胶,用超速冷冻离心机(HIMAC CEN TRIFU GE ,HI 2TACHI )16000r ・min -1离心20min ,取上清液,以Sevag 法脱蛋白,重复5次,分别用40%、60%、80%中国农业科学　2002,35(11):1411-1415Scientia Agricultura Sinica的乙醇沉淀,收集沉淀,真空冷冻干燥(Alphal2Z,G ermany)得到白色粉末样品。

DNS比色法测得葡甘聚糖含量96.72%,微量凯氏定氮法测得总氮0.03%,[α]25°D=5.16°,0.06%水溶胶的电导率为1.9ms・m-1。

1.3　凝胶化KG M的制备1.3.1　d2KGM的制备　称取纯化KGM0.6g配成0.6%的水溶胶,加入0.2%的NaOH,常温下脱乙酰1h,加盐酸中和,用透析袋(DM20,USA)在环流蒸馏水下透析3d,依次以40%、60%、80%乙醇沉淀,真空冷冻干燥。

DNS比色法测得葡甘聚糖含量98.72%,微量凯氏定氮法测得总氮0.02%,[α]25°D =-13.68°,0.06%水溶胶的电导率1.7ms・m-1。

1.3.2　g2KGM的制备　称取纯化KGM3g配成3%的水溶胶,加入0.25%的NaOH,搅拌均匀后, 95℃下加热20min,加入盐酸反复漂洗至中性,真空冷冻干燥并粉碎。

1.4　气相色谱(GC)及GPC分析1.4.1　GC分析　称取5mg彻底干燥的KGM(d2 KGM)样品,在80℃下用1mol・L-1的盐酸甲醇溶液醇解12h,然后硅烷化衍生(六甲基二硅胺∶三甲基氯硅烷=2∶1)。

气相色谱条件:Shimadzu GC29A气相色谱仪,3%SE230分离柱,N220ml・min-1,空气500ml・min-1,H250ml・min-1,柱温180℃,进样口温度230℃,氢火焰离子检测器,记录纸速2mm・min-1,进样量0.3μl。

1.4.2　GPC分析　待测样品KGM(d2KGM)溶液配制成5mg・ml-1溶液,色谱柱Sephadex G2100糖分析柱,进样量20μl,流动相0.1mol・L-1NaCl,流速1μl・min-1,运行时间20min,标准分子量系Pul2 lulan系列。

1.5　红外光谱(F T2IR)分析分别称取约10mg KGM及g2KGM,以K Br压片,在傅立叶红外光谱(N EXUS470智能型,N ICO2 L ET,USA)下测定。

1.6　XRD分析KGM、g2KGM样品粉末纤维衍射采用D/MAX HIB粉晶衍射仪测定,Cuka辐射,管压30kV,管流50mA,扫描速度每分钟5°,狭缝宽度0.3mm,滤波片Ni,温度20℃,湿度70%。

1.7　DSC分析采用DSC2822e/400差热扫描量热仪(M ET2 TL ER2TOL EDO,Switzerland),加热速度每分钟10℃,测试范围0～400℃,KGM、g2KGM取样量约2.0mg。

起始玻璃化温度Tg1:热量上升时对应的温度;终点玻璃化温度Tg2:热量上升后达到平稳时对应的温度;晶体崩解温度Tc:吸收峰定点所对应的温度。

1.8　透射电镜(TEM)分析分别将 1.1中Sevag法脱蛋白后的样品(KGM)及1.2中透析后的样品(d2KGM)以DNS比色法标定浓度,并准确稀释到1.5×10-3mg・ml-1,将1.3中凝胶前的样品(g2KGM)稀释到1.0×10-2 mg・ml-1,将配好的溶液粘在涂有碳膜的铜网上,待溶液挥发干后,以7°角喷涂钯铱合金,在透射电镜(PHIL IPS TEM400ST,Holand)下观察它们的分子构象。

2　结果与讨论2.1　GC与GPCGC图谱(图1)表明,d2KGM的单糖组成与KGM一致、均由G lu和Man组成,通过峰面积计算得到KGM的G lu∶Man的比率为1∶1.68,与Taka2 hashi[6]、Maeda[7]等人的报道一致;d2KGM的G lu∶Man为1∶1.69,与脱乙酰前基本一致,表明脱乙酰作用对单糖组成及比例没有影响。

图1　标准单糖、KG M和d2KG M的GC图谱Fig.1　GC spectrum of standard monosaccharoses,KGM and d2KGM GPC图谱(图2)显示,KGM和d2KGM的分子量范围极为狭窄,KGM的Mn为1.044×106,Mp 为1.033×106,Mw为1.088×106,多分散系数Mw:Mn=1.04,d2KGM的分子量较KGM略大, Mn为1.117×106,Mp为1.154×106,Mw为1.154×106,多分散系数Mw:Mn=1.03,造成分子量稍微增大的原因推测为d2KGM在脱乙酰后分子间相2141 中　国　农　业　科　学 35卷互靠拢致使分子体积增大。

从分布曲线看,KGM 为分子量分布较窄的直链多糖,Whistler [8]认为可能不存在支链。

图2　KG M 和d 2KG M 的GPC 图谱Fig.2　GPC spectrum of KGM and d 2KGM2.2　红外光谱(F T 2IR )分析在KGM 的红外光谱上(图3),3400cm -1处的多糖类化合物的特征吸收峰、874cm -1处的表征β2D 糖苷键构型的吸收峰、808cm -1处的吡喃环呼吸振动峰等特征吸收峰在g 2KGM 的红外光谱图上都能够十分准确地找到,说明凝胶后葡甘聚糖主链的一级结构保存完整,仍为吡喃G lu 和吡喃Man 以β2D 糖苷键连接而成。

但凝胶后1720cm -1处的羰基伸缩振动峰(表征乙酰基的存在)完全消失,表明脱去乙酰基较为彻底,在指纹区的吸收大都减弱,但同时也出现个别尖锐的吸收峰,暗示凝胶后糖链的有序性增强[8]。

图3　KG M 和g 2KG M 的红外光谱Fig.3　FT 2IR spectrum of KGM and g 2KGM2.3　X 2射线衍射KGM 和g 2KGM 的X 2射线衍射图(图4),KGM样品2θ在19.6°、21.1°、21.5°、22.4°、23.0°处有很弱的干涉,对应的面间距d 分别为4.49!、4.26!、4.18!、4.04!、3.90!,呈现出近似无定形的α2光谱形式,结晶性不良,与K ishida N 等[1,3]提出的KGM 是由放射状排列的胶束组成的无定形粉末的结论基本一致。