果膠多糖超聲波定向降解途徑及機(jī)理研究.pdf

1、果膠是存在于高等植物初生細(xì)胞壁和中胞層中的一種酸性多糖，其因天然、無毒且價(jià)廉已被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥和化妝品等工業(yè)中。果膠分子量較大，且根據(jù)來源、種類、在植物組織中存在的位置、植物生長階段以及萃取條件和環(huán)境等的不同而結(jié)構(gòu)各異，這些因素限制了果膠的廣泛應(yīng)用，因此，對果膠進(jìn)行改性(改變其分子量和結(jié)構(gòu)狀態(tài))以適應(yīng)不同的需要成為了近些年研究者的一個研究熱點(diǎn)。果膠改性的方法主要有化學(xué)法和酶法，這些方法費(fèi)時、對環(huán)境不友好，且難以控制，不具有定向性。

2、因此，探索物理的改性方法勢在必行。超聲波作為一種綠色的物理方法，已被廣泛的應(yīng)用于多糖等聚合體的改性研究中，但是關(guān)于超聲波降解果膠多糖的研究在國內(nèi)外鮮見報(bào)道。
　　 本論文以商業(yè)果膠為研究對象，首次對超聲波降解果膠多糖的降解規(guī)律、降解途徑與機(jī)理以及降解產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行了系統(tǒng)研究；分析研究了超聲波降解果膠多糖的動力學(xué)模型；借助原子力顯微鏡技術(shù)從納米水平上揭示了果膠多糖在超聲波降解下的降解途徑；并通過對超聲波降解果膠多糖自由基與機(jī)

3、械效應(yīng)的分析研究，揭示了超聲波降解果膠多糖的機(jī)理；同時結(jié)合與酸法降解果膠多糖的比較研究，驗(yàn)證了超聲波技術(shù)降解果膠多糖具有簡單、快速、經(jīng)濟(jì)且環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，建立了果膠多糖的超聲波降解方法。通過研究，本論文主要得出如下結(jié)論：
　　 (1)超聲波降解果膠多糖的降解規(guī)律研究：通過對超聲波降解果膠多糖分子量及其分布的研究確定了超聲波降解果膠多糖的降解規(guī)律。研究結(jié)果顯示：隨著超聲波時間的增加，果膠分子量逐漸降低，降解速率逐漸減??；隨著超聲波強(qiáng)度

4、的增加，果膠分子量逐漸減小，當(dāng)強(qiáng)度增加到一定程度后，果膠分子量維持平衡：低溫有利于超聲波降解果膠分子；隨著超聲波脈沖占空比的增加，超聲波空化效應(yīng)先增大后減小，當(dāng)脈沖占空比為50％時，超聲波空化效應(yīng)最強(qiáng)，果膠分子量降低最多。
　　 (2)超聲波降解果膠多糖的降解途徑研究：通過對超聲波降解前后果膠結(jié)構(gòu)的比較研究確定了超聲波降解果膠多糖的途徑。研究結(jié)果顯示：超聲波降解果膠的分子量分布變窄且更加均勻；當(dāng)超聲波降解時間為90 min時，果

5、膠分子量小于100kDa的片段可達(dá)47%；超聲波降解不改變果膠的單糖類型和主鏈結(jié)構(gòu)，果膠側(cè)鏈發(fā)生降解；果膠各單糖的斷鏈順序?yàn)榘⒗?半乳糖>鼠李糖>半乳糖醛酸；AFM(atomic force microscopy)分析果膠納米結(jié)構(gòu)表明超聲波降解果膠分子主要以小的聚合體和短的線性單片段形式存在，分支結(jié)構(gòu)減少；果膠中線性及含分支的聚合體結(jié)構(gòu)僅由半乳糖醛酸組成的均半乳糖醛苷構(gòu)成；果膠經(jīng)超聲波降解后鏈長和鏈寬較小的片段所占頻率增加，分子高度

6、減??；果膠分子的鏈長和鏈寬與其分子量及分布呈正相關(guān)關(guān)系。
　　 (3)超聲波降解果膠多糖的動力學(xué)模型分析：通過研究超聲波作用下果膠的分子量及分布的動態(tài)變化過程，分析研究了果膠超聲波降解的動力學(xué)模型。研究結(jié)果顯示：果膠在超聲波作用下(5℃至45℃)的降解符合動力學(xué)方程1/Mt-1/M0=kt；超聲波可以降低果膠降解的表觀活化能并加速果膠的降解。
　　 (4)超聲波降解果膠多糖的機(jī)理研究：通過對超聲波機(jī)械效應(yīng)和自由基效應(yīng)的研

7、究，揭示了超聲波降解果膠的降解機(jī)理。研究結(jié)果顯示：隨著果膠鏈長的減小，超聲波降解果膠的速率和斷鏈濃度減?。谎鯕夂蜌鍤饪稍黾映暡ㄗ饔孟伦杂苫康漠a(chǎn)生，氮?dú)鈱ψ杂苫繜o顯著影響；果膠在氧氣存在下超聲波降解速率及斷鏈濃度顯著增加，氬氣和氮?dú)鈱Τ暡ń到夤z的速率和斷鏈濃度無顯著影響，自由基生成量與超聲波降解果膠的速率和斷鏈濃度不呈正相關(guān)關(guān)系；氣體可引起果膠在超聲波作用下發(fā)生側(cè)鏈效應(yīng)；超聲波空化效應(yīng)引起的自由基效應(yīng)不是導(dǎo)致果膠降解的主要因素，

8、而機(jī)械效應(yīng)是引起超聲波降解果膠的主要原因，(5)超聲波降解果膠多糖產(chǎn)物功能特性的研究：超聲波降解果膠產(chǎn)物的表觀粘度顯著降低；果膠溶液經(jīng)超聲波降解后表現(xiàn)為彈性特性；果膠分子鏈長的減小是引起其表觀粘度減小的內(nèi)在原因之一；果膠溶液經(jīng)超聲波作用后表現(xiàn)為牛頓流體特性(n=1)；果膠經(jīng)超聲波降解后其產(chǎn)物抑制脂肪酶活性提高。
　　 (6)建立了超聲波降解果膠多糖的方法：本研究對超聲波法、超聲波輔助酸法與酸法降解果膠進(jìn)行了比較研究。研究結(jié)果顯示