超聲波對(duì)高甲氧基果膠NMR轉(zhuǎn)折點(diǎn)蔗糖濃度及其結(jié)構(gòu)的影響.pdf

1、果膠是一種具有凝膠、穩(wěn)定和乳化作用的線性多糖聚合物,由于其天然無毒且廉價(jià)的特殊性,果膠在食品﹑醫(yī)藥和日用化妝品具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。但因其分子量較大,且種類繁多復(fù)雜,導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)差異巨大,限制了果膠在實(shí)際中的具體應(yīng)用,因此,對(duì)果膠改性以適應(yīng)不同需求成為了今年來研究的熱點(diǎn)。超聲波作為一種新型綠色的物理改性方法,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在了果膠等聚合物的研究當(dāng)中;果膠在凝膠過程中,隨著共溶物濃度的提高,體系逐漸由流變態(tài)向凝膠態(tài)轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變主要是由于果膠

2、分子之間及體系中水分狀態(tài)發(fā)生了顯著的變化。
　　核磁共振(NMR)技術(shù)研究食品體系中水分分布和流動(dòng)力學(xué)特性的關(guān)系主要是通過測(cè)量橫向、縱向弛豫時(shí)間。食品中水分子的氫質(zhì)子是核磁共振技術(shù)應(yīng)用的前提和條件。橫向弛豫時(shí)間 T2、縱向弛豫時(shí)間 T1與食品體系中氫質(zhì)子的種類和體系所處的物理化學(xué)環(huán)境有著緊密的關(guān)系,這說明樣品本身的性質(zhì)決定了弛豫時(shí)間,這是樣品的特有屬性。因此通過分析樣品的橫向、縱向弛豫時(shí)間就可以分析研究樣品相關(guān)的物理化學(xué)性質(zhì),而且

3、核磁共振技術(shù)(NMR)還具有快速、無損和重復(fù)性高等優(yōu)點(diǎn)。
　　因此,本論文以柑橘果膠為研究對(duì)象,首次利用核磁共振成像技術(shù)(NMR),從果膠體系中水分的結(jié)合狀態(tài)與質(zhì)子弛豫時(shí)間 T1的聯(lián)系出發(fā),建立果膠體系弛豫時(shí)間 T1與共溶物濃度的關(guān)系,從而對(duì)超聲波改性果膠在凝膠過程中的一些性質(zhì)變化進(jìn)行研究,主要研究結(jié)果如下:
　　1、核磁共振弛豫時(shí)間T1與高甲氧基果膠凝膠性之間關(guān)系的研究
　　通過對(duì)高甲氧基果膠凝膠性凝膠強(qiáng)度的測(cè)定與核

4、磁共振弛豫時(shí)間 T1的測(cè)定,果膠體系凝膠強(qiáng)度與弛豫時(shí)間T1間存在良好的線性關(guān)系,利用低場(chǎng)核磁共振可以測(cè)定果膠凝膠強(qiáng)度,為核磁共振的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。
　　2、pH對(duì)高甲氧基果膠 NMR轉(zhuǎn)折點(diǎn)蔗糖濃度的研究
　　pH能夠改變高甲氧基果膠體系的核磁共振弛豫時(shí)間 T1,當(dāng)蔗糖濃度低于40％時(shí),弛豫時(shí)間 T1隨著 pH的降低而顯著減小;當(dāng)蔗糖濃度為40%~50%時(shí), pH對(duì) T1的影響開始減弱;但當(dāng)蔗糖濃度大于50%時(shí),隨著 pH

5、的降低,弛豫時(shí)間 T1基本沒有變化。Brownstein和 Tarr認(rèn)為在食品的非均一體系中,弛豫時(shí)間的速度主要由水和大分子的交換過程所決定,大分子可以認(rèn)為是表面,那么表面積和體積的比決定了弛豫速度的快慢。果膠是酸性多糖,在水溶液中,果膠分子帶負(fù)電,由于電荷的相互排斥,果膠分子被分散在水溶液中,很難相互間形成作用,形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。降低 pH能夠中和果膠分子上的電荷,使果膠分子趨向中性,分子間斥力減小,果膠分子間形成氫鍵,束縛體系中水

6、的流動(dòng),弛豫時(shí)間 T1減小。同時(shí) pH的降低,斥力減小,分子間距離顯著降低,使得果膠分子結(jié)合更加緊密,這種緊密表現(xiàn)在果膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)空隙變小,表面積和體積比增大,弛豫速度加快,T1減小。
　　pH降低,高甲氧基果膠的 NMR轉(zhuǎn)折點(diǎn)蔗糖濃度升高。同時(shí)隨著 pH的降低,果膠溶液體系結(jié)構(gòu)發(fā)生改變所需要的蔗糖濃度將會(huì)升高。當(dāng) pH為2.0、2.5和3.0時(shí),對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)蔗糖濃度分別為62.11%(w/w)、60.15%(w/w)和53.93%

7、(w/w)。
　　3、超聲波處理對(duì)高甲氧基果膠凝膠過程中水分遷移及分布影響的研究
　　利用核磁共振技術(shù)研究表明:隨著果膠凝膠時(shí)間的延長(zhǎng),果膠體系中水分逐漸由以流動(dòng)的狀態(tài)向不易流動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變,時(shí)間越長(zhǎng) T21越小。超聲波處理將導(dǎo)致水分遷移的速度加快,超聲波處理功率越大,速度越快。
　　4、超聲波處理對(duì)高甲氧基果膠凝膠強(qiáng)度及 NMR轉(zhuǎn)折點(diǎn)蔗糖濃度的研究
　　超聲波處理導(dǎo)致果膠凝膠強(qiáng)度的降低,處理功率越大,凝膠強(qiáng)度越低;

8、處理時(shí)間越長(zhǎng),凝膠強(qiáng)度下降越快。
　　超聲波處理功率和超聲波處理時(shí)間均會(huì)對(duì)果膠 NMR轉(zhuǎn)折點(diǎn)造成不同程度的影響。超聲波處理時(shí)間越長(zhǎng)將導(dǎo)致 NMR轉(zhuǎn)折點(diǎn)后移,超聲波的處理使得果膠在凝膠過程中所需的最低糖濃度增加;超聲處理功率越高,果膠凝膠所需最低蔗糖濃度越大。
　　5、超聲波處理對(duì)果膠分子結(jié)構(gòu)的研究
　　通過超聲波處理對(duì)果膠分子結(jié)構(gòu)及微觀狀態(tài)進(jìn)行研究和觀察發(fā)現(xiàn):在一定作用時(shí)間內(nèi),隨著超聲波處理功率的增大(100w-400

9、w),果膠分子量下降,降低速度逐漸減小;在一定的超聲波處理功率范圍內(nèi),隨著超聲波處理時(shí)間的延長(zhǎng)(0-2h),果膠分子量逐漸降低,一定時(shí)間處理后,分子量降低十分緩慢;超聲波處理前后果膠的紅外吸收基團(tuán)類型未發(fā)生明顯改變,但酯化度降低;經(jīng)不同超聲波強(qiáng)度處理后,果膠凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的斷裂和破壞。
　　本研究將核磁共振技術(shù)首次應(yīng)用于果膠性質(zhì)及改性果膠性質(zhì)的測(cè)定與研究,從微觀上測(cè)定凝膠過程中結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的蔗糖濃度,為核磁共振技術(shù)在高分