【摘 要】
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豆腐柴(Premna microphylla Turcz)是马鞭草科灌木,分布广泛,资源丰富,具有很高的营养功效和药用价值。果胶为豆腐柴中主要活性成分,约占其干重的20%。但豆腐柴果胶(PEP)的高分子量和低溶解度限制了它的应用,需要对其进行降解以满足不同的功能需求。本论文采用超声波降解PEP,对PEP的降解效果以及一级结构、高级结构、溶液行为和理化特性的变化进行了研究,为PEP加工过程中的结构调
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豆腐柴(Premna microphylla Turcz)是马鞭草科灌木,分布广泛,资源丰富,具有很高的营养功效和药用价值。果胶为豆腐柴中主要活性成分,约占其干重的20%。但豆腐柴果胶(PEP)的高分子量和低溶解度限制了它的应用,需要对其进行降解以满足不同的功能需求。本论文采用超声波降解PEP,对PEP的降解效果以及一级结构、高级结构、溶液行为和理化特性的变化进行了研究,为PEP加工过程中的结构调控和功能化修饰提供参考,也为豆腐柴的开发利用提供理论依据。主要研究结果如下:(1)超声对PEP的降解效果和一级结构的影响研究。原始PEP的重均分子量(Mw)为 133.60 kDa,多分散性指数(Mw/Mn)为 1.577,酯化度(DE)为 15.29%,GalUA 的含量为 64.33%,Rha、Ara 和 Gal 的含量分别为 4.2%、14.36%和 9.74%,表明PEP主链由HG区和RG-I区组成;较高的HG/RG-I值,表明PEP为线性低脂果胶。在超声处理过程中,随超声时间增加,PEP的Mw和DE逐渐降低,但下降速率逐渐变缓;超声强度越高,Mw和DE减小越显著;超声处理后,PEP的分子量分布更加均匀。超声前后,PEP的单糖类型没有改变,摩尔比略有不同,Rha/GalUA没有明显变化,(Gal+Ara)/Rha显著增加,HG区摩尔比显著提升,表明PEP的侧链发生了降解。FT-IR和NMR分析表明,高强度超声不影响PEP的糖苷键类型和连接方式,超声降解后PEP的一级结构没有显著变化,仍为HG区和RG-I区组成的线性结构。TEM照片显示超声波通过产生空化效应使PEP分子链断裂。不同超声强度下PEP的降解均符合二级降解动力学模型(1/Mwt-1/Mw0=kt)。(2)超声对PEP分子链构象的影响研究。原始PEP的特性粘度([η])为0.99 mL/mg,临界交叠浓度(c*)为1.01 mg/mL,回转半径(Rg)为38.4nm,构象参数(β)为0.67,回转比容(SVg)和平均分散分子密度(ρ)分别为1.07 cm3/g和2.36 g/mol/nm3,表明原始PEP分子为刚性半柔顺链。在超声作用过程中,随超声时间延长,PEP的[η]、Rg、β和SVg逐渐减小,但下降速率逐渐降低;c*、断裂摩尔浓度(Cb)和分子量下降率(MWDR)逐渐增加,但上升速率逐渐减小;ρ值一直保持较高的增量;超声强度越高,这些数据的变化趋势越明显。结果表明,随超声时间和强度的增加,分子链的聚集现象越来越显著,PEP由刚性半柔顺链逐渐变为柔顺连、柔顺卷曲链,甚至是紧缩线团。经过超声处理,PEP的粒度分布变均匀;随超声时间和强度的增加,PEP的粒径(Dh)先减小后增大。随超声时间的延长,PEP的椭圆率升高并且超声强度越大,其上升趋势越显著,表明超声处理后PEP的分子间和分子内氢键相互作用增强。分析表明,短时间(低强度)超声会使PEP分子链卷曲坍缩,分子密度升高;长时间(高强度)超声产生刚性较强的短链片段,由于氢键作用相互聚集,抑制了分子链的自我卷曲,分子密度升高。通过AFM观察,证实了 PEP稀溶液链构象的转变。(3)超声对PEP溶液行为和理化特性的影响研究。超声处理后,PEP溶液的表观粘度(η)和剪切应力(σ)明显降低,剪切变稀的流体行为和触变性得到削弱,弹性和热可逆性增强,加工品质提高;X射线衍射分析(XRD)和扫描电镜(SEM)分析表明,固态PEP内部有序程度被破坏,导致PEP呈现更加疏松的微观结构;TGA-DSC结果显示,超声处理后PEP热稳定性明显提升。
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