魔芋葡甘聚糖在醋酸溶液与水中的溶胀行为比较

周禹池，谭 姚，李世荣，田大听

( 湖北民族学院 化学与环境工程学院，湖北 恩施 445000)

魔芋中最主要的活性成分是魔芋葡甘聚糖(konjac glucomannan,KGM)，魔芋葡甘聚糖分子是由分子比约1∶1.6的D-葡萄糖和D-甘露糖通过β-1,4-糖苷键连结而成的天然多糖[1].KGM具有良好的化学稳定性和生物相容性、吸湿性、亲水性及生物可降解性等，因而其在医药、纺织、食品、化工、农业等领域具有广泛的应用前景，引起了包括课题组在内的众多国内外研究者的兴趣[2-4].KGM在水中具有优良的溶胀性，溶于水后会形成一种粘稠的水溶胶，课题组曾系统研究其在水相中的粘度行为[5].而关于KGM的溶胀行为特别是在非水体系中的溶胀行为的研究还很少.由于KGM在食品中的用途正被拓宽，因此了解其在非水溶液中的相关性能显得尤为重要.

通过比较在不同溶胀时间、pH值、温度及体积分数的醋酸溶液与水中KGM溶胀度的变化，试图找到KGM在醋酸溶液中溶胀度变化的规律，以期能为其在诸多领域的应用提供理论依据.

1 实验部分

1.1 材料与仪器

魔芋葡甘聚糖：湖北省恩施州宏业魔芋开发有限责任公司；冰醋酸：浓度为99.5%；分析纯：武汉江北化学试剂厂；BS/BT系列电子天平：德国赛多利斯股份公司；800型离心沉淀器：上海手术器械厂.

1.2 试验方法

准确称取0.100 0 g KGM(m1)放入干燥离心管中，称重为m0.将KGM分散于不同温度、不同pH值、不同体积分数的醋酸溶液与水中处理，然后在4 000 r/min的速度下离心10 min，直接倾倒上层溶液，称重mt.溶胀度(swelling degree，SD)由下式求得：

2 结果与讨论

2.1 溶胀时间对溶胀度的影响

分别测定KGM在水和醋酸溶液中在不同时间下的溶胀度变化.如图1，在水和醋酸溶液中KGM的溶胀度均随时间的增加而增大，这是由于氢键、偶极矩等作用力存在于KGM大分子与水分子之间，并使其聚集成难以自由移动的聚集体，这种网络结构的建立使KGM持水量增大，因此溶胀度随时间的增加而增大[6].KGM在醋酸溶液中的溶胀度低于其在水中的溶胀度，可能是由于在酸性条件下KGM会部分发生酸降解，KGM上的氢键断裂减弱了溶胶网络的强度.

2.2 pH值对溶胀度的影响

分别测定KGM在水和醋酸溶液中在不同pH值下的溶胀度变化，用NaOH和HCl来调节其pH值.如图2，在pH值为5～11的范围内，在水中KGM的溶胀度随pH值的增大而略有升高，在醋酸中KGM的溶胀度随pH的增大略有降低.这是由于在水中KGM在碱性条件下乙酰基被脱除，氢键增强，提高了其凝胶强度，改善了溶胶脱液收缩的情况.在醋酸溶液中随着pH值的增大，溶液中的羧基阴离子减少，溶胶网络内分子间的静电排斥作用减弱，导致溶胀度降低[7].

2.3 温度对溶胀度的影响

分别测定KGM在水和醋酸(体积分数为20.00%)溶液中在不同温度下的溶胀度变化.如图3，在水和酸酸溶液中，在15～45℃的范围内，随着温度的升高KGM的溶胀度略有增大，在45～55℃的范围内，随着温度的升高KGM的溶胀度减小.这是由于随着温度的升高，KGM分子从有序态变为无序态数目增多，并与醋酸分子结合，使溶胶化能力增强.若继续升温，KGM部分降解反而造成溶胀度减小[8].

2.4 体积分数对溶胀度的影响

测定KGM在不同体积分数的醋酸溶液中溶胀度的变化.如图4，随着醋酸体积分数的增大，KGM的溶胀度减小，当醋酸的体积分数大于20.00%后KGM的溶胀度变化不大.这是由于KGM上提供了丰富的羟基、乙酰基等官能团，这些官能团可以与醋酸分子结合，在分子内外形成更稳定的氢键，同时削弱了KGM分子间的作用了力，致使KGM在醋酸溶液中的溶胀度减小.

3 结论

研究表明溶胀时间、pH值、温度及醋酸的体积分数均会对魔芋葡甘聚糖的溶胀性能有影响.实验结果表明：KGM在醋酸溶液中溶胀度低于其在水中的溶胀度，这是因为KGM上的某些官能团可与醋酸分子结合，在分子内外形成更稳定的氢键，而导致KGM溶胀度降低.KGM在水及醋酸溶液中的溶胀速率、动力学方程及溶胶结构等之间的关系还有待进一步的研究，以便为KGM在各相关领域的开发利用提供理论依据.

[1] Katsuraya K,Okuyama K,Hatanaka K,et al.Constitution of konjac glucomannan: chemical analysis and13C NMR spectroscopy[J].Carbohyd Polym,2003,53(2):183-189.

[2] Penroj P, Mitchell J R, Hill S E, et al. Effect of konjac glucomannan deacetylation on the properties of gels formed from mixtures of kappa carrageenan and konjac glucomannan[J].Carbohyd Polym, 2005, 59(3): 367-376.

[3] Zhang Y Q,Xie B J,Gan X.Advance in applications of konjac glucomannan and its derivatives[J].Carbohyd Polym,2005,60(1):27-31.

[4] Tian D T, Hu W B, Zhen Z,et al.Study on in-situ synthesis of konjac glucomannan /silver nanocomposites via photochemical reduction[J].J Appl Polym Sci,2006,100(2):1323-1327.

[5] 田大听,龚勇,谢洪泉.魔芋葡甘聚糖水溶胶的粘度行为研究[J].天然产物研究与开发,2005,17(6):736-739.

[6] 庞杰.资源植物魔芋的功能活性成分[M].北京:科学出版社,2008:32-35.

[7] 陆大年,陈士安,鲍景旦,等.丙烯酸水凝胶的pH敏感性研究[J].华东理工大学学报:自然科学版，1994,20(6):818-823.

[8] 白渝平,杨荣杰,李建民,等.PVA-PAA IPN水凝胶的制备及其溶胀性质研究[J].高分子材料科学与工程，2002,18(1):98-101.