刺槐豆胶（LBG）/海藻酸钠（SA）复合体系的流动性和动态粘弹性分析

肖于栋，蔺彦斌，管冬冬，张宏涛，张 继，*

（1.西北师范大学，生命科学学院，甘肃兰州 730070;2.甘肃省特色植物有效成分制品工程技术研究中心，甘肃兰州 730070）

刺槐豆胶（LBG）为从刺槐种子胚乳中提取出的一种多糖胶，主要成分为半乳甘露聚糖［1］，是一种水溶性高分子多糖类聚合体，其单元以1，4糖苷键连接的β－D－甘露糖为主链在某些甘露糖基的6位上连接一个α－D－半乳糖构成半乳甘露聚糖，二者比率约为4∶1［2］。刺槐豆胶分子结构中甘露糖和半乳糖比率的特殊性，决定了多糖聚合体在水中三维立体结构的特殊性，这使其本身能在特殊环境下形成凝胶而且可以和其它亲水胶体在相互作用下产生凝胶［3－6］。海藻酸钠（SA）具有良好的生物亲和性和生物可降解性，广泛应用于生物医学领域。SA在水相中稳定且高粘度，因此SA和其相关衍生物广泛应用于食品、化妆品和制药工业［7－8］。文献中对刺槐豆胶单胶的流变性研究多有报道，但对其复合体系的流变性鲜有研究。杨永利等［9］用DNJ－1型旋转粘度计研究了刺槐豆胶的流变性，结果表明刺槐豆胶为非牛顿流体，其粘度随剪切速度的增加而降低，并且随浓度的升高而升高，热水溶刺槐豆胶的粘度比冷水溶的要高，当pH在3到11的范围内，刺槐豆胶溶液的粘度几乎不变。Valeria Rizoo［10］等人研究了不同品种刺槐豆胶的单糖组成及流变学性质，结果发现:直连上的半乳糖控制刺槐豆胶的流变学性质，特别是高的甘露糖/半乳糖的比例会导致高的增稠能力，并且会影响刺槐豆胶的溶解度，机械能力、形成凝胶结构的温度。Ramirez等［11］通过加入刺槐豆胶:使肌原纤维蛋白凝胶凝胶的抗剪切应力能力减弱，增强了剪切稀化行为，本文在前人研究刺槐豆胶流变性的基础上，首次加入海藻酸钠形成复配体系，进一步考察复配体系的流变性，从而为其在食品工业中的利用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

刺槐豆胶 上海中秦化学试剂有限公司;海藻酸钠 天津凯信化学化工有限公司。

Anton Paar Physica MCR 301 Rheometer（流变仪） 奥地利安东帕;转子 CC27同心圆筒，内径为27 mm;PP50平板 直径为50mm;JRA－6数显磁力搅拌水浴锅 金坛市杰瑞尔电器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 LBG/SA溶胶的配制 LBG和 SA总质量为1g，按不同质量比（mLBG∶mSA=1∶9，2∶8，3∶7，4∶6，6∶4，5∶5，7∶3，8∶2，9∶1）称取样品，混合后分别溶于 100mL蒸馏水中，35℃搅拌2h（120r/min）充分溶解分散，放置备用。

1.2.2 流动性能测定 稳态剪切测试:25℃条件下测定不同配比LBG和SA混合体系的粘度随剪切速率的变化趋势，剪切速率范围:0.01～1000s－1。

1.2.3 动态粘弹性测定 应变扫描:25℃条件下给样品以恒定的频率（1Hz）施加一个范围（0.1～1000%）的正弦形变（应变），依据储能模量的变化来测定其线性粘弹性范围。振荡频率扫描:在材料的线性粘弹性范围内，施加不同频率的正弦形变（频率范围:0.05～500s－1），从而得到不同配比 LBG/SA 复合体系的储能模量（G′）随频率变化的关系，即溶液能量储存和频率之间的关系。温度扫描:不同温度条件下复合粘度的表变化趋势，温度范围25～85℃。

2 结果及讨论

2.1 流动性能分析

由图1可知，LBG/SA复合水溶液体系是假塑性流体，其偏离牛顿流体的程度可以用非牛顿指数n表示，非牛顿流体的n值都小于1（牛顿流体的n值都等于1）且n值越小，偏离牛顿流体的程度越大。根据幂律模型［5］:

（τ 是剪切应力，γ 是剪切速率），作 lgτ～lgγ 曲线，直线的斜率即为n，由此可求出不同配比溶液的非牛顿指数n，所得结果见表1。

图1 不同配比LBG/SA复合体系的幂律模型拟合曲线Fig.1 The power－law fitting at different ratio of LBG/SA complex solution

从表1可以看出，随着复合体系中LGB含量的增大，LBG/SA复合水溶液的非牛顿指数n呈现下降趋势，且在实验剪切条件下均符合流变学的幂率模型，说明在剪切条件下溶液中大分子去缠结或者去自交联能力增强，导致体系粘度降低，溶液的流动更加趋近牛顿流体。

表1 不同配比LBG/SA复合体系的幂律模型拟合参数Table 1 The power－law fitting parameters of different ratio of LBG/SA complex solution

2.2 动态粘弹性分析

2.2.1 应变扫描 图2表示不同配比LBG/SA复合水溶液体系的储能模量（G′）随应变的变化趋势，从图中可以看出，LBG的含量越高，复合体系的储能模量就越大，即复合体系的刚性越强，在应变过程中储存的能量越多。因此在LBG/SA复合体系响应外界应变刺激的过程中，LBG起主要的能量储存作用，相应的损耗的能量主要是SA溶液的流动造成的。

图2 表示不同配比LBG/SA复合体系的储能模量（G′）随应变的变化曲线Fig.2 Strain curve of storage modulus for different proportions LBG/SA complex

2.2.2 频率扫描 图3表示不同比例复合体系的储能模量随振荡频率的变化趋势，从图中可以看出，在同一频率条件下，随着复合体系中海藻酸钠比例的增大，储能模量的值变小，因此，在响应外界频率刺激的过程中，LBG起主要的能量储存作用。在频率扫描范围内，所有的复配体系其储能模量随着频率的增大而增大，表明频率增大，能量储存越多。

2.2.3 温度扫描 图4表示不同比例复合体系的复合粘度随温度变化的趋势，不同配比复合体系的复合粘度随温度的升高都呈下降趋势，且刺槐豆胶比例越大，复合粘度越大。

3 结论

3.1 在25℃条件下，复合体系是假塑性流体，且SA的比例越大，在剪切条件下越符合流变学的幂率模型。

图3 不同比例复合体系的储能模量随振荡频率的变化曲线Fig.3 Frequency curve of storage modulus for different proportions LBG/SA complex

图4 不同比例复合体系的复合粘度随温度变化曲线Fig.4 Temperature curve of complex viscosity for different proportions LBG/SA complex

3.2 复合体系响应外界应变刺激的过程中，LBG起主要的能量储存作用，相应的损耗的能量主要是SA溶液的流动造成的，在频率扫描范围内，复配体系储能模量随着频率的增大而增大，表明频率越大，能量储存越多。

3.3 温度越高，复合粘度值越低，且LBG比例越大，复合粘度值越高。

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