魔芋葡甘露聚糖脱乙酰基凝胶化研究及应用

侯燕杰，殷军艺，聂少平

(南昌大学 食品学院，食品科学与技术国家重点实验室，中国-加拿大食品科学与技术联合实验室(南昌)，江西省生物活性多糖重点实验室，江西 南昌 330031)

魔芋是天南星科(Araceae)魔芋属(AmorphophallusBlume)多年生草本植物，在我国秦岭大巴山、四川盆地和云贵高原等地广泛种植。魔芋葡甘露聚糖(konjac glucomannan, KGM)是魔芋块茎的主要成分之一，成熟鲜魔芋块茎中KGM质量分数为10%～30%，干燥精制魔芋粉中KGM质量分数可达70%[1-3]。

KGM是由甘露糖或葡萄糖通过β-1, 4糖苷键连接而成的杂多糖(图1)，在糖残基O-3或O-6位可能存在支链，且含有一定量的乙酰基[4-9]。1951年，Torigata等首次报道了KGM中存在乙酰基，并推测主链上每9个糖残基中可能存在1个乙酰基[10]。随后，Maekaji利用红外光谱技术确认了KGM中乙酰基的存在，并利用液相色谱法证实KGM每19个糖残基中存在1个乙酰基[11]。后续研究进一步发现乙酰基在KGM中随机分布，取代度为0.05～0.11，连接在甘露糖残基的O-2或者O-3位，但没有在葡萄糖残基上发现乙酰基的存在[12-13]。

图1 魔芋葡甘露聚糖结构示意图Fig.1 The structure scheme of konjac glucomannan注:参考自文献[4-9]。

由于来源和提取方式不同，KGM分子量一般在200～2 000 kDa之间[14-16]。KGM高分子量、高支化等结构特点使其具有增稠性等特性，被作为增稠剂广泛应用于食品和医药行业[17]。KGM分子链上的乙酰基通过阻碍分子间氢键的形成而赋予了KGM良好的溶解性和溶胀性[18-19]。增加KGM中乙酰基含量可以促进KGM溶解，而适当降低乙酰基含量可以获得具有较强凝胶特性的KGM[20-21]。然而，乙酰基的存在使KGM分子空间位阻变大，分子链之间距离较远，KGM不能形成网络结构，限制了其单独作为胶凝剂的应用。KGM脱除乙酰基不仅能够提高其热稳定性，还能够形成弹性较高的不可逆凝胶，进而使KGM可以被直接应用于食品、材料、医药等领域。因此，本文综述了乙酰基对KGM理化性质的影响、KGM中的乙酰基脱除方法及各类表征技术，总结了脱乙酰基KGM的成胶机理、影响因素及应用现状，并对未来的研究趋势和发展前景进行了展望。

1 乙酰基对KGM理化性质的影响

1.1 对KGM溶解度的影响

与纤维素分子结构类似，KGM主要由葡萄糖或者甘露糖通过β-1, 4糖苷键连接而成，但KGM中乙酰基的存在增加了空间位阻效应，分子内及分子间的缔合作用减弱，KGM分子与水之间形成大量氢键，进而使KGM展现出良好的溶解度，表现出与纤维素不一样的溶解性质[22-23]。有研究表明，当增加KGM溶液中的碱浓度时，KGM分子的乙酰基含量下降，空间位阻降低，导致其溶解度下降，分子间缔合，形成不溶于水的凝胶[23]。与天然KGM相比，乙酰化KGM可以在相对较短的时间内完全水合形成均匀分散体，且随着KGM中乙酰化程度的增加，水化时间逐渐缩短。去除乙酰基后，KGM的溶解度变差，但调整溶剂(如有机溶剂、离子溶剂等)可以在一定程度上促使脱乙酰基KGM与溶剂通过氢键形成络合物，增加其溶解度；另外，降低温度也能增加脱乙酰基KGM的溶解度[24-25]。

1.2 对KGM结晶性的影响

乙酰基含量对KGM分子的结晶性有一定影响。Sakurada等最早提出脱乙酰基前后KGM结晶性的变化：KGM在X-射线衍射中呈现出近似无定形的α-光谱，而在乙醇环境中经加热或碱处理脱除乙酰基后，转变为β-光谱，即从无定形非结晶态转变为结晶态[26]。Ogawa等深入探究了乙酰基对KGM结晶性的影响，发现脱乙酰基KGM经高温处理再缓慢冷却后，会由无定形状转变为具有双螺旋结构的结晶状[27]。后续研究进一步证实，KGM脱乙酰基后分子链上无乙酰基的部分链段形成了KGM结晶区[28-30]。由于KGM的分子量高且大多属于无定形微结晶状，因此探索脱乙酰基后KGM结晶性的变化存在一些实验设计难题和技术挑战。

1.3 对KGM分子构象的影响

乙酰基可以直接影响KGM分子在溶液中的构象。Jian等采用分子动力学模拟等方法发现，KGM分子构象是非典型的螺旋结构，而该螺旋结构受到乙酰基的影响，除去乙酰基后KGM分子构象转变为无规则线状，表明乙酰基是维持KGM螺旋结构稳定性的重要基团[31]。有学者通过原子力显微镜观察发现，KGM分子为单股长度200～400 nm、厚度1.0 nm、宽度35.0～35.2 nm的伸展螺旋链，脱乙酰基后则转变为直径40～50 nm、厚度3.5～5.0 nm的弹性圆台状[32]，同时KGM分子的特性黏度降低、非对称性增加，形成有序结构[33-34]。

2 KGM的脱乙酰基方法

尽管乙酰基可以使KGM表现出良好的溶解性并被作为增稠剂应用于食品行业，但KGM自身胶凝性较低，需要提高浓度或与其他多糖进行复配使用，这在一定程度上限制了KGM的应用。KGM脱乙酰基后会转变为不可逆凝胶，在冷冻加工(如纤维改性溶解和再生)、材料(如保鲜膜)、胶凝剂等方面有诸多应用。目前，KGM脱乙酰基的方法以化学法为主，根据其辅助方法的不同，大致可分为机械-化学结合法[35-36]、无辅助的纯化学法[37-39]及化学-加热结合法[40-41]3种。表1对KGM脱乙酰基的方法进行了归纳总结和比较。

表1 KGM脱乙酰基方法比较Tab.1 Comparation of the KGM deacetylation methods

采用机械-化学结合法进行KGM脱乙酰基处理时，如室温下采用台式振动研磨机并加入强碱(NaOH、KOH、Ca(OH)2)的处理方式，碱性越强KGM的脱乙酰基效果越好。该方法可以缩短KGM受机械外力的作用时间，还可以减少机械带来的能源损耗及机械外力对KGM结构性能的影响；但使用该方法对固相KGM进行脱乙酰基处理时，粉末状KGM与碱的反应速率相对较慢，且后续乙醇洗涤会对脱乙酰基过程产生消极影响，获取含有特定乙酰基含量KGM的难度较大[35-36]。相比于天然KGM，使用机械-化学结合法得到的脱乙酰基KGM的黏度和热稳定性均有所提高，制备薄膜时不容易受温度影响。

无辅助的纯化学法是使用较为广泛的脱乙酰基方法。目前，KGM脱乙酰基大多是在均相体系中(以水溶液为主)采用碱进行处理的，如在室温条件下将KGM分散于水溶液后加入Na2CO3、K2CO3等弱碱脱除乙酰基，该方法操作简便、反应温和、不会造成分子降解[39]；也有室温下在KGM溶液中加入强碱脱除乙酰基的做法，该方法虽然可以加速脱乙酰基过程，但易造成分子降解[38]。由于KGM溶液黏度较高，无法直接使用纯化学方法进行高浓度KGM的脱乙酰基处理。非均相化学法脱除KGM乙酰基是先将KGM分散于乙醇和水环境中，再加入碱进行脱乙酰基处理的方法，该方法不仅适用于高浓度KGM，还能够得到具有精确乙酰基含量的脱乙酰基KGM，但多次乙醇洗涤会降低脱除效率[37]。

化学-加热结合法是一种可以快速脱除KGM中乙酰基的方法，但同样需要注意强碱、高温会导致KGM分子降解[40-41]。该方法得到的脱乙酰基KGM黏度低于天然KGM，但碱、热共同作用不仅可以加速凝胶形成，还会使凝胶更加均匀。

上述方法中使用频率较高的KGM脱乙酰基方法是无辅助的纯化学法和化学-加热结合法。处理后得到的、与天然KGM性质相差较大的脱乙酰基KGM不可逆凝胶具有溶解度降低、凝胶强度较大、弹性较好等特性，这些特性均为KGM的进一步应用创造了条件。

3 KGM脱乙酰基的表征方法

在脱乙酰基过程中及脱乙酰基前后，KGM的性质均会发生明显变化。研究人员先后采用了多种表征方法(表2)对KGM的脱乙酰基过程进行深入研究。

表2 KGM脱乙酰基的表征方法Tab.2 Characterization methods of KGM deacetylation

3.1 傅里叶变换红外光谱和荧光光谱

荧光光谱中的芘为寿命较长的荧光分子，能优先溶解于聚集体内的疏水区域，且芘对环境极性变化很敏感[47-48]，可以用于检测KGM脱乙酰基过程中疏水相互作用的变化。Xin等报道，当KGM溶液中的碱浓度增加时，第一波段和第三波段之间的发射强度比(I1/I3)降低，表明KGM中乙酰基含量降低后体系中逐渐形成了疏水区域[49]。虽然该方法可以合理表征KGM脱乙酰基过程中的作用力，但受限于特殊材料芘的应用，该方法使用频率较低。

3.2 流变学和扩散光谱学

流变学可以表征脱乙酰基过程中及脱乙酰基前后KGM黏度和成胶性能的变化，该方法操作简单，普及率较高。KGM溶液为黏稠液体，表观黏度大，当KGM中的乙酰基未完全脱除时，碱会破坏分子链和水分子间的氢键，此时KGM的表观黏度随乙酰基含量的减少而降低[42,50]。随着碱浓度的增加，KGM中的乙酰基含量逐渐降低，KGM发生凝胶化而形成不溶于水的凝胶。流变仪可以通过测定振荡模式过程中样品的储能模量、损耗模量、损耗角正切、复模量等参数来表征流变特性[51]，以获取KGM在脱乙酰基后形成凝胶的稳定性和完整性等信息[18,44,52-53]。

扩散光谱学是一种在微观上考察样品流变特征的技术，具有采样体积小、采集时间短、灵敏度高等优点，也可以用于监测KGM脱乙酰基过程中流变特性的变化。Zhou等使用扩散光谱学监测KGM的脱乙酰基过程，发现脱乙酰基过程中KGM的溶胶-凝胶转变是乙酰基含量降低使KGM链之间有更多交联点造成的[54]。结合流变仪和扩散光谱学，可以从宏观和微观两个角度较为全面地解释KGM的脱乙酰基机制。

3.3 扫描电子显微镜和原子力显微镜

扫描电子显微镜可以直接观察KGM脱乙酰基前后表面形态的变化。通过扫描电子显微镜表征发现，随着KGM中乙酰基含量的减少，分子间的缔合作用增强，KGM表面逐渐由波浪状、粗糙状结构转向光滑有序形态，且内部结构更加致密[42]。与K2CO3相比，Na2CO3诱导KGM脱乙酰基后形成的凝胶均匀性更高、网络结构更好、更致密[39]。扫描电子显微镜表征结果还表明，当乙酰基含量较低时，KGM更趋向于先自发聚集，在混合凝胶中的参与数量减少，网络变稀疏[55]。然而，利用扫描电子显微镜测试前需要冻干样品，该操作会使凝胶脱水、结构变形，最终导致测量的网络孔径大于理论值，因此还需探索更先进的技术以精确表征脱乙酰基KGM凝胶的网络结构。

与扫描电子显微镜类似，原子力显微镜也具有制样简单、可直观观察KGM脱乙酰基前后表面形貌变化的优势。例如，用碱处理KGM水溶液后，利用原子力显微镜可以从三维角度表征KGM链在脱乙酰基过程中的团聚、聚集过程[54,56]。

3.4 X-射线衍射

X-射线衍射经常用于表征样品的晶体/非晶结构、晶格参数、晶体生长、成分分布及成核[60]，具有制样简单、对样品无破坏性等优点，可以用于检测KGM脱乙酰基前后结晶性质的变化。有研究显示，脱乙酰基前后KGM的X-射线衍射结果相近，均为无定形结构，只在小范围衍射强度内有细微差别[42]。另有文献报道，当KGM中的乙酰基含量降至初始含量的一半时，会在2θ为12°时出现1个新衍射峰，说明脱乙酰基KGM发生了自卷曲，其分子间相互作用产生了新的微结晶区域[57]。但X-射线衍射技术通常只能表征KGM脱乙酰基前后的结晶差异，无法探究脱乙酰基过程，具有一定的局限性。

3.5 热分析仪和动态光散射

热分析仪和动态光散射也可以用于表征KGM脱乙酰基前后分子间的相互作用。热交换或重量变化通常伴随着物质中相互作用力的变化，热分析技术可以揭示KGM脱乙酰基过程中发生溶胶-凝胶转变时作用力的变化情况[58]。Zhou等采用热分析仪探究脱乙酰基过程中KGM分子间的相互作用及构象变化，通过测定该过程中的能量变化，发现随着乙酰基的脱除，吸热峰移向更高温度，推测脱乙酰基KGM分子和水分子之间的氢键遭到破坏，疏水作用代替氢键成为主要作用力，破坏该作用力需要更高能量，因此所需温度增加[54]。

动态光散射作为一种物理表征手段,可以用于测量聚合物溶液中分子粒径的变化，获得缠结或交联聚合物链的相关长度[59]。一般而言，流体动力学半径(Rh)增加表示分子间聚集，通过动态光散射检测可以获得KGM分子的Rh变化，进而了解KGM链在脱乙酰基前后的聚集、解聚状态[45,56]。

以上KGM脱乙酰基表征方法中，使用较多且操作简单的方法为傅里叶变换红外光谱，该方法不受样品溶解度的影响，能直接表征KGM脱乙酰基前后差异。荧光光谱、流变仪和扩散光谱学可用于探究KGM脱乙酰基过程中的作用力和溶胶-凝胶转变情况。扫描电子显微镜和原子力显微镜通过成像方式可以直观显示KGM脱乙酰基前后的分子状态变化。除此之外，还需要结合X-射线衍射、热分析等其他手段，共同解释KGM脱乙酰基机制。

4 脱乙酰基KGM的凝胶机理及影响因素

4.1 凝胶机理

碱性条件诱导KGM凝胶化的机理由Maekaji首次报道，其通过跟踪KGM中加入碱的过程，发现降低乙酰基含量会诱导KGM形成凝胶，整个过程分为诱导期和凝胶形成期[11]。加入碱后经过短暂的诱导期，KGM开始凝胶化，此时溶液黏度大幅度增加，由液态转变为固态。之后有研究进一步证实，在KGM与碱的作用过程中，乙酰基脱除是形成凝胶的重要反应[11,61]。为探明乙酰基在KGM形成凝胶过程中的作用，Gao等和Huang等先在KGM分子链中引入乙酰基，再将其与Na2CO3反应，发现最终形成的凝胶弹性高于KGM直接与碱反应得到的凝胶，表明KGM中乙酰基含量越高，KGM与碱反应后形成的凝胶弹性越强[52，62]。

以上研究虽然对碱诱导KGM凝胶的形成过程进行了探索，但均未从分子水平揭示乙酰基含量影响KGM凝胶形成的机理。为探明KGM在脱乙酰基过程中的分子间作用力类型，Yin等和Case等分别在碱和KGM共存体系中加入十二烷基硫酸钠(SDS)和感胶离子序列盐，发现二者均可促进凝胶化，初步推测脱乙酰基KGM分子间存在疏水键；再通过比较脱乙酰基KGM和已知凝胶机理的高聚物的流变特性，发现氢键和疏水作用共同促进KGM凝胶化[63-64]。因此，乙酰基含量通过影响KGM分子间的疏水作用而影响其凝胶化行为[19]。另有研究表明，在KGM溶液中加入Na2CO3后，脱乙酰基过程立刻发生，KGM在形成低交联度的不可逆胶束前，会发生由线圈到自组装纤维状网络的构型转变，当凝胶完全形成后，过度纤维间聚集形成由非乙酰基部分组成的区域[54]。Williams等研究指出，互相缠结的KGM分子在碱性环境中会发生脱乙酰基反应，分子链彼此聚集并产生交联点，随着脱乙酰基KGM分子的增多，交联点变多，凝胶逐渐形成[65]。

综上，在碱诱导KGM形成凝胶的过程中，随着乙酰基含量的降低，KGM链上无乙酰基部分增多，其通过疏水作用力、氢键发生交联，最后形成强度高于未脱乙酰基KGM的凝胶。

4.2 影响因素

碱诱导的KGM脱乙酰基凝胶化过程受多种因素影响，如KGM的浓度[44,46,52]、碱的浓度[18,54,66]和种类[38]、温度[18,21,44-45,53,56,62,67]等。

4.2.1 KGM浓度的影响

当其他条件不变时，KGM浓度是对凝胶化影响最大的因素。当KGM浓度低于临界值(质量分数约为0.5%)时，凝胶化不能发生；当KGM浓度高于临界值时，随着KGM浓度的增加，KGM临界凝胶时间和储能模量平台值增加，凝胶时间缩短，凝胶弹性模量增强[44,52]。另外，在相同碱浓度下，质量分数为5%的KGM比3%的 KGM形成的网络更坚固、更强[46]。当KGM浓度较高时，KGM分子间距离较近，互相缠结，可以稳定网络，提高体系的整体机械性能；但当KGM质量分数达到7%时，KGM自身形成凝胶，不利于脱乙酰基的进行[68]。因此，选择合适的KGM浓度更有利于其脱乙酰基凝胶化。

4.2.2 碱的影响

碱是KGM脱乙酰基的必要条件，其发挥脱乙酰基作用的机理如下：碱作为亲核试剂可以诱导电子向羟基中的氧原子移动，产生氧阴离子，使KGM分子链的负电荷密度远大于其所在蒸馏水的负电荷密度，进而导致KGM分子链和水分子之间的水合作用氢键被破坏，阻碍了分子链在溶液中的膨胀，KGM分子在水中的溶解度降低[18,65]。因此，碱的浓度和种类均会影响KGM脱乙酰基过程。

在凝胶化诱导期，凝胶化速率随着碱浓度(不过量情况下)的增加而加快，乙酰基被逐渐脱除后，KGM分子互相靠近形成连接区，最终得到弹性更好的凝胶[46,53,62]。Pan等对KGM进行乙酰基脱除处理时发现，碱作为改性剂，其浓度是影响KGM脱乙酰基过程和乙酰基含量的主要因素[69]。加入碱后KGM分子发生脱乙酰基，导致分子链聚集，当碱过量时凝胶化速率过快，一些分子链来不及形成连接区，会使凝胶弹性模量减小；而当碱不过量时,连接区的分布更加均匀，能够形成弹性和刚性更好的凝胶[46,53,62]。

碱的种类对KGM溶液的理化、流变学和结构特性均有影响[70]。KOH和NaOH都属于强碱，前者碱性大于后者，在相同浓度条件下KOH诱导KGM脱乙酰基得到的凝胶效果更好[41]。Na2CO3和K2CO3均为弱碱，相比于K+，Na+电荷更为密集(半径更小)，可以与水分子和KGM链的羟基产生更强的离子偶极作用，在凝胶网络中表现出更高水平的偶极序和更强的水合能力，因此Na2CO3诱导的脱乙酰基KGM凝胶网络结构比K2CO3诱导的更均匀致密[39]。碱在KGM脱乙酰基过程中的作用复杂多样，其诱导KGM脱乙酰基形成凝胶的作用机理有待继续深入探索。

4.2.3 温度的影响

温度也会影响KGM的脱乙酰基过程。在碱环境下热处理KGM会导致分子热运动，增加乙酰基脱除率[37]，促进KGM分子聚集和连接区域形成[21]，提高凝胶形成速率[41]，但容易产生不均匀凝胶。碱和加热共同作用下KGM形成凝胶的过程如图2所示[56]：加热能加快KGM分子运动和吸水膨胀，使KGM分子从聚集状转变为较为分散舒展的单链。在只用碱处理时，脱乙酰基KGM分子会形成连接区并发生聚集；而加热和碱共同作用会使KGM快速形成具有网状结构的凝胶。因此，热和碱共同作用可以加快诱导KGM凝胶化。

图2 KGM在碱、热条件下形成凝胶示意图Fig.2 Schematic diagram of KGM gel formation under alkali and heating conditions注：参考自文献[56] 。

4.2.4 盐和乙醇的影响

除上述因素外，也有报道证实盐和乙醇可以影响碱诱导的KGM凝胶化。Chen等用Hofmeister理论解释了一系列盐对KGM凝胶化的影响，发现不同阴离子对KGM凝胶化的影响由大到小依次为：SO42-、F-、Cl-、Br-、NO3-、ClO-、I-、SCN-[19]。盐离子的掺入类似于用适当溶剂代替水，其可以破坏KGM疏水区域，延迟疏水性聚集[71-72]，进而影响脱乙酰基KGM凝胶的性质。Xin等通过研究KGM溶胶-凝胶体系中的疏水相互作用发现,与天然KGM相比，阴离子会引起盐析，增强KGM在水中的疏水性，Na2SO4和NaSCN均可以促进脱乙酰基KGM凝胶的形成[49]。此外，NaNO3和NaSCN在KGM凝胶化过程中具有浓度依赖性，二者在较低浓度下更容易引起盐析[67]。另有报道指出，在碱诱导KGM凝胶化过程中加入质量分数为20%的乙醇可以促使KGM形成坚硬而易碎的醇凝胶，该醇凝胶的溶胀率为传统碱诱导KGM凝胶的三分之一左右[66]。

综上，KGM的浓度、碱的种类和浓度、温度、盐离子、乙醇等因素均会影响KGM的脱乙酰基过程。KGM分子在碱性环境中会立刻发生脱乙酰基，分子间的空间位阻降低，发生卷曲并靠近形成连接区。KGM浓度增加、温度升高或碱浓度增加，均能加快上述脱乙酰基速率，并形成更均匀、致密的网络结构。虽然关于KGM的脱乙酰基机制和影响因素已有较多报道，但脱乙酰基随温度的变化过程及各种因素作用于乙酰基脱除的机理等仍有待深入探索。

5 脱乙酰基KGM的探索性应用

天然来源的KGM应用范围较窄，通常通过进一步改性KGM以拓宽其应用范围[73-76]。在过去的研究中，主要利用接枝、静电纺丝技术[77-78]等理化方法作用于KGM的羟基和乙酰基来改变KGM特性，用于制备伤口愈合水凝胶或去除废水中重金属离子等特殊用途[79-83]。传统改性方法常会引入有毒物质且操作复杂，相比而言，碱处理KGM改变乙酰基含量的方法能够获得更加安全的改性KGM。目前，脱乙酰基KGM已经有了较多方面的探索性应用，具体如表3所示。

表3 脱乙酰基KGM的探索性应用Tab.3 The exploratory application of deacetylation KGM

利用脱乙酰基KGM制备的可食用膜和生物可降解膜拥有巨大的经济潜力，但单一膜的稳定性低、抗拉伸能力差、抑菌能力弱[97]。将KGM改性后与κ-卡拉胶、海藻酸盐等大分子混合，能得到稳定性良好、抗拉伸能力强、水蒸气渗透力弱且可广泛使用的复合膜[98]。由表3可以看出，复合膜的制备方法通常分为2种:第一种是先将KGM与碱作用，得到一系列乙酰基含量不同的KGM，再与其他物质混合[57,84]；第二种则顺序相反，即KGM先与其他物质混合，再加入碱作用[85-87]。前者一方面可用于探究KGM乙酰基含量对复合膜性质的影响，另一方面能根据实际应用需求制备出所需性质的复合膜；但其制备步骤繁琐，工作量大，且乙酰基含量降低严重影响KGM水溶性，限制了复合膜的制备。后者制备方法相对简单，能够直接得到复合膜，但不能明确复合膜中KGM的乙酰基含量。

2种及2种以上多糖形成的混合体系在凝胶强度、稳定性、黏弹性等方面均优于单一多糖，可广泛应用于食品、材料等领域，因此制备混合胶更具应用潜力和经济价值。混合胶的制备方法与复合膜相同[55,88-89]，2种方法均能形成具有三维网络结构的混合体系，显著增强凝胶强度，所制混合胶可添加于食品中使用或在生产中通过吸附杂质起到净化作用。

脱乙酰基KGM可以作为胶凝剂用来改善蛋白质地，如与鱼蛋白混合，制作外观和质地新颖的重组海鲜产品[50,95]。制备方法一般是KGM先与碱作用后再与蛋白混合，该方法可以探究不同乙酰基含量KGM对蛋白凝胶特性的影响，但其更适用于研究，实际使用中为减少操作步骤，常将KGM与鱼糜混合后再与碱作用。

KGM在碱和加热作用下成胶的优良特性，使脱乙酰基KGM还可以作为壁材包埋药物或者吸附小分子物质等。然而，以上研究大多仍处于性质探索阶段，实际应用较少，亟需开展大量基础研究和产品开发应用研究，使脱乙酰基KGM的应用技术更成熟、应用范围更广泛。

6 结论与展望

乙酰基分布于KGM的甘露糖上，具有维持KGM分子稳定螺旋结构的作用，赋予KGM良好的溶解性和吸水膨胀能力，使KGM可以作为增稠剂被应用于食品、医药等领域。然而，乙酰基使KGM分子间的空间位阻较大，阻碍了分子间靠近形成网络结构，影响了KGM的凝胶特性，因而有待脱去乙酰基。目前，普遍采用碱或碱结合机械、加热等条件脱去KGM乙酰基，并通过傅里叶变换红外光谱、流变、扫描电子显微镜、X-射线衍射和热分析等手段表征脱乙酰基过程中及脱乙酰基前后KGM结构性质的变化。根据已有研究结果，KGM脱乙酰基凝胶化过程主要包括：随着乙酰基含量的降低，KGM分子间的空间位阻降低，溶解度随之降低，分子链发生卷曲并逐渐靠近产生连接区，构成不可逆的纤维网状结构，进而形成胶束；在此过程中疏水作用力逐渐替代氢键发挥作用，KGM呈现出凝胶特性，最终形成不可逆凝胶。上述过程受到KGM浓度、碱的种类和浓度、温度、盐和乙醇等因素的影响。

虽然关于碱诱导KGM形成凝胶的机理已有一定研究基础，但是受到表征技术、实验设计方案及计算机模拟等条件的限制，对碱在诱导KGM形成凝胶过程中的作用、KGM的分子行为和凝胶结构变化等的阐述仍不完善，有待进一步深入研究。此外，乙酰基在KGM分子上的分布位点尚不清楚，乙酰基从KGM上的脱除方式也缺乏规律性结论，还需要对脱乙酰基KGM进行大量重复实验，并结合核磁技术等探究KGM上的乙酰基位点及其脱除规律。

相比于天然KGM，脱乙酰基KGM具有良好的成膜性和凝胶性，但目前对脱乙酰基KGM还集中在混合膜、混合胶制备及性质探究方面，实际应用偏少。因此，除继续深化对KGM脱乙酰基机理的研究外，脱乙酰基KGM在未来的研究和应用中可关注以下几个方面：(1)在温和且安全的弱碱环境(Na2CO3条件)下，选择2种或多种其他天然高分子(如壳聚糖、海藻酸盐、卡拉胶、黄原胶、琼脂、结冷胶、蛋白等)与KGM混合制备可食用薄膜(具有绿色、环保、可降解的优势)，作为包装材料应用于短期存储的食品，延长货架期。(2)包埋营养素制备可食用混合胶，作为膳食补充剂应用于有吞咽障碍的人群。(3)将脱乙酰基KGM与其他分子混合后作为壁材或载体，用于包埋生物活性组分并实现在人体内的定点释放。(4)将脱乙酰基KGM作为化学材料吸附重金属离子，用于工业废水处理、改善水污染问题等。