魔芋葡甘聚糖膜的制备及改性.doc

重庆大学本科学生毕业设计 1.引言1 引言1.1魔芋的基本性质魔芋，多年生草本植物，我国有60多种，种植历史已达两千年之久，主要分布在在湖北、云南、四川、贵州等省，且多在山区，亩产可达数千斤。魔芋作为传统健康食品在我国和日本有悠久的历史。近年来关于KGM 在食品领域的应用研究日益引人注目。1-2其主要成分是魔芋葡甘聚糖（KGM），KGM 是由D-葡萄糖和D-甘露糖按11.6 的比例以-1，4 糖苷键连接的杂多糖，其分子量达106 D，在KGM 分子链上平均每17 个糖残基C-6 位上连有一个乙酰基3-4。是具有分支的大分子杂多糖。具有优良的亲水性、胶凝性、增稠性、黏滞性、可逆性、悬浮性、成膜性与赋味性等特性, 尤其优良的成膜性已引起国内外的重视5 .其水溶胶在适当条件下成膜, 可作为一种可食性和自然降解的膜材料。魔芋葡甘聚糖膜存在着成膜时间长、膜的强度低、抗菌能力差以及吸湿度大等问题。因此,已有应用各种方法对其进行改性以改善膜的性能.近年来魔芋葡甘聚糖改性产物在食品，医药，化工，纺织和环保等领域有很好的应用前景。因此，对魔芋葡甘聚糖膜进行改性对扩大其应用范围有重要意义。6-71.2.KGM的化学结构和性质KGM的化学结构如图1： 图1. 魔芋葡甘聚糖的化学结构KGM在酸性条件下分别经高峰淀粉酶，甘露糖酶和纤维素酶水解，其产物经薄层色谱和凝胶电泳分析表明，KGM是主链由D-甘露糖和D-葡萄糖以-1，4吡喃苷键连接的杂多糖。根据来源不同，KGM分子中甘露糖和葡萄糖的摩尔比为1.64.2,在主链甘露糖的C3位上存在-1，3键结合的支链结构，大约每32个糖残基上有3个左右支链，支链仅含几个残基，并且在有些糖残基上有乙酰基团。约每19个糖残基上有一个，以酯的方式相结合。常见的KGM中甘露糖和葡萄糖的摩尔比约为1.51.7(通常为1.6)，乙酰基含量为15%。不同品种与来源的KGM的分子量不同，一般来讲，其粘均分子量约为78*105，光散射法测得KGM的重均分子量8*1052.62*106。天然KGM是由放射状排列的胶束组成的，其晶体结构有a型（非晶型）和型（结晶型）两种。X射线衍射表明，KGM粒子显示近似无定型结构，退火的纤维形式的KGM在X-射线衍射图上显示出伸展的二折螺旋型结构；魔芋葡甘聚糖三乙酸酯的纤维衍射形式呈伸展的三折螺旋型结构，利用计算机程序进行构像分析表明，其有利的手形为左旋。KGM详细结构分析仍在继续研究之中。 KGM是一种中性多糖，为白色粉末状物质，无特殊味道，对水有很强的亲和力。能自动吸收水分而膨胀形成溶胶，吸水膨胀80到100倍仍能成溶胶状态，酸性条件下溶胶性能良好，而偏碱条件下则容易发生凝沉现象，膨润物中添加凝固剂氢氧化钠，氢氧化钙，可促进凝胶的形成而使其失去流动性。随着凝固剂添加物的增加，凝胶化速度速度加快，但凝固剂过多，则凝胶气泡难以排出。若加入碱使其PH值小于12.2,则可形成可逆性凝胶，加碱PH值大于12.2并加热则形成一种弹性凝胶，这种特性在其他多糖中是罕见的。当KGM在1.5%以下时为软凝胶状态，3.5%以上时，凝胶气泡难以排除，以1.643.29%较为理想。温度对凝胶的形成及特性有明显的影响，随温度上升，凝胶粘度值下降，低温（810度）的粘度值几乎为高温下（8085度）的2倍。对其液晶，流变学特性和温度特性研究表明，KGM在水溶液浓度达7%（W/W）时形成液晶相，并且浓度达10%时完全各相异性。KGM对阳离子具有结合和交换能力，对有机物具有吸附和螯和作用。KGM分子分布均匀程度与其流变性质，生物化学特性有很大关系。例如，只有当KGM的分子量达到8*1059*105，它才有抑制动物血中胆固醇上升的作用。1.3KGM的改性研究进展 Smith12等在1959年就对KGM的甲基醚等衍生物的制备，组成，结构有过报道。7080年代，日本的Nobrui和sugiyama 等对KGM的结构和性能作过详细的研究。近些年来，KGM的改性和研究更是得到了广泛而深入的开展。1.3.1 一般化学改性 许时樱13等研究了白魔芋和花魔芋葡甘聚糖的最适甲基化度为0.35左右，甲基化后的KGM不仅水溶性增加，而且极稳定。岸田14等用乙酸纳对KGM进行羧甲基化，郭震楚15等用一氯醋酸将KGM羧甲基化，制得99%以上羧甲基的魔芋葡甘聚糖并就抑制白鼠血清和肝总胆固醇上升以及抗肿瘤活性进行了研究，结果表明，改性魔芋葡甘聚糖的这种活性明显高于未改性。李乐农16等用羧甲基魔芋精粉进行柑橘保鲜，在整个储藏过程中，具有降低果实呼吸强度，减少水分，减少腐烂率的作用。根据报道，胡敏17等用NaH2PO4和Na2H2PO4干法处理KGM使其具有一定的抗菌能力。张昌军18等用磷酸二氢钠磷酸氢二钠作为酯化剂，在尿素的催化下，加热使其发生磷酸酯化反应，生成的KGMP作为一种新型的高分子絮凝剂，可用于煮碱废液处理。KGM与水扬酸钠反映得到的葡甘聚糖水杨酸酯，该产物与KGM相比粘度，透明度，稳定性均增强，对青酶菌具有明显的抑制效果。邱树毅19等用马来酸甘与KGM反应得到酯化度为0.28%0.30%的KGM产品，它对热，PH的稳定性好，粘度提高2030倍，田炳寿20等用辛酸，月桂酸，棕榈酸等长链脂肪酸将KGM酯化，并将酯化产物作为乳化剂，KGM有抑菌能力，水溶胶脱水成膜后，薄膜均匀，透明，弹性大，强度高。庞杰21等用六偏磷酸钠对KGM 进行干法改性，改性产物具有一定的耐酸，耐高温能力。KGM用硫酸二甲酯处理时，其甲基取代度在0.31.4之间，产物溶于水，得到粘性的透明溶液，取代度在0.45时，产物的溶剂化作用最强，稳定性最好，其粘度在30度下保持4d而不改变。KGM经氧化后再与二氧化硫反应生成的羟基磺酸化的糖具有极好的吸收能力，KGM与三氯氧磷（POCl3）的胶连化学改性产物具有极好的稳定性，成膜性，抗张性能和抗菌能力。1.3.2 KGM的复合改性 天然高分子的复合改性主要包括接枝共聚，共混和互穿聚合物网络（IPM）等方法，谢笔均22等研究了KGM与丙烯酸、丙烯酸丁酯的接枝共聚反应，使其接枝共聚物的性能都有不同程度的改善，在芾离子的引发下，KGM与丙烯晴反应得接枝共聚物，其粘度比KGM提高24倍，溶胶稳定性提高近4倍，所得产物成膜更加均匀、细密、气泡明显减少，用硝芾酰氨作引发剂制备丙烯酰氨接枝魔芋葡甘聚糖（AKGM），用它与聚胺酯预聚合成水溶性IPN涂料。并涂布再生纤维素膜制备防水膜，该涂层膜具有良好的力学性能，防水性和透光性。用芾离子引发得到KGM与丙烯酸丁酯的接枝共聚物，与KGM相比，接枝共聚物水溶胶的粘度和对热、对酸碱的稳定性都有明显提高。用焦磷铬锰三价锰离子引发KGM与丙烯酰胺（AM）接枝共聚，产物可用于增稠剂。接枝共聚物兼有天然和合成高分子的性质，其延展性、机械加工性能都有不同程度的改善。共混是开发高分子新材料的重要而简便的途径之一。据报道，用7%（WT）KGM水溶液与2%（WT）壳聚糖（CH）乙酸水溶液共混并在40度下干燥4小时制得透明的CH/KGM共混膜，试验结果表明该共混膜的热稳定性，干态下的拉伸强度和断裂伸长率，均高于纯KGM或纯CH膜，KGM与壳聚糖共混，水溶性得到了明显改善，并可望用于水溶性药物辅料。通过实验发现，KGM和黄原胶可发生强烈的增稠作用，在1：10至10：1之间均有协同增稠作用，且在1：1时协同增稠作用最显著，可广泛用于各食品的制备。在6%NaOH/4%硫脲体系中用5%CaCl2为凝固剂制备出纤维素/KGM共混膜，纤维素和KGM在整个组成比范围都兼容，改体系提供了制备功能材料的无污染价廉的绿色工艺。用4.5%（WT）KGM和3%（WT）海藻酸钠水溶液共混所得工混液经干燥制得的共混膜，其力学性能、水份含量、水溶胀度高于纯KGM膜，其共混液的涂膜保鲜实验表明该共混膜具有良好的保鲜效果。将2%（WT）的壳聚糖水溶液和7%（WT）的KGM水溶液按不同比例混合制备出一系列的壳聚糖/KGM共混膜，共混膜的力学性能、热稳定性明显提高。互穿聚合物网络是由两种或两种以上聚合物通过不同链之间的相互作用和缠结而形成的聚合物复合体系，其中至少有一种聚合物为交联结构，不同聚合物分子链之间相互作用能产生一中特殊功能，因而IPN技术引起人们广泛关注。研究表明23，用发烟硝酸、硫酸和五氧化二磷作为硝化试剂，由KGM合成了水不溶性硝化魔芋葡甘聚糖（NKGM）。用蓖麻油聚甘酯和1040%的NKGM混合，在催化剂和扩链剂存在下，于50度下固化56小时制得半-IPN膜，当IPN复合膜中IPN 含量为20%时，其力学性能和透光率均明显高于纯聚氨脂膜，NKGM对聚氨脂的纯化和提高复合膜的拉伸强度均有明显作用。1.4 KGM的应用研究进展魔芋作为传统健康食品在我国有优秀的历史。近年来关于KGM及其衍生物在食品、生物、医学、化工等领域的研究应用日益引人注目。1.4.1 食品方面KGM作为一种膳食纤维逐渐在营养学领域受到重视。KGM具有亲和、增稠、乳化、凝胶、成膜、稳定性好等特性，可制成各成各种食品和食品添加剂。利用KGM的凝胶性可制成一系列的仿生食品。KGM还作为各种食品饮料的增稠剂、稳定剂和澄清剂，广泛应用于食品工业。KGM能促进肠胃蠕动，帮助人体对蛋白质及其他营养物质的吸收和消化，具有很强的溶胀能力，吸水量是KGM自身重量的80-120倍。KGM是一种高纤维、高热量、低脂肪的食物，具有降血压、减肥、保健之功效，被联合国卫生组织确定为十大保健食品之一，为当代新型绿色食品24。1.4.2 医学领域KGM具有良好的生物兼容性、吸湿性、亲水性和可生物降解性，在液体介质存在下，经冷冻干燥把KGM制成干态凝胶，然后用辐射或其它方法灭菌后，可作伤口包裹材料，有明显的提高伤口愈合的作用25。由KGM、NaCl、CaCl2硼砂等配成的眼科治疗液能有效的治疗各种眼科疾病。由KGM、三价硼酸盐和水制成的人造生物兼容性胶状玻璃的含水量和吸水率分别达到96%和94.3%，尤其适用用接触眼科和光学设施。由KGM、海藻酸钠和其它润滑剂、增塑剂等其它物质制备的膜材料，尤其由KGM和半乳甘露聚糖共混制备的凝胶材料可用于药物控制释放领域。与其他片剂药物包衣相比，魔芋凝胶表现为更好的增加硬度和提高药物和包衣分离性能的效果。现代医学实践证明，KGM对一些癌症、高血脂、高血压、糖尿病、胆石症等有明显的防治效果。低聚KGM硫酸酯钠盐具有明显的抗血栓作用，是一种有前途的类肝素药物。1.4.3生化领域KGM制成高强度、稳定性好的不溶性载体后，可通过钛活化固定化葡萄糖淀粉酶；还可对微生物细胞固定化26。KGM经不溶性处理制备成固定化载体，用氯醇-己二胺-戊二醛活化固定化环糊精葡基转移酶。KGM和二乙基氨基乙醇（DEAE）反应制备DEAE-KGM弱碱性交换树脂，吸附固定化环糊精葡基转移酶。DEAE-KGM对牛血清蛋白有较高的吸附容量，可以把羊血红血球超氧化物歧化酶粗酶制剂分离成几个部分。DEAE-KGM凝胶能吸附92-95%的人体血凝因子，用于工业色谱柱分离凝血分离因子及其它大分子蛋白质。KGM经过乙酰及其它表面因子处理，制备具有网状结构的大孔葡甘聚糖球粒，可用于GPC填料，分离水溶性大分子。交联KGM材料还可用于凝胶色谱固定相的添加剂，用于分离蛋白质、DNA。1.4.4 化工领域KGM是一种优良的化装品基质，具有良好的吸湿性和膨润性，可改善皮肤对化装品的接触，现已有魔芋美容及洗涤用品的问世。据报道，羟丙基化衍生物具有良好的流变性能、抗温性能和抗盐性能，用它作为油田钻井无固化完井液体完全满足现场作业要求，有望得到推广。在异丙醇中用硬脂酸和三氯化磷的混合物改性KGM后，其流变性能由假塑性转变为牛顿流体，改性KGM能够与苯丙乳液产生协同效应，共混体系在较宽范围内很稳定，可用于涂料增稠剂和流平剂27。用KGM和次氯酸钙在硼酸钾水溶液中形成包埋杀菌剂的凝胶，再将其切成小块放在多孔容器中并置于城市污水管道中可有效抑制藻类的生长。将KGM水溶液和适合量碱及表面活性剂混合，然后喷洒在拆修的房屋或道路表面，可防止施工中产生灰尘。以KGM为基材添加增塑剂，可制备出具有交好力学性能、透气性和一定防水性的膜材料。该类材料具有可印刷性，可望开发成新型无毒、无公害的食品包装膜。用化学改性KGM衍生物溶液对蔬果表面进行涂膜保鲜，显示出教好的保鲜效果。1.5 研究目的 魔芋是我国的特产资源，魔芋中重要成分的魔芋葡甘聚糖是一种天然高分子多糖，作为可再生资源，它的改性和利用一方面可节约大量石油资源，另一方面可缓解大量非降解合成高分子材料废弃物所造成的环境污染，KGM及其改性材料的废弃物可在自然环境中实现生物量的循环，是环境友好材料。自从1994年美国和欧洲立法批准KGM为绿色健康食品及食品添加剂以来，国际市场的魔芋需求率日益增大。目前，国际上重视农产品转化为工业产品的研究和开发，这样可以提高农副产品的价值。我国魔芋市场的状况是，重视魔芋精粉出口带来的经济效益而忽视魔芋产品的深度开发，忽视了中国本身这个潜在市场。我国对KGM的研究已开展十几年，主要研究内容集中在KGM的结构及一般改性，深度改性及应用研究尚需进一步加强。本论文主要对KGM的纯化以及KGM膜的制备和改性进行探讨，从而为制备各种用途新材料提供新途径和科学依据，以期利用我国特产资源，实现农产品科技增值目的，提高经济和社会效益。23重庆大学本科学生毕业设计 2.实验部分2实验部分21 魔芋精粉的制备魔芋为天南星科魔芋属的多年生草本植物,球茎含有丰富的葡甘露聚糖(简称KGM),它是魔芋的贮备性多糖,也是一种多糖类半纤维,其结构主要是甘露糖和葡萄糖以吡喃糖甘键连接的巨高分子杂多糖(分子量可达108以上)。据报道,KGM在食品和医药上有重要用途，用KGM产品精粉制作食品和食品添加剂,改善食品风味,有明显的呈味作用外,其营养价值不提供热能,而具有减肥,调节胆固醇代谢的功能,对动脉硬化胆结石、便秘、糖尿病、肥胖症等有显著疗效,被称为健康食品。在医药上KGM能降低血液和肝脏中过量的胆固醇及高血糖,亦有抑制大肠癌变的作用,而我国医学也早有魔芋治疗肿痛、解毒、痰嗽等的记载，近年来我国对魔芋的研究开发使魔芋精粉具有更广泛的用途,包括在环保、建筑、医药等工业上。我国魔芋植物资源十分丰富,品系多,分布广,产量大。2.1.1 魔芋块茎的主要化学成分27糖类。葡甘露聚糖是魔芋块茎特有的主要成分,分子式为(C6H10O5)n,是由d-葡萄糖和d-甘露聚糖按1：1.6摩尔比以(1)糖类葡甘露聚糖是魔芋块茎特有的主要成分,分子式为(C6H10O5)n,是由d-葡萄糖和d-甘露聚糖按1：1.6摩尔比以-1.4糖甘键连接的杂多糖,其含量约为44%64%,另一类是淀粉和其他多糖蛋白质和氨基酸。魔芋块茎中的粗蛋白含量为5%10%,16种氨基酸总量为6.8%8.0%(有7种必需氨基酸)。花魔芋有18种氨基酸总量在6.283%,其中人体必须的为2.634%,白魔芋片含量分别为5.14%和2.137%。矿物质。魔芋含有多种矿物质,块茎中含K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Co分别88400、2004.0、993.0、93.6、21.4、8.1、3.7mg/kg,精粉中含量则分别54300、542.1、818.1、64.9、9.6、2.9、3.0mg/kg。据崔熙等报道,人体必须的13种微量元素和9种常量元素魔芋中的含量相当多。2.1.2 实验原料及仪器原料：魔芋干片（购自沙坪坝沙北街农贸市场）仪器： 表1 实验使用的主要仪器一览表仪器名称型号产地超级恒温槽CS501型重庆实验仪器厂电热鼓风恒温干燥箱101-1型上海天缘实验仪器厂多功能食品粉碎机HL-26型上海海菱电器有限公司分样筛LTY1-直径20cm上虞道圩纱筛厂 2.1.3 制备工艺流程先将魔芋干片洗净、粉碎，过6080目筛，粗料返回再粉碎。粉碎的目的是粉碎其中的蛋白质和氨基酸及矿物质等其他杂质，而葡甘露聚糖因其硬度比较大而不会被粉碎。先将粉碎后的粉末过80目的目筛，去除其中的飞粉等极细杂质，取其上层物质；再将其过60目的目筛，去除其中较大的物质，取其下层物质，即为较为粗糙的魔芋精粉.2.1.4 实验内容：将魔芋片先用机械碾碎,再用粉碎机数遍至不能更细为至,后用所得产物制膜失败,因粉碎机粉碎得到的魔芋精粉颗粒度太大,制得的膜粘度不够.由于上述制得的产物颗粒太大可能是由于魔芋片硬度太大采用下面方法:同上先用剪刀切小成片壮物,用水泡5到10分钟至完全湿透,再用粉碎机粉碎得产物比第一种方法颗粒度小的多,但是制得的精粉颗粒度还是太大,制得的溶胶不能够成膜.由方法粉碎得到的产物由于颗粒度太大,故先用80目的标准筛筛选,所得的产物量太少,后用60目的标准筛筛取得到一定数量的精粉,取少量制取薄膜,同样失败,因魔芋片制得的魔芋精粉中含有魔芋纤维粉碎得到的飞粉等其他细小杂质.2.1.5 实验小结用手工方法将魔芋片制取魔芋精粉，粉碎时其中的蛋白质和氨基酸及矿物质等其他杂质不能被完全粉碎，而且用目筛过滤分离其中的葡甘露聚糖方法粗糙，也很难将其中的飞粉等其它杂质完全去除。制得的魔芋精粉颜色偏黄，成膜效果也不是很理想，故现在魔芋精粉的生产都是机械化生产.2.2 魔芋精粉中葡甘聚糖含量测定28魔芋食品是近期兴起的功能性食品。这是因为魔芋中富含的葡甘聚糖（KGM）是迄今所发现的膳食纤维中最好的一种，它具有良好的膨胀系数大，粘稠性，成膜性，保水性能好等特性。所以魔芋精粉可作为多种食品添加剂，保水剂。在纺织，印刷，化装品，涂料等工业中用做增稠剂，赋形剂，被膜剂，悬浮剂，凝胶剂，保水剂，粘结剂，稳定剂和成膜剂剂等。作为食品添加剂, 魔芋精粉的粘度比KGM含量更重要, 但作为保健食品, 测KGM含量要比粘度更重要。在目前不存在葡甘聚糖纯品的前提下, 魔芋葡甘聚糖的测定方法多2.2.1测定原理魔芋葡甘聚糖经水解后生成D-甘露糖和D-葡萄糖两种还原糖，3，5-二硝基水扬酸与还原糖在碱性介质中共沸后被还原成棕红色的氨基化合物。在一定范围内，还原糖的量同反应液的颜色呈正比关系，利用分光光度法可测知样品中魔芋葡甘聚糖的含量。2.2.2 实验药品及仪器表2 实验使用的主要试剂一览表药品名称纯度等级生产日期生产厂家3，5-二硝基水扬酸A.R.1999重庆川东化工集团化学试剂厂酒石酸钾钠A.R.1998重庆川东化工集团化学试剂厂苯酚A.R.1997重庆川东化工集团化学试剂厂氢氧化钠A.R.1998重庆化学试剂总厂硫酸A.R.1998上海雷磁仪器厂试剂分厂甲酸A.R.2004重庆川东化工集团化学试剂厂葡萄糖A.R.2000重庆川东化工集团化学试剂厂亚硫酸氢钠A.R2002重庆川东化工集团化学试剂厂魔芋精粉 95%2006成都路特食品有限公司 表3 实验用主要仪器设备一览表仪器名称规格数量生产厂家分光光度计22PC型上海棱光技术公司分析天平一台上海大中分析仪器厂恒愠搅拌器一台上海大中分析仪器厂超级恒温槽CS501型重庆实验仪器厂4000r/min离心机5415D型上海海菱电器有限公司容量瓶（100ml,25ml）各6个重庆东方化玻公司刻度吸管（5ml,2ml）各2个重庆东方化玻公司2.2.3 试剂的制备 .显色剂:3,5-二硝基水扬酸溶液.甲液:溶解0.69g结晶的重蒸馏的苯酚于1.52ml10%氢氧化钠溶液中，并稀释至69ml，在此溶液中加入0.69g亚硫酸氢钠。乙液：称取22.5g酒石酸钾钠，加入30ml0%氢氧化钠溶液中，再加入88ml1%3，5-二硝基水扬酸溶液。将甲液与乙液混合，储于棕色试剂瓶中。在室温下，放置7到10天以后使用 3mol/L硫酸溶液的配制 6mol/L氢氧化钠溶液的配制 01mol/L甲酸-氢氧化钠缓冲溶液：取1ml甲酸于250ml容量瓶中，加60ml蒸馏水，再称取0.25g氢氧化钠溶解后加入定容至250ml. 葡萄糖标准溶液：在分析天平中准确称取0.1000g分析纯葡萄糖（预先在105度干燥至恒重），溶于蒸馏水中，定容至100ml。2.2.4 魔芋粉中葡甘聚糖的测定： 葡萄糖标准曲线的绘制依次取0.4,0.8,1.2,1.6,2.0ml标准葡萄糖工作液，2.0ml蒸馏水于6个25ml容量瓶中，加入蒸馏水补足至2ml，再在每个容量瓶中加入1.5ml 3，5-二硝基水扬酸试剂，摇均匀后将6个容量瓶放在沸水浴中加热5min,立刻冷却。用蒸馏水定容至刻度，摇匀。用1cm比色皿在550nm处测其吸光度。以蒸馏水显色反应做空白调零，记录不同浓度葡萄糖工作液的吸光度。以葡萄糖毫克数为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。得到6个葡萄糖毫克数(mg)为 0,0.4,0.8,1.2,1.6,2.0;其吸光度为0.015,0.107,0.289,0.426,0.508,0.657.建立吸光度为A,标准葡萄糖毫克数为m的回归方程为A=0.325m+0.0087 R2=0.9912葡萄糖毫克数（mg）00.40.81.21.62.0吸光度0.0150.1070.2890.4260.5080.657 图2 葡萄糖标准曲线 魔芋葡甘聚糖测定 魔芋葡甘聚糖提取液的制备 用干燥光滑的称量纸准确称取样品0.190.20g，加入盛有50ml甲酸-氢氧化钠缓冲液并处于电磁搅拌状态的100ml容量瓶中。在室温下搅拌12小时溶涨过夜，用甲酸-氢氧化钠缓冲液定容至100ml，搅拌均匀后在离心机上以4000r/min的转速离心20min,此上清液即为魔芋葡甘聚糖提取液。 魔芋蒲甘聚糖水解液的制备准确移取5.0ml魔芋葡甘聚糖提取液于25ml容量瓶中，准确加入3mol/L硫酸2.5ml ,摇匀，在沸水浴中具塞加热1.5小时，冷却。加入6mol/L氢氧化钠2.5ml,摇匀，加热蒸馏水定容至25ml. 分别移取以上制得的葡甘聚糖提取液，水解液和蒸馏水2.0ml于3个25ml容量瓶中，分别加入1.5ml 3，5-二硝基水扬酸试剂，在沸水浴中加热5min,冷却后用蒸馏水定容至25ml,在分光光度计550nm处比色，以蒸馏水显色反应液做空白调零，测定水解液和提取液的吸光度值。在标准曲线上查出吸光度所对应的葡萄糖毫克数。 结果计算 结果按以下公式计算。葡甘聚糖含量（%）=（5m-m0）50m(1-)1000100式中：葡甘聚糖中葡萄糖和甘露糖残基相对分子量与其水解后生成的葡萄糖和甘露糖相对分子质量之比=0.9;m-在标准曲线上查出的葡甘聚糖水解液葡萄糖质量，mg;m0-在标准曲线上查出的葡甘聚糖提取液葡萄糖质量，mg;m-魔芋粉样品质量，g;-样品含水量，% 样品中水分含量的测定样品A为市场购买的高纯度魔芋精粉，样品B为粗制魔芋精粉。将上述样品称量后在80下烘24h，再称量烘干后的精粉质量，得出其水分含量。 表4 样品的水分含量 样品烘干前重量(g)烘干后重量(g)水分含量样品A5.06814.518311.3%样品B1.64871.483810% 魔芋葡甘聚糖含量的测定 分别称取3份样品A和3份样品B，测定其吸光度，由公式葡甘聚糖含量（%）=（5m-m0）50m(1-)1000100计算其魔芋葡甘聚糖的含量。样品A： 表5 样品A葡甘聚糖的含量样品质量（g）水解液的吸光度提取液的吸光度葡甘聚糖的含量（%）0.161300890001890.172800920002920.130400680001870.142500730.002860.16430095000193 样品B： 表6 样品B葡甘聚糖的含量样品质量（g）水解液的吸光度提取液的吸光度葡甘聚糖的含量（%）019330139003526014530105002334016840116003229016950121002438015460133001937 2.2.5 小结由表5和表6数据得到，样品A和样品B的葡萄糖含量分别为89.4%和32.8%,样品A是在市场上直接购买的，纯度为95%与实验数据基本吻合，说明实验成功，测量时方法没有太大问题；而样品B的32.8%明显偏低，因为样品A的数据说明实验方法正确，说明在魔芋精粉的制备过程中出现问题，手工制备魔芋精粉，得到的魔芋葡甘聚糖纯度太低。 2.3 魔芋膜的制备29魔芋的主要成分是魔芋葡甘聚糖(KGM)，KGM是一种天然高分子化合物，它是由D一吡喃甘露糖和D一吡喃葡萄糖按1：16摩尔比，并以-1，4糖苷键连接组成的，每隔约19个糖残基连接有一个乙酰基团，是具有分支的大分子杂多糖。具有优良的亲水性、胶凝性、增稠性、黏滞性、可逆性、悬浮性、成膜性与赋味性等特性，尤其优良的成膜性已引起国内外的重视。其水溶胶在适当条件下成膜，可作为一种可食性和自然降解的膜材料，如用作新型、方便、无公害化的包装材料及农用地膜等。2.3.1 魔芋葡甘聚糖薄膜制备工艺将装有搅拌器的三口瓶置于恒温水浴中,按比例加入适量的水和魔芋精粉,边搅拌边加热至一定温度后保温0.5h,也可在室温下用玻璃棒搅拌510min;使魔芋葡甘聚糖适当溶涨，在洁净的载玻片上自然流延成膜,自然条件下干燥、揭膜。2.3.2 实验原料及仪器原料：魔芋精粉（由成都路特食品有限公司提供）仪器：表7 实验用主要仪器设备一览表仪器名称规格数量生产厂家分析天平一台上海大中分析仪器厂恒愠搅拌器一台上海大中分析仪器厂恒温干燥箱NDO-400型重庆实验仪器厂载玻片1mm 25.5*75.5mm宁波明珠工仪玻璃厂2.3.3魔芋膜的制备考虑到KGM的浓度，反应温度和反应时间对膜的性能的影响，而其中以浓度对成膜性能的影响最大，实验设计为反应温度在室温下、反应时间为2分钟，KGM浓度选择5组数据，多次反复实验. KGM浓度选择实验由于不知道KGM与水比值在多大下能够成膜，所以先大范围选择能成膜的水KGM比，再小范围确定准确的KGM水比确定高质量的魔芋膜。 表8 KGM成膜性KGM质量（g）0.20060.19980.20080.20090.20020.2014水的体积10164510020KGM：水（%）21.25540.21成膜性能能不能 不能不能 能 由表8得到KGM在1%到2%范围左右能够成膜，再在1%到2%左右做几组对比实验， 表9 KGM成膜性对比KGM质量（g）0.20090.20150.20130.19860.2016水的体积（ml）251713119KGM：水（%）0.81.21.51.82.2成膜性差好好好差由表9得知在1%到2%范围内成膜性最好 反应温度选择实验在室温到100度下选择成膜，KGM：水为1%表10 温度对KGM成膜的影响反应温度（度）20406080100成膜性一般好难不能不能 由表10得知温度在40度以下可以成膜。 反应时间选择实验KGM：水比为1%，温度为室温下选择反应时间在2分钟到1小时 表11 反应时间对KGM成膜的影响反应时间（min）25103060成膜性好好好难不能由表11得知在反应时间在2到10分钟以内可以成. 正交实验 表12 4因素3水平表水平因 素ABCKGM：水（%）反应温度（度）反应时间（min）1120221.5305324010 表13 正交实验设计实验号ABC成膜性1#111好2#122好3#133好4#212一般5#223难6#231难7#313不能8#321一般9#332不能由正交实验得到在KGM：水较低浓度下，温度和反应时间对成膜影响不大，而在较高浓度下，温度和反应时间对成膜影响较大。2.3.4 小结由KGM膜制备实验得到，当KGM：水比在1.5%以下时，反应温度和时间在较大范围内都能成膜；当KGM：水比在1.5%以上时，温度过高或反应时间过长都使其难以成膜。KGM的浓度，反应时间，反应温度在一定范围内与溶胶粘度成正比关系，增大任何一项其结果都是等效的。2.4 魔芋膜的羧甲基改性 30魔芋精粉的主要成分是葡甘聚糖(KGM),KGM具有胶体增稠成膜等特性,在很多行业中有广泛的应用.但魔芋葡甘聚糖的吸水性强,在水中的粘度大,溶胀度高,体积溶液可达80100倍;其水溶胶的稳定性差,在室温下5h粘度明显下降,24h完全变稀;对温度,pH值敏感,给魔芋多糖在工业中的应用带来不便. 魔芋葡甘聚糖在适当条件下能够成膜,但膜的强度和抗水性较差,在水中浸泡几分钟即溶胀分解.因而限制了KGM作为一种膜材料的应用,因此有必要对KGM进行改性,提高其膜的性能.魔芋葡甘聚糖分子链上的羟基为羧甲基部分取代后,葡甘聚糖以盐的强烈亲水性而极易溶于水,其胶液透明,细腻,流动性好,具有粘性,不易受温度,pH的影响,稳定性,成膜性能提高,扩大了其应用领域.2.4.1 羧甲基改性工艺流程 魔芋葡甘聚糖加适量水,一定温度分散溶胀1h过滤除杂,缓加一定量的氯乙酸、碘化钾的混合液,反应一段时间,取出冷却,加等体积丙酮沉淀,过滤,用50%、80%的乙醇反复洗涤,无水乙醇浸泡过夜,60恒温干燥箱干燥,粉碎即得羧甲基葡甘聚糖。魔芋葡甘聚糖分子链上的羟基为羧甲基部分取代后,葡甘聚糖以盐的强烈亲水性而极易溶于水,其胶液透明、细腻、流动性好,具有粘性,不易受温度、pH的影响,稳定性、成膜性能提高。 2.4.2 实验药品及仪器药品及材料：表14 实验使用的主要试剂一览表药品名称纯度等级生产日期生产厂家乙醇A.R.2006重庆川东化工集团化学试剂厂丙酮A.R.1998重庆川东化工集团化学试剂厂甲酸A.R.2004重庆川东化工集团化学试剂厂碘化钾A.R.1998重庆川东化工集团化学试剂厂氯乙酸A.R2005 重庆川东化工集团化学试剂厂 魔芋精粉 95%2006 成都路特食品有限公司 仪器： 表15 实验使用的主要仪器一览表仪器名称规格数量生产厂家分析天平一台上海大中分析仪器厂恒愠搅拌器一台上海大中分析仪器厂恒温干燥箱NDO-400型重庆实验仪器厂载玻片1mm 25.5*75.5mm宁波明珠工仪玻璃厂2.4.3 羧甲基改性 由文献数据得到，在M(淀粉)：M(碘化钾)=5：1；M(精粉)：M(氯乙酸)=1： 1；温度控制在70，反应时间为4小时为佳，以次配比配置羧甲基改性KGM膜。2.5 膜的性质测定在KGM：水比在1%到2%之间，温度为室温，反应时间为5分钟，制备一系列的魔芋膜(胶)，与羧甲基改性KGM膜(胶)一起测定其膜的性质。2.5.1 实验药品及仪器药品：95的KGM和改性后的KGM仪器： 表16 实验使用的主要仪器一览表恒温干燥箱NDO-400型重庆实验仪器厂旋转式粘度计NDJ-1型重庆友朋科技有限公司分光光度计22PC型上海棱光技术有限公司2.52 性质测定的方法.透光系数将制备好的溶胶,过220目滤布,滤液用可见分光光度计于750nm波长处测其透光率，以纯净水为空白对照。.粘度用100ml水配置同上面相同比例的溶胶，通过涂4杯粘度计测定流出时间以秒为单位。2.5.3 实验结果与讨论按KGM：水比分KGM溶膜(胶)，将1%，1.2%,1.4%,1.6%,1.8%.2.0%编号为1#，2#，3#，4#，5#，6#；羧甲基改性KGM膜(胶)为0#；.透光系数的测定见图3图3 透光系数的测定由图3可得纯KGM浓度与透光系数成正比，而改性的KGM溶胶透光系数比最低KGM的都大，说明改性KGM对KGM透光性有明显改善。 粘度的测定（表16）KGM：水11.21.41.61.82.0流出时间（s）28.3332.1740.3842.5353.8670.25 表17 粘度的测定而羧甲基改性KGM胶的流出时间为18.16s.由此得到KGM浓度与粘度成比，羧甲基改性能明显提高KGM溶胶的流动性。通过以上数据比较得出羧甲基改性使KGM的透光性能，流动性都得到明显改善。重庆大学本科学生毕业设计 3.总结与展望3 总结与展望3.1 主要结论：(1) 通过由魔芋片制取魔芋精粉的大量实验得出，手工方法制取魔芋精粉不可取，其KGM含量才30%多，所含杂质太多，不能完全分离出去。(2)本文采用3，5-二硝基水扬酸显色法测定魔芋精粉中葡甘聚糖的含量，其结果89.4%与实际含量95%相差不大，表明实验方法可行。(3)本文重点在魔芋膜的制备和羧甲基改性上，在膜的制备过程中考虑到KGM浓度、反应温度和反应时间对成膜性能的影响，先通过筛选缺点KGM浓度范围，再通过正交法得到KGM浓度、反应温度和反应时间3者之间的最佳组合，结果表明在当KGM：水比在1.5%以下时，反应温度和时间在较大范围内都能成膜；当KGM：水比在1.5%以上时，温度过高或反应时间过长都使其难以成膜。KGM的浓度，反应时间，反应温度在一定范围内与溶胶粘度成正比关系，增大任何一项其结果都是等效的。而在羧甲基改性方面，考虑到实验的复杂性，本文借用了有关文献的数据，制得最优化的羧甲基改性KGM膜，并对其透光性能，粘性，结果表明羧甲基改性KGM膜在这3个方面都较纯KGM膜有明显改善。3.2 展望：随着全球工业的不断发展，人们对材料环保要求的逐渐提高，魔芋葡甘聚糖由于其出色的环保条件和丰富的营养价值，必将被人们重视和开发，通过对魔芋葡甘聚糖膜的改性，获得各种人们需要的各种产品。未来可在已有魔芋葡甘聚糖膜改性的基础上进行复合膜的研究,如可通过以下几种途径制得复合膜:将KGM 与其他的天然高分子材料(如天然多糖壳聚糖、黄原胶、卡拉胶、纤维素、淀粉等或是天然蛋白质大豆蛋白) 发生共混、复配协同增效作用,将魔芋葡甘聚糖共混胶经一定条件下脱水制成性能良好的复合膜;或将其与人工合成的高分子材料(如聚丙稀酰氨、蓖麻油基聚氨酯、羧甲基纤维素钠等) 通过共混得到复合膜;或在葡甘聚糖中加入能水解为多羟基的元素形成凝胶,并将魔芋混合胶脱水制成复合膜;或是在魔芋葡甘聚糖中添加2 种或2 种以上的高分子材料得到3 种或3 种以上的复配协同增效作用的凝胶,经脱水成复合膜;也可利用当代的高科技技术(如纳米技术) 已开发出的薄膜用复合抗菌母粒、复合防紫外母粒,复合抗静电母粒等纳米功能母粒,与魔芋葡甘聚糖结合制取特定的功能性包装膜材料,以此促进魔芋葡甘聚糖膜的进一步研究,拓宽膜的应用范围。致 谢四年的大学生活快要结束了，论文工作也随着接近了尾声，在这期间，我收获很大。在这里，首先要感谢四年来传授我知识的各位老师，谢谢他们给予我悉心的教育和培养，使我能具备扎实的材料和化学方面的专业知识，是这些知识使我的论文能更加顺利的完成。感谢刘成伦副教授在论文工作中给予我很大的支持和莫大的帮助，在实验过程中又给予我细心的指导和有益的启发，指正了实验中的不足和纰漏之处。在论文的每一个部分都得到了刘老师的热心帮助和指导。感谢梁亭霞师姐以及实验室各位师兄师姐在做论文期间给予我的帮助，在整个实验过程中无不浸透着各位的教诲和指导，同时，各位师兄师姐端正认真的学习态度深深的感染了我，这些使我一生受益匪浅。感谢我的家人和朋友，是他们长期的关心和鼓励，使我在做论文期间有了很大的精神支持。最后，衷心感谢评阅论文的老师、专家，以及在百忙之中参加论文答辩委员会的诸位委员和老师们。 陈方林 二零零六 于 重庆大学 重庆大学本科学生毕业设计 4.参考文献 4 参考文献 1汪超.李斌.谢笔钧.脱乙酰基对魔芋葡甘聚糖羧甲基改性的影响及产物结构表征.中国农业科学.2005.10.(38):2090-20952吴绍艳.张升晖.恩施.魔芋葡甘聚糖在食品中的应用.食品研究与开发.2005.2.(26):7-93尉芹.马希汉.陈本文等.几种改性魔芋葡甘露聚糖