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天然高分子魔芋葡甘聚糖的复配 产物成膜研究 张东华1,汪庆平2,杨学义1 (1 1 云南民族学院化学系,云南 昆明650031; 21 云南省农科院生物技术研究所;云南 昆明650223) 摘要:魔芋葡甘聚糖是日用化学工业潜在的廉价原料之一。 以魔芋葡甘聚糖为原料,分别加入卡拉胶、 卡拉胶和黄原 胶、 黄原胶等其它高分子多糖后进行复配。利用红外光谱法对魔芋葡甘聚糖及复配产物的成膜机理进行了探讨,并对膜 的性能进行了分析研究,提出了制膜方法。 文中成膜速度控制容易,制作方法简便,这为开发多种具有凝胶成膜性的日用 化学产品提供了依据。 关键词:魔芋葡甘聚糖;天然高分子;黄原胶;卡拉胶,复配;协同作用;红外光谱法 中图分类号:O 636. 1 文献标识码 :A 文章编号: 100121803(2000)0120019203 魔 芋 葡 甘 聚 糖(Konjac Glucomannan,简 称 KGM)是魔芋精粉的主要成分,约占干品重量的50% 60% ,其分子式为(C6H10O5) n, 相对分子质量因品种 和产地不同而存在差异。它是由D2葡萄糖和D2甘露 糖按12比例,通过 21, 3糖苷键结合而成的复合天 然高分子多糖,主链的甘露糖基C23位有 21, 3键的 支链,除葡萄糖和甘露糖残基外,还有乙酰基存在,其 晶体结构有 型(非晶型)和 型(结合型)两种。 由于葡甘聚糖水溶胶及改性产物的胶体特性、 增 稠性、 稳定性、 乳化性、 悬浮性等,在日用化学工业中有 广泛的应用。 通常,葡甘聚糖及其改性产物的凝胶成膜 性多用于食品工业中,近来在日用化学工业中也逐渐 开始得到应用。但魔芋多糖胶液在日化工业中直接应 用带来极大不便,当在魔芋多糖中加入黄原胶、 卡拉胶 时,混合后的胶状物质大分子链中的葡甘聚糖的分子 链螺旋结构与卡拉胶、 黄原胶分子间产生协同增效作 用并能形成理想的凝胶,且凝胶具有热可逆性,即加热 成为液体,冷至室温成为凝胶。 用此复配胶液涂制成的 凝胶薄膜性能十分理想。 根据魔芋葡甘聚糖大分子的特点,将能与其起协 同增效作用的卡拉胶和黄原胶按一定比例进行复配 后,可获得性能理想、 生产操作方便的凝胶膜制品,并 提出了制膜方法,确定了最佳成膜条件。 本法成膜条件 随意, pH值对凝胶及膜的影响很小,成膜质量稳定可 靠,且魔芋多糖价格低廉。 特别是复配改性产物的凝胶 成膜质量有很大提高,这为制备具有凝胶成膜性的日 用化工产品提供了更大的选择余地。 1 实验部分 111 原料与试剂 魔芋精粉(含KGM 75%以上 ): 云南省德宏陇川 魔芋精粉厂生产,卡拉胶、 黄原胶、 氯化钾、 蒸馏水。 112 仪器 分析天平:烘箱:日立260250型红外光光度计。 113 实验方法 11311 KGM与卡拉胶复配 称取 3g 卡拉胶和 5g 魔芋精粉混合(质量比约为 35),加入蒸馏水500mL ,使其充分溶胀后,在水浴 上加热煮沸,冷却至50 60后产物胶1待用。 11312 KGM与卡拉胶和黄原胶复配 称取01 5g 黄原胶、 3g 卡拉胶、 5g 魔芋精粉混合 (质量比约为1610),加入500mL蒸馏水,使其充 分溶胀后,在水浴上加热煮沸,冷却至50 60后 产物胶2待用。 11313 KGM与黄原胶复配 称01 5g 黄原胶和01 5g 魔芋精粉混合(质量比约 为110),加入400mL蒸馏水使其充分溶胀后在水 浴上加热煮沸,冷却至50 60后产物胶3待用。 11314 KGM与卡拉胶+ K+复配 称取 3g 卡拉胶和01 5g 魔芋精粉混合,加入 400mL 0105% KCl溶液,使其充分溶胀后,在水浴上加 热煮沸,冷却至50 60后产物胶4待用。 11315 空白样 称取 5g 魔芋精粉溶于400mL蒸馏水,在50水 浴中加热15m in,边加热边搅拌成胶5,冷却待用。 11316 膜的制备 将上述制得的胶液,用玻璃棒沾取少量胶液,分别 收稿日期: 1999201205 第一作者简介:张东华(19632 ), 毕业于云南大学化学系,副教授。联系电话: (0871)5175732,E2mail: dhzhangynni . edu. cn 91 第1期 2000年2月 日 用 化 学 工 业 China Surfactant Detergent 2940cm - 1处为大分子六元环 上CH键的伸缩振动吸收; 1240cm - 1处为 CO键 的伸缩振动吸收, 3000cm - 1 2800cm - 1及 1450cm - 1 处表明分子中有- CH2-存在。见图1。 图1 KGM膜的红外光谱图 当加入卡拉胶时,其大分子链与葡甘聚糖是大分 子链螺旋结构产生协同增效作用并能形成理想的凝 胶。胶 1( KGM +卡拉胶)其膜的红外光谱如图2: 图2 KGM +卡拉胶膜的红外光谱图 由图2看出: 3700cm - 1 3200cm - 1OH的吸 收峰相对强度增加,表明羟基含量增高; 2940cm - 1大 分子六元环上CH键和1450cm - 1处- CH 2-的吸收 峰 相 对 强 度 增 加, 1726cm - 1 处C = O及1060、 1160cm - 1处CO 吸收峰变强,说明两种胶的大分 子链产生了协同增效作用,使膜的性能有了较大提高。 加入黄原胶亦会产生协同增效作用,见图3: 图3 KGM +黄原胶膜的红外光谱对照图 由图3看出:从3700cm - 1 3200cm - 1OH 基吸收 峰增强; 2940cm - 1处大分子六元环上 CH键的吸收 峰增强; 1726cm - 1C = 0 吸收峰变强; 1060、1160、 1240cm处CO吸收峰增强; 1450cm - 1处的 CH2吸 收峰变强。说明黄原胶大分子链与魔芋葡甘聚糖的大 分子链螺旋结构产生了协同增效的 “乘法效应” 。但从 图谱比较可看出其效果比加入卡拉胶稍差,但凝胶膜 的性能比魔芋葡甘聚糖膜的性能有一定提高。 当加入卡拉胶和黄原胶的混合胶时,其大分子链 与葡甘聚糖的大分子链产生极强的协同增效作用,其 红外光谱见图4: 图4 卡拉胶+黄原胶+ KGM膜的红外光谱对照图 图2、 图3、 图4相比可知,图4比图3效果好,比 图2差。 红外光谱图说明大分子基团并未发生改变,只 是基团吸收峰的强度有了增加,这说明混合胶的加入 使基团吸收增强。加混合胶不同增高值亦不同。 当加入卡拉胶和K+离子时,图谱见图5: 图5与图2相比,图5的膜是在图2的基础上加 入0105% KCl溶液,由于K+离子的存在,使膜的弹性 有较大提高,强度加大,其它的凝胶性能也达到最佳效 果,且凝胶膜在pH= 310间皆较为稳定。 图5 卡拉胶+ K+ KGM膜的红外光谱对照图 212 成膜条件 02 研究与开发 日 用 化 学 工 业 2000年第1期,第30卷 将未改性及复配的魔芋精粉按实验顺序制成的溶 胶用玻棒均匀涂在玻璃板上。膜 1( KGM +卡拉胶)、 膜 2 ( KGM +黄原胶)、 膜 3 ( KGM +卡拉胶+黄原 胶)、 膜 4 ( 卡拉胶+ K+ KGM)、 膜 5 ( KGM空白样)。 其成膜特性列表如下: 表1 成膜特性 样品 性能 透明性弹性柔韧性强度颜色气味光泽 膜1较透明大高很高乳白无强 膜2透明大高高乳白无强 膜3半透明大高高浅黄无强 膜4较透明大很高很高乳白无强 膜5透明小低低浅黄渔腥味一般 由上表可知,经复配改性后的膜比未改性的膜反 光性强、 光泽度好;膜1、 膜4的透明度较高、 弹性较 好、 柔韧性强、 不易断裂。说明魔芋精粉经改性或复配 后,分子间产生交联,从而增强了高分子的韧性。 213 温度对成膜时间的影响 将制成的不同溶胶涂板,把板放在不同的温度环 境中,观察成膜时间与成膜现象,其规律见图6。 图6 温度与成膜时间关系曲线 214 膜的溶解性 五种膜均有良好的冷水溶胀性,但加热一定时间 后,膜会逐渐溶解。 3 结论 魔芋精粉具有较好的成膜性,其膜抗断裂能力强、 无方向性,且具有较好的水溶胀性能,但在颜色、 气味、 光泽、 透明度等性能方面不及经复配后的四种改性膜。 魔芋精粉有一定的成膜性,用其制成化妆品对皮 肤具有较好的保水作用,能防止皮肤的水份散失,防止 阳光对皮肤的直接照射。 因此用魔芋制成的防晒霜、 润 肤露等系列化妆品,具有理想的美容效果。 魔芋精粉与黄原胶、 卡拉胶及适量K+复配后其 性能有了大幅度提高,其中以KGM +卡拉胶+ K+离 子复配胶效果最为理想,其中成膜时间可有效控制,在 室温条件下最短的成膜时间仅3m in,若将其制成化妆 品(如面膜等)其效果将更加理想。 目前,市场上嗜喱类凝胶产品价格较昂贵,若把魔 芋葡甘聚糖进行复配后所得到的产物,用于生产凝胶 类制品将显著降低生产成本,提高产品质量。 对魔芋葡甘聚糖及其复配产物的凝胶成膜性仅作 了一些初步探讨,对其在日化工业中的深入及广泛应 用有待今后进一步地研究。 参考文献: 1李群英,李明,魏福祥等 1 天然高分子海藻酸盐成膜研究J .日用 化学工业, 1998(1): 22241 2李群英,李明贵 1 国内近几年对魔芋精粉在食品工业中应用研究的 进展J .食品工业科技, 1990(5): 32341 3沈悦玉,杨湘庆 1 魔芋胶的特征和魔芋凝胶食品J .食品科学, 1995(6): 14191 4冲增哲 1 魔芋科学 1 重庆食品研究所 119871 5汤荣生等 1 魔芋精粉及其改性产物成膜性能研究J .食品科学, 1996(7): 62651 6赵育美,徐有荣 1 魔芋开发的新动态J .今日科技, 1988(3): 231 7邹新禧等 1 魔芋葡甘聚糖的研究进展J .现代化工, 1995(12): 15 171 Study on Film Formation of N atural Polymer Konjac Glucomanna Combined w ith Xanthan Gum and Carrageenan ZHANGDong-hua1 WANG Qing-ping2 YAN Xue-yi 1 ( 1. Departm ent of Chem istry, YunnanInst. of N ationalities, Kunm ing 650031; 21Yunnan Biological and Technical Research Inst. of A griculture, Kunm ing 650223, China) Abstract: Konjac glucomanna is common compound usedw idely as additive in food and light industry. The process of its film formed by combing konjac glucomanna w ith both xanthan gum and carrageenan was investigated by infrared spectrometry in this paper. A gelly and film making method are set up and the opti mum conditions are tested and choiced. This method could bew idely used for producing fine chem ic