（材料科学与工程专业论文）可德胶（curdlan）多糖分子构象及其衍生物的研究.pdf

上海交通大擎博士学位论文 可德胶多糖分子构象及其衍生物的研究 摘要 多糖广泛存在于动物、植物和微生物，是。类藤要的生物大分r ，在生物 l 体内发挥着极其重要的功能。可德胶( c u r d l a n ) 是种出微生物发酵产生的多 糖，其线性大分子结构全部出( 1 - - ) 3 ) p d 葡萄糖营键连接而成。根据加热温度的 不同，可德胶可以形成热可逆以及热不可逆凝胶。出于其特定的凝胶特性和独 特的分子结构，因而在食品、医药、保健等领域有j 泛的应用丁l ：发价值。 多糖的结构是其生物活性的基础，认识和了解多糖的结构有助j 二对其作进 一步的丌发利用。可德胶是中性大分子，没有分支、没有复杂的取代基、重复 单元简单和仅通过加热就可形成两种不同类型凝胶的特点，使其成为研究物理 凝胶胶凝机理的理想大分子。本论文主要研究内容及结论如j 二： 酋先我们研究了可德胶的极性溶剂d m s o 溶液体系。对_ ：f _ 分子量范嘲在 5 1 x 1 0 4 1 9 2 x 1 0 4 之间的可德胶样品，通过光散射以及粘度测定的方法结合现代 溶液理论研究了可德胶在d m s o 稀释溶液中的分子链构象以及分r 参数。确立 的m a r k h o u w i n k 表达式为【r 】- 48 1 0 - 4 m ? ”：运用蠕虫状链圆筒模型得出的 分子参数为：单位围长摩尔质量m ，= 6 9 4n n l 一、持久长度q = 5 ，8 1r i m 链径d = o 9 9 n m 、极限特征比c 。= 9 5 8 ，以上的结果表明可德胶在d m s o 溶液中的分子 链是以较为伸展的柔顺链构象存在，与其在镉乙二盐水溶液中的构象相类似。 采用轻敲模式的原子力显微镜研究了可德胶从d m s o 溶液以及低浓度碱溶 液中沉积在云母表面上的构象信息。对于可德胶d m s o 体系而吉，在低浓度情 形下，观察到柔顺性的单分子链构象，与先前通过高分t r 溶液方法得到的结果 相一致；测得的分子链高度为0 6 5 ：t ：0 ，0 5n m ，与所预期的单分予多糖链的赢径能 够很好地吻合；随着浓度的增加，分子链的刚性增强并且会有聚集体生成直至 上海交通大学博士学位论文 最后形成缠结的三维网络结构，与前面流变学实验结论相一致。丽对于可德胶 、k 在弱碱溶液体系中的分子构象则完全不同，所观测到的分予主要足以超分子聚 集体的胶束形式出现；浓度的增大使得分子链分布不均匀：当可德胶浓度超过 凝胶化的临界丌始浓度后，云母片上会有凝胶状的网络结构生成。 另外，为了提高可德胶的水溶解特性以及对于改性前后产物的物化。附i 能进 行研究，我们合成了可德胶四种不同类型取代的衍q i 物：磺酸化、羧甲熬化、 羟乙基化、羟丙基化。对于每种取代通过改变酯化试齐u 的用量咀及反应条件制 得高低两种取代度的产物。衍生物的结构特征通过凝胶渗透色涪、元素分析、 红外光谱以及核磁等实验手段进行表征。通过流变学的方法对于这些衍牛物的 物化性能进行了表征。这些衍生物均 本现很好的水溶性表现出明显的液相行为。 对于低取代度的磺酸化以及羟丙基化改性的产物丽言，由于其相对较低的取代 度以及较著的水溶性，在室温下浓度较高时会有冷致型的凝胶结构生成。模量 的温度依赖性鲢线以及原子力实验的结果与先前的相类似。另外对了：磺酸化改 性的可德胶，我们初步考察了其抗凝血的生物活性。 针对可德胶的羧甲基化改性我们进行了较为深入的研究。在碱体系巾通过 以氯乙酸 乍为酯化试剡对可德胶进行了羧甲基化改性，对1 二这取代我们进行 了深入的研究。改性后的产物通过红外以及核磁手段进行表征，证实了】：b ( 代基 团主要是被引入在6 位的c 原子上。对于改性前后的可德胶的物化性能通过流 变学以及d s c 方法进行了比较。我们发现在水中，两者均表现为假望性流体并 且能够分别符台幂律以及h b 流变学模型。与可德胶水悬浮液相比较，改性后产 物溶液的储能剪切模量以及损耗剪切模量均明显降低并且随簪浓度的降低频率 依赖性增强。模量的温度依赖性曲线表明改性后可德胶原有的高温凝胶特鼍 ：丧 失，与d s c 所得到的结论相一致。原予力显微镜实验揭示了两者分子构象的不 同，改性后可德胶的分子构象从原先分子聚集体的胶束结构变为王螺旋的结构， 与通过分子量数据得到的结论相一致。上述的实验结果表明：经过羧甲基化改 性后，原有的可德胶分子链上与水结合形成胶束结构的氢键作用被完全破坏； 1 1 上海交通大擘博士学位论文 另方面由于受到引入的亲水性的羧甲基基团的影响，原有的与6 位ci i 的弧 甲基相关的在高温下体现的疏水作用消失了。另外我们对于可德胶在水相体系 形成的胶束结构的分子键合形式以及本身的疏水结构比给予了定的酏叫。 本沦文的主要创新之处： ( 1 ) 结合激光光散射和粘度法，并根据高分予溶液理沦确定了可德胶 在d m s o 溶液中呈现较伸展的半柔顺链构象。 ( 2 ) 应用原子力显微镜的方法全面、系统地研究、比较了可德胶在不 同溶剂体系下的构象信息，观测到可德胶在极性溶剂c p 的瞥分子 链构象。 ( 3 ) 研究了可德胶的化学改性衍生物的物化性质，发现疏水能力的减 弱使得可德胶在高温下形成凝胶的特性丧失。 关键词：可德胶，分子构象，原子力显微镜，化学改性，疏水作用 上海交通戈学博士学- a e e 文 s t u d y o nt h em o l e c u l a rc o n f o l ：m a t i o na n dc h e m i c a l m o d i f i e dd e r i v a t i v e so fc u r d l a n a b s t r a c t p o l y s a c c h a r i d ei sag r o u po fb i o p o l y m e r st h a tw i d e l yd i s t r i b u t e di na n i m a l ，p l a n t a n dm i c r o o r g a n i s m , a r i di tp l a y se s s e n t i a lr o l e si nl i v i n go r g a n i s m sc u r d l a ni sa o a c t e r i a lp o l y s a c c h a r i d ef o r m e db yf e r m e n t a t i o n ，a n di t sl i n e a rs t r u c t u r ei sc o m p o s e d e n t i r e l yo f ( 1 寸3 ) 一口一dg l u c o s i d i cf i n k a g e s 。c u r d l a nh a su n i q u eg e l l i n gp r o p e r t i e so f f o r m i n ge i t h e rl o w s e tg e l so rh i g h s e tg e l sd e p e n d i n go nt h eh e a t i n gt e m p e r a t u r e i t h a su t i l i t ya saf o o da d d i t i v ei ni t sa b i l i t yt ot b r ma ne l a s t i cg e la n ds h o w ss t r o n g b i o a c t i v i t i e s ，s u c ha sa n t i t u m o ra n da n t i h 1 va c t i v i t i e s ，w h i c ha t t r a c t e dm o r ea n d m o r ea t t e n t i o no ft h ef o o di n d u s t r y , m e d i c i n ea n dh e a l t h c a l ef i e l d t h ec h a r a c t e r i s t i co fn e u t r a l i t y , n o n b r a n c h e dc h a i n s ，n o n c o m p l i c a t e ds u b s t i t u e n t ， s i m p l er e p e a tu n i ta n dg e l l i n gb yh e a t i n ga l o n em a k ec u r d l a nam o d e lt ou n d e r s t a n d t h em e c h a n i s mo fg e lf o r m a t i o n t h em a i nc o n t e n t sa n dc o n c l u s i o n si nt h i sw o r ka r e l i s t e da sf c ，i l o w s ： w ef o c u s e df i r s t l yo nt h ec u r d l a n d m s os y s t e m ：f i v es a m p l e so fc u r d l a nr a n g i n g i nm o l e c u l a rw e i g h tf r o m5 1xl0 4t o19 2 ) ( 10 4w e r eu s e dt od e t m m i n et h e i r c o n f o r m a t i o n a lp a r m n e t e r sa n dm o l e c u l a rd i m e n s i o n si nd i m e t h y ls u l l b x i d ea t2 5o c m a r k h o u w i n ke q u a t i o nw a se s t a b l i s h e da s = 4 8 x10 4m 掣o nt h eb a s i so f u n p e r t u r b e dw o r m l i k ec h a i nm o d e l s ，t h em o l e c n l a r p a r a m e t e r s w e r ee s t i m a t e da s f o l l o w s ：t h em o l a rm a s sp e ru n i tc o n t o u rl e n g t h ( m ) 26 9 4n l l l 一，p e r s i s t e n c el e n g t h ( g ) = 5 ，8 1 n m ，m o l e c u l a rd i a m e t e r ( d ) 20 9 9r i m ，a n dc h a r a c t e r i s t i cm t i o 。iq ) 2 v 上海交通大学博士学位论文 9 5 8 ，s u g g e s t i n gt h a t t h i sp o l y s a c c h a r i d ee x i s t e da sar e l a t i v e l ye x t e n d e df l e x i b l e c h a i ni nd m s o t a p p i n gm o d ea t o m i cf o r c em i c r o s c o p y ( t m a f m ) w a su s e dt os t u d yt h eb a c t e r i a l p o t y s a c c h a r i d ec u r d l a nd e p o s i t e df r o md i m e t h y ls u l f o x i d ea n dn a o ha q u e o u s s o l u t i o n s f o rt h ef o r m e r , f l e x i b l es i n g l ec h a i nc o r r e s p o n d i n gt oad i s o r d e r e d c o n f o r m a t i o nw a so b s e r v e da tl o w e rc o n c e n t r a t i o n ，a n dt h ec h a i nd i a m e t e lw a s m e a s u r e di ob e 0 6 5 0 0 5n m ，w h i c hs h o w e dg o o da g r e e m e n tw i t ht h ee x p e c t e d v a l u eo ft h es i n g l ep o l y s a c c h a r i d ec h a i n a st h ec o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e d ，t h ec h a i n s b e q a n a em o r er i g i da n dt h ea g g r e g a t e sw i l lc o m ef o r t hu n t i lt h en e t w o r kc a m ei n t o b e i n g n e v e r t h e l e s s ，t h ea f mi m a g e so fc u r d l a nd e p o s i t e df r o m5m mn a o h s o l u t i o ns h o w e de n t i r e l yd i f f e r e n tc o n f o r m a t i o n s t h ec h a i n so b s e r v e dw e r ea l m o s ti n t h ef o r mo fm i c e l l e s ，w h i c hw e r et h es u p e rm o l e c u l a ra s s e m b l i e s t h eh e t e r o g e n e o u s z o r l ew a so b s e r v e da st h ec u r d l a nc o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e dw h e nt h ep o l y m e r c o n c e n t r a t i o ne x c e e d e dt h ec r i t i c a lt h r e s h o l dv a l u eo fg e l a t i o n ，g e l l i k es t r u c t u r ew a s f o r m e d k e e p i n gi n c r e a s i n g t h ec o n c e n t r a t i o n ，t h e i m a g e s h o w e dam o r e h o m o g e n e o u sf i b r o u sn e t w o r k f o u rd i f f e r e n tf u n c t i o n a l 【i z e dd e r i v a t i v e so fc u r d l a n 3s u l f a t i o n ，c a r b o x y m e t h y l a t i o n ， h y d r o x y e t h y l a t i o na n dh y d r o x y p r o p y l a t i o nw i t ht w od e g r e e so fs u b s t i t u t i o n ( d s ) w e r es y n t h e s i z e d t h es t r u c t u r ef e a t u r e so fa t ld e r i v a t i v e sw e r ei n v e s t i g a t e db ym e a n s o fg e lp e r m e a t i o nc h r o m a t o g r a p h y , e l e m e n t a la n a l y s i s ，f t - i ra n dn m r t h en m r r e s u l t sr e v e a l e dt h a tt h es u b s t i t u t e dg r o u p sw e r ei n t r o d u c e dm a i n l ya tt h ec - 6p o s i t i o n f u r t h e r m o r e ，t h ed e r i v a t i v e sw e r ec o m p a r e dw i t ht h e n a t i v ec u r d l a nb yu s i n go f r h e o l o g ym e t h o d i tw a sf o u n dt h a tt h ed e “v a t i i e sw e r ea l ls o l u b l ei nw a t e ra n d l i q u i d l i k eb e h a v i o rw a so b s e r v e d ；o n l yf o rt h es u l f a t e d a n dh y d m x y p r o p y l a t e d d e r i v a t i v e sw i t ht o wd s c o l d s e tw e a kg e ls t r u c t u r e u i db e d e t e c t e da tr o o m t e m p e r a t u r ed u e t ot h e i rr e l a t i v e l yl o wd sa n dp o o rw a t e rs o l u b i l i t ya th i g h v 上海交通大学博士学位论文 c o n c e n t r a t i o n t h er e s u l t so fm o d u l u s t e m n e r a t u r ee x p e r i m e n ta n da f mw e r e c o n s i s t e n tw i t ht h ef o r m e r i na d d i t i o n ，w es t u d i e da p p r e c i a b l yt h ea n t i c o a g u l a n t b i o a c t i v i t yo ft h es u l f a t e dc u r d l a n c u r d l a nw a s c a r b o x y m e t h y l a t e d i na n a q u e o u s a l k a l i n em e d i u m u s i n g m o n o c h l o r o a c e t i ca c i da st h ee t h e r i f y i n ga g e n t ，t h es t r u c t u r eo fc a r b o x y m e t h y i a t e d c u r d l a n ( c m c ) w a sa n a l y z e db yf t - i ra n dn m rs p e c t r o s c o p y ，w h i c h1 e v e a l e dt h a t t h ec a r b o x y m e t h y lg r o u pw a si n t r o d u c e dm a i n l ya tt h ec - 6p o s i t i o na sw e l la sa tt h e ：c - 2a n dc - 4d o f i t i o n s f u r t h e r m o r e c m cw a sc o m p a r e dw i t f it h en a t i v ec u r dl a nb y u s i n gr h e o l o g ya n dd s cm e t h o d s i tw a sf o u n dt h a ti nw a t e r , b o t hp o l y s a c c h a r i d e s b e h a v e da s p s e u d o p l a s t i c f l u i da n df i tt h ep o w e rl a w a n d h e r s c h e l b u l k l e y t h e o l o g i c a lm o d e l sw e l l b o t ht h es t o r a g es h e a rm o d u l u sg a n dt h el o s s s h e a r r n o d u l u sg ”o fc m ca q u e o u ss o l u t i o n sd e c r e a s e da n db e c a m em o r ef r e q u e n c y d e p e n d e n tw i t hd e c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o ni nc o m p a r i s o nw i t ht h e c u r d l a na q u e o u s s u s p e n s i o n s ，t h em o d u l u s t e m p e r a t u r ec u r v ea l s os u g g e s t e dt h a tt h eg e lc h a r a c t e r i s t i c o fc u r d i n nh a sb e e nl o s ta f t e rc h e m i c a lm o d i f i c a t i o n w h i c hw a sc o n s i s t e n tw i t ht h e e x p e r i m e n t a lr e s u l to fd s c a f mi m a g e sr e v e a l e dt h ed i f f e r e n c ei nt h ec o n f o r m a t i o n f o rn a t i v ea n dc a r b o x y m e t h y t a t e dc u r d l a n ，w h i c hc h a n g e df r o mt h ea g g r e g a t i o no f m a c r o m o l e c u l e st o t r i p l e h e l i c e s a l lt h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t ss u g g e s tt h a tt h e h y d r o g e nb o n d st h a tb i n dc u r d l a nw i t ht h ei n t e r s t i t i a lw a t e rt of o r mt h em i c e l l e sh a v e b e e nd e s t r o y e dc o m p l e t e l ya n dt h a tt h eh y d r o p h o b i ci n t e r a c t i o n r e l a t e dt ot h e m e t h y l e n eg r o u p sa tc 6f o r m e da b o v e5 5o cd i s a p p e a r e dd u et ot h ei n t r o d u c t i o no f t h eh y d r o p h i l i cc a r b o x y m e t h y lg r o u p v 1 上海杰通大学博士学位论文 t h ei n n o v a t i o n si nt h i sw o r ka r el i s t e da sf o i l o w ： 1b a s e do nt h em o d e r nt h e o r yo fp o l y m e rs o l u t i o n ，t h ec h a i nc o n f b r m a t i o no f c u r d l a ns o l u t i o ni nd m s ow a sd e t e r m i n e db yl i g h ts c a t t e r i n ga n dv i s c o m e t r yt o b ee x p a n d e df l e x i b l ec h a i n s 2 w ed e s c r i b e dt h ec o m o r e h e n s i v ea n ds y s t e m i ca f m t u d l e so fc u r d l a nd e n o i t e d f r o mc t t t t e r e n ts o l v e n t sa n do b t a i n e dt h es i n g l ec h a i no ft h e c u r d l a nm o l e c u l e s 3 f o rt h ee h e m i c a lm o d i f i e de u r d l a n t h ev a n i s h i n ao f t h eg e lc h a r a c t e r i s t i ca th i g h t e m p e r a t u r ed u et ot h ed e s t r n c t i o no fi n t r i n s i ch y d r o p h o b i cs t r u c t u r ew a sf i r s t l y r e v e a l e d k e y w o r d s ：c u r d l a n ，m o l e c u l a rc o n f o r m a t i o n ，a t o m i c t b r c em i c r o s c o p y ，c h c m i c a r n o d i f i c a t i o n ，h y d r o p h o b i ci n t e r a c t i o n 附件四 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作薪j 戎果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：诊q 日期：矿岬年f 月t f b 鞴件五 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位沦文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学n j 以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采削影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适f l j 本授权书。 本学位论文属于 不保密囤。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：拿a 口 日期：渊年f 月i 珀 指导教师签名： 纭陇玳 、 日热，胪1 月酾 上海交通大学博士学住论文 1 1 引言 第一章概述 多糖是由十个以上单糖通过t i = 键琏接而成的聚糖，a ：n 然界分布搬j 。机物的甜絮纤 维素、塘原、比虫与1 y 艘动物的甲壳质、植物的粘液磬f 胶聚胶等弛多物质部赴i n 彩糍 编成的。许多研究成果表明糖类趋生物体山除虽向质和核酸以外的义- 类重要的卡物人 分子。k 期以来，人们t q l 认为多糖缸生物体内仅作为能坩贮存物质( 如淀粉硐i 瓤尢等) l i 充当结构材料( 如纤维素) 。随着岍究的不断深入，人们发现辅类烛照璎f i 勺信息分f ，参 与和 介导r 许多重要的生命过拌，一些贝肖较高分f 话的多抛还参与细胞的符种小命现象 及生理过稃的调1 5 o 糖类作为信息分子在受精、发生、发育、分化，神经系统和免玻系统 衡态的维持等方面起着重要的作h ；炎症和自身免 鱼疚病，老化、癌细胞f 内异常增埴相l 转 化、病原体感染、植物年| i 貊原体相互作 、植物与根瘤卤几中等生坪和稿删过柑都订糖类 的介导1 1 1 。在多糖人分子研究中，结构年功能的关系，特驯红近些年，引起j 7 包把_ ：物学 家和f 其他领域科学家的日前天注。多糖研究已经迅速发腱成为个跨科的研究”l 。2 ii 仆 纪g ：命科学f | 勺研究焦点是对多细胞生物的高层次生命现象的解秆，干1 ：为体内细胞口 刖州酾 控过稃的信息分子，糖链分子孕含着比核酸币l 蛋白质人儿个数坫级的“生物信息”。彩撕被 认为是继核酸平蛋闩质之后，最后一类有待攻破的生物人分r 。 多耱瓷源丰富、米源i 。泛，可从陆地植物、海藻中提取，也可通过微生物发酵迸行生 物合成，生物活性和凝腔化j f ：j j 是些多糖人分f 冗有的两个最上耍的性质p j 。生物活性是 指多糖住参与生命过程中表现出的免瘦调订、抗肿瘤活性、抗a i d s 羊l l 抗氧化作川* 。多糖 的凝胶化是指多糖 容液或溶胶在一定条什r 形成凝腔的性质。目j i ，在食。1 “医约、化妆 品、化l ：等i ：业领域，多铅已破j 。泛刚锹胶凝刺，增稠删、药物载体、乳化荆，稳定删、 膜材料俦。尽管随着分离提纯技术的提高，多糖化学结构的4 i 断被揭示，一些多栅还实现 了i ：业化生产，但由丁多糖本身结构复杂再加上不易分离纯化使得结构表，址难度较人。 多糖结构的复杂性不仅是指化学坌i i i 构，更士要的是指分子构织( c o n f o r m a t i o n ) 的多使性。 如多糖分子可具有线团结构( c o i l ) ，单螺旋结构( s i n g l eh e l i x ) ，单链结构( s i n g l ec h a i n ) 舣螺旋结构( d o u b l eh e l i x ) 、二螺旋结构( t r i p l eh e l i x ) 并，并h 这些结构之问还有独特的相 且作州特别是氢键作川、疏水作h j 、静也作h j 垌j 范德o # 力等次级键作川。 第一章概述 多塘种类繁多，1 , 3 - b d g l u c a n 葡聚精是多耕i 家族中最遁盟的成英之一彰返类饷聚 糖士链上还有支链。虽然分子机理目前仍f i 沽晰世愿自。生物活性已被泛认为魈陔类匍 聚糖的通性。此外，它只有刚性的二螺旋结构。这些性质使得1 , 3 - b * d g l u c a n 州究叶1 常常 作为理想的模掣分f 。多糖凝胶特性和i 生物活性的本质迹远未被完全认口! ， l 础训f 宄的难 度人。 值得注意的趋，c u r d l a n 是1 3 1 3 - d - g l u c a n 葡聚精中最具特色的一种。从c u r d l a n | j 化学 结构看，它无疑是1 , 3 b - d g l u c a n 葡聚糖家族中最暖要的成员，人多数其它成必与c u r d l a n 的区别都是在土链上有一些侧链墓团。冈而，开展c u r d l a n 分f 构象和构象变化的 f 究不仅 有助下对其生物活性平| i 凝殷性质的阐明，还有助丁胰根本上总体把握】3 - 1 3 一d g l t x c a n 类镛聚 耱限i 特性。 1 2 可德胶的物理特性 1 2 ，1 可德胶研究的历史概况 1 9 6 4 年，目本的原田笃也( t o k u y ah a r a d a ) 教授从十壤中分离了得剑了连产碱卤变午i i j 1 0 c 3c a l c a l i g e n e s f a e c a l i s ：m y x o g e n e s1 0 c 3 ) ，这种微生物能往1 0 的乙薛为碳游的培 养基中生成一种粘性物，里面含有琥珀酸。1 9 6 6 年原田教授存制符耽珀酰聚糖的过冉中 发现在培养基中添加的葡萄糖完全被消耗，升且生成人鹫白色沉淀。他们认为是有自【体发 生了变异而产：生了这种不溶解的物质通过进一步研究，分离山丁所谓变歼物种发现它 含有一种仅仅由i ，3 1 3 d 葡聚糖仃键组成的聚合物，当其水魁浮液加热会彤成一种弹钳凝 胶。根据其高温凝同( c u r d l e ) 的特性将其命名为c u r d l a n ( 可德胶) 1 4 “。这也是世界上 菏玖发现的唯一完全由1 ，3 - 1 3 d 葡聚糖茁键绢成，升能住加热情况f 形成凝胶的多鞲人分 子。 1 9 6 8 年起日本武( t a k e d a ) 化学股份有限公司( 人阪，e l 本) 开始0 原田教授合作开 屣可德胶住食品l ：业上的应j 研究i ：作。援f 来的儿年时问里，分j ：；i 就u 德胶木身造孬致 上海交通大学博士学位论文 癌有无动物体突变反麻薯问题进行了安全性测试自 ：实了u f 德股为，安全无每f | 的物质。 在t a k e d a 公司的婴求f 。美国的i r d c ( 国际研发协f 1 细织) 也对i j j 德胶进 了r 进步f n 安全测试发现它与其它微q ：物多糖类似，安全无毒，升且冗仃提岛人体免接力抗驯r 糠 的生物话性。美国f d a ( 食品约物管理局) 已经推荐将矮麻蹦r 食品 7 、l k 。成为继挺蟓胶、 结拎胶之后，第二个可直接作为食品添加剂川丁- 食品配料中的多衍。1 9 8 9 l j 起武刚公司 以p u r e g l u c a n 为可德胶的商品名，住美国、目本、韩国、台湾0 地j “泛生产使川。”。国 内对丁可德胶的研究起步较晚，开展研究的范同也并不很1 1 。泛，士臻还越集中在发酵、分 离以及生产方面”。 目前戍剧的i f 德胺，其结构中9 9 以上是由d 葡绱精通过b 1 3 锎鳓辘汴键粕戍n 勺匐繁 糖1 ”t 。耋i ! i 构与膏拉胶、琼脂以及绡冷腔相类似但它是一l , b d , 性多柳 小龠酸协钏分。分 子式为( c 6 h 1 0 0 5 ) 。，幽l - l 为它的分子结构 c h ：o h 幽i - i 可德胶的分子刍! i 构 f i g u r ei - im o l e c u l a r $ t l u c l u r eo f c u r d l a n 1 2 2 可德胶的制备及其物理性质 。 在白然状态f ，可德胶造以圆环状的小颗粒形式俘台：的，与淀粉的结构相类似i “i ，如 崩i - 2 所示。制备可德胶的1 艺流科通常如f ：培养基发酵一溶r 碱溶液一纯化一4 l 燥一可 德胶 。u 干燥的明德胶是二一t t ，流动性缀壶，的无嗅、无味的向色戏灰内色耢末状| 卉| 俅。存聚 乙烯袋中密封可以时间稳定保存，不会影响其凝胶特性。 第一幸概迷 图卜2 可德胶担子的电镜照片 一幽l 2e l e c t r o nm i c r o g r a p ho fc u r d l a ng r a n u l e 溶解性：可德胶不溶丁承、醇类及许多有机溶女q j 伊可溶解】+ 峨液1 、胺， f f 】肛 听矾1 ”、镉乙一胺( c a d o x e n ) 水溶液、2 5 碘化l j f i 溶液? t 州即j 娅常助溶j 能破坏氧 键f j 勺物质的水溶液中：也商报道低聚合度的可德胶也赴可溶的删， 染色性：可德胶易丁被刚果红、苯胺蓝、亮监、锥虫赫染笆而小能被i p 米肌：+ 取j 次 甲基艋染色，染色后形成复合物染色性稳定。其染包性与町德胶的浓度、聚合嫂仃欠。“。 旋光性：由丁可德胶在溶液中具有有序纳螺旋结构敞兑溶液t 7 矗t 光4 i f l ：。它卉：1 ： 瑚溶液中的旋兜性如f ：k 并= 一1 7 。3 。( c = 1 0 i n d m s o ) ：k f = 十3 l 。6 。( c = 1 0 - 1 1 o i m n a o h ) ：p f = + 1 8 。( c = 1 0 i ni m n a o h ) ；b 譬= + 2 2 。( c = 2 0 i n h c o o h ) 。 持东性：可德胶添加剑食赫中，会旃水分子包容在其独蓊的两络袄质构中，经过处理 后仍保持定的持水性。肉制品中涤加了可 苎_ 胶，弹性及断裂廊力与i j ：加钍壕f f 分离物冉i 蜇闩粉相比都有很人增加。f u n a m i 苜入对丁可德胺往食f u 一订而的研究较多，涂朋“j 德胶刘 丁肉制晶帚惴4 中r 汉堡包时可以提高其持水性能，同时可德肢的涂加对肉饼用i 火腿薯，n - 品的 风味也有一定的影响i ”“l 。 可消化性和毒性：在武田公司开始人规模生产的同时，对1 ：可德歧的川消化州能，毒 性、以及致癌性进行了广泛而细致的研究。由丁可德胶独特的分子结构。它不能做人 木内 消化渡中的酶分解利川。田此，扶营养4 予上讲造不凡营养性的，蹦而u j 以j jr 制卡1 低热域 食晶。且i r d c 对丁其安全性的研究，住是否致癌、多代繁殖以及在动物体的突变f u 题誓方 面进行了测试，表明可德胶对丁人体没有不逄韵反商，是j 诤 l 类似琼脂的- 屯一砌：物顷。 4 上海交通大擘博士学位论文 生物活性：对丁葡聚糖，人多数活性多槠都是n 有1 3 竹键主链的 l ；j 聚辘。一可能胶奉口： 升无明显的生物活性经化学修饰后可见有明显的抗肿瘤、抗h l v 的性能。它的乍物滑性 认为与它色溶液中的赢瘦仃序结铀有天。其作川机师还不占 j 射r ，! i 怂认为此类多瓣足通 过激活体内1 r 特异性免疫物质发挥什 i 阻! ”。 1 3 可德胶凝胶 凝胶是一种特殊的分散体系，其中胶体颗粒或高聚物分f - ! ：桐联结，形成空问嘲状组 构，在网状结构的孔隙中充满了液体。凝胶的件质介1 ：| i l i f 体川液体之删相i 溶胶1 i 州。红 溶胶q - 胶体顶点或人分子足独立的行动单伉，可以 】山运础凡仃破n r 的流动r l ：；i m 凝般 体系中粒子形成网状结构，溶液包在其中，不仅火之流动性，咖h 迩显示i 州休的j j 一学性 质，如具有一定的弹性，强度臀。凝胶和奠止的川体也不一柑。它n j 川液两槲纠成，届r 胶体分散体系，其结构、哇茧度往往有限。易丁破坏。 从对湍皮响应性的角度来说，多糖水溶股能形成热呵逆年| 热不i n t 凝胶。橄扔：凝歧弹 性摸苗的温度依赖性，可将多糖水溶胶细分为以i - 四种类掣l ”1 ： 1 冷致凝股，如明胶、琼 旨、 拉胶利结冷胶等。这螳人分f 处r 溶液状态寸，分 子以线团形式存在，而肖冷却时，由丁氢键竹h j ，分子形成螺旋片段相结合 形成网络结构，早凝胶状态。 2 热致凝胶，如甲基纤维素，轻丙基甲基纤维袭，可德股等。加热州，这些物质分 子间包括取代墓问由丁壤水作h 和氢键的烛同作h j 确彤成凝胶，冷卸后，其中某 些能继续维持凝胶状态而易一些则义州刮原溶液状态。 3 溶液住较低和较高温度f 均能形成凝胶而在中间泓，叟范闱时保持溶帔状态如 明胶甲基纤维素混合物。 4 溶液仅在中问温度范同内形成凝胶。如除左部分r 乳胶榭残丛的爪聚辘。 1 3 1 可德胶热致凝胶 第一幸概迷 最先，m a c d a 乖ih a r a d a 教授研究r 可德胶凝股的性质”i 。将川德胶的水怂汗液”域 是可德股d m s o h 2 0 1 3 j j 的悬浮液加热使之凝可以彤成凝歧升1 4 1 , k l d l l 热条引不川u f 以彤 成不同性质的凝胶。移个凝股过样芹i 需要f 1 。_ i ! f 步的处理，如冷印( 站冷股i 。”、k 扎脞”1 ) 、 珠加离子( 明胺i ”i ，藻酸盐卅) 或是糖类( 赢甲氧基震股i “) 。 住可德胶的凝胶形成过拌中，加热温度对_ r 凝股的忭质起纠决定4 1 - 竹川”i 。可德胶怂 浮液往约5 5 濡度范罔内加热厉冷却可以形成凝胶，这种凝胶称为低蚀皮凝胶( 1 0 ws e t g e l ) ，这种凝胶强度低，对温度具有可逆性巫新加热射胶会变成溶般，性质介- 厂d 驯自的脆 性和明胶的弹性之间。而将悬浮液在8 0 以上加热时不纾拎却也可以商接形成凝腔，这样 形成的凝腔称为高强7 叟凝殷( h i g hs e t g e t ) 。不过这取决：其慧浮液毒身触浓陂p i 。返币l l 凝般 对濡皮只有不可逆性，即使再玖加热也无法溶解，反而使得凝胶强度彳荇罹并的提”r 馏 以及冷冻解冻斤性能均稳定。可德胶这种独无二的凝胶柚抖：既不同丁冷敛热川逆凝胶， 也不同丁一般热致凝胶。 1 0 低强度凝股相比较，高儡皮凝胶具有较高的强度，问弹忭霸i 脱水收缩：经过冷冻解 缘肝凝胶4 i 会破裂；列酶、酸有抑制作川；两种凝胶的强度对j 加热时m