魔芋葡甘聚糖的辐照改性及应用研究

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本文以魔芋葡甘聚糖(KGM)为材料,利用粘度计、色差测定系统、凝胶渗透色谱(GPC)、傅立叶红外光谱(FT-IR)、紫外扫描(UV)、热重分析(TGA)、X-射线衍射分析(XRD)和扫描电镜(SEM)等方法,研究了不同剂量<60>Co y-射线辐照对KGM物理化学性质包括粘度特性、分子量、颜色、化学结构、晶体结构、热稳定性以及颗粒形貌等的影响,并在此基础上初步研究了y-射线辐照技术在KGM与丙烯酰胺(AM)单体接枝共聚改性以及KGM酶解制备葡甘低聚糖(GMOS)两方面的应用,获得的主要结果如下: (1)KGM在y-射线辐照过程中发生分子链断裂而降解,其降解程度与辐照剂量呈正相关关系。KGM的降解导致了一系列物理化学性质的变化,包括:分子量的下降而引起其水溶液粘度的下降和粘度稳定性的提高:羰基或双键的形成导致了其颜色变黄;在高剂量y-射线辐照下(≥100 kGy)KGM的晶体结构受到部分破坏使,热稳定性有所下降等,但辐照未对KGM的颗粒形貌造成显著破坏。 (2)利用低剂量y-射线辐照可以简便快速地引发KGM与AM接枝共聚,获得高接枝率的KGM/AM接枝共聚产物(g-KGM)。在一定范围内,g-KGM的接枝率随辐照剂量升高而上升,随辐照剂量率上升而下降;AM浓度和.KGM浓度的升高都会提高g-KGM的接枝率,不过AM浓度对g-KGM接枝率的影响显著高于KGM浓度的影响:氧气的存在不利于KGM与AM接枝共聚反应,在空气中进行辐照接枝共聚改性所获得产物的接枝率显著低于在N<,2>和真空环境下所获得产物的接枝率。对接枝共聚产物的分析结果显示,AM单体成功接枝到KGM主链上;接枝产物的结晶度和分子量与原KGM相比都有所降低,不过其热稳定性显著提高。经测定,g-KGM具有较强的吸水性能,在较低剂量辐照下(≤1.6 kGy)其吸水率随接枝率升高而上升,不过在较高剂量下(≥3.0 kay)g-KGM的吸水率反而下降。 (3)y-射线辐照是KGM酶解制备GMOS一种有效的前处理方式,因为辐照不仅可以降低KGM的粘度,提高其在水溶液中的分散度和溶胀速度,而且能够提高KGM的酶解效率,缩短反应时间,从而提高生产效率,降低生产成本。辐照KGM经β-甘露聚糖酶完全水解后,酶解液分别经活性炭和离子交换树脂分离纯化,脱色率和脱盐率可达89.16%和83.81%,所获得的GMOS为洁白粉末,总糖含量达99%以上。经过GPC和质谱(MS)鉴定,所获得的GMOS为10个以内单糖聚合而成的低聚糖,符合功能性低聚糖的聚合度范围。 研究结果表明,<60>Co y-射线辐照不仅可以用于降解KGM,获得低分子量的葡甘聚糖,还为KGM的改性提供了一条新的思路。随着研究的深入,将y-射线辐照技术与其它改性技术相结合,对于扩大KGM的实际应用具有重要的现实意义。
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