摘要:采用紅外輻照處理魔芋葡甘聚糖(KGM)粉末,設(shè)置單因素試驗(yàn)考察KGM相對(duì)分子質(zhì)量大小、輻照溫度、時(shí)間和輻照電壓對(duì)KGM膜吸水率的影響,并采用掃描電鏡表征KGM的結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,紅外輻照對(duì)KGM膜的吸水性能有較大影響,KGM的相對(duì)分子質(zhì)量越大,其耐受紅外輻照的能力越強(qiáng),KGM膜的吸水率隨輻照溫度的升高而降低,隨輻照電壓的增強(qiáng)或輻照時(shí)間的延長(zhǎng)呈先降低后升高的變化趨勢(shì),輻照作用導(dǎo)致膜部分溶于水,喪失完整形態(tài)。
關(guān)鍵詞:魔芋葡甘聚糖膜;紅外輻照;吸水性能;結(jié)構(gòu)表征
中圖分類號(hào):O636.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):0439—8114(2012)19—4352—03
魔芋(Amorphophallus spp.)為天南星科魔芋屬多年生草本塊莖植物,其初加工物魔芋精粉的主成分為魔芋葡甘聚糖(Konjac glucomannan,KGM),是由D—吡喃甘露糖和D—吡喃葡萄糖按1∶1.6的摩爾比以β—1,4糖苷鍵連接而成的高分子雜多糖[1,2],每隔約19個(gè)糖殘基連接有一個(gè)乙?;鶊F(tuán),其具有優(yōu)良的束水、膠凝、增稠、粘結(jié)、可降解與成膜性等性能[3],被廣泛應(yīng)用于食品、包裝、涂料、生物醫(yī)藥及化妝等領(lǐng)域。KGM膜作為一種可食性包裝材料的研究已有報(bào)道[4—6],其吸水性能是評(píng)價(jià)膜品質(zhì)及應(yīng)用領(lǐng)域的重要指標(biāo)。目前紅外干燥是魔芋粉的主要加工方式之一,本研究采用紅外輻照處理KGM,探討了紅外輻照對(duì)KGM膜吸水性能的影響,表征其結(jié)構(gòu)變化,為實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用提供理論依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 試劑與儀器
魔芋粉(特級(jí)),購(gòu)于上海北連食品有限公司;其余試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。
WS70—1遠(yuǎn)紅外干燥器,上海索譜儀器有限公司;GZX—9140MBE數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱,上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;Quanta 200SEM,荷蘭FEI;Opticlab rEX示差折光檢測(cè)器,DAWN/HELEOS靜態(tài)激光光散射儀,美國(guó)懷雅特技術(shù)公司。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1 KGM相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定 參照劉廷國(guó)等[7]的方法制備KGM。將KGM溶于0.1 mol/L NaNO3溶液,配制1.0 g/L溶膠,經(jīng)0.45 μm微孔濾膜過濾,備用。分析條件:Shodex—G805凝膠柱、示差檢測(cè)器、波長(zhǎng)658 nm、溫度25 ℃、流動(dòng)相為0.1 mol/L NaNO3溶液、流速1.0 mL/min,進(jìn)樣量20 μL。
1.2.2 KGM膜的制備 將KGM粉末分散于去離子水中,30 ℃恒溫水浴下溶脹1.0 h,配制10 g/L KGM溶膠,定量涂覆于固定面積的光潔平板中流延成膜,50 ℃干燥24 h,即得KGM膜。
1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn) 采用紅外線輻照處理KGM粉末,以未經(jīng)紅外線處理的KGM粉末所成的膜為空白對(duì)照,設(shè)置單因素試驗(yàn),考察KGM相對(duì)分子質(zhì)量、輻照電壓、輻照溫度、輻照時(shí)間對(duì)KGM膜吸水性能的影響。①KGM相對(duì)分子質(zhì)量。固定電壓220 V、輻照溫度49 ℃和照射時(shí)間24 h,分別采用相對(duì)分子質(zhì)量3.52×105、6.91×105、8.56×105、1.06×106、1.34×106的KGM粉末制成的膜。其中輻照處理1.34×106的KGM粉末后,其溶膠所成的膜表示為I—KGM,用于結(jié)構(gòu)表征。②輻照電壓。將相對(duì)分子質(zhì)量1.34×106 的KGM粉末平鋪于紅外光下持續(xù)照射24 h,輻照溫度49 ℃,輻照電壓分別為140、160、180、200、220 V。③輻照溫度。取相對(duì)分子質(zhì)量1.34×106的KGM粉末持續(xù)照射24 h,固定電壓220 V,輻照溫度分別為49、55、61、67、73 ℃。④輻照時(shí)間。固定電壓220 V、輻照溫度49 ℃,取相對(duì)分子質(zhì)量1.34×106 的KGM粉末分別照射12、24、36、48、60、72 h。
吸水率W=(m濕膜— m干膜)/m干膜×100%
吸水率下降率Dr=(W空白—W處理)/W空白×100%
式中,W處理為經(jīng)紅外處理后的KGM膜吸水率;W空白為未經(jīng)紅外處理的KGM膜吸水率
1.2.4 掃描電鏡分析 取少許KGM膜樣品置于樣品銅臺(tái)上,噴金后放入SEM樣品觀察臺(tái)中,加速電壓20 kV,觀察其截面結(jié)構(gòu),拍照。
2 結(jié)果與分析
2.1 KGM相對(duì)分子質(zhì)量及其分布
根據(jù)分子體積大小與散射光強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系分析KGM粉末的相對(duì)分子質(zhì)量及分布。圖1可見KGM相對(duì)分子質(zhì)量呈近似正態(tài)分布,峰寬較窄,重均相對(duì)分子質(zhì)量為1.34×106,多分散系數(shù)為1.12??梢奒GM分子大小分布集中,為相對(duì)均一多糖。
2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果
2.2.1 相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)KGM膜吸水率的影響 不同相對(duì)分子質(zhì)量的KGM膜經(jīng)紅外線輻照后其吸水率的變化結(jié)果見圖2。由圖2可以看出,相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)KGM膜吸水率的影響較大,KGM成膜后膜吸水性能變化明顯。紅外照射后KGM膜的吸水率隨其相對(duì)分子質(zhì)量的升高下降幅度降低,即相對(duì)分子質(zhì)量與吸水率下降率呈線性負(fù)相關(guān),可見KGM的相對(duì)分子質(zhì)量越大,其耐受紅外輻照的能力越強(qiáng)。
2.2.2 輻照電壓對(duì)KGM膜吸水率的影響 KGM膜吸水率隨紅外線輻照電壓的變化而變化的結(jié)果見圖3??梢钥闯?,隨輻照電壓增大,KGM膜的吸水率呈先降低后上升的趨勢(shì)。電壓低于180 V時(shí),KGM膜的吸水率隨輻照電壓的升高而快速降低;但當(dāng)電壓高于180 V時(shí),輻照電壓升高,吸水率又緩慢上升,此時(shí)KGM膜部分溶于水中,已喪失膜的完整形態(tài)。可見輻照電壓對(duì)KGM膜的吸水率有較大的影響。
2.2.3 輻照溫度對(duì)KGM膜吸水率的影響 圖4顯示隨輻照溫度的升高,KGM膜的吸水率呈逐漸降低的趨勢(shì),說明溫度對(duì)KGM膜吸水率的影響較明顯,這可能是過高的輻照能使KGM斷鏈降解,導(dǎo)致膜的吸水率下降。
2.2.4 輻照時(shí)間對(duì)KGM膜吸水率的影響 圖5反映出隨輻照時(shí)間的延長(zhǎng),KGM膜的吸水率先逐漸降低,在36 h時(shí)最低,隨后又緩慢升高,此時(shí)膜部分溶于水中,已喪失膜的完整形態(tài),可見輻照時(shí)間對(duì)KGM膜的吸水率也有較大影響。
2.3 掃描電鏡觀察結(jié)果
圖6為KGM的掃描電鏡結(jié)果,微觀形貌顯示未經(jīng)紅外輻照的KGM膜截面結(jié)構(gòu)緊密,是排列有序的層狀結(jié)構(gòu)(圖6左),這種自組裝成膜結(jié)構(gòu)顯示膜的吸水性能較低,能保持相對(duì)完整的形態(tài)。而紅外輻照后的KGM膜截面松散,孔洞和斷裂較多,層狀結(jié)構(gòu)破壞較明顯(圖6右),這可能是紅外光照射使KGM分子解聚、斷鏈所致。
3 結(jié)論
不同相對(duì)分子質(zhì)量的KGM溶膠經(jīng)紅外輻照后成膜,其吸水率有明顯的差異,KGM的相對(duì)分子質(zhì)量越大,其耐受紅外輻照的能力越強(qiáng);紅外輻照溫度越高,KGM膜的吸水率越低;而KGM膜的吸水率隨輻照電壓的增強(qiáng)或輻照時(shí)間的延長(zhǎng)呈先降低后升高的變化趨勢(shì),可見紅外輻照顯著影響膜吸水性能,導(dǎo)致膜部分溶于水,喪失完整形態(tài)。結(jié)構(gòu)表征顯示紅外輻照致使KGM分子發(fā)生了氧化降解反應(yīng)。
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