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(lèi)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(chǎng)；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(guò)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(xiàn)輻照處理KGM粉末，以未經(jīng)紅外線(xiàn)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(jiàn)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?jiàn)KGM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(xiàn)輻照后其吸水率的變化結(jié)果見(jiàn)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(xiàn)性負(fù)相關(guān)，可見(jiàn)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(xiàn)輻照電壓的變化而變化的結(jié)果見(jiàn)圖3?？梢钥闯觯S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)?？梢?jiàn)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(shuō)明溫度對(duì)KGM膜吸水率的影響較明顯，這可能是過(guò)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(jiàn)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(jiàn)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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