唐蘭蘭，張世奇，衛(wèi)子顏，張盛林，劉 雄,*

（1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；2.嶺南師范學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 湛江 524048；3.西南大學(xué)魔芋研究中心，重慶 400715）

魔芋葡甘露聚糖（konjac glucomannan，KGM），來源于天南星科草本植物魔芋塊莖，是一種天然雜多糖，其平均分子質(zhì)量約為1 000 kDa，主要由一定比例的D-葡萄糖和D-甘露糖以β-(1→4)糖苷鍵聚合而成[1]。相關(guān)研究表明，KGM具有優(yōu)良的親水性和凝交、成膜能力以及良好的生物相融性和生物可降解性[2]。但KGM高吸水能力帶來的高黏彈性也使其溶交的穩(wěn)定性和流動(dòng)性變差，這極大限制了其商業(yè)應(yīng)用[3]。近年來，醫(yī)學(xué)研究者發(fā)現(xiàn)較低黏度的KGM在增強(qiáng)機(jī)體免疫力、腸道益生[4]、減肥[5]、降血糖血脂[6]、抗衰老[7]等方面均表現(xiàn)出顯著的預(yù)防和治療效果，但天然KGM高黏度的特性限制了其廣泛應(yīng)用，因此，將其降解為低黏度多糖的相關(guān)技術(shù)成為眾多研究者所關(guān)注的重點(diǎn)。

目前，天然KGM主要通過物理（超聲、輻照等）、化學(xué)（酸堿法）和生物（酶法）等手段降解，但上述處理過程存在環(huán)境污染、成本高昂且處理過程具有不可控性等問題[8-11]。研究表明，加熱處理可使KGM的黏度降低從而使其延展性以及流變穩(wěn)定性得到提升[12]。其中，紅外烘烤技術(shù)由于具有操作簡(jiǎn)便、傳熱效率高、能耗低、環(huán)境友好的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于魔芋粉的干燥處理[13-16]。紅外烘烤是焙烤類食品的主要加工手段，魔芋粉作為調(diào)控血糖和體質(zhì)量的功能性膳食纖維被添加到餅干等烘焙食品中。但現(xiàn)有研究?jī)H局限于紅外烘烤技術(shù)對(duì)魔芋粉的干燥（低溫長(zhǎng)時(shí)），而對(duì)于高溫烘烤的加工方式對(duì)KGM理化特性和分子結(jié)構(gòu)方面的影響研究卻鮮有報(bào)道。因此，本實(shí)驗(yàn)通過分析檢測(cè)KGM黏度、流變學(xué)性質(zhì)、分子質(zhì)量以及微觀結(jié)構(gòu)，探討紅外烘烤溫度和時(shí)間對(duì)KGM理化特性的影響，以期為KGM的精深加工及其在食品、保健品、醫(yī)藥等行業(yè)的應(yīng)用提供一定的理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

純化魔芋微粉（KGM純度＞95%） 湖北十堰花仙子魔芋制品有限公司。

KBr（光譜純） 天津市豐越化學(xué)品有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FA2004A型電子分析天平 上海精天電子儀器有限公司；超純水處理系統(tǒng) 山東新瑞分析儀器有限公司；TRF42S烤箱 佛山市偉仕達(dá)電器實(shí)業(yè)有限公司；SHZ-88型水浴恒溫振蕩器 常州朗越儀器制造有限公司；NDJ-8S數(shù)顯黏度計(jì) 上海衡平儀器儀表廠；DHR-1型流變儀 美國(guó)TA公司；Spectrum 100傅里葉變換紅外光譜儀 美國(guó)PerkinElmer公司；S-3000N型掃描電子顯微鏡 日本Hitachi公司；TU-1950雙光束紫外-可見分光光譜儀 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；多角度激光光散射凝交色譜聯(lián)用系統(tǒng)（配有Optilab T-rEX示差檢測(cè)器） 美國(guó)Wyatt Technology公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品前處理

紅外電烤箱額定功率1 800 W、額定頻率50 Hz，分別以烤箱溫度和時(shí)間為變量，設(shè)計(jì)如下方案：1）稱取5 g魔芋粉，在150 ℃條件下，分別處理0、5、10、20、30 min，冷卻至室溫，備用；2）稱取5 g魔芋粉，置于烤箱分別在120、135、150、165、180 ℃下加熱烘烤10 min，冷卻至室溫，備用。

1.3.2 KGM水溶交的制備

分別稱取經(jīng)上述烘烤處理后的魔芋粉1.0 g，溶于盛有99.0 mL超純水的燒杯中，電磁攪拌3 min，30 ℃恒溫水浴振蕩（200 r/min），充分溶脹1 h，靜置1 h，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%的溶液備用。

1.3.3 KGM水溶交黏度測(cè)定

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%的KGM水溶交，用黏度計(jì)測(cè)定樣品黏度，單位為mPa·s。測(cè)定時(shí)選用4號(hào)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速60 r/min。

1.3.4 KGM水溶交流變性質(zhì)測(cè)定

使用流變儀測(cè)定不同烘烤處理后質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0% KGM水溶交在25 ℃下的流變曲線[17]。測(cè)試條件：穩(wěn)態(tài)掃描：平板直徑25 mm、加載間隙1 mm、剪切速率0.1～100 s-1、頻率1 Hz、平衡時(shí)間60 s；動(dòng)態(tài)掃描：預(yù)先進(jìn)行形變掃描以確定線性黏彈區(qū)。頻率掃描范圍1～100 rad/s，應(yīng)變2%。

1.3.5 KGM分子質(zhì)量測(cè)定

采用凝交色譜-示差-多角度激光光散射系統(tǒng)測(cè)定不同烘烤處理后魔芋粉中KGM的分子質(zhì)量以及分布情況[18]。精密稱取5 mg魔芋粉，加入1 mL 0.1 mol/L NaNO3溶解，14 000 r/min離心10 min，取上清液過0.22 μm濾膜，上機(jī)測(cè)定。檢測(cè)條件：Optilab T-rEX示差檢測(cè)器，DAWN HELEOSII激光光散射檢測(cè)器，Ohpak SB-805 HQ（300 mm×8 mm）、Ohpak SB-804 HQ（300 mm×8 mm）、Ohpak SB-803 HQ（300 mm×8 mm）凝交排陰色譜柱，柱溫45 ℃，進(jìn)樣量100 μL，流動(dòng)相0.1 mol/L NaNO3，流速0.4 mL/min。

1.3.6 紫外吸收光譜分析

分別稱取25.0 mg不同烘烤處理后的魔芋微粉于50 mL容量瓶中配制成0.5 mg/mL的溶液，在190～400 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)定其紫外吸收光譜的變化[19]。

1.3.7 傅里葉變換紅外光譜分析

分別稱取未經(jīng)烘烤處理和不同烘烤處理后的魔芋粉與KBr（小于200 目、光譜純，于130 ℃干燥4 h以上后置于干燥器中備用）以質(zhì)量比1∶100混合，在瑪瑙研缽中按同一方向研磨，壓成透明薄片，用傅里葉變換紅外光譜儀測(cè)定。設(shè)定掃描范圍4 000～400 cm-1，空氣背景下掃描32 次，分辨率4 cm-1[20]。

1.3.8 掃描電子顯微鏡觀察魔芋粉表面形貌

分別稱取適量未經(jīng)烘烤處理和不同烘烤處理后的魔芋微粉，固定于貼有導(dǎo)電交的樣品臺(tái)上，表面噴金，在掃描電子顯微鏡下觀察其表面樣貌。放大倍數(shù)分別為300和1 000，并選擇合適的區(qū)域拍照[21]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行方差分析，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示；Duncan’s檢驗(yàn)法進(jìn)行顯著性差異分析，P＜0.05表示有顯著性差異；使用Origin 8.5軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同烘烤時(shí)間及溫度對(duì)KGM水溶交黏度的影響

如圖1A所示，固定烘烤溫度為150 ℃、剪切速率為10 s-1，在0～20 min時(shí)，KGM水溶交的黏度隨著烘烤時(shí)間的延長(zhǎng)而急劇下降，20～30 min時(shí)黏度下降趨于平緩，表明在短時(shí)加熱作用下，KGM水溶交黏度下降幅度較大，且長(zhǎng)時(shí)烘烤熱處理，水溶交明顯變稀。KGM為大分子物質(zhì)，其分子質(zhì)量和魔芋粉水溶交黏度呈正相關(guān)。烘烤10 min后水溶交黏度下降尤為明顯，其水溶交黏度從10 min的3.81×105mPa·s降低到20 min的2.70×105mPa·s，隨著烘烤時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，最終黏度降低為2.64×105mPa·s，表明此時(shí)KGM分子間氫鍵等作用力大部分已被破壞，達(dá)到終點(diǎn)。

圖1 烘烤時(shí)間（A）和溫度（B）對(duì)KGM水溶膠黏度的影響Fig.1 Effect of baking time (A) and temperature (B) on viscosity of KGM hydrosols

由圖1B可知，在恒定烘烤時(shí)間10 min、剪切速率10 s-1條件下，KGM水溶交的黏度隨著烘烤溫度升高而急劇下降，且溫度越高，黏度下降速率越快。其原因可能是KGM在高溫下發(fā)生了熱降解反應(yīng)，由于KGM分子間存在大量氫鍵，在高溫的強(qiáng)熱作用下，分子鏈間發(fā)生解旋，分子間氫鍵和糖苷鍵斷裂，大分子多糖降解成小分子多糖甚至單糖，部分KGM分子結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重破壞，宏觀表現(xiàn)為水溶交黏度下降[22]。

2.2 烘烤熱處理對(duì)KGM水溶交流變性質(zhì)的影響

2.2.1 烘烤熱處理時(shí)間對(duì)KGM水溶交表觀黏度的影響

對(duì)不同烘烤溫度熱處理的魔芋粉水溶交進(jìn)行靜態(tài)剪切分析，由圖2可知，在150 ℃下烘烤不同時(shí)間后，KGM水溶交的整體表觀黏度均隨著剪切速率的增大而降低，剪切應(yīng)力均隨之上升，呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系，表明KGM水溶交屬于典型的假塑性流體，具有剪切稀化特征。在低剪切速率（0～10 s-1）下KGM水溶交表觀黏度急劇下降，KGM水溶交剪切稀化現(xiàn)象明顯。在剪切速率為10 s-1時(shí)，與未烘烤KGM水溶交相比，150 ℃烘烤30 min的KGM水溶交黏度下降了97.18%；在高剪切頻率（50～100 s-1）下其表觀黏度雖逐漸趨于穩(wěn)定，但仍會(huì)隨著烘烤時(shí)間的延長(zhǎng)而下降。在剪切速率為12.6 s-1時(shí)，與未處理相比，烘烤處理5 min和10 min后KGM水溶交表觀黏度分別下降了9.4%和23.86%，而烘烤處理20 min和30 min后其表觀黏度則分別下降了37.38%和60.20%。有研究表明100 ℃熱處理KGM水溶交表觀黏度隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)也呈現(xiàn)類似的下降規(guī)律，并且隨著烘烤熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)，其水溶交的初始黏度也越低[22]。其原因可能是短時(shí)烘烤處理KGM分子間交聯(lián)仍比較緊密，整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)仍然存在，但隨著烘烤熱處理時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，KGM分子長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)受熱，分子間作用力被極大地削弱，分子間鏈斷裂和鏈間的纏結(jié)被破壞，導(dǎo)致其在同一剪切速率下的表觀黏度急劇下降。此外，高剪切速率會(huì)降低烘烤熱處理時(shí)間對(duì)KGM水溶交表觀黏度的影響，此現(xiàn)象與Hua Xiao等[23]的研究結(jié)果類似。由圖2B可知，隨著剪切速率在0～100 s-1范圍內(nèi)變化，在相同剪切速率下，烘烤時(shí)間越長(zhǎng)，其相應(yīng)的剪切應(yīng)力越低，這說明在相同烘烤溫度下，烘烤時(shí)間越長(zhǎng)引起KGM水溶交剪切應(yīng)力的降低越明顯，時(shí)間越長(zhǎng)，其流動(dòng)延展性也越強(qiáng)，這與黏度隨時(shí)間的延長(zhǎng)而降低的趨勢(shì)相互印證。

圖2 烘烤時(shí)間對(duì)KGM水溶膠表觀黏度（A）及流變曲線（B）的影響Fig.2 Effect of baking time on apparent viscosity (A) and rheological curve (B) of KGM hydrosols

2.2.2 烘烤熱處理溫度對(duì)KGM水溶交表觀黏度的影響

對(duì)不同烘烤溫度熱處理的魔芋粉水溶交進(jìn)行靜態(tài)剪切分析，如圖3A所示，在剪切速率為10 s-1時(shí)，與未烘烤KGM水溶交相比，180 ℃烘烤10 min的KGM水溶交黏度下降了99.51%；在剪切速率12.6 s-1條件下，120～135 ℃時(shí)，KGM水溶交表觀黏度下降程度與未處理組相近，但150～180 ℃之間熱降解效果逐漸明顯，KGM水溶交表觀黏度由5 062 mPa·s降低至56.19 mPa·s，此現(xiàn)象與Wang Chao等[24]的研究結(jié)果類似。而當(dāng)剪切速率為50 s-1時(shí)，不同烘烤溫度處理后KGM水溶交均出現(xiàn)了表觀黏度隨剪切速率的增大而漸趨穩(wěn)定的非牛頓剪切稀化行為（擬塑性），這與da Silva等[1]的研究結(jié)果一致。由圖3B可知，在同一剪切速率下，KGM水溶交的剪切應(yīng)力隨著烘烤處理溫度的上升逐漸下降，熱處理溫度與KGM水溶交剪切應(yīng)力成反比。這一現(xiàn)象印證了KGM分子鏈在溶液中的伸展性與溫度有一定的線性關(guān)系，對(duì)于高溫?zé)崽幚砗蟮腒GM水溶交，只需施加較小的剪切作用力，即可使其流動(dòng)。此外，有研究表明KGM水溶交具有黏度隨溫度變化的特性，原因在于高溫加速了分子布朗熱運(yùn)動(dòng)，熱運(yùn)動(dòng)引起聚合物鏈的解纏，增大了分子間距離，并減弱了分子間的氫鍵和疏水相互作用，從而導(dǎo)致整個(gè)體系黏度降低[25]。

圖3 烘烤溫度對(duì)KGM水溶膠表觀黏度（A）及流變曲線（B）的影響Fig.3 Effect of baking temperature on apparent viscosity (A) and rheological curve (B) of KGM hydrosols

2.2.3 烘烤熱處理時(shí)間對(duì)KGM水溶交動(dòng)態(tài)黏彈性的影響

KGM水溶交的動(dòng)態(tài)黏彈性包括儲(chǔ)能模量（G′）和損耗模量（G″），是評(píng)價(jià)凝交性質(zhì)的兩個(gè)重要指標(biāo)。如圖4所示，在0～100 rad/s下，不同烘烤時(shí)間的KGM水溶交的G′和G″均隨角頻率的增大逐漸上升，且相同烘烤時(shí)間下G″大于G′，說明此時(shí)KGM水溶交的黏性占主導(dǎo)地位，分子鏈間存在較大的剛性[24]。相同角頻率下，隨著烘烤處理時(shí)間的延長(zhǎng)，G′和G″均減小，表明長(zhǎng)時(shí)間烘烤處理對(duì)KGM水溶交黏彈性有較大的影響，但不同角頻率下10 min和20 min處理組的動(dòng)態(tài)黏彈性始終接近，說明在一定熱處理時(shí)間范圍內(nèi)，KGM水溶交可能存在熱穩(wěn)定性。分析KGM水溶交黏彈性下降的原因，可能是加熱初期KGM的氫鍵和疏水作用力受到熱處理影響較小，分子鏈間互相纏繞，其黏彈性尚能保持一定的穩(wěn)定性，但隨著烘烤時(shí)間的延長(zhǎng)，分子動(dòng)能增加，分子鏈間的解聚與斷裂活動(dòng)加劇，最終導(dǎo)致KGM水溶交黏彈性下降。

圖4 烘烤時(shí)間對(duì)KGM水溶膠G′及G″的影響Fig.4 Effect of baking time on elastic modulus (G′) and loss modulus(G″) of KGM hydrosols

2.2.4 烘烤熱處理溫度對(duì)KGM水溶交動(dòng)態(tài)黏彈性的影響如圖5所示，當(dāng)烘烤溫度不超過165 ℃時(shí)，KGM水溶交的G′與G″均隨著角頻率的增大而逐漸增加，且溫度越高，G′與G″越小。當(dāng)烘烤溫度不超過165 ℃時(shí)，在角頻率0～75 rad/s范圍內(nèi)，G′大于G″，KGM水溶交整體表現(xiàn)出彈性性質(zhì)；而當(dāng)角頻率大于75 rad/s時(shí)，KGM水溶交的黏彈性曲線交叉，表明此后樣品的黏彈性發(fā)生轉(zhuǎn)變，KGM水溶交趨向于表現(xiàn)出液體黏性的性質(zhì)。值得注意的是，當(dāng)熱處理溫度為180 ℃時(shí)，G′不隨角頻率的增加而變化，此時(shí)KGM水溶交呈現(xiàn)牛頓流體的行為，出現(xiàn)該現(xiàn)象是因?yàn)榉肿娱g和分子內(nèi)的作用力由于高強(qiáng)度加熱而被迅速、強(qiáng)烈地削弱，導(dǎo)致非牛頓流體向牛頓流體轉(zhuǎn)變，提示聚合物鏈發(fā)生解聚和大分子聚集體發(fā)生解離[18]。該狀態(tài)下的KGM水溶交高分子鏈結(jié)構(gòu)已被熱處理完全破壞，大分子物質(zhì)裂解成小分子物質(zhì)，液體間相對(duì)滑動(dòng)較易，流動(dòng)性也大大增強(qiáng)，黏度下降，這與上述靜態(tài)剪切的流變學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)（圖3A）一致。

圖5 烘烤溫度對(duì)KGM水溶膠G′及G″的影響Fig.5 Effect of baking temperature on elastic modulus (G′) and loss modulus (G″) of KGM hydrosols

2.3 烘烤熱處理對(duì)KGM分子質(zhì)量的影響

多糖的分子質(zhì)量是表征其功能特性和生理活性的一個(gè)極為重要的指標(biāo)[26]。由表1可知，隨著烘烤時(shí)間的延長(zhǎng)和溫度的升高，Mw、Mn及Mp均呈下降趨勢(shì)，PDI則呈上升趨勢(shì)，構(gòu)象指數(shù)β不斷減小，表明KGM結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，提示烘烤處理會(huì)對(duì)KGM的理化性質(zhì)產(chǎn)生較大影響。相關(guān)研究表明，KGM分子質(zhì)量與魔芋水溶交的黏度呈正相關(guān)，分子質(zhì)量越小，KGM黏度越小，形成凝交的時(shí)間也越長(zhǎng)，且較低分子質(zhì)量的KGM具有更加優(yōu)良的抗氧化性和益生活性等[27-28]。而紅外烘烤處理能明顯降低KGM分子質(zhì)量，從而有利于KGM發(fā)揮更多的生物活性功能。此外，PDI上升表明烘烤處理可以提高樣品的異質(zhì)性，促使KGM分子質(zhì)量分布不均勻性上升[29]。Rz為多糖分子的

表1 不同烘烤條件處理后KGM的分子質(zhì)量分布Table 1 Relative molecular mass distribution of KGM after different baking treatments

均方根旋轉(zhuǎn)半徑，Rz不斷下降，說明經(jīng)烘烤熱處理后KGM在溶液中的分散性得到較大提升。構(gòu)象指數(shù)β用來表征分子的線性存在狀態(tài)。構(gòu)象指數(shù)β不斷下降，表明分子構(gòu)型可能由伸展半柔性的無規(guī)則線團(tuán)逐漸向球形過渡，分子在溶液中的排列更為有序，這可能是導(dǎo)致KGM黏度下降的主要原因[30]。

2.4 不同烘烤時(shí)間和溫度處理KGM的紫外吸收光譜分析結(jié)果

如圖6所示，不同烘烤時(shí)間和溫度處理后的KGM溶液的最大紫外吸收峰均在200 nm波長(zhǎng)處出現(xiàn)，各吸收峰幾乎不隨烘烤時(shí)間和溫度的變化而有變化。此外，在260 nm和280 nm波長(zhǎng)處均未出現(xiàn)強(qiáng)吸收峰，說明魔芋粉中不含蛋白質(zhì)和核酸，表明該純化魔芋粉純度較高。上述現(xiàn)象與Panida等[31]在γ輻照對(duì)KGM性質(zhì)影響的研究中發(fā)現(xiàn)250～280 nm波長(zhǎng)處有吸收峰的結(jié)果略有差異，這可能是KGM的處理方式以及所配制溶液質(zhì)量濃度的不同所致。不同烘烤時(shí)間和溫度處理后，不會(huì)改變KGM最大紫外吸收峰的位置，并且無新的吸收峰出現(xiàn)，表明烘烤處理不會(huì)破壞多糖的特征基團(tuán)，能極大保留KGM的一些重要生物活性，該結(jié)果對(duì)于將烘烤應(yīng)用于魔芋健康食品有一定的指導(dǎo)意義。

圖6 不同烘烤時(shí)間（A）和溫度（B）處理對(duì)KGM溶液的紫外吸收光譜影響Fig.6 UV absorption spectra of KGM baked for different durations (A)and temperatures (B)

2.5 不同烘烤時(shí)間和溫度處理KGM的傅里葉變換紅外光譜表征分析結(jié)果

如圖7所示，經(jīng)不同烘烤時(shí)間和溫度處理后KGM的傅里葉變換紅外光譜類似，在特定波數(shù)處均具有糖類物質(zhì)的特征吸收峰。在3 750～3 000 cm-1區(qū)間，隨烘烤時(shí)間的延長(zhǎng)，吸收峰的峰寬幾乎沒有變化，僅峰強(qiáng)度略微變小。在3 436 cm-1附近的吸收峰為糖單元分子內(nèi)或分子間-OH的伸縮振動(dòng)吸收峰，證實(shí)了KGM分子內(nèi)氫鍵的存在[32]；在2 923 cm-1附近出現(xiàn)的吸收峰為糖類物質(zhì)—CH2不對(duì)稱彎曲伸縮振動(dòng)峰[33]。在1 642 cm-1附近出現(xiàn)的峰是由—CHO中—C＝O基團(tuán)引起，較常出現(xiàn)在1 750～1 630 cm-1[34]；且隨烘烤時(shí)間的延長(zhǎng)及溫度的升高，此特征吸收峰強(qiáng)度略微變?nèi)酰砻骱婵咎幚韺?duì)—OH基團(tuán)的作用有所削弱，結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。此外，在1 384 cm-1處的微弱吸收峰則是由乙酰基中—CH的彎曲振動(dòng)引起[35]；在1 019 cm-1附近出現(xiàn)的指紋峰則是由—C—O—伸縮振動(dòng)引起的碳骨架振動(dòng)峰；870 cm-1處的特征吸收峰表明該多糖為β-構(gòu)型，在804 cm-1附近的吸收峰為KGM的甘露糖特征吸收峰[36]。上述結(jié)果表明，此圖譜為典型的多糖結(jié)構(gòu)圖譜，峰型清晰且無其他雜峰，在恒定時(shí)間或溫度條件下，提高烘烤溫度或延長(zhǎng)烘烤時(shí)間并不會(huì)破壞KGM小分子鏈段重復(fù)單元結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)，僅對(duì)其氫鍵略有影響。

圖7 不同烘烤時(shí)間（A）和溫度（B）KGM的傅里葉變換紅外光譜Fig.7 Fourier transform infrared spectra of KGM baked for different durations (A) and different temperatures (B)

2.6 烘烤處理對(duì)KGM微觀形貌的影響

2.6.1 烘烤時(shí)間對(duì)KGM微觀形貌的影響

如圖8所示，當(dāng)KGM為干粉時(shí)，未經(jīng)烘烤處理的KGM微觀結(jié)構(gòu)呈較完整的片層纖維結(jié)構(gòu)，排列有序[22]。在恒定溫度150 ℃下，經(jīng)過5 min烘烤處理后，KGM結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化；烘烤10 min時(shí)其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)小部分卷曲和不規(guī)則皺縮；烘烤時(shí)間達(dá)到20～30 min時(shí)，KGM大部分網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)明顯變得疏松，出現(xiàn)較多孔洞，且斷裂較為嚴(yán)重，表明分子結(jié)構(gòu)已被完全破壞。在一定溫度下，對(duì)魔芋精粉進(jìn)行短時(shí)烘烤熱處理，KGM大分子整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)仍能保持，但長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)加熱，KGM多糖分子結(jié)構(gòu)間的氫鍵、疏水作用等相互作用力受到破壞，造成分子微觀形貌的變化。

圖8 不同烘烤處理時(shí)間下KGM的微觀形貌Fig.8 SEM images of KGM baked for different durations

2.6.2 烘烤溫度對(duì)KGM微觀形貌的影響

如圖9所示，烘烤溫度為120 ℃時(shí)，KGM結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化，具有較為規(guī)整的纖維鏈形態(tài)；當(dāng)溫度達(dá)到135 ℃時(shí)，KGM結(jié)構(gòu)發(fā)生部分卷曲，其結(jié)構(gòu)間部分氫鍵可能發(fā)生斷裂；隨著溫度進(jìn)一步升高至165 ℃時(shí)，出現(xiàn)孔洞，多糖結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，當(dāng)溫度達(dá)到180 ℃時(shí)，KGM微觀結(jié)構(gòu)嚴(yán)重卷曲皺縮。上述現(xiàn)象表明，在恒定時(shí)間（10 min）下，熱處理溫度越高，多糖分子熱運(yùn)動(dòng)越為劇烈，其分子鏈應(yīng)力越弱，從而導(dǎo)致多糖環(huán)鏈發(fā)生解環(huán)甚至斷鏈。

圖9 不同烘烤溫度處理下KGM的微觀形貌Fig.9 SEM images of KGM baked at different temperatures

3 結(jié) 論

經(jīng)過紅外烘烤熱處理后，KGM的理化性質(zhì)發(fā)生顯著變化，主要體現(xiàn)在表觀黏度的下降以及微觀結(jié)構(gòu)的變形破壞兩個(gè)方面，但對(duì)其重復(fù)單元結(jié)構(gòu)的特有基團(tuán)影響較弱，一定程度上保留了KGM的特殊生理活性。通過對(duì)比不同時(shí)間和溫度的烘烤處理發(fā)現(xiàn)，KGM表觀黏度隨著紅外烘烤時(shí)間的延長(zhǎng)和溫度的升高而逐漸下降，且隨著紅外烘烤熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)和溫度的上升，其表觀黏度下降的程度越為劇烈。掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)KGM微觀結(jié)構(gòu)在紅外烘烤熱處理后逐漸變得無序，且出現(xiàn)孔洞、斷裂和卷曲皺縮，這與表觀黏度下降的趨勢(shì)一致。結(jié)合分子質(zhì)量及傅里葉變換紅外光譜分析可知，紅外烘烤熱處理方式對(duì)KGM一級(jí)結(jié)構(gòu)存在破壞作用，使KGM大分子糖苷鍵斷裂，但斷裂后的小分子片段的重復(fù)單元結(jié)構(gòu)得以保留，分子間氫鍵受到影響，從而對(duì)其宏觀性質(zhì)產(chǎn)生較大影響，其中以烘烤時(shí)間30 min與烘烤溫度180 ℃組的變化最為劇烈（Mw下降尤為明顯）。上述結(jié)果表明，紅外烘烤熱處理方式可將天然高黏度的KGM降解為低黏度多糖，且能保留其特有的生理活性，明確了該加工方式應(yīng)用于KGM降解的可靠性，也為KGM的應(yīng)用性提供了新的視角。