葡甘露聚糖(KGM)是一種具有典型假塑性的高分子雜多糖，有良好的增稠性、凝膠性、成膜性、生物降解性、保健性和藥理作用，可應(yīng)用于食品和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，然而KGM水溶膠穩(wěn)定性比較差，使它的應(yīng)用受到很大的限制。本文通過響應(yīng)曲面優(yōu)化葡甘露聚糖超聲法磷酸酯化改性的工藝，建立了超聲輔助合成酯化魔芋葡甘露聚糖(EKGM)的二次多項數(shù)學(xué)模型，通過二次回歸設(shè)計得到了EKGM的取代度（DS）與質(zhì)量比、pH、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度的回歸模型，通過對酯化后產(chǎn)物的粘度特性、產(chǎn)物結(jié)構(gòu)表征，透明度、顆粒形貌等性質(zhì)進行研究，來檢測取代的效果，為進一步開發(fā)和應(yīng)用KGM提供理論依據(jù)。下圖是KGM的結(jié)構(gòu)。

一、材料與方法

1、原料與試劑

KGM（河南祥瑞生物科技)，六偏磷酸鈉（SHMP)（湖北興發(fā)化工集團股份有限公司)，氫氧化鈉，鹽酸，硝酸，硫酸，鉬酸銨，抗壞血酸，磷酸二氫鉀,無水乙醇(均為分析純)。

2、儀器與設(shè)備

HZT-A電子分析天平（上海貴虎實業(yè)發(fā)展有限公司)，HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋(上海帥登儀器有限公司)，SB-5200D超聲波清洗機（寧波新芝生物科技股份有限公司)，DF-101S集熱式恒溫磁力攪拌器（上海力辰邦西儀器科技有限公司)，DHG-9070A電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海緒航科學(xué)儀器有限公司)，7230G可見光分光光度計（上海精密科學(xué)儀器有限公司制造)，F(xiàn)TIR-8400S傅里葉變換紅外分光光度計（日本島津(SHIMADZU)公司)，pHS-25型酸度計(上海雷磁儀器廠)，掃描電鏡（SEM，JSM-5510LVA，Japan)。

3、酯化魔芋葡甘露聚糖（EKGM)的制備

稱取一定比例的SHMP和KGM，加適量水溶解SHMP，用鹽酸調(diào)到特定pH值，在磁力攪拌的過程中迅速再加入稱好的KGM混合均勻，在超聲中將反應(yīng)充分加熱一段時間，反應(yīng)結(jié)束后將生成物冷卻至室溫，加入40%乙醇洗滌，清洗數(shù)遍直到檢測不出磷時結(jié)束，過濾放置在表面上，電熱鼓風(fēng)干燥箱設(shè)置80℃，進行干燥，最后可得到酯化好的EKGM。

4、EKGM取代度(DS)和其含磷量的測定

EKGM取代度（DS）的測定主要依據(jù)結(jié)合磷的含量，改性后結(jié)合磷的含量是由葡甘露聚糖磷酸單酯中總磷含量減去其中沒有完全結(jié)合的游離磷的含量得到的。產(chǎn)物總磷含量GB/T12092-1989《淀粉及其衍生物磷總含量測定方法》方法進行測定，產(chǎn)物中結(jié)合磷、游離磷測定都是根據(jù)分光光度法測定磷含量的標準曲線的方法進行顯色測得的，取代度的計算公式：

式中：Mr=162，表示淀粉分子的每個葡萄糖相對分子質(zhì)量為162；Ar=31，表示磷的相對分子質(zhì)量為31，磷含量為結(jié)合磷含量P%。
EKGM磷含量的測定,稱取0.5g試樣放入50mL的錐形瓶中，加入15mL(3:1，v/vH₂S0₄和HN0₃混合液）硝化到液體清亮。加水約10mL冷卻并定容到100mL的容量瓶，從剛定容的容量瓶中取4mL放入50mL容量瓶中，加水約10mL,混勻后與標準曲線的顯色反應(yīng)做同樣的步驟,根據(jù)標準曲線y=0.8649x-0.019，R²=0.9973測得磷的含量。

5、單因素實驗

分別控制單因素變量SHMP：KGM的比例，溶液pH，超聲反應(yīng)溫度以及超聲反應(yīng)時間，以EKGM的取代度為指標，控制其他三個因素的值不變,來考察某一個因素的變化對取代度的影響。

6、Box-Behnken實驗設(shè)計

在單因素實驗基礎(chǔ)上,確定Box-Behnken設(shè)計的自變量,并以EKGM的DS為響應(yīng)值，通過響應(yīng)面分析對改性條件進行優(yōu)化。數(shù)據(jù)處理采用DesignExpert10.0.7統(tǒng)計軟件分析。

7、傅里葉（FTIR-8400S）紅外測定

取適量的KBr并用瑪瑙研缽研磨，取極少量干燥后的KGM粉末，與KBr研磨均勻，放置壓片器壓片,將壓好的樣品薄片置于配有ATR附件的傅里葉紅外光譜儀上測試，掃描波數(shù)范圍為650～4000cm^-1，分辨率為4cm^-1，掃描后得到KGM紅外光譜圖﹔通過相同的操作方法獲得了最佳制備條件下的EKGM紅外光譜圖，并與KGM的紅外光譜進行比較。

8、掃描電鏡

將EKGM與KGM做掃描電鏡對比,觀察顆粒形貌等性質(zhì)。

9、穩(wěn)定性抗菌性實驗

將KGM和EKGM各自配制成0.5%的溶膠,在60℃水浴中充分溶脹，不斷攪拌，靜置冷卻至室溫,使其穩(wěn)定后觀察其表觀性能并用粘度計測定其粘度。

二、結(jié)果與分析

1、單因素結(jié)果分析

（1）SHMP與KGM的比例對DS的影響

按SHMP：KGM質(zhì)量比為1:6，1:7.1:8，1:9，1:10稱取SHMP和KGM，用60ml水溶解SHMP，用鹽酸調(diào)至pH=3，在機械攪拌條件下加入KGM，待混合均勻后在超聲55℃下反應(yīng)1.5h后冷卻、反應(yīng)后用40%的乙醇攪拌清洗樣品直至檢測不出磷結(jié)束，過濾，干燥，得到不同程度的EKGM進行測定、分析，見圖2。

從圖2可知，隨著SHMP:KGM的質(zhì)量比變小，EKGM的DS先變大后變小，當六偏磷酸鈉用量過多時，可能不能與KGM全部反應(yīng)，則取代度較小；當六偏磷酸鈉用量過少時，酯化反應(yīng)結(jié)合的磷不夠，得不到充分反應(yīng)，不滿足于酯化改性的條件，則取代度變??；在上述固定條件下得知，SHMP:KGM的質(zhì)量比為1:7時取代度最大。

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