玉米麩質(zhì)阿拉伯木聚糖的溶液性質(zhì)

張 程，孫培冬，楊 成

(江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，江蘇無錫 214122)

玉米麩質(zhì)阿拉伯木聚糖的溶液性質(zhì)

張 程，孫培冬，楊 成*

(江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，江蘇無錫 214122)

通過分子熒光分度計(jì)和激光光散射研究了從玉米麩皮中提取的阿拉伯木聚糖的溶液性質(zhì)，討論了濃度，溫度，溶劑等對(duì)阿拉伯木聚糖聚集行為的影響，發(fā)現(xiàn)阿拉伯木聚糖易發(fā)生聚集，隨著濃度的增大，聚集傾向越大。但隨著溫度的升高或者氫氧化鈉溶液的加入，阿拉伯木聚糖的聚集減弱，這說明分子間氫鍵作用是阿拉伯木聚糖聚集的主要原因。

阿拉伯木聚糖，溶液性質(zhì)，激光光散射

阿拉伯木聚糖由(1→4)連接的β－D－木吡喃糖單元構(gòu)成線性主鏈，在主鏈的O－2或O－3位置，或者同時(shí)在兩個(gè)位置存在大量側(cè)鏈，單個(gè)α－L－阿拉伯呋喃糖或α－D－葡萄糖醛酸(及其甲基醚，4－O－甲基－葡萄糖醛酸)是常見的側(cè)鏈，還有木吡喃糖基或半乳吡喃糖基連接到阿拉伯呋喃糖基，形成2～3個(gè)糖單元的短鏈［1－2］。谷物阿拉伯木聚糖吸水性強(qiáng)，粘度高，在食品中起到增稠的作用;阿拉伯木聚糖還具有抗氧化、增強(qiáng)免疫力等生理活性［2－3］。近年來，谷物麩質(zhì)阿拉伯木聚糖由于其獨(dú)特的消化性能而備受關(guān)注，它們有可能成為新一代的膳食纖維［4］。已有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，谷物阿拉伯木聚糖的聚集狀態(tài)可能與它們的生理活性相關(guān)［5］。但是，以前對(duì)阿拉伯木聚糖溶液性質(zhì)的研究主要側(cè)重于其分子量，分子構(gòu)象及粘度等性質(zhì)而對(duì)其在溶液中的聚集很少研究［2，6－7］。本文通過熒光光譜和動(dòng)態(tài)光散射研究堿液提取的玉米麩皮谷物阿拉伯木聚糖的溶液性質(zhì)，重點(diǎn)討論其聚集性質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

α－淀粉酶、蛋白質(zhì)酶 Sigma試劑公司;玉米麩皮 工業(yè)級(jí)，山東滕州市東亞兄弟五谷加工廠;芘 Sigma百靈威公司;氫氧化鈉 分析純，中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司。

RAX－5301 PC型熒光光譜儀 日本島津公司; ALV－5000/E型光散射儀 德國(guó)ALV公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 玉米麩質(zhì)阿拉伯木聚糖的提?。?］稱取一定量玉米麩皮經(jīng)正己烷處理得到去油脂玉米麩皮，將去油脂玉米麩皮倒入水中，調(diào)節(jié)pH至7。加熱煮沸10m in，冷卻降溫至90℃左右，加α－淀粉酶，除去麩皮中所含淀粉;調(diào)節(jié)pH至6，加蛋白質(zhì)酶除去麩皮中所含蛋白質(zhì);離心分離混合液，收集固體殘?jiān)?，烘干，得到去淀粉去蛋白質(zhì)玉米麩皮;將去淀粉去蛋白質(zhì)玉米麩皮倒于1mol/L NaOH溶液中，60℃勻速攪拌1h;緩慢加入30%H2O2漂白，繼續(xù)攪拌4h，降溫;離心分離混合液，收集上層清液與第一次洗滌液，用37%的氯化鈉溶液調(diào)節(jié)清液pH至6～7，用4倍體積的無水乙醇沉淀，過濾，濾渣45℃，烘干，研磨，得到玉米麩質(zhì)阿拉伯木聚糖(AX)。

1.2.2 熒光光譜測(cè)定 將阿拉伯木聚糖溶于芘飽和溶液中，配成濃度為10mg/m L的飽和溶液。采用稀釋法，按比例2∶1進(jìn)行稀釋，配得溶液常溫下放置24h，利用RAX－5301 PC熒光光譜儀，在熒光激發(fā)波長(zhǎng)為335nm，激發(fā)和發(fā)射夾縫分別為5、3nm，掃描范圍為300～600nm下，進(jìn)行掃描，并用芘探針的熒光光譜中出現(xiàn)的五指峰中的第一發(fā)射峰和第三發(fā)射峰的強(qiáng)度的比值I1/I3表征芘所處微環(huán)境極性的大小，將發(fā)射光比值的轉(zhuǎn)折點(diǎn)表示為臨界締合濃度(CAC)。

1.2.3 動(dòng)態(tài)激光光散射測(cè)試動(dòng)態(tài)激光光散射測(cè)試在ALV－5000/E光散射儀上進(jìn)行，He－Ne激光，波長(zhǎng)638nm，輸出功率大約為20mW，稱取一定量的AX，配成2%的水溶液，放置于磁力攪拌器上攪拌48h，進(jìn)而用稀釋法稀釋至 1.0%，0.8%等濃度，樣品用0.45μm的PVDF過濾膜除塵后，在散射角90o時(shí)，測(cè)試樣品流體動(dòng)力學(xué)半徑Rh及其分布通過CONTIN方法擬合而得。

2 結(jié)果與討論

2.1 熒光分光光度計(jì)表征AX溶液性質(zhì)

圖1為阿拉伯木聚糖的I1/I3比值隨聚合物濃度變化而變化的趨勢(shì)圖。從圖1中可以看到在較低濃度時(shí)，隨著濃度的增加，I1/I3比值逐漸降低，但變化比較平緩。這說明在較低濃度時(shí)，大分子之間距離比較遠(yuǎn)，阿拉伯木聚糖分子之間發(fā)生聚集的幾率和數(shù)量均較小，芘探針?biāo)幁h(huán)境極性較大。隨著阿拉伯木聚糖的濃度不斷增加，阿拉伯木聚糖分子碰撞的幾率越來越高，在溶液中發(fā)生聚集并形成疏水微區(qū)，非極性的芘分子增溶到疏水微區(qū)之內(nèi)，芘探針?biāo)幁h(huán)境的極性不斷減小。當(dāng)阿拉伯木聚糖的濃度增加到0.6mg/m L以后，隨著濃度的增大，I1/I3急劇下降，表明了芘探針?biāo)幍沫h(huán)境的非極性急劇變大，這時(shí)阿拉伯木聚糖開始聚集形成大量的聚集體，該濃度為阿拉伯木聚糖的臨界締合濃度CAC。

圖1 阿拉伯木聚糖的I1/I3與濃度的關(guān)系Fig.1 Plot of the intensity ratio(I1/I3)from emission spectra of pyrene vs lgc in aqueous solutions of AX

2.2 動(dòng)態(tài)激光光散射表征AX的溶液性質(zhì)

2.2.1 濃度對(duì)AX水溶液的流體動(dòng)力學(xué)半徑的影響

圖2為AX在水中的流體動(dòng)力學(xué)半徑分布圖。從圖2中可以看出在低濃度時(shí)，AX的Rh分布曲線有兩個(gè)峰，隨著濃度的增加，較小峰對(duì)應(yīng)的值幾乎不變，這對(duì)應(yīng)的是AX的單分子。但是在高濃度時(shí)，出現(xiàn)了三個(gè)峰，而且較大峰對(duì)應(yīng)的Rh增大。這說明隨濃度的增加，AX發(fā)生了聚集。在濃度為0.08%，小峰對(duì)應(yīng)的Rh約為10.2nm，大峰對(duì)應(yīng)的Rh為100nm，當(dāng)濃度為0.1%時(shí)，較小峰的Rh為10.7nm，較大峰對(duì)應(yīng)的Rh是105nm，Rh的變化并不是很明顯，這說明在較低濃度時(shí)，由于分子間距離較遠(yuǎn)，分子相互碰撞的幾率較低，分子間作用力較小，分子間較少發(fā)生聚集。隨著濃度的增加，在濃度為0.6%、1.0%時(shí)，較小的峰對(duì)應(yīng)的Rh仍不變，較大峰的Rh分別約為248.5、289.0nm，由此可知，隨著濃度的增大，分子間相互作用力越來越大，AX分子發(fā)生明顯的聚集。這和上面的熒光光譜的結(jié)果是相一致的。

圖2 不同濃度AX溶液的流體動(dòng)力學(xué)半徑(Rh)分布圖Fig.2 The distribution of hydrodynamic radius of AX water solution of different concentrations

2.2.2 溫度對(duì)阿拉伯木聚糖溶液性質(zhì)的影響 圖3是溫度對(duì)AX的Rh的分布的影響圖。由圖3可知，當(dāng)溫度升高后，對(duì)應(yīng)AX單分子的Rh幾乎不變，但對(duì)應(yīng)AX聚集體的Rh的較大峰明顯的向左移動(dòng)。這說明隨著溫度的升高，AX分子間的氫鍵相互作用力減弱，從而導(dǎo)致了AX分子間的聚集減弱。

圖3 不同溫度下AX的流體動(dòng)力學(xué)半徑分布圖Fig.3 The distribution of hydrodynamic radius of AX at different temperatures

2.2.3 NaOH對(duì)阿拉伯木聚糖溶液性質(zhì)的影響 圖4為濃度0.08%的阿拉伯木聚糖水溶液加入NaOH前后的流體動(dòng)力學(xué)半徑變化圖，從圖4中可以看出，隨著NaOH的加入，對(duì)應(yīng)單分子的小峰變化并不是很明顯，而大峰很明顯的往Rh變小的方向移動(dòng)了。這說明當(dāng)加入NaOH之后，溶液中的OH－抑制了原溶液中的氫鍵作用，使得分子間作用力減小，AX分子聚集減弱，流體力學(xué)半徑分布變寬并且變小了。

圖4 阿拉伯木聚糖水溶液加入NaOH前后的流體動(dòng)力學(xué)半徑變化圖Fig.4 The differences of hydrodynamic radius between AX water solution and with NaOH(s)

3 結(jié)論

對(duì)谷物阿拉伯木聚糖的溶液性質(zhì)研究已有一些報(bào)道，但主要集中在研究其粘度和構(gòu)象上。多分枝的阿拉伯木聚糖通常被認(rèn)為是相對(duì)剛性的構(gòu)象，溶液的粘度很高(特性粘度［η］為2.75～5.48dL/g)，且粘度與分子的聚合度，阿拉伯糖取代基與木聚糖取代基含量得比值及其在主鏈上的分布形式有關(guān)［2］。最近的研究表明，阿拉伯糖分子具有半剛性或半柔性分子構(gòu)象［6－7］，但對(duì)它們?cè)谌芤旱木奂匀魂P(guān)注很少。本文利用熒光分光光度計(jì)和激光光散射儀研究了從玉米麩皮中提取的阿拉伯木聚糖的溶液性質(zhì)，重點(diǎn)討論了阿拉伯木聚糖在溶液中的聚集行為。玉米麩質(zhì)阿拉伯木聚糖在溶液中易發(fā)生聚集，但在濃度低于0.058mg/m L時(shí)，分子間的聚集較弱，聚集體的流體力學(xué)半徑在100nm左右。隨濃度的增加，分子間的聚集急劇增強(qiáng)，聚集體的流體力學(xué)半徑超過280nm。升高溫度或加入NaOH都可以削弱玉米麩質(zhì)阿拉伯木聚糖的分子間聚集。

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Solution properties of corn bran arabinoxylan

ZHANG Cheng，SUN Pei－dong，YANG Cheng*
(School of Chemical and Material Engineering，Jiangnan University，Wuxi214122，China)

The solution p roperties of alkalisolub le arabinoxylan(AX)extracted from corn bran were investigated by fluorescence spec trophotometer and dynam ic laser scattering.The effec t of concentration，temperature and solvent on the agg regation of AXwas d iscussed.Itwas found that AX could form agg regate read ily，and the agg regation of AX become stronger w ith the increasing of concentration.However，w ith the inc reasing of tem perature or add ing of the sod ium hyd roxide，the agg regation of AX became weak.This ind icated that the hyd rogen bond ing interaction p layed an im portant role in the agg regation of AX.

arabinoxylan;solution p roperties;laser light scattering

TS210.1

A

1002－0306(2012)12－0167－03

2011－09－19 *通訊聯(lián)系人

張程(1987－)，男，碩士研究生，主要從事谷物麩質(zhì)阿拉伯木聚糖溶液性質(zhì)方面的研究。