超聲及酶解處理的羅望子木葡聚糖流變特性研究

廖秋冬，曹 瀟，陳思謙, ，王 凱

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州 510642；2.東莞理工學(xué)院化學(xué)工程與能源技術(shù)學(xué)院，東莞理工科技創(chuàng)新研究院，中國輕工業(yè)健康食品開發(fā)與營養(yǎng)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東東莞 523808）

羅望子（Tamarindus indicaL.），又名酸角，是一種蘇木科的大型喬木，主要以野生或半野生狀態(tài)分布在我國的南方地區(qū)[1]。羅望子種子中的木葡聚糖（Xyloglucan，XG）含量高達(dá)60%[2]，是木葡聚糖最豐富的來源之一[3]。木葡聚糖是高等植物初生細(xì)胞壁中的一種半纖維素多糖[4-5]。羅望子木葡聚糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)由β-1,4-D-葡聚糖連接的主鏈及在D-吡喃葡萄糖殘基的O-6位置部分被α-D-木糖取代的支鏈組成，且支鏈中的部分木糖中的O-2位置被β-D-半乳糖進(jìn)一步取代[6]，其半乳糖分子含量約為13.2%[7]。木葡聚糖的分子組成及其微觀結(jié)構(gòu)賦予了其獨(dú)特的化學(xué)和物理性能[8]，如良好的熱穩(wěn)定性、耐酸堿、高黏度等特點(diǎn)，在食品工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用[9]。羅望子種子中提取的木葡聚糖是FDA批準(zhǔn)的生物聚合物，可用作食品添加劑[10]，作為穩(wěn)定劑[11]、增稠劑[12]、膠凝劑[13-14]、乳化劑[15]等改善食品產(chǎn)品的流變等性能。作為增稠劑，木葡聚糖的性能與果膠類似，因而木葡聚糖在制作蛋黃醬、糖果、果凍、增稠醬、冰激凌、果醬等食品過程中可以替代部分果膠[16]。在面團(tuán)發(fā)酵時加入木葡聚糖，可以提高面團(tuán)的穩(wěn)定性，并改善面包的柔軟性[17]。此外，木葡聚糖具有優(yōu)異的成膜性，可以用來制備生物可降解薄膜，且制成的薄膜具有較高的強(qiáng)度、硬度和阻氧性能[18]。Indira等[19]用木葡聚糖作為填充劑制備了可完全生物降解的納米復(fù)合膜，這種納米膜具有優(yōu)異的拉伸和抗菌性能，可應(yīng)用于食品包裝領(lǐng)域。

天然狀態(tài)下，木葡聚糖在水中的溶解性較差，同時自身不能形成凝膠，限制了其應(yīng)用范圍。同時，木葡聚糖等生物多糖的許多功能特性受其分子質(zhì)量和分子結(jié)構(gòu)影響較大。比如，在醫(yī)療和化妝品領(lǐng)域中，低分子量的多糖由于較為容易在生物組織中擴(kuò)散，而比高分子量的多糖具有更好的優(yōu)勢[20]。此外，對多糖分子支鏈和糖苷結(jié)構(gòu)的修飾可以獲得懸浮性、親水性或穩(wěn)定性更好的膠體產(chǎn)品[21]。因此，可以對木葡聚糖進(jìn)行改性處理以制備出具有不同流變特性的木葡聚糖產(chǎn)品并開發(fā)應(yīng)用到新的領(lǐng)域。多糖的流變性質(zhì)可以通過對其分子結(jié)構(gòu)的修飾進(jìn)行調(diào)整[22]，往往通過物理、生物、化學(xué)等方法進(jìn)行修飾。超聲波法是常用的物理改性手段，可以快速將多糖分散在稀溶液中。此外，超聲波還被廣泛用于改變多糖相對分子質(zhì)量、顆粒大小、黏度和活化能等物理化學(xué)性質(zhì)[23]。有報道稱，超聲波法可降低木葡聚糖的平均分子量[24]。另一方面，生物改性方法中，常使用半乳糖苷酶去除木葡聚糖支鏈上的半乳糖苷，以獲得具有更高黏彈性的木葡聚糖溶液以形成水凝膠。Kochumalayil等[25]用β-半乳糖苷酶酶解木葡聚糖去除部分半乳糖側(cè)鏈來制備薄膜，改性后的木葡聚糖樣品在高濕度條件下的透氧率降低且彈性模量顯著提高。Brun-Graeppi等[26]使用β-半乳糖苷酶酶解羅望子木葡聚糖發(fā)現(xiàn)，隨著半乳糖去除率的增加，木葡聚糖溶膠-凝膠的轉(zhuǎn)變溫度降低。然而，目前尚未有報道系統(tǒng)討論超聲和酶解處理木葡聚糖后微觀結(jié)構(gòu)及流變特性的變化。

本研究討論并比較了超聲及酶解處理的木葡聚糖分子在不同溫度、剪切速率和應(yīng)變振幅/頻率下的黏度和剪切模量等流變特性。結(jié)合凝膠色譜-多角度激光光散射（SEC-MALS）、動態(tài)激光光散射儀和掃描電子顯微鏡等手段，分析了木葡聚糖在超聲及酶解處理后的分子量分布、粒徑大小和微觀形貌特征。此研究對羅望子木葡聚糖分子結(jié)構(gòu)物理及生物修飾方法提供了一定經(jīng)驗(yàn)，有利于進(jìn)一步開發(fā)木葡聚糖作為增稠劑等食品添加劑的應(yīng)用潛力。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

羅望子木葡聚糖（純度95%）、β-半乳糖苷酶（4000 U/mL） 愛爾蘭Megazyme公司；醋酸鈉 天津市大茂化學(xué)試劑廠；冰醋酸 上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

MR Hei-Tec 磁力攪拌加熱器 德國Heidolph公司；MCR702流變儀 奧地利Anton Paar公司；EM-30 PLUS臺式掃描電鏡 韓國Coxem公司；JY92-IIN超聲波細(xì)胞破碎機(jī) 寧波新芝生物科技股份有限公司；DynaProNanoStar動態(tài)激光光散射儀、SEC-MALS多角度激光光散射凝膠色譜聯(lián)用儀 美國Wyatt公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 超聲處理木葡聚糖 參考Talantikite等[27]的方法，適當(dāng)修改。使用超聲波細(xì)胞破碎機(jī)，以直徑6 mm的超聲波變幅桿，功率為180 W條件下對濃度為1%（w/w）的木葡聚糖溶液進(jìn)行超聲處理，分別制備超聲處理1.5和2.5 h的木葡聚糖溶液。

1.2.2 酶解木葡聚糖的制備 將木葡聚糖在室溫（26 ℃）下使用磁力攪拌器以600 r/min的轉(zhuǎn)速溶解于去離子水中，配制成1%（w/w）的溶液。根據(jù)Brun-Graeppi等[26]的方法，用半乳糖苷酶對木葡聚糖進(jìn)行酶解。用醋酸鈉緩沖液將樣品的pH調(diào)至5.0。半乳糖苷酶的酶量為3.7 U/mL，在50 ℃下進(jìn)行酶解反應(yīng)，分別反應(yīng)16、32、48 h，然后將樣品在100 ℃下加熱20 min使酶失活。

1.2.3 木葡聚糖流變特性測試 使用應(yīng)變控制型旋轉(zhuǎn)流變儀測定原木葡聚糖及經(jīng)過處理的木葡聚糖的流變特性。使用25 mm不銹鋼平行板對樣品進(jìn)行測試，測量間隙設(shè)為0.1 mm。裝樣時，將樣品適量滴加到流變儀的下平板的中心區(qū)域上，并平衡5 min。將硅油添加于樣品圓形幾何形狀的周圍，以減少水分蒸發(fā)。每種樣品進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)以獲取算數(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

1.2.3.1 旋轉(zhuǎn)模式-恒定剪切速率下的溫度掃描 參考蘇攀峰等[28]的方法，適當(dāng)修改。剪切速率固定為50 s-1，將溫度由5 ℃升至60 ℃，升溫速率2 ℃/min，記錄剪切黏度和溫度的關(guān)系。

1.2.3.2 旋轉(zhuǎn)模式-恒定溫度下的黏度曲線 參考陳發(fā)河等[29]的方法，適當(dāng)修改。在0.1～100 s-1范圍以對數(shù)增加的剪切速率進(jìn)行測試，溫度恒定為50 ℃，記錄未處理木葡聚糖、超聲處理的木葡聚糖和酶解木葡聚糖在不同剪切速率下的剪切黏度。

1.2.3.3 振蕩模式-溫度掃描 參考Busato等[30]的方法，稍作修改，溫度掃描范圍為5～60 ℃，溫度梯度為1 ℃/min，振幅和頻率分別固定在0.1%和1 Hz（線性黏彈區(qū)內(nèi)），記錄儲存（彈性）模量（G” ）和損耗（黏性）模量（G” ” ）隨溫度的變化，同時記錄損耗因子（tanδ）。

1.2.3.4 振蕩模式-振幅掃描 分別在5、37和50 ℃的溫度下，以1 Hz的恒定頻率，將剪切應(yīng)變振幅以對數(shù)增加方式從0.1%增加到100%對樣品進(jìn)行振幅掃描，記錄儲能模量（G” ）和損耗模量（G” ” ）。

1.2.3.5 振蕩模式-頻率掃描 分別在5、37和50 ℃溫度下，以0.1%的固定振幅，使頻率從0.1 Hz增加到10 Hz，記錄不同頻率下的儲能模量（G” ）和損耗模量（G” ” ）。

1.2.4 木葡聚糖分子量測定 使用SEC-MALS測定未處理和超聲及酶解的木葡聚糖的相對分子質(zhì)量。色譜柱為SB-805HQ（日本Shodex公司），檢測器為示差折光檢測器與激光檢測器聯(lián)用。流動相為0.02%（w/w）NaCl水溶液，流速為0.5 mL/min，進(jìn)樣量為200 μL。重均分子量（MW）通過使用Zimm模型[31]的線性擬合計算得到：

式中：K是一個實(shí)驗(yàn)常數(shù)，取決與光的波長和多糖的折射率增量；Rθ是用來確定大分子在θ角上散射的光與入射光的完整性之比的瑞利比率；B是第二維利系數(shù)，單位為mL·mol·g-2；Rg是旋轉(zhuǎn)半徑，單位為cm。

1.2.5 木葡聚糖粒徑測定 使用動態(tài)激光光散射儀測量原木葡聚糖及經(jīng)過超聲和酶解處理的木葡聚糖水溶液的平均粒徑，測試溫度為25 ℃。每個樣品進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

1.2.6 木葡聚糖微觀結(jié)構(gòu)觀察 為保持處理溫度一致性，所有樣品均在37 ℃的顯微鏡載玻片上固定，用液氮淬火，真空冷凍干燥48 h。然后采用離子濺射儀在10～20 mA的濺射電流下在樣品表面噴金約60 s，最后使用掃描電子顯微鏡進(jìn)行成像觀察。儀器參數(shù)設(shè)置如下：加速電壓為5 kV，工作距離為6 mm，放大倍數(shù)為500倍。每個樣品選擇至少3個不同的位置拍攝照片。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2019和Wyatt公司ASTRA軟件（版本6.1.1.17）處理數(shù)據(jù)，并使用Origin Pro 2021 軟件進(jìn)行繪圖。所有試驗(yàn)均重復(fù)3次，數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 木葡聚糖流變特性分析

2.1.1 旋轉(zhuǎn)模式-恒定剪切速率-溫度掃描和旋轉(zhuǎn)模式-恒定溫度-剪切速率掃描 圖1展示了未處理與超聲及酶解處理的木葡聚糖在剪切速率為50 s-1下黏度和溫度的關(guān)系（圖1A）以及在溫度為50 ℃時黏度和剪切速率的關(guān)系（圖1B）。在剪切速率為50 s-1，溫度5～45 ℃時，經(jīng)超聲和酶解處理的木葡聚糖的黏度低于未經(jīng)處理的木葡聚糖，而在同樣條件下，超聲處理的木葡聚糖黏度大于酶解木葡聚糖黏度（圖1A）。但相同處理方法，不同處理時間的樣品黏度差異較小。低溫情況下（5 ℃），原木葡聚糖的黏度為249 mPa·s；而超聲1.5和2.5 h的木葡聚糖黏度分別為105和110 mPa·s；酶解16、32、48 h的木葡聚糖黏度分別為21、23、14 mPa·s。未處理的木葡聚糖的黏度隨溫度升高而大幅下降。而超聲木葡聚糖的黏度也表現(xiàn)出強(qiáng)溫度依賴性，黏度隨溫度下降明顯，從5 ℃到60 ℃下降至約原來黏度的18%。另一方面，酶解木葡聚糖在5～40 ℃范圍內(nèi)溫度敏感性較低，但在高溫度（40～60 ℃）下出現(xiàn)黏度隨溫度升高而增高的現(xiàn)象。在55 ℃左右，黏度超過了超聲處理木葡聚糖。當(dāng)固定測試溫度50 ℃，增加剪切速率時，酶解木葡聚糖樣品在近零剪切速率（0.2 s-1）時表現(xiàn)出高于未處理木葡聚糖的表觀黏度，且黏度隨著酶解時間增長而增加。酶解16、32、48 h的木葡聚糖零剪切黏度分別為2079、2746、5018 mPa·s，而原木葡聚糖的零剪切黏度為212 mPa·s。Han等[32]發(fā)現(xiàn)使用β-半乳糖苷酶在與本實(shí)驗(yàn)相同的條件下對羅望子木葡聚糖進(jìn)行酶解，酶解16、32和48 h后半乳糖的脫除率分別約為39%、42%和43%。另一方面，超聲處理降低了木葡聚糖的零剪切黏度，但不同處理時長間的黏度差距較小。超聲1.5和2.5 h的木葡聚糖黏度分別為126和122 mPa·s。隨著剪切速率的增加，所有的樣品都表現(xiàn)出典型高分子溶液的剪切稀化行為，但流動行為有所區(qū)別。未處理及超聲的木葡聚糖樣品黏度表現(xiàn)出“下降-平臺期-下降”的三段式剪切稀化行為。但酶解木葡聚糖樣品隨著剪切速率上升表現(xiàn)出黏度持續(xù)下降的流動特性，且下降幅度遠(yuǎn)高于原木葡聚糖和超聲樣品。

圖1 不同處理方法的木葡聚糖溶液溫度-黏度曲線（A）和剪切速率-黏度曲線（B）Fig.1 Temperature-viscosity curve (A) and shear rate-viscosity curve (B) of XG solution with different treatment methods

在恒定剪切速率下，未處理的木葡聚糖的黏度隨著溫度的升高下降，這與Sims等[33]在研究不同來源的木葡聚糖的流變特性時得出的結(jié)論一致。升溫會提升物質(zhì)能量，分子運(yùn)動速度加快，分子間接觸時間更短，因此內(nèi)部摩擦力更小，表觀黏度下降。超聲木葡聚糖符合這一規(guī)律，證明超聲處理可能不能改變原木葡聚糖分子間相互作用類型。但超聲的黏度總體出現(xiàn)下降，可能是由于超聲處理降低了木葡聚糖分子的平均分子量，減少了總體內(nèi)摩擦力。而酶解木葡聚糖分子可能與未處理及超聲處理木葡聚糖具有不同的分子結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了不同的流變行為。酶解的木葡聚糖的高溫增稠性表明分子間運(yùn)動加劇時，去除半乳糖支鏈的木葡聚糖分子碰撞時發(fā)生了更強(qiáng)的結(jié)合，這些分子發(fā)生聚集產(chǎn)生了更大的摩擦力，導(dǎo)致黏度上升。

在固定溫度，增加剪切速率的條件下，酶解樣品表現(xiàn)出的高零剪切黏度，說明酶解后的木葡聚糖在水溶液中可能有更大的平均粒徑，而超聲樣品的低零剪切黏度表明平均粒徑出現(xiàn)了下降。同時，酶解木葡聚糖的剪切稀化行為相比于原木葡聚糖和超聲木葡聚糖更為明顯，證明原木葡聚糖和超聲處理木葡聚糖的分子量分布較為均勻，同時“三段式”剪切稀化行為表明相互纏繞的長鏈木葡聚糖分子可以在高剪切速率下解纏并取向。而酶解木葡聚糖樣品中分子量分布不均勻，隨剪切速率增加不存在黏度平臺期，說明酶解木葡聚糖分子在高剪切速率下仍然無法完全解纏，分子間結(jié)合力較原木葡聚糖和超聲木葡聚糖更高。因剪切過程中涉及到能量的儲存與損耗，應(yīng)進(jìn)一步使用振蕩模式分析木葡聚糖分子在超聲和酶解處理后的儲能和損耗模量變化情況。

2.1.2 振蕩模式-溫度、振幅、頻率掃描 由圖2A可知，原木葡聚糖和超聲處理的木葡聚糖在振蕩模式下的溫度敏感性較低。原木葡聚糖的損耗因子（tanδ）維持在1左右，呈現(xiàn)出一種介乎液體和固體之間的弱凝膠狀態(tài)。而超聲處理的木葡聚糖在5～60 ℃范圍內(nèi)的tanδ遠(yuǎn)大于1，呈現(xiàn)出較強(qiáng)的液體流動特征。酶解16和32 h的木葡聚糖樣品在5～27 ℃的條件下同樣表現(xiàn)出黏性為主的流變特性，而在接近27 ℃時tanδ降低到1，達(dá)到凝膠點(diǎn)（圖2B）。而在溫度超過27 ℃之后，tanδ保持在1以下且彈性模量逐漸升高，凝膠強(qiáng)度隨溫度升高逐漸增強(qiáng)，在約45 ℃后趨于穩(wěn)定。而酶解時間48 h的樣品在5～60 ℃溫度范圍內(nèi)，tanδ始終小于1，說明酶解48 h的木葡聚糖樣品在更容易形成凝膠。Miyazakid等[34]的研究中將木葡聚糖用β-半乳糖苷酶酶解16 h后木葡聚糖形成凝膠的溫度為27 ℃，與本文所得結(jié)果一致。而經(jīng)半乳糖苷酶酶解的木葡聚糖隨著酶解時間的增加，轉(zhuǎn)變成凝膠的溫度降低。這一結(jié)論與Brun-Graeppi等[26]對在同樣條件下酶解羅望子木葡聚糖形成的水凝膠的溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變研究得出的結(jié)論一致。

圖2 不同處理方法的木葡聚糖溶液溫度掃描流變測試圖Fig.2 XG solution in a temperature-sweep rheological test with different treatment methods

圖3展示了原木葡聚糖和經(jīng)超聲及酶解處理木葡聚糖在50 ℃的恒定溫度下，振蕩模式下的振幅和頻率掃描結(jié)果。可以看出酶解木葡聚糖是彈性為主體的黏彈性凝膠，振幅掃描中酶解木葡聚糖線性黏彈區(qū)的應(yīng)變振幅上限約為0.3%，同時在10%的應(yīng)變振幅下出現(xiàn)了G” 過沖超過G” 的Payne效應(yīng)線現(xiàn)象[35]。原木葡聚糖和超聲處理的木葡聚糖的損耗模量G” 始終大于儲能模量G” ，樣品呈現(xiàn)液體特性。在應(yīng)變到達(dá)1%時，樣品進(jìn)入非線性黏彈區(qū)且G” 增大并接近G” ，彈性增強(qiáng)，證明在高剪切應(yīng)變下原本呈溶液狀態(tài)的木葡聚糖表現(xiàn)出一定彈性。酶解木葡聚糖的復(fù)數(shù)模量G*顯著（P＜0.05）高于未處理和超聲的木葡聚糖樣品（圖3A2），說明酶解作用增強(qiáng)了木葡聚糖分子間的相互作用，進(jìn)而增加了凝膠剛度，這與旋轉(zhuǎn)模式實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。而在頻率掃描中，酶解木葡聚糖在1 Hz以內(nèi)的低頻條件下表現(xiàn)出弱凝膠的線性黏彈性，但在頻率高于1 Hz后損耗模量G” 出現(xiàn)上升，說明凝膠在高頻剪切下易發(fā)生崩解而流動特性增強(qiáng)。而原木葡聚糖和超聲處理木葡聚糖在0.1～10 Hz的頻率范圍，模量對頻率的依賴性較大。隨著頻率的增大，G” 、G” 和G*均增大，始終表現(xiàn)出明顯的液體特征。

圖3 不同處理方法的木葡聚糖溶液在50 ℃的振幅掃描（A）和頻率掃描（B）Fig.3 Rheological properties of XG solution with different treatment methods at 50 ℃in amplitude (A) and frequency sweep (B)

木葡聚糖骨架內(nèi)的半乳糖殘基是親水性的，而骨架的其余部分本質(zhì)上是疏水的。酶解的樣品因去除了部分半乳糖，隨著溫度的升高分子碰撞加劇，更多的疏水結(jié)構(gòu)域聚集在一起，致木葡聚糖之間的相互作用力增強(qiáng)使其形成凝膠[36]。振蕩模式-溫度掃描的結(jié)果與旋轉(zhuǎn)模式結(jié)果一致，證明酶解木葡聚糖在加溫過程中有更強(qiáng)的儲能過程。此儲能過程大致可分為三個階段，第一階段（5～27 ℃）的黏性為主的無序流動階段，第二階段（27～45 ℃）的凝膠網(wǎng)絡(luò)逐漸形成的階段，和第三階段（45～60 ℃）凝膠狀態(tài)趨于穩(wěn)定的階段。而通過對凝膠已經(jīng)成型后的振幅掃描和頻率掃描分析可知，1%濃度的脫半乳糖苷木葡聚糖水凝膠為一種弱凝膠，通過疏水鍵形成的分子網(wǎng)絡(luò)易在高剪切應(yīng)變和高振蕩頻率下發(fā)生崩解而表現(xiàn)出液體特性。而超聲處理的木葡聚糖樣品的在振蕩模式下的流變行為與原木葡聚糖類似，證明超聲處理并不能達(dá)到酶解處理增強(qiáng)木葡聚糖分子間的作用力的效果。

2.2 超聲和酶解處理對木葡聚糖平均分子質(zhì)量和粒徑的影響

從表1可知原木葡聚糖的重均分子量為885 kDa，這與先前報道結(jié)果接近[27]。木葡聚糖的重均分子量隨超聲處理時長的增加而減少。超聲1.5 h和超聲2.5 h的木葡聚糖重均分子量分別為780 和520 kDa。且超聲處理樣品均勻性較好，SEC-MALS分析結(jié)果顯示只存在出峰時間為12 min的一個信號峰（圖4A）。而酶解木葡聚糖為一種高分子量（4591～12173 kDa）和低分子量（101～478 kDa）物質(zhì)組成的混合物，出峰時間分別為9～11 min和14～18 min。低分子量占80%以上（酶解16、32和 48 h分別占比95%、93%、和85%）。且酶解樣品在保留時間為16～23 min的范圍內(nèi)出現(xiàn)了饅頭狀峰，證明溶液中可能存在一定的高分子間的糾纏。從箱線圖4B可以看出，動態(tài)光散射的結(jié)果表明，原木葡聚糖溶液的平均粒徑為266 nm。超聲降低了木葡聚糖的平均粒徑，經(jīng)1.5和2.5 h超聲時長處理的木葡聚糖分子粒徑分別降低到252和135 nm。而酶解反而增大了木葡聚糖的平均粒徑，經(jīng)16、32、48 h酶解的木葡聚糖分子粒徑分別為734、1644和1669 nm。但由箱線圖的數(shù)據(jù)分布可以看出，酶解木葡聚糖樣品的粒徑測量整體誤差較大，進(jìn)一步說明了酶解后增加的木葡聚糖分子間疏水作用力造成了分子的團(tuán)聚，溶液中出現(xiàn)部分大顆粒物質(zhì)，降低了光散射的測量準(zhǔn)確性，這些結(jié)果與黏度及剪切模量測試的結(jié)果一致。

表1 原木葡聚糖及酶解和超聲處理后的木葡聚糖分子量Table 1 Molecular weight of XG with different treatment methods

圖4 不同處理方法的木葡聚糖的GPC洗脫圖譜（A）和粒徑箱式圖（B）Fig.4 GPC elution atlas (A) and particle size box-diagram (B)of XG with different treatment methods

2.3 超聲及酶解后的木葡聚糖的微觀形貌特征

使用掃描電子顯微鏡觀察了未處理、超聲及酶解后的木葡聚糖的微觀形貌特征。從圖5可以看出，原木葡聚糖（圖5A）和超聲的樣品（圖5B～圖5C）形貌區(qū)別不大，所有木葡聚糖樣品都呈現(xiàn)出多孔狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而酶解時間越長的木葡聚糖樣品，形成的孔洞越多（圖5D～圖5F）。Nisbet等[37]研究也發(fā)現(xiàn)將2%（w/w）木葡聚糖酶解，在37 ℃下凝膠化后冷凍干燥，樣品在掃描電鏡中顯示凝膠結(jié)構(gòu)出現(xiàn)崩塌?？赡艿脑蚴?8 h的酶解樣品由于分子成膠性強(qiáng)，分子網(wǎng)絡(luò)持水性能更好，因此在凍干過程中由于水的升華更容易形成塌陷，從而形成了更為疏松的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；而16 h的樣品，分子間作用力相對較小，因此在凍干后大尺寸孔洞較少?？傮w而言，酶解的樣品并未與原木葡聚糖及超聲木葡聚糖在微觀形態(tài)上有較大的區(qū)別。原因可能是木葡聚糖的總體黏彈性較弱，在凍干過程中導(dǎo)致木葡聚糖分子脫水收縮，造成原有結(jié)構(gòu)的破壞。

圖5 不同處理的木葡聚糖的掃描電子顯微鏡照片F(xiàn)ig.5 Scanning electron microscopy of XG with different treatment methods

3 結(jié)論

本研究討論了超聲及酶解處理的羅望子木葡聚糖的流變性能及微觀結(jié)構(gòu)特征。結(jié)果表明通過半乳糖苷酶處理的木葡聚糖分子可以增強(qiáng)分子間相互作用力，導(dǎo)致其平均粒徑增加，從而增強(qiáng)了其剪切黏度和模量，而超聲處理降低了平均分子量和粒徑，但整體流變行為與原木葡聚糖差異不大。此外，經(jīng)酶解處理的木葡聚糖的剪切模量對溫度表現(xiàn)出較強(qiáng)依賴性，酶解16和32 h的木葡聚糖在溫度為27 ℃左右會形成凝膠，而酶解48 h的木葡聚糖在5～60 ℃范圍內(nèi)均呈現(xiàn)凝膠狀態(tài)。但酶解木葡聚糖凝膠強(qiáng)度較弱，在高頻振蕩條件下易發(fā)生崩解而出現(xiàn)流動特性。本研究為改性木葡聚糖材料的研發(fā)提供了流變學(xué)依據(jù)，對木葡聚糖在食品包裝、食品添加劑等領(lǐng)域的深化利用提供了一定意義。