超聲波對高甲氧基果膠NMR轉折點蔗糖濃度及其結構的影響.pdf

1、果膠是一種具有凝膠、穩(wěn)定和乳化作用的線性多糖聚合物,由于其天然無毒且廉價的特殊性,果膠在食品﹑醫(yī)藥和日用化妝品具有相當廣泛的應用。但因其分子量較大,且種類繁多復雜,導致其結構差異巨大,限制了果膠在實際中的具體應用,因此,對果膠改性以適應不同需求成為了今年來研究的熱點。超聲波作為一種新型綠色的物理改性方法,已經(jīng)被廣泛應用在了果膠等聚合物的研究當中;果膠在凝膠過程中,隨著共溶物濃度的提高,體系逐漸由流變態(tài)向凝膠態(tài)轉變。這種轉變主要是由于果膠

2、分子之間及體系中水分狀態(tài)發(fā)生了顯著的變化。
　　核磁共振(NMR)技術研究食品體系中水分分布和流動力學特性的關系主要是通過測量橫向、縱向弛豫時間。食品中水分子的氫質子是核磁共振技術應用的前提和條件。橫向弛豫時間 T2、縱向弛豫時間 T1與食品體系中氫質子的種類和體系所處的物理化學環(huán)境有著緊密的關系,這說明樣品本身的性質決定了弛豫時間,這是樣品的特有屬性。因此通過分析樣品的橫向、縱向弛豫時間就可以分析研究樣品相關的物理化學性質,而且

3、核磁共振技術(NMR)還具有快速、無損和重復性高等優(yōu)點。
　　因此,本論文以柑橘果膠為研究對象,首次利用核磁共振成像技術(NMR),從果膠體系中水分的結合狀態(tài)與質子弛豫時間 T1的聯(lián)系出發(fā),建立果膠體系弛豫時間 T1與共溶物濃度的關系,從而對超聲波改性果膠在凝膠過程中的一些性質變化進行研究,主要研究結果如下:
　　1、核磁共振弛豫時間T1與高甲氧基果膠凝膠性之間關系的研究
　　通過對高甲氧基果膠凝膠性凝膠強度的測定與核

4、磁共振弛豫時間 T1的測定,果膠體系凝膠強度與弛豫時間T1間存在良好的線性關系,利用低場核磁共振可以測定果膠凝膠強度,為核磁共振的應用提供了理論依據(jù)。
　　2、pH對高甲氧基果膠 NMR轉折點蔗糖濃度的研究
　　pH能夠改變高甲氧基果膠體系的核磁共振弛豫時間 T1,當蔗糖濃度低于40％時,弛豫時間 T1隨著 pH的降低而顯著減小;當蔗糖濃度為40%~50%時, pH對 T1的影響開始減弱;但當蔗糖濃度大于50%時,隨著 pH

5、的降低,弛豫時間 T1基本沒有變化。Brownstein和 Tarr認為在食品的非均一體系中,弛豫時間的速度主要由水和大分子的交換過程所決定,大分子可以認為是表面,那么表面積和體積的比決定了弛豫速度的快慢。果膠是酸性多糖,在水溶液中,果膠分子帶負電,由于電荷的相互排斥,果膠分子被分散在水溶液中,很難相互間形成作用,形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結構。降低 pH能夠中和果膠分子上的電荷,使果膠分子趨向中性,分子間斥力減小,果膠分子間形成氫鍵,束縛體系中水

6、的流動,弛豫時間 T1減小。同時 pH的降低,斥力減小,分子間距離顯著降低,使得果膠分子結合更加緊密,這種緊密表現(xiàn)在果膠網(wǎng)狀結構空隙變小,表面積和體積比增大,弛豫速度加快,T1減小。
　　pH降低,高甲氧基果膠的 NMR轉折點蔗糖濃度升高。同時隨著 pH的降低,果膠溶液體系結構發(fā)生改變所需要的蔗糖濃度將會升高。當 pH為2.0、2.5和3.0時,對應的轉折點蔗糖濃度分別為62.11%(w/w)、60.15%(w/w)和53.93%

7、(w/w)。
　　3、超聲波處理對高甲氧基果膠凝膠過程中水分遷移及分布影響的研究
　　利用核磁共振技術研究表明:隨著果膠凝膠時間的延長,果膠體系中水分逐漸由以流動的狀態(tài)向不易流動狀態(tài)轉變,時間越長 T21越小。超聲波處理將導致水分遷移的速度加快,超聲波處理功率越大,速度越快。
　　4、超聲波處理對高甲氧基果膠凝膠強度及 NMR轉折點蔗糖濃度的研究
　　超聲波處理導致果膠凝膠強度的降低,處理功率越大,凝膠強度越低;

8、處理時間越長,凝膠強度下降越快。
　　超聲波處理功率和超聲波處理時間均會對果膠 NMR轉折點造成不同程度的影響。超聲波處理時間越長將導致 NMR轉折點后移,超聲波的處理使得果膠在凝膠過程中所需的最低糖濃度增加;超聲處理功率越高,果膠凝膠所需最低蔗糖濃度越大。
　　5、超聲波處理對果膠分子結構的研究
　　通過超聲波處理對果膠分子結構及微觀狀態(tài)進行研究和觀察發(fā)現(xiàn):在一定作用時間內,隨著超聲波處理功率的增大(100w-400

9、w),果膠分子量下降,降低速度逐漸減小;在一定的超聲波處理功率范圍內,隨著超聲波處理時間的延長(0-2h),果膠分子量逐漸降低,一定時間處理后,分子量降低十分緩慢;超聲波處理前后果膠的紅外吸收基團類型未發(fā)生明顯改變,但酯化度降低;經(jīng)不同超聲波強度處理后,果膠凝膠網(wǎng)狀結構出現(xiàn)不同程度的斷裂和破壞。
　　本研究將核磁共振技術首次應用于果膠性質及改性果膠性質的測定與研究,從微觀上測定凝膠過程中結構發(fā)生變化的蔗糖濃度,為核磁共振技術在高分