摘要
本研究在“十一五”国家科技支撑计划项目《魔芋葡甘聚糖规模化加工和应用关键技术》的资助下，以我国丰富可再生的天然魔芋葡甘聚糖为原料，研究了工业化的β-甘露聚糖酶对天然魔芋葡甘聚糖的降解过程中各水解因素对降解产物的影响，并据此制备出各个分子量段的降解产物，对降解产物的凝胶机理和应用做了研究。研究结果如下： ⑴在β-甘露聚糖酶催化降解魔芋葡甘聚糖的过程中，通过单因素试验，研究得出该β-甘露聚糖酶催化降解魔芋葡甘聚糖反应的最适温度为50℃，而分子量分散系数则随温度的增加先增加后减小；降解反应的最适pH为7.5，在pH较低时，分子量分散系数变化不大，当pH在最适pH附近时，分子量分散系数增加；由于β-甘露聚糖酶活性很高，因此酶浓度对降解产物分子量的影响十分敏感，而分散系数则随酶液浓度的增加而减小；降解反应中，分子量分散系数随底物浓度的增加而减小，而降解产物的分子量的变换则逐渐变小；降解反应中，降解产物的分子量和分子量分散系数都随时间的增加而减小，最后趋于平稳。在单因素的基础上，通过正交试验得出，在降解反应过程中，各水解因素对降解产物分子量的影响顺序是：酶浓度>底物浓度>pH>温度>时间；对降解产物的分子量分散系数的影响顺序为：酶浓度>温度>pH>底物浓度>时间。 ⑵以尿素作为解胶凝剂，研究了乙醇沉淀法提纯和制备不同分子量MH-KGM粉体的技术，探讨了酶解底物浓度、尿素浓度、醇洗次数、烘干温度等条件对MH-KGM粉体产率的影响。结果表明，酶解底物浓度1.5％，尿素浓度10％，醇洗次数3次，烘干温度50℃时产物得率最高。 ⑶红外分析结果表明，降解后不同分子量MH-KGM与天然KGM具有相同的红外吸收峰；XRD分析结果表明，不同分子量MH-KGM与天然KGM具有相似的弥散峰，都属于非晶相，但峰的位置和强弱稍有不同，表明分子量不同对MH-KGM粉体的聚集态结构有一定影响，随分子量降低，峰位向低衍射角偏移；热重分析结果表明，天然KGM、MH-KGM B、MH-KGM A的失重温度分别是218℃、225℃和270℃，而三者的50％失重温度为309℃、300℃和334℃；电镜分析结果表明，不同分子量MH-KGM粉体表现出比天然KGM粉体更加疏松、多孔的特征，且分子量越低，这种特征越明显。 ⑷通过高级旋转流变仪和凝胶渗透色谱-静态光散射联用仪(SEC-MALLS)测定魔芋MH-KGM的分子量、相关分子参数和流变性质。SEC-MALLS分析结果表明，随MH-KOM分子量的下降，均方根旋转半径迅速减小，相对刚性参数β从0.38增加到0.80，即分子链由半柔顺性链向短小的刚性链转变。流变分析结果表明，所形成凝胶的储能模量G’和耗能模量G”均随着MH-KGM相对分子量、MH-KGM浓度和碱浓度的增加而增加，损耗因子tanδ则相应减少，即形成凝胶的弹性和稳定性增加。 ⑸不同分子量MH-KGM与聚丙烯酸互穿网络凝胶作为药物载体应用时，由于较低分子量MH-KGM粉体的多孔性质使二者的互穿网络更加致密，有利于载药和释药的稳定性。溶胀分析表明KGM/PAA-IPN在pH7.4时的溶胀率明显大于pH2.2时的溶胀率，即具有pH敏感性，且由分子量较大的MH-KGM组成的KGM/PAA-IPN凝胶的溶胀率、失重速度和失重率都明显大于由分子量较小的MH-KGM组成的KGM/PAA-IPN凝胶。 ⑹不同分子量的MH-KGM具有不同的理化性质。目前对未降解的魔芋葡甘聚糖的性质已有比较全面深入的研究，但苦于不能得到各个阶段分子量的MH-KGM，所以对不同分子量的MH-KGM的研究仅停留在极少数个分子量段的研究，远不能满足实际生产所需要的理论和参数支撑，对MH-KGM的进一步应用造成了屏障。因此，能够实现天然KGM的可控降解，系统性地得到各种不同分子量范围的MH-KGM产品，对魔芋资源的进一步开发利用和应用范围的推广是一个关键问题。
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