N,o-羧甲基壳聚糖/阿拉伯胶复凝聚反应及复凝聚相表征

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中文摘要：复凝聚反应是两种带不同电荷的聚电解质通过静电相互作用产生沉淀的一种现象。壳聚糖是自然界中唯一一种带正电荷的多糖，因此在复凝聚反应中具有极大的应用潜力，但是其只溶解于酸性溶液，这在一定程度上影响了其应用。N，O-羧甲基壳聚糖（N，O-carboxymethyl chitosan，NOCC）是在壳聚糖氨基和羟基位置分别引入羧甲基后的产物，具有良好的溶解性及多种功能性质。本文以NOCC为聚阳离子、以阿拉伯胶(gum Arabic，GA)为聚阴离子，对二者的最适复凝聚反应条件进行探讨，并对该复凝聚相的流变学特性、微观结构、热性能进行袁征。结论如下: 1、以脱乙酰度95.2％、粘度500 mPa·s的壳聚糖为原料，采用氯乙酸法，在强碱性条件下，通过控制氯乙酸的用量得到取代度分别为0.56、0.86、0.87和1.06的NOCC，并依次命名为NOCC1、NOCC2、NOCC3和NOCC4，FTIR和NMR证实这四种产物的取代反应均发生在-NH2和-OH上。这四种NOCC的等电点均在5以上，且粘均分子量随着取代度的增加而降低。由于NOCC1、NOCC2和NOCC4分子量差别较大，在接下来的研究中，这三种衍生物被选为聚阳离子用于与GA发生复凝聚反应。 2、以NOCC1为例，采用浊度和产率为监测指标，研究了反应时间、pH、温度、离子强度、总固形物浓度及配比对NOCC1/GA复凝聚反应的影响。结果表明，GA与NOCC1以比例4∶1、总固形物浓度为2.5％的条件混合，在不添加任何离子的情况下，于25℃水浴8h，得到的NOCC1/GA复凝聚相产率最高，达到了70.52％。在NOCC1的基础上又研完了pH值、总固形物浓度及配比对NOCC2和NOCC4与GA复凝聚反应的影响，发现这两种NOCC的最适pH值均为3.0、总固形物浓度分别为2.5％和1％、配比分别为4和3，在此条件下，两种复凝聚体系的复凝聚相产率分别为69.61％和46.13％。 3、同样以NOCC1为例，研究了温度、pH、离子强度和总固形物浓度及配比对NOCC1-GA复凝聚相的动态流变学性能的影响，继而探完了pH、总固形物浓度及配比对NOCC2/GA和NOCC4/GA复凝聚相的触变特性及粘弹性的影响，结果表明: pH、离子强度、总固形物浓度及配比对NOCC/GA复凝聚相的流变学特性有很大的影响，而温度的影响相对较小。在pH3.0条件下制备得到的 NOCC1/GA和NOCC2/GA复凝聚相黏度相当，而NOCC4/GA复凝聚相的黏度最大，这三种复凝聚相均随着剪切速率的增加黏度降低，表现为液体的粘性行为。在pH4.5条件下，NOCC1/GA和NOCC2/GA复凝聚相的黏度急剧上升，其随着剪切速率的增加而降低，但随着剪切速率降低时不能完全恢复，表现为半固体性质，而NOCC4/GA复凝聚相的黏度在剪切速率降低时完全不能恢复，表现出了Bingham流体的特性。在pH6.0时，NOCC1/GA和NOCC2/GA复凝聚相的起始粘度进一步强烈增加，但是在剪切力撤销后仅可部分恢复，表现出了典型的半固体性质。NaCl浓度对NOCC1/GA复凝聚相的流变学特性有重要影响，在低盐浓度下，复凝聚相表现为剪切变稀流体，而在高浓度下则会出现剪切增稠现象;另外，NaC1对损失模量具有低抑高促作用，即在0-150mmol/L范围内，复凝聚相的损失模量随着NaCl浓度的增加而降低，但是在200-300mol/L范围内，损失模量随着NaCl浓度的增加而增加。总固形物浓度对复凝聚相的流变学性质也有影响，随着总固形物浓度的增加，复凝聚相的初始黏度均逐渐下降，损失模量也降低，但损失模量始终高于储能模量，表现为液体的粘性性质。 4、就pH和NOCC的取代度对NOCC/GA复凝聚相的热稳定性及微观结构的影响展开研究，研究结果表明:pH对NOCC/GA复凝聚相的热稳定性的影响与NOCC的取代度有一定的关系，即随着pH的升高，低取代度的NOCC1与GA形成的复凝聚相的热稳定性降低，而中取代度的NOCC2与GA形成的复凝聚相的热稳定性无明显变化，高取代度的NOCC4与GA形成的复凝聚相的热稳定性升高;NOCC/GA复凝聚相的微观结构与复凝聚反应的pH和NOCC的取代度均有关，NOCC/GA复凝聚相的内部呈现疏松多孔的结构，孔径与pH有关，从小到大依次为:pH3.0＜pH4.5＜pH6.0. 综上所述，高取代度的NOCC较低取代度的NOCC与GA发生复凝聚反应得到的复凝聚相产率低;可通过控制复凝聚反应的条件获得具有不同流变学特性、微观结构和热性质的NOCC/GA复凝聚相，从而为进一步探究该复凝聚相在食品中的具体应用提供理论基础。

作者：

王冠芸

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关键词：

N，O-羧甲基壳聚糖阿拉伯胶复凝聚反应微观结构流变学特性

授予学位：

硕士

学科专业：

食品工程

导师：

肖军霞、杨剑

学位年度：

2014

学位授予单位：

青岛农业大学

语种：

中文

中图分类号：