一、選題背景
結冷膠是一種經微生物通風發酵得到的新型天然食用膠。最初于 1978 年發現,1988年日本批準結冷膠可應用于食品中,隨后,美國和歐洲等國家也批準其作為凝膠劑、穩定劑和增稠劑在食品中使用。結冷膠的分子骨架由葡萄糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸組成,分子量約為 0.2~2×106Da,能形成雙螺旋結構。結冷膠生產菌是通過復雜的菌種篩選得到的能夠生產親水性膠體的目的菌。結冷膠能夠形成澄清透明的凝膠,且具有較好的熱穩定性,與其他多糖凝膠相比,其凝膠強度不依賴于 pH。結冷膠的優良性質使其在食品、醫藥和化工等領域得到了廣泛應用。結冷膠還具有良好的復配性,不僅高、低酰基可以復配,還可與其他多糖凝膠復配,通過復配膠之間的優勢互補作用,進一步擴大了其應用范圍。
二、研究目的和意義
本課題是“十二五”國家科技支撐計劃(2011BAD23B04);國家高技術發展計劃(863)項目(2012AA021505);國家自然科學基金項目(No.31171640);無錫市科技支撐計劃(CLE01N1208);無錫市中小企業創新基金(CBE01G1344)等項目研究的重要組成部分。結冷膠具有重要的商業價值,它生產周期短,理化性質穩定且安全無毒,優越的性能使其得到了廣泛的研究和應用[61]。本實驗室于1995年率先開始研究結冷膠的生產發酵技術;1996年,結冷膠在我國批準可作為增稠劑、穩定劑使用,近年來國內對結冷膠的需求量增長迅速,主要用于懸浮飲料、果凍和軟糖等方面,結冷膠分離純化等后提取過程較難操作,導致生產成本和市場價格偏高,同時其用法和用量,以及其他物質對結冷膠的影響等問題,在使用時仍不能準確把握[62]。目前國內主要側重于低酰基結冷膠性質和應用研究,大部分低酰基結冷膠已達到美國Kelco公司水平[63]。對高酰基結冷膠性質的研究是其應用于食品、醫藥和化工等行業的必要理論基礎,但高酰基結冷膠的粘度更大,其生產工藝也更為復雜。酰基含量介于高酰基和低酰基結冷膠之間的結冷膠,具有較高酰基結冷膠更低的凝膠轉變溫度和較低酰基結冷膠更高的粘度,其獨特的性質使其可以適用于更多的領域,彌補高酰基結冷膠和低酰基結冷膠在應用上的局限性,但由于酰基含量測定方法的限制,部分脫酰基結冷膠的研究和生產也停滯不前。國內外對結冷膠的研究涉及其微觀結構、流變學和凝膠性質、外加物質的影響以及應用等方面,對結冷膠的性質已經有了一定的了解。本文主要側重于結冷膠的側鏈——酰基的研究,建立酰基含量測定更為精確的HPLC方法,以期為高酰基結冷膠的品質提供有效的監測手段。然后,結合HPLC方法對部分脫酰基結冷膠的制備條件進行了初步摸索,得到一系列不同酰基含量的結冷膠,對其中的幾種樣品進行流變學和凝膠性質研究,了解酰基對結冷膠性質的影響,這不僅可以增加結冷膠的種類,擴大結冷膠的應用范圍,也為其應用提供一定的理論基礎,同時,對復配膠的凝膠轉變溫度進行初步探索,研究酰基含量相同的結冷膠和復配膠之間的性質差異。
三、本文研究涉及的主要理論
Morris等還研究了兩種酰基分別對結冷膠性質的影響,通過控制脫酰基條件,得到了甘油酰基含量相近而乙酰基含量不同的兩種結冷膠。并研究了兩種結冷膠動態模量隨溫度的變化,發現總酰基含量較高的樣品其凝膠轉變溫度較高,乙酰基含量低的樣品在溫度轉變曲線上表現出明顯的熱滯現象,而乙酰基含量高的樣品則沒有熱滯性,說明乙酰基含量高的樣品其凝膠網絡穩定性相對較差,位于雙螺旋邊緣的乙酰基對雙螺旋的聚集起到一定的阻礙作用。那么,高酰基結冷膠更穩定的性質可能只是甘油酰基的作用。除了高酰基和低酰基結冷膠外,部分脫酰基的結冷膠具有其獨特性質,若能控制反應條件得到這樣的結冷膠,可以增加結冷膠種類,按照應用需求選擇不同酰基含量的結冷膠,也能讓結冷膠適用于更多領域。Chang等利用不同的堿和反應條件,制備了不同甘油酰基和乙酰基的一系列結冷膠,KOH濃度為0.03~0.3 g·g-1結冷膠,在25~36℃反應2~18 h,或在100℃反應5 min,觀察不同反應條件對結冷膠酰基含量的影響。發現在低溫下,長時間反應,對甘油酰基含量影響較小,而乙酰基基本可全部脫去,在100℃高溫下,則很容易除去甘油酰基。除了用KOH作為反應物外,作者還同時加入了NaCl、KCl和CaCl2等在高溫下進行脫酰基反應,鹽的加入對酰基起到一定保護作用,酰基含量變動相對較小。Sworn等除用強堿KOH進行脫酰基反應外,還利用Na3PO4和Na2CO3等弱堿進行反應,弱堿提供較溫和的反應環境,酰基含量更容易控制。弱堿處理會減少總酰基含量,同時對甘油酰基有更強烈的作用,增加乙酰基/甘油酰基比例,強堿處理也會增加乙酰基的比例,但作用較弱堿更弱。酰基含量的準確測定是結冷膠研究的重要基礎,不僅可以更好的研究兩種酰基分別對結冷膠性質的影響,兩種酰基的總含量及比例也是監測高酰基結冷膠產品品質的重要指標之一。多糖中酰基含量的測定常用比色法和滴定法,比色法利用堿性羥胺與乙酰基生成游離的乙酰羥肟酸,再與Fe3+和發生顯色反應,根據吸光度來測定酰基含量;滴定法主要利用反應式1-1的原理,以酚酞為指示劑,通過測定脫酰基過程消耗的堿的體積,根據公式計算酰基含量。Cheetham等曾用HPLC方法,將黃原膠上的丙酮酰基和乙酰基游離下來,分別測定含量。
結冷膠在食品中主要用作增稠劑和穩定劑,其在低濃度時形成的“弱凝膠”網絡,可懸浮牛奶中的可可顆粒,形成巧克力牛奶飲品,此性質使其也可用于冰激凌、酸奶等產品。結冷膠可用于食品保護膜,防止在烹炸過程中食品吸收過多的油。此外,堿處理后的結冷膠還可作為凝膠劑、乳化劑、潤滑劑以及懸浮材料等用于食品和生物技術行業。2011年美國國家有機項目已批準結冷膠用于有機食品和飲料。在化工領域,結冷膠凝膠澄清透明以及在高溫下的穩定性,使其用于防曬露及護發素等護理產品,同時也可用于提高紙張的強度。結冷膠在醫藥領域可以作為藥物賦形劑用于藥物的傳遞,也可以作為人類組織再生三維支架的主要架構物質。結冷膠也可以替代瓊脂作為植物和微生物培養基,不僅能夠經受長時間的高溫滅菌,且澄清透明的凝膠特性也可以更好的觀察培養物的生長狀態。由于結冷膠具有獨特優良的性質,使其具有良好的應用前景,為其實際應用而進行的理論基礎研究也尤為重要。
四、本文研究的主要內容
本文以結冷膠以及其側鏈酰基為主要研究對象,建立兩種酰基含量的測定方法,對不同酰基含量結冷膠的制備條件進行初步摸索,研究酰基對結冷膠流變學和凝膠性質的影響,并對復配膠的凝膠轉變溫度進行初步探索,主要研究內容有以下四點:
1. 探索能夠準確測定結冷膠上甘油酰基和乙酰基含量的HPLC方法,并對該方法進行準確性、重復性、穩定性等方面的驗證。
2. 探索不同酰基含量結冷膠的制備條件,控制不同的反應條件,制備得到一系列酰基含量不同的結冷膠。
3. 對一系列不同酰基含量的結冷膠進行流變學性質和凝膠性能的研究,以期得到不同酰基含量結冷膠的性質差異,以及酰基對結冷膠性質的影響。
4. 配制與部分脫酰基結冷膠酰基含量相同的復配膠,并對其凝膠轉變溫度進行初步探索,以期發現部分脫酰基結冷膠和復配膠的性質差異。
「標簽: 碩士論文開題報告」
