高压微射流处理甘露聚糖分子构象与流变学性质变化及其机理

Mannans are widely distributed in the yeast cell wall, have receive much attention with respect to their emulsion stability, it's better than synthetical emulsion for the peculiarity of high nutrition, low cost and high-security. The structure of polysaccharides are affect by dynamic high pressure microfluidization processing，and the rheology of polysaccharides is affect by molecular conformation. The rheology of polysaccharides can be controled by some methods to improve the thickening and emulsification function. This project will focus on the rheology and conformation transformation regularity and mechanism of mannans during dynamic high pressure microfluidization processing, mainly study the effect of pressure, time, solid-liquid ratio on the molecular chain structure and aggregation. The viscosity and viscoelasticity after the chain structure and state of aggregation change will be evaluated, and the relativity of the rheology and molecular conformation will be analyzed. Then the modle of structure - function relationship will be bulid to provide the scientific basis for the structural design and production process control.

酵母甘露聚糖因其良好的乳化功能而备受关注。甘露聚糖制备过程中使用的高压微射流技术能够影响多糖的结构从而影响其流变学性质，最终影响多糖的乳化功能，其中内在的科学问题是：高压微射流加工过程中甘露聚糖分子构象与流变学性质变化的规律及其相关关系尚未明确。针对上述问题，本项目拟深入研究甘露聚糖分子链构象与流变学性质在高压微射流加工过程中随外界条件的变化规律，重点探讨压力、时间、料液比等过程因素对其链结构、聚集态结构的影响，进而影响其溶液体系粘度、凝胶体系粘弹性与加工特性，阐明甘露聚糖分子构象、聚集行为、溶液体系粘度、凝胶体系粘弹性的动态变化特性，构建高压微射流加工过程中甘露聚糖流变学性质与其微观结构之间的相关关系数学模型，从而揭示甘露聚糖流变学性质变化的机理，旨在为实现甘露聚糖的功能化结构设计及加工过程调控奠定理论基础。

我国酿酒酵母资源丰富，甘露聚糖存在于酵母细胞壁的外层，具有抗菌、消炎、增强免疫力等功效。高压微射流（dynamic high-pressure micro．fluidization，DHPM）作为一种新兴的加工技术，己在酵母甘露聚糖（Yeast manllallS，YM）的制备中应用，而该处理过程对甘露聚糖的影响还未深入研究。因此，本研究采用热水浸提结合酶法制备不同纯度的YM，并对其流变学性质进行对比分析，探讨了DHPM处理对YM的性质及溶液构象的影响。 .通过水提醇沉、木瓜蛋白酶、链霉蛋白酶处理，分别得到YM1、YM2、YM3样品，其纯度依次升高。在剪切速率0.1-100 1/s范围内，YM1、YM2的表观粘度η逐渐下降，YM3基本不变，在相同剪切速率下，YM1、YM2的η高于YM3。YM的纯度提高时，溶液由假塑性流体转化为牛顿流体，从而影响其在外界条件下的流变学性质。在扫描频率范围内，YM2样品的G’始终高于YM1，频率高于10 1/s时，YM1与YM2的凝胶结构被破坏。通过方程拟合得到酵母甘露聚糖的特性粘度值分别为0.166 dl/g和0.131 dl/g，与未经处理样品相比，随着DHPM处理压力增大，样品特性粘度先上升，后逐渐下降。在所测浓度条件下，溶液均呈现牛顿流体性质；在温度从25到85℃范围内，溶液的表观粘度均逐渐下降，20%（w/v）溶液对温度变化更敏感。在pH4.0-10.0范围内，溶液的粘度保持不变，而当pH为2.0时，溶液粘度显著升高(P<0.05)；在剪切速率50 1/s下, 初始添加盐离子均会引起溶液粘度略微的降低，当继续添加时，无显著变化（p>0.05)。随着DHPM压力的增大，酵母甘露聚糖表面从致密的鳞片聚集逐渐变的疏松多孔的海绵网状结构。通过Mark-Houwink和Flory方程，推测其在溶液中为具有较多短分支的球形聚合物构象，未经处理及经过50、100、150、200MPa处理后酵母甘露聚糖的重均分子量分别为1.27×105、1.28×105、1.26×105、1.16×105、1.12×105 g/mol，Mark-Houwink方程参数α值均在0.3以内，Flory方程指数b均在0.4以内。表明DHPM处理降低了酵母甘露聚糖的分子量、特性粘度、表观粘度，改变了其微观形态，但对其构象不产生影响。