γ-射線輻照對(duì)魔芋葡甘聚糖結(jié)構(gòu)的影響研究

王 博，師 宣，鐘 耕，2

（1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶400716；2.重慶市魔芋工程中心，重慶 400716）

魔芋葡甘聚糖（konjak glucomannan，簡(jiǎn)稱KGM）是魔芋塊莖中所含的儲(chǔ)備性多糖，它是由β-D-葡萄糖和β-D-甘露糖按1∶1.5～1∶1.7的比例通過(guò)β-1，4糖苷鍵連接起來(lái)的高分子多糖，在主鏈甘露糖的C3位上存在著通過(guò)β-1，3鍵結(jié)合的支鏈，支鏈很短，只有幾個(gè)糖殘基。KMG分子除了葡萄糖和甘露糖外，還含有微量的乙?；?。一般說(shuō)來(lái)，KGM的分子量可達(dá)106數(shù)量級(jí)[1]。高分子量一方面使其具有優(yōu)良的增稠性、凝膠性，另一方面由于分子量大、粘度高、溶解度小，使其應(yīng)用范圍受到很大限制。因此，近年來(lái)研究者們運(yùn)用各種手段對(duì)KGM進(jìn)行改性，以擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。γ-輻照技術(shù)是一種對(duì)多聚糖具有改性作用的物理方法，具有高效、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)，孫遠(yuǎn)明等[2]研究輻照對(duì)KGM物理化學(xué)性能的影響，表明輻照可實(shí)現(xiàn)KGM的可控降解，KGM糖苷鍵斷裂引起羰基或雙鍵的產(chǎn)生。在國(guó)外，Panida Prawitwong等[3]利用紫外光譜和紅外光譜初步探討了輻照對(duì)KGM結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明在高劑量（可達(dá)100kGy）下其基本化學(xué)結(jié)構(gòu)未發(fā)生重大變化，未有新的基團(tuán)產(chǎn)生，僅引起羰基基團(tuán)增多，特性粘度隨輻照劑量的增大而降低。本研究通過(guò)分析γ-射線輻照對(duì)魔芋葡甘聚糖結(jié)構(gòu)的影響，為進(jìn)一步探索輻照對(duì)KGM降解提供研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

魔芋葡苷聚糖 購(gòu)于重慶里茂農(nóng)產(chǎn)品有限公司，為普通魔芋粉特級(jí)，其葡甘聚糖的含量為73.75%；60Coγ輻照源 上海核新輻照廠；RW20.N電動(dòng)攪拌機(jī) 最大攪拌量20L（水）、兩檔轉(zhuǎn)速范圍60～500r/min、240～2000r/min，德國(guó)IKA公司；UV-2450型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、傅立葉變換紅外光譜儀 日本島津公司；X’Pert PRO型衍射儀 荷蘭帕納科公司；1H核磁共振波譜儀 德國(guó)Bruker公司；NDJ-8S數(shù)字式旋轉(zhuǎn)粘度儀 轉(zhuǎn)子一套（4支）、測(cè)定范圍：10～2×106mPa·s，北京恒平儀器廠；GL-20GII型高速冷凍離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 輻照處理 采用第三軍醫(yī)大60Coγ輻照裝置，在靜態(tài)常溫條件下進(jìn)行輻照，將KGM處理劑量設(shè)定為0、1、3、5、8kGy。輻照處理后的樣品密封于塑封袋，置于低溫避光環(huán)境貯存，以便進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)性能分析。

1.2.2 紫外光譜分析法 配制濃度為0.4%不同輻照劑量處理的KGM溶液，在4000r/min下離心20min，取上清液，采用UV-2450型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，在200～400nm之間進(jìn)行掃描。

1.2.3 紅外光譜分析法 采用KBr壓片，采用傅立葉變換紅外光譜儀，在0～1400cm-1區(qū)間對(duì)輻照后的KGM掃描。

1.2.4 X-射線衍射分析法 采用X’Pert PRO型衍射儀對(duì)輻照處理的KGM分析，分析條件：X-射線源，Cu靶，濾波片：石墨單色器，管壓40KV，管流40mA，狹縫寬度，掃描速度4°/min，步寬2θ＝0.033°，掃描范圍0°～10°，溫度25℃。

1.2.5 核磁共振分析法 將輻照后的KGM溶于D2O溶劑中，以D2O為內(nèi)標(biāo)，定為3.76ppm。1H核磁共振波譜儀分析，分析條件：探頭：5mmQNP1H/13；溶劑：D2O；次數(shù)：16。譜線寬度：5995.204HZ，記錄質(zhì)子去偶的1H-NMR。

1.2.6 粘度的測(cè)定 精確稱取0.05g不同輻照劑量（0、1、3、5、8kGy）處理的魔芋葡甘聚糖，配成100mL樣品溶液。采用NDJ-8S數(shù)字式旋轉(zhuǎn)粘度儀（測(cè)量范圍：1～200萬(wàn)mPa·s）測(cè)定其粘度。

2 結(jié)果與討論

2.1 紫外光譜析

通過(guò)紫外光譜圖（見(jiàn)圖1）分析，不同輻照劑量輻照KGM后，在287.8nm下有最大吸收峰，KGM的特征官能團(tuán)無(wú)明顯變化。

圖1 不同輻照劑量處理的魔芋葡甘聚糖的溶液掃描圖Fig.1 UV spectrum of the KGM solution under different γ-irradiated dose

2.2 紅外光譜分析

對(duì)輻照KGM的紅外光譜圖進(jìn)行分析，有多糖的特征吸收（見(jiàn)圖2）。在810、870cm-1處各個(gè)輻照劑量樣品都有吸收，表明KGM含有甘露糖，891cm-1有吸收表明糖苷鍵的連接方式主要為β鍵；在895.43cm-1處有峰值，認(rèn)為是β-端基差向異構(gòu)的C-H變角振動(dòng)引起的。這一結(jié)果與紫外光譜分析結(jié)果相互印證，表明輻照處理后的KGM的特征官能團(tuán)無(wú)明顯變化。

圖2 不同輻照劑量處理的魔芋葡甘聚糖紅外光譜圖Fig.2 FT-IP spectrum of KGM under different γ-irradiated dose

輻照對(duì)乙酰基團(tuán)有一定的影響，對(duì)其進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在吸光率為1154cm-1處存在反對(duì)稱性的C-O-C轉(zhuǎn)化為C=O的彎曲振動(dòng)。在0～8KGy輻照范圍之內(nèi)，其透過(guò)率沒(méi)有顯著改變，亦即其結(jié)構(gòu)沒(méi)有顯著改變，但隨著輻照劑量的增加，C=O基團(tuán)增多使得透過(guò)率仍有改變。在透過(guò)率為1727.66cm-1處C=O基團(tuán)明顯多。

2.3 X－射線衍射分析

圖3 1kGy輻照處理的KGM X-衍射圖Fig.3 X-ray diffractogram of KGM irradiated by 1kGy dose

圖4 8kGy輻照處理的KGM X-衍射圖Fig.4 X-ray diffractogram of KGM irradiated by 8kGy dose

表1 不同輻照劑量處理的魔芋葡甘聚糖的X－衍射特性Table 1 Crystal properties of KGM under different γ-irradiated dose

X－衍射分析（見(jiàn)圖3、圖4）知，輻照處理后KGM相對(duì)光強(qiáng)（Relative Intensity）未發(fā)生變化，仍為100（見(jiàn)表1），說(shuō)明輻照后KGM的無(wú)定型結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生明顯變化，但其出峰位置發(fā)生了變化，從20.1767變?yōu)?0.4347，這表明在8kGy劑量輻照后的KGM出峰位置變化較大，且峰值顯著增高，由822.06變?yōu)?796.54。面間距從4.40116變?yōu)?.44618，這表明面間距隨著輻照劑量的增大逐漸增大。

2.4 核磁共振分析

圖5 未輻照KGM核磁共振圖Fig.5 1H-NMR Spectra of KGM irradiated by 0kGy

圖6 1kGy輻照處理的KGM核磁共振圖Fig.6 1H-NMR Spectra of KGM irradiated by 1kGy

圖7 8kGy輻照處理的KGM核磁共振圖Fig.7 1H-NMR Spectra of KGM irradiated by 8kGy

核磁共振氫譜圖（1H-NMR）一定程度上能反映出KGM中糖苷鍵的構(gòu)型以及輻照處理前后KGM分子結(jié)構(gòu)的變化情況。張瑜[4]研究表明KGM圖譜譜上2.210ppm處為其分子鏈糖殘基上以酯鍵結(jié)合乙酰基氫的位移峰，4.538ppm處為糖殘基分子C6位上羥基氫的位移峰，4.143～3.378ppm處為糖環(huán)上其他羥基氫等的位移峰。張迎慶等[5]研究報(bào)道KGM經(jīng)酶解產(chǎn)物的1H-NMR圖譜中的δ=2.077ppm處吸收峰為C6上質(zhì)子信號(hào)。通常α-型吡喃己糖C1質(zhì)子δ值超過(guò)5.0ppm，而β型則小于5.0ppm，α構(gòu)型糖苷的異頭氫的共振比β構(gòu)型糖苷向低場(chǎng)位移0.3～0.5ppm。由KGM核磁共振圖譜（見(jiàn)圖5～圖7）分析可知，未輻照KGM在2.2760ppm處有位移，隨著輻照劑量的增大，此處位移峰有增高趨勢(shì)，說(shuō)明乙?；鶜湓龆啵匆阴；鶊F(tuán)增多；未輻照的KGM在4.58239ppm處有非常弱的位移峰，經(jīng)輻照處理之后此處位移峰消失，也即說(shuō)明C6上羥基氫不存在了。輻照處理引起羥基氫的減少，將引起KGM吸水膨脹能力降低。

2.5 粘度分析

輻照前后魔芋葡甘聚糖的粘度變化（見(jiàn)圖8），隨著輻照劑量的增大，KGM粘度逐漸下降，在1kGy劑量輻照下KGM其粘度達(dá)到3.0萬(wàn)Pa·s，8kGy輻照的KGM粘度明顯下降，只有1.5萬(wàn)Pa·s。

圖8 不同輻照劑量處理的魔芋葡甘聚糖粘度值Fig.8 Viscosity average molecular of KGM under different γ-irradiated dose

3 結(jié)論

研究表明，輻照處理引起KGM長(zhǎng)鏈分子上少量糖苷斷裂，KGM的特征官能團(tuán)無(wú)明顯變化。少量的吡喃環(huán)上的糖苷鍵斷裂，產(chǎn)生了羰基，同時(shí)羥基氫減少；無(wú)定型結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生明顯變化，但其X－衍射圖譜峰值顯著增高，面間距隨輻照劑量的增大而增大。紅外光譜和核磁共振圖譜分析表明KGM糖苷鍵仍是β-型吡喃己糖，羰基基團(tuán)增加的同時(shí)羥基氫減少，KGM的黏度隨著輻照劑量的增大而明顯下降。

[1]劉佩英主編.魔芋學(xué)[M].第一版.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2003：271-272.

[2]孫遠(yuǎn)明，吳青，諶國(guó)蓮，等.魔芋葡甘聚糖的結(jié)構(gòu)、食品學(xué)性質(zhì)及保健功能[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，1999，25（5）：47-51.

[3]Panida Prawitwong，Shoji Takigami，Glyn O Phillips.Effects of γ -irradiation on molar and properties of Konjac mannan[J].FoodHydrocolloids，2006（10）：1-5.

[4]張瑜.魔芋膠與羧甲基魔芋膠為結(jié)腸定位給藥系統(tǒng)載體材料的應(yīng)用研究[D].成都：四川大學(xué)，2006：19-21.

[5]張迎慶，干信，鄒群，等.魔芋葡甘低聚糖硫酸酯化衍生物的制備及結(jié)構(gòu)分析[J].藥物生物技術(shù)，2001（8）：200-203.