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毛膠薯蕷多糖膠與常用植物膠的流變性比較研究

發布日期:2015-05-15 17:40:12
多糖
毛膠薯費(僅咖orea丨wicaiua Prain et Burfc.)為 薯蕷屬多糖頂生翅組植物,產云南,四川,貴州等省;生于 河邊,林緣,塊莖含17種以上氨基酸。據《云南椬 物志》記載其塊莖含薯蕷多糖膠,可作黏合劑。用 鮮根刮取膠質,敷于患處,可促進傷口愈合。對毛膠 薯蕷多糖膠(DSP)的研究目前尚未見報道。
 
瓜爾膠(guar gum )[w]、魔芋膠 < konjac gum) [*_7】、白友膠(blelilla ghicomannan )【*’*]及海薄 酸鈉(sodium alginate) H"’111已作為性能優良的增稠 劑、穩定劑、乳化劑、水合劑、膠凝劑等而被廣泛地用 于曰化、食品等領域。筆者在研究DSP的理化性質
 
時發現其溶液具有許多與以上植物膠相似的性能: 具有良好的水溶性和交聯性,且在低濃度下能形成 高粘度的穩定性水溶液。故將其與常用植物膠的流 變性作了比較研究,以期為開發一種能應用于曰化、 陶瓷、食品醫藥、紡織印染、兵工炸藥、木材加工、造 紙、農藥等行業的增稠劑、穩定劑、粘合劑提供一定 的實驗依據。
 
1主要原料、試劑及儀器
 
1.1實驗原料
 
毛膠薯蕷多糖膠(DSP):毛膠薯蕷經去皮,S02 熏48 h,切塊,55丈烘干粉碎后,用40倍正丁醉飽 和水在50丈水浴中溫浸4-5 h,離心。藥渣同法浸 提3次,合并四次上清液,減壓濃縮。濃縮液經4倍 體積95%乙醇沉淀,靜置24 h,離心得毛膠薯蕷粗 多糖。粗多糖復溶后經4倍體積95%乙醉二次醇
 
12010080604020
 
-*~DSP
 
-鷹雜 -白鎌 -瓜爾膠
 
om
 
&S ConcentrBtionfw^v)
 
沉、離心,真空干燥得較純的毛膠著蕷多糖干品。白 芨膠、海藻酸鈉、縻芋膠、瓜爾膠為食用級別,由本院 生物化工實驗室提供。實驗所用各試劑均為國產分 析純。
 
1.2儀器.
 
旋轉蒸發儀;BRANSON-200超聲波裝置 (BRANSON ULTRASONICS CORP. DANBURY CT, USA) ;EL410S精密天平(江蘇智金壇市宏華儀器 廠);ZNN-D6粘度計;NDJ-1型旋轉粘度計;NDJ-79 型旋轉粘度計(同濟大學機電廠);pHS-25數顯PH 計(上海雷磁儀器廠)。
 
2多糖膠流變性質測定
 
2.1濃度改變對膠液粘度的影響[|2]
 
配制濃度分別為〇? 1免、〇■ 3%、0.5%、1.0%、 1.25%、1.5%的多糖膠水溶液,用NDJ-79型旋轉粘 度計測量30尤時各溶液的粘度。
 
2.2溫度改變對膠液粘度的影響[13]
 
配制1%的多糖膠水溶液,用NDJ-79型旋轉粘 度計溯定 0、10、15、20、25、30、35、40、50、60、70、80、。 90 ^時溶液的粘度。
 
2.3PH值改變對膠液粘度的影響1
 
每種多糖膠分別配制兩組1%的水溶液,用稀 HCI和NaOH分別調節pH值,在剪切速率〖70 S-1下 30丈時測定不同pH值溶液的粘度。
 
2.4降解時間對膠液枯度的影響[ts]
 
配制1%的多糖膠水溶液,30 1C時放置3、12、
 
24、36、48、60、72、》4、96、108 h,在剪切速率 170 s'1 下測定溶液粘度。
 
2.5凍融變化對膠液粘度的彩響[13]
 
配制1%的多糖膠水溶液,置于-20 t:冰箱中24 h,30尤下解凍,30 t時測定冷凍前后多糖膠溶液 的粘度。
 
2.6鹽對對膠液粘度的影響
 
旬種多糖膠分別配制兩組1%水溶液,分別在 其中一組溶液中加人1%、5%、10%的氣化納、氣化 鈣,攪拌均勾測定多糖膠溶液的枯度。
 
2,7泡沫性能實驗
 
取10 mL —定質量分數的膠溶液于25 mL的具 塞暈筒中,倒置上下振播50下,靜止30 B后讀取泡 沫高度,5 min后再讀取泡沫髙度。
 
以上實驗數據測試3次,統計學處理。
 
3結果與分析
 
3.1濃度改變對膠液粘度的影響
 
溶液濃度(C%)與粘度(cp)的關系及濃度 (c%)與粘度對數(如)的實驗數據分別如圖1、2 所示。由圖1可以看出,隨著濃度的增大,各溶液的 粘度均升高,當濃度為時,瓜爾膠、縻芋膠、DSP 的粘度都在25卬左右,當濃度增加,魔芋膠粘度上 升速率較DSP和瓜爾膠快。各濃度的白芨膠液的 粘度均小于其他各膠液。
 
跳釀挪1*50%
 
圖1濃度變化對膠液粘廑的影ft
 
Fig. 1 ESect a£ concentration ?i tbe viscosity of gums
 
2.5u
 
2.
 
1^.
 
0.5.
 
明2濃度變化對粘度對數的彩晌
 
Fig. 2 Effect of concentration on the logarithm rf viscosity
 
由圖2可知當溶液的濃度在0.1% ~1.5%范圍 內,可以引用下表中的式子分別粗略的估計中間濃度 在30尤下的粘度[17]( ”枯度卬;C濃度w/v) a 表1多ft腔濃度與粘度的關系
 
Table IReiationsbip between vise?sity and concentration
 
標準方程Equarion櫨
 
瓜爾膠Ign = 93.754C 0,39950.9918
 
麋芋膠1^= U1.85C+0.37040.9991
 
DSP\gfl= 92.836C+0,35760.9997
 
白茇膠igr\ = 45. B09C+0.30030.9901
 
海藻酸鈉Ign= 65.622C+ 0.40250.9982
 
3.2溫度改變對膠液粘度的彩響
 
溫度改變對膠液粘度的影響如圖3所示。由圖 3可知多糖膠粘度隨溶液溫度的升髙而略有降低,
 
瓜爾膠的變化幅度小于其他幾種膠,DSP、海藻酸鈉 及白復膠的變化幘度相當。在0 ~40T同,DSP和 麋芋膠的粘度幾無變化。
 
在40間體系的表觀粘度對溫度的依賴
 
性,可用Arrhenius方程來描述。把相應的溫度t( 丈)換算成絕對溫度T( K),以咖為縱坐標,1/T * 1000為橫坐標,可得相應的阿累尼烏斯動力學曲 線^]。筆者求出五種膠體的活化能E和常數A分 別如下表2所示。
 
表2多糖膠的粘流活化能E值,常數A值和最佳膨化溫度
 
Table 2 E & A Anhenius equation and ihe beet expanding
 
temperature
 
Airiienius
 
方程活化能
 
Activation enei^yA值最佳膨
 
化溫度
 
Temperature
 
m
 
(* 為 1/T)(kJ/Gd)(kJ/m〇l)
 
1^=94.732* + 1.0873
 
lgtj =366.62ar + 0.290594,732396,412,23
 
瓜爾K366.621533.91.95268
 
魔芋膠Igi) =554. S6x -0.4235554.562320.30.377-
 
DSP1^ = 759.63i? -1.2644757.633169,90.054
 
白芨膠= 67S. 2x -1.5665678.22837,60.027—
 
!^r| = 912.3*912.33817,10.012
 
海藻酸鈉Iprj = 203. Sx + 0.39S9203.5851.52*506.S3
 
3.3pH值改變對膠液粘度的彩響
 
圖4表明pH對不同的多糖膠的水溶液枯度存 在不同程度的影響。瓜爾膠和魔芋膠的粘度隨pH 的增大而增大;海藻酸鈉在接近中性時達最大值,隨 后又下降;pH的改變對DSP和白茨膠影響甚微 3.4陴解時間對膠液粘度的彩響
 
由圖5可知:隨著水化時間的延長,大部分膠液 表觀粘度有上升的趨勢,但膠液放置超過24 h后,
 
魔芋膠及DSP的粘度隨時間的延長而降低t放置36 h后瓜爾膠和海藻酸鈉的粘度逐漸降低;膠液放置 48 h后粘度殘值很小。
 
3.5凍融變化對膠液粘度的影響
 
圖6表明冷凍和解凍對海藻酸鈉和DSP溶液 粘度影響較小,對魔芋膠和白芨膠影響較大。解凍 后魔芋膠溶液的粘度比解凍前下降了 20- 7%、白芨 膠下降了40.8% ,而海藻酸鈉和DSP分別保持了冷 凍前的95.7%和92.5%,表明它們對冷凍和解凍比 較穩定。
 
3.6鹽對對膠液粘度的影響
 
加人氣化鈉,氯化鈣后各膠液的粘度變化如表 3所示。由表3可知加人1%的氯化鈉、氣化鈣后各 溶液粘度有所下降,但增大加鹽量,各溶液的粘度幾 乎沒有影響。驗證了謝建雄等[~提出的大部分水 溶性聚合物在少量電介質存在的情況下枯度均明顯
 
膠的種類 及濃度
 
膠的種類 及濃度
 
30 B 后 5 min 后 泡沫高度泡沫髙度
 
(mm) (mm)
 
0,5%瓜爾膠3.53.01%瓜爾膠5.55.09
 
0.5%麂芋膠2.61.81 %鷹芋膠無明顯泡沫無明顯泡沫
 
0.5%DSP2.82.51%DSP4,54.010
 
0.5%白芨膠0.7很快洧敢1L00.5
 
0,5%海蒸醴鈉1.30.61%海藻 酸鈉2.31.2
 
下降,但當電解質超過一定濃度時,粘度變化又趨于 穩定。
 
表3益對各膠液粘度的彩響
 
Table 3 Effect of aalt ionic on viscosity c£ gums
 
加人氣化鈉加人氣化鈣
 
NadCa〇2
 
不加鹽1%5%10%1%5%10%
 
瓜爾晈2926.525,52525,52423,5
 
鷹芋膠3837.53636373433
 
DSP19181ft181917.517-5
 
白芨膠5.55.45,45.35,25,25,2
 
海葙酸鈉7.67.47,37成棉絮狀,水澄清
 
加人1%的氣化鈉和氣化鈣對縻芋膠、白亥膠、 DSP粘度的影響明顯小于海藻酸鈉(圖7),表明它 們具有良好的耐鹽性。1%的氣化鈣對DSP的粘度 沒有絲毫的影響。海藻酸鈉膠液中加人氯化鈣,膠 體迅速成棉絮狀,不再具有粘性。
 
3.7泡沫性能實驗
 
隨膠液濃度的增加泡沫置也隨之增加。濃度為 0.5%的膠液起泡性的大小排列為瓜爾膠>DSP > 鷹芋膠 > 海藻酸鈉 > 白芨膠;濃度為1%的鷹芋膠 更為粘稠,用振搖的方法沒有明顯的泡沫。
 
表4泡沫離度的測定實雎
 
Table 4 Results of foam property
 
30 s 后 5 mirk 后 泡沫髙度泡沫高度 (mm) (mm)
 
4討論
 
實驗數據顯示,毛膠薯蕷多糖膠溶液的濃度與 枯度正相關,能夠有效的增加水溶液或懸浮液的枯 度;溫度在〇~40t:間具有良好的熱穩定性,pH的 改變、凍融變化和加入氣化鈉、氣化鈣對DSP粘度 的影響甚微;同時DSP還具有優良的起泡性。實驗 數據顯示,DSP與已應用于天然日化行業的白茛多 糖膠也有較多的相似理化性能,且在同濃度下,其枯 度顯著大于白芨膠,且比白芨膠具有更好的耐凍融 性能和泡沫性能。DSP優良的特性預示其有可能成 為新型的增稠劑、膠凝劑、乳化劑、懸浮劑、成膜劑和 穩定劑等而應用于現代日化等各種領域,我們下一 步工作將進一步深人探討。
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