罗望子木葡聚糖的自组装、构性关系及应用研究

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fh2029
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木葡聚糖是高等植物细胞壁中最主要的半纤维素之一,其分离困难且分子量较低,而来源于罗望子种子的木葡聚糖—罗望子木葡聚糖(Tamarind xyloglucan,XG),是现今唯一可大规模工业化生产的木葡聚糖。因其分子量大、分支度高以及独特的自组装行为等,XG具有优异的流变性、胶凝性、黏膜黏附性、生物相容性和良好的药物缓释性能,近些年来应用领域不断扩大。由于XG相比其他多糖工业生产成本低,因此具有更大的发展潜力。但因XG结构特殊且构性关系复杂,目前国内外关于其自组装、构性关系等研究尚不深入。论文以XG为研究对象,重点开展了多糖组成结构、自组装、构性关系及液膜应用研究,主要研究结果如下:(1)罗望子种仁粉(Tamarind kernel powder,TKP)主要由64.9%的多糖(半乳糖:木糖:葡萄糖为1:1.39:2.58),17.5%的蛋白质和6.8%的油脂组成。通过采用三种不同的温度分级水提多糖,所得三种粗多糖(XG30,XG55和XG80)的形态、结构及性能存在显著差异,均方根旋转半径Rg分别为23.2 nm、59.6 nm和72.5 nm,形态接近球体。30℃提取多糖的侧链更丰富且分子量(2.187×10~5)较小;80℃提取多糖的分支度较低且分子量(8.759×10~5)较大,呈现出更高的表观黏度和更强的胶凝能力。(2)在TKP浓度为1%,乙醇体积分数13%-15%范围内凝冻强度增加较快(从141 Bloom g到982 Bloom g)。光学显微镜下观察到脱脂TKP-乙醇凝胶为非均质凝胶,呈现多“线团”样结构,这些结构经放大后观测到主要由规则的六边形结构组成,扫描电子显微镜(SEM)观察到XG80-乙醇凝胶的类蜂巢结构。原子力显微镜(AFM)表征极稀浓度(5 ug/ml)下的纯化XG80,观察到其显著的交联趋势。通过荧光显微镜监测到XG特殊的蕨类形态的动态形成过程及其有趣的外刺和内枝精细结构。(3)通过β-半乳糖苷酶水解木葡聚糖,得到一系列不同程度去半乳糖侧链的改性木葡聚糖(modified xyloglucan,mXG)T8、T16、T32、T48;半乳糖去除率分别为33.3%、38.9%、41.5%和43.1%。半乳糖侧链的去除使mXG发生了从球形团聚体向带状聚集体的自组装行为的转变,且水溶性和表观黏度急剧下降(溶解度从80.6%下降到13.4%;稠度系数从2248下降到34 mPa·s 0.9)。AFM分析知mXG纳米粒子的形态随着半乳糖的去除更加修长,且联结更加紧密。推测是侧链的去除使高分子相互作用的空间阻碍降低,且亲水基团—即半乳糖的减少使高分子的疏水性增加,从而表现出疏水特征。(4)XG具有良好的土壤促聚集效果和优异的成膜性能。将TKP与塑化剂甘油、粘合剂聚乙烯醇、碳化种皮粉共混制备得到农业用可喷洒XG基液膜,具有多重优点。甘油的添加增加了液膜的水蒸气透过率(WVP),八种液膜的WVP在0.52-1.92g·mm m-2 h-1 kPa-1之间。添加XG的液膜使土壤水分蒸发量降低一半。SEM表征表明XG对土壤/沙土有良好的促聚集效果。另通过酶解改性制备得到温敏型mXG,可在土壤表面常温快速自组装形成凝胶液膜。
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