超高甲氧基果胶的界面性质及应用

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超高甲氧基果胶(UHMP,酯化度DM>90%)是以柑橘果胶为原料,通过酯化反应提高半乳糖醛酸基团上甲氧基的含量,使酯化度增加到90%以上的产物。分子中甲氧基含量增加,提高了果胶中的疏水基团的含量。本文从UHMP的界面行为入手,分析其表面活性机理,并对UHMP进行进一步酶解改性,得到更低分子量的UHMP样品,并探讨了其在去除油污中的应用。首先,对柑橘果胶(CP)和酯化反应得到的UHMP界面性质进行了表征和对比。反应前后,柑橘果胶的分子量从461.76±3.26 kDa降至150.05±1.17 kDa。单糖组成结果显示柑橘果胶和UHMP的半乳糖和半乳糖醛酸没有显著性差异(p<0.05),而鼠李糖、阿拉伯糖和葡萄糖的含量略微降低,说明酯化反应时并没有副反应发生。果胶的酯化度从63.18±0.08%升高至91.52±0.11%,本征粘度([η])从1211.5 mL/g显著降低至294.9 mL/g。表面张力分析表明,UHMP的临界胶束浓度(CMC)为0.8 g/L,比甜菜果胶(SBP)的临界胶束浓度(1.0 g/L)略小,但柑橘果胶的表面张力曲线没有显示出典型胶束行为。UHMP的表面过剩量为1.69±0.17μmol/m~2,低于甜菜果胶(1.88±0.21μmol/m~2)和柑橘果胶(2.91±0.57μmol/m~2)的值。相应地,UHMP具有最大分子占有面积(0.99±0.10 nm~2)。通过AFM观察UHMP聚集的形态。在10μg/mL和1μg/m L浓度下分别呈现网络状结构和不规则簇状聚集。TEM观察进一步证实了UHMP的聚集行为。界面剪切流变学研究表明,UHMP能够形成弹性主导的界面膜来稳定油/水界面。第二部分,利用果胶酶水解UHMP来提高UHMP的表面活性。在反应时间为60min,pH 5.0的条件下,分别添加9.5,19,28.5,47.5 PGU/g底物的果胶酶,得到分子量分别为85.90±0.14 kDa,67.01±2.08 kDa,41.24±8.63 kDa,27.24±1.54 kDa的低分子量UHMP。经测试,酶解产物的酯化度均保持在90%以上。分子量为85.90±0.14 kDa和67.01±2.08 kDa的果胶表面活性明显提高。表面张力的变化随着分子量的降低而减小,1 g/L时,表面张力从51.27±1.26 mN/m显著降低到47.49±0.69(MW=85.90±0.14 kDa)。酶解产物表面过剩量的最大值为2.28±0.17?mol/m~2,相应的最小A为0.73±0.08 nm~2(MW=85.90±0.14 kDa)。界面流变实验表明分子量低于67.01±2.08 kDa的酶解产物不能形成具有粘弹性的界面膜。第三部分,基于UHMP及低分子量UHMP良好的表面活性,将其应用至油污去除中。测试了果胶样品去除餐具油污的效果,测定了果胶浓度、分子量和洗涤温度对油污去除效果的影响。结果表明,在25℃时,不同浓度的UHMP溶液能够去除60%以上的油污,去污率最高为~80%(0.1 g/L~0.6 g/L),并且随着浓度的进一步提高而降低。低分子量UHMP的去污率显著提高到90%以上,在低浓度范围内去污率>90%,随着浓度的提高,去污率逐渐降低。温度测试表明,升高温度至45℃时,果胶样品的去污率整体提高。分子量为85.90±0.14 kDa的酶解物去污效果最好。
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