一种魔芋葡甘聚糖降解并脱乙酰的方法

本发明属于多糖改性技术领域，具体涉及一种魔芋葡甘聚糖降解并脱乙酰的方法。

背景技术：

魔芋葡甘聚糖(konjacglucomannan，kgm)是一种广泛存在于魔芋块茎中的水溶性多糖，也是一类天然可再生的高分子多糖。它是由葡萄糖和甘露糖以β-1,4糖苷键连接而成的一种高分子化合物，同时在甘露糖c-6位上还存在乙酰基团(约每19个糖残基上存在一个乙酰基)，这些乙酰基的存在决定了kgm分子水溶性的大小。

kgm具有优良的亲水性、凝胶性、增稠性、粘滞性、可逆性、悬浮性、成膜性与赋味性等，对高血脂、高血压、糖尿病、冠心病、肥胖症、便秘等有很好的预防和治疗作用，并有一定的抗癌效果，因而被广泛应用于食品、医药、化工、纺织、造纸、石油钻探、环保、高分子材料等领域。但kgm也存在一些缺点：如相对分子质量较大、黏度比较高、溶胶稳定性差。据报道，kgm的分子质量因魔芋品种、产地、加工方法及原料的贮藏时间不同而变化，一般为20～200万道尔顿。分子量大，使其粘度很大，1％浓度的kgm水溶液的粘度达5000～40000mpa·s。此外，kgm亲水性强，水溶胶黏度稳定性差，在酸性条件下易降解，但降解产物成分复杂，不可控。在室温下24h完全变稀，近中性条件下形成的kgm膜抗水性很弱，在水中很快溶胀分解等，这些缺点限制了其应用。故实际应用中，常常通过一定的改性，以改善其物理、化学、生物学性质。

降解后的kgm能有效缓解这些缺点，且不同分子质量的魔芋低聚糖具有的不同的结构和功效，可更广泛地应用于各个行业，因此将天然大分子kgm降解成魔芋低聚糖成为研究的热点。目前kgm降解技术有酸降解、γ辐照、酶降解、食药用菌菌解、激光降解、臭氧降解、超声波降解、微波辅助h2o2等，能使kgm分子链断裂、聚合度降低、粘度变小、粘度稳定性增加。其中，盐酸和过氧化氢可在一定程度上对kgm进行降解，但盐酸易挥发、对环境造成一定程度污染、水解耗时长；运用超声波在一定程度上可实现kgm的降解，但是此法的收率较低，生产成本很高；利用甘露聚糖酶和γ射线对kgm进行降解，可获得分子质量小于1000u的kgm寡糖，但存在酶易失活、价格昂贵、产物分离困难、操作费时、程序繁琐等弊端；利用γ射线和乙醇对kgm进行降解，存在乙醇在辐射过程中易挥发，降解作用有限的不足；采用γ射线和过氧化氢协同降解kgm，表明过氧化氢会明显增强辐射降解的效果；也有学者采用激光和微波辅助过氧化氢协同降解kgm。由此可见，关于kgm的降解大多采用协同降解的方法，且上述降解技术未见对乙酰基含量影响的研究。

脱乙酰kgm会产生新的功能特性，如脱除部分乙酰基后，kgm与卡拉胶混合体系的加工性能更加优良。脱乙酰kgm影响蛋白的热聚集行为，促进蛋白分子的相互交联，改善其凝胶网络结构，从而改变鱼糜的凝胶特性。未改性的魔芋精粉作膜材料，膜强度低，抗水性及耐洗刷性差。脱乙酰改性后的kgm成膜可使膜强度，抗水性及耐洗刷性均显著提高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种魔芋葡甘聚糖降解并脱乙酰的方法，使其得到更广泛的应用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种魔芋葡甘聚糖降解并脱乙酰的方法，包括以下步骤：

1)称取一定量魔芋精粉，根据精粉黏度，用蒸馏水配成0.3-0.7％(w/v)的水溶胶，离心，除去纤维素及其它不溶性杂质，得到kgm水溶胶；

2)称取50-70gkgm水溶胶，将电极插入kgm水溶胶中；

3)采用交流电源输出装置对上述kgm水溶胶施加低压低频交流电，交流电施加时间为5min以上；

4)电处理后的kgm水溶胶采用透析袋透析至少24h；

5)透析后的溶胶采用磁力搅拌器搅拌混匀，随后真空干燥，粉碎，得到电降解并部分脱乙酰的kgm粉末。

进一步地，步骤1)所述魔芋精粉为纯度85％以上的魔芋纯化粉。

进一步地，步骤1)所述离心的转速为15000-17000r/min，离心时间为20-25min。

进一步地，因为金属电极存在电化学腐蚀的问题，因此步骤2)采用的电极为碳棒，电极间的距离设为3.5-4.5cm。

进一步地，步骤3)所述低压低频交流电是指电压为20-27v，频率为50hz。

进一步地，步骤4)所述透析袋的截留分子量为8kd～14kd。

本发明采用交流电技术使kgm发生降解并能部分脱除乙酰基，使其得到更广泛的应用。本发明采用的技术与其他降解技术相比具有以下优势：降解迅速，工艺简单，可调可控，设备及生产成本较低，只需要交流电输出电源，不需要加入酶及金属离子等其他化学试剂或与其他降解方法结合，对环境无污染，此方法同时具有脱乙酰作用。kgm常用脱乙酰方法为在碱性条件下加热反应一段时间，反应后需用不同浓度梯度酒精溶液清洗多遍以除去过量的碱，本发明所采用方法不需要加碱、加热，工艺更加简单。

附图说明

图1为kgm及电处理kgm溶胶对数粘度随剪切时间的变化曲线；

图2为冻干kgm及电处理kgm水溶胶扫描电镜图。

具体实施方式

实施例1

一种魔芋葡甘聚糖降解并脱乙酰的方法，包括以下步骤：

1)称取一定量纯度85％的魔芋精粉，根据精粉黏度，用蒸馏水配成0.7％(w/v)的水溶胶，以16000r/min的转速离心20min，除去纤维素及其它不溶性杂质，得到kgm水溶胶；

2)称取60gkgm水溶胶，将电极(碳棒)插入kgm水溶胶中，电极间的距离设为4.0cm；

3)采用交流电源输出装置对上述kgm水溶胶施加低压低频(21v，50hz)交流电，交流电施加时间分别为0，5，10，15，20，30min；

4)电处理后的kgm水溶胶采用截留分子量为8kd～14kd的透析袋透析24h；

5)透析后的溶胶采用磁力搅拌器搅拌混匀，随后真空干燥，粉碎，得到电降解并部分脱乙酰的kgm粉末。

交流电处理时间对kgm分子量的影响如表1所示，交流电处理时间对kgm乙酰基含量的影响如表2所示。

表1交流电处理时间对kgm分子量的影响

由表1可知，随着电处理时间增加，kgm重均分子量和数均分子量均降低。

表2电处理时间对kgm乙酰基含量的影响

由表2可知，随着电处理时间增加，kgm乙酰基含量降低。

图1是kgm及电处理kgm溶胶对数粘度随剪切时间的变化曲线，可以看出，电处理后kgm溶胶的粘度比原kgm胶粘度低。

图2是冻干kgm及电处理kgm水溶胶扫描电镜图，与kgm水溶胶冻干后的电镜相比，电处理的kgm水溶胶冻干后扫描电镜显示kgm形貌发生了明显的变化，kgm支架结构消失，kgm呈现片状结构及凹凸不平的层状结构，kgm纤维发生了断裂。

实施例2

一种魔芋葡甘聚糖降解并脱乙酰的方法，包括以下步骤：

1)称取一定量纯度86％魔芋精粉，根据精粉黏度，用蒸馏水配成0.3％(w/v)的水溶胶，以15000r/min的转速离心25min，除去纤维素及其它不溶性杂质，得到kgm水溶胶；

2)称取50gkgm水溶胶，将电极(碳棒)插入kgm水溶胶中，电极间的距离设为3.5cm；

3)采用交流电源输出装置对上述kgm水溶胶施加低压低频(20v，50hz)交流电，交流电施加时间5min以上；

4)电处理后的kgm水溶胶采用截留分子量为8kd的透析袋透析至少24h；

5)透析后的溶胶采用磁力搅拌器搅拌混匀，随后真空干燥，粉碎，得到电降解并部分脱乙酰的kgm粉末。

实施例3

一种魔芋葡甘聚糖降解并脱乙酰的方法，包括以下步骤：

1)称取一定量纯度85％的魔芋精粉，根据精粉黏度，用蒸馏水配成0.5％(w/v)的水溶胶，以17000r/min的转速离心20min，除去纤维素及其它不溶性杂质，得到kgm水溶胶；

2)称取70gkgm水溶胶，将电极(碳棒)插入kgm水溶胶中，电极间的距离设为4.5cm；

3)采用交流电源输出装置对上述kgm水溶胶施加低压低频(27v，50hz)交流电，交流电施加时间5min以上；

4)电处理后的kgm水溶胶采用截留分子量为14kd的透析袋透析至少24h；

5)透析后的溶胶采用磁力搅拌器搅拌混匀，随后真空干燥，粉碎，得到电降解并部分脱乙酰的kgm粉末。