魔芋葡甘聚糖-金属离子电凝胶的制备方法

本发明属于多糖凝胶技术领域，具体涉及魔芋葡甘聚糖-金属离子电凝胶的制备方法。

背景技术：

凝胶作为新资源食品、食品添加剂、食品基质、软骨支架、药物/营养素载体、包装薄膜等，在食品、生物医学、材料工程等领域中有着广泛的应用。决定凝胶应用的一个关键因素是其稳定性，而稳定性与其结构（如交联点、凝胶强度）密切相关。由于凝胶非平衡、亚稳的本质，其结构很大程度上取决于制备的方法和条件。多糖作为一种天然高分子资源，由于其特殊的凝胶性能和成膜性能，在食品、生物、化工等领域得到广泛的应用。多糖凝胶的制备方法很多，如热诱导、冷诱导、与其他胶体物质复配、离子交联、辐照交联、磁场诱导等。

魔芋葡甘聚糖（konjacglucomannan，kgm），是从植物魔芋块茎中提取制备得到的一种中性多糖，由于其极好的成膜性能、凝胶性能、生物相容性及生物降解性，广泛应用于食品、医药、材料工程等领域。目前，kgm凝胶的形成主要有4种方法：加碱、加硼、与其它胶体复配及直流电诱导。kgm碱凝胶在日本传统地用作膳食食品；硼凝胶在石油工业表现出潜在的应用前景。与其他胶体复配形成的凝胶主要用在果冻的加工、药物的释放以及伤口的敷合方面。而直流电诱导的kgm-钨酸钠凝胶在负载药物、废水处理吸附剂、人工软骨等方面具有潜在的应用前景，而交流电是否能够诱导kgm分子形成凝胶未见报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种魔芋葡甘聚糖-金属离子电凝胶的制备方法，所述方法利用交流电场在金属离子协同作用下诱导kgm凝胶的形成，为kgm乃至多糖凝胶的开发制备提供一种新的技术手段，对于扩大kgm以及其他多糖的应用范围具有非常重要的意义。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

魔芋葡甘聚糖-金属离子电凝胶的制备方法，包括以下步骤：

1）称取魔芋精粉，用乙醇洗涤3次，除去水溶性杂质；

2）自然晾干后，用无水乙醚/无水乙醇混合液在38-42℃条件下搅拌7.5-8.5h脱脂；

3）将脱脂后的样品用蒸馏水配成0.5%（w/v）的水溶胶，离心，除去纤维素及其它不溶性杂质；

4）取上清液，依次用体积分数为50%、75%、95%的乙醇进行梯度洗脱，75-85℃真空干燥，粉碎，得到纯化的kgm粉末；

5）配制一定浓度的金属离子溶液，将上述纯化的kgm粉末分散在金属离子液中，360rpm磁力搅拌1-1.5h，置于4℃冰箱中过夜，以确保粒子充分水合、溶胀、分散，得到0.5-1.1%kgm盐水溶胶；

6）将电极插入上述kgm盐水溶胶中，正负电极间的距离为3.5-4.0cm；

7）采用交流输出装置对上述kgm盐水溶胶施加低压低频交流电，交流电场施加时间控制在30-50min；

8）从溶胶气液界面获得白色的魔芋葡甘聚糖-金属离子电凝胶。

步骤1）所述魔芋精粉为白魔芋精粉、花魔芋精粉或黄魔芋精粉。

步骤1）所述乙醇的体积分数为50%。

步骤2）所述无水乙醚/无水乙醇混合液中，无水乙醚和无水乙醇的体积比为2∶1。

所述魔芋精粉和无水乙醚/无水乙醇混合液的用量比为10g∶45-55ml。

步骤3）所述离心的转速为15000-17000r/min，时间为20-25min。

步骤5）中，所述金属离子溶液为kcl溶液、cacl2溶液、mgcl2溶液、bacl2溶液、zncl2溶液、znso4溶液、fecl3溶液中的一种。

进一步的，各金属离子溶液的质量浓度为0.5-0.9%kcl溶液、0.6-1.4%cacl2溶液、0.5-1.2%mgcl2溶液、0.2-0.7%bacl2溶液、0.2-0.7%zncl2溶液、0.2-0.7%znso4溶液、0.1-0.5%fecl3溶液。

步骤7）所述低压低频交流电是指电压为20-30v，频率为50hz，交流电场施加时间控制在30-50min。

本发明采用低压低频交流电（20~30v，50hz）处理kgm盐水溶胶，于两电极间的气液界面上获得了kgm-金属离子电凝胶，可以用作粘合剂、薄膜、吸附剂等等。

本发明具有以下优点：

采用交流电制备kgm-金属离子凝胶具有简单、快速、高效、可调可控的特点。凝胶的制备过程不需要加热，可以在较低的kgm浓度，如0.5%的kgm浓度时即可获得凝胶。由交流电诱导的kgm-金属离子凝胶的制备不需要加入碱及其他物质，此外由于凝胶是在金属离子及交流电作用下产生的热环境中获得的，使其具备了热稳定性的特点。

附图说明

图1为kgm-kcl凝胶实物图；

图2为kgm-cacl2凝胶实物图；

图3为kgm-kcl凝胶扫描电镜图；

图4为kgm-cacl2凝胶扫描电镜图；

图5为kgm粉末的ftir光谱；

图6为kgm-kcl凝胶的ftir光谱；

图7为kgm-cacl2凝胶的ftir光谱。

具体实施方式

实施例1

kgm-kcl凝胶的制备方法：

1、称取10g白魔芋精粉，用50%（v/v）乙醇洗涤3次，除去水溶性杂质。

2、自然晾干后，用50ml无水乙醚/无水乙醇（2：1v/v）在38℃条件下搅拌8.5h脱脂。

3、脱脂后的样品用蒸馏水配成0.5%（w/v）水溶胶，以15000r/min离心25min，除去纤维素及其它不溶性杂质。

4、取上清液，依次用不同体积分数乙醇（50%、75%、95%）进行梯度洗脱，75-85℃真空干燥，粉碎，得到纯化的kgm粉末。

5、纯化的kgm粉末含量必须在90%以上方可用于下一步制备凝胶。

6、配制质量浓度为0.5-0.9%kcl溶液。

7、精确称量上述kgm纯化粉末，室温分散在上述kcl溶液中，360rpm磁力搅拌1h，置于4℃冰箱中过夜，以确保粒子充分水合、溶胀、分散，得到0.5-1.1%kgm盐水溶胶。

8、将电极插入上述kgm盐水溶胶中，正负电极间的距离为3.5cm。

9、采用交流输出装置对上述kgm盐水溶胶施加低压低频（23v，50hz）交流电。交流电场施加时间控制在40min。

10、从溶胶气液界面获得白色的kgm-kcl凝胶。

实施例2

kgm-cacl2凝胶的制备方法：

1、称取10g花魔芋精粉，用50%（v/v）乙醇洗涤3次，除去水溶性杂质。

2、自然晾干后，用50ml无水乙醚/无水乙醇（2：1v/v）在40℃条件下搅拌8h脱脂。

3、脱脂后的样品用蒸馏水配成0.5%（w/v）水溶胶，以16000r/min离心20min，除去纤维素及其它不溶性杂质。

4、取上清液，依次用不同体积分数乙醇（50%、75%、95%）进行梯度洗脱，80℃真空干燥，粉碎，得到纯化的kgm粉末。

5、纯化的kgm粉末含量必须在90%以上方可用于下一步制备凝胶。

6、配制一质量浓度为0.6-1.4%cacl2溶液。

7、精确称量上述kgm纯化粉末，室温分散在上述cacl2溶液中，360rpm磁力搅拌1h，置于4℃冰箱中过夜，以确保粒子充分水合、溶胀、分散，得到0.5-1.1%kgm盐水溶胶。

8、将电极插入上述kgm盐水溶胶中，正负电极间的距离为4.0cm。

9、采用交流输出装置对上述kgm盐水溶胶施加低压低频（25v，50hz）交流电，交流电场施加时间控制在45min。

10、从溶胶气液界面获得kgm-cacl2凝胶凝胶。

实施例3

kgm-mgcl2的制备方法：

1、称取10g黄魔芋精粉，用50%（v/v）乙醇洗涤3次，除去水溶性杂质。

2、自然晾干后，用50ml无水乙醚/无水乙醇（2：1v/v）在40℃条件下搅拌8.5h脱脂。

3、脱脂后的样品用蒸馏水配成0.5%（w/v）水溶胶，以17000r/min离心20min，除去纤维素及其它不溶性杂质。

4、取上清液，依次用不同体积分数乙醇（50%、75%、95%）进行梯度洗脱，85℃真空干燥，粉碎，得到纯化的kgm粉末。

5、纯化的kgm粉末含量必须在90%以上方可用于下一步制备凝胶。

6、配制浓度为0.5-1.2%mgcl2溶液。

7、精确称量上述kgm纯化粉末，室温分散在上述mgcl2溶液中，360rpm磁力搅拌1h，置于4℃冰箱中过夜，以确保粒子充分水合、溶胀、分散，得到0.5-1.1%kgm盐水溶胶。

8、将电极插入上述kgm盐水溶胶中，正负电极间的距离为3.75cm。

9、采用交流输出装置对上述kgm盐水溶胶施加低压低频（23v，50hz）交流电，交流电场施加时间控制在,35min。

10、从溶胶气液界面获得kgm-mgcl2凝胶。

将获得的白色胶状产物进行扫描电镜表征，呈现明显的蜂窝状结构。其中，kgm-cacl2凝胶的蜂窝状结构比较不规则，断裂的kgm片状纤维较多。

kgm粉末及kgm-kcl、kgm-cacl2凝胶的ft-ir光谱如图5-7所示。从kgm的谱图中可以看出，3346.99cm^-1处为-oh的伸缩振动峰；2884.14cm^-1处是由-ch2或-ch3基团的c-h伸缩振动引起的；1724.12cm^-1处的羰基伸缩振动显示了kgm分子的特征乙酰基团；1640.23cm^-1处的吸收峰对应了与-oh有关的c-o伸缩振动；1022.13cm^-1处的吸收峰为c-o-c的伸缩振动峰，898.70cm^-1和805.65cm^-1为甘露糖单元的伸缩振动峰。

羟基与离子之间的相互作用是羟基的氧原子与金属离子相互作用，以及氢原子与阴离子之间较弱的相互作用，形成mⁿ⁺…oh…cl^-的结构,其中m表示金属离子，n表示+1或+2价。

对于kgm-kcl凝胶，主要的特征吸收峰分别位于3332.39cm^-1（羟基振动峰），2919.21cm^-1（-ch2或-ch3的振动峰），1729.35cm^-1（乙酰基振动峰），1645.46cm^-1（与-oh有关的c-o伸缩振动），1022.08cm^-1（c-o-c的伸缩振动峰），875.52cm^-1、807.54cm^-1（甘露糖单元的伸缩振动峰）。kgm-kcl凝胶中仍存在kgm分子的特征乙酰基，其特征吸收峰位于1729.35cm^-1处。

对于kgm-cacl2凝胶，相应峰的位置分别为3330cm^-1,2920cm^-1,1720cm^-1,1640cm^-1,1250cm^-1,1150cm^-1,1060cm^-1,1020cm^-1,872cm^-1及806cm^-1。

本发明制备的kgm-金属离子电凝胶，可以用作粘合剂、薄膜、吸附剂等等。