响应曲面优化葡甘露聚糖超声法磷酸酯化改性研究（一）

葡甘露聚糖(KGM)是曲面一种具有典型假塑性的高分子杂多糖，有良好的优化研究增稠性、凝胶性、葡甘成膜性、露聚磷酸生物降解性、糖超保健性和药理作用，声法可应用于食品和生物医学领域，酯化然而KGM水溶胶稳定性比较差，改性使它的曲面应用受到很大的限制。本文通过响应曲面优化葡甘露聚糖超声法磷酸酯化改性的优化研究工艺，建立了超声辅助合成酯化魔芋葡甘露聚糖(EKGM)的葡甘二次多项数学模型，通过二次回归设计得到了EKGM的露聚磷酸取代度（DS）与质量比、pH、糖超反应时间、声法反应温度的酯化回归模型，通过对酯化后产物的粘度特性、产物结构表征，透明度、颗粒形貌等性质进行研究，来检测取代的效果，为进一步开发和应用KGM提供理论依据。下图是KGM的结构。

一、材料与方法

1、原料与试剂

KGM（河南祥瑞生物科技)，六偏磷酸钠（SHMP)（湖北兴发化工集团股份有限公司)，氢氧化钠，盐酸，硝酸，硫酸，钼酸铵，抗坏血酸，磷酸二氢钾,无水乙醇(均为分析纯)。

2、仪器与设备

HZT-A电子分析天平（上海贵虎实业发展有限公司)，HH-2数显恒温水浴锅(上海帅登仪器有限公司)，SB-5200D超声波清洗机（宁波新芝生物科技股份有限公司)，DF-101S集热式恒温磁力搅拌器（上海力辰邦西仪器科技有限公司)，DHG-9070A电热鼓风干燥箱（上海绪航科学仪器有限公司)，7230G可见光分光光度计（上海精密科学仪器有限公司制造)，FTIR-8400S傅里叶变换红外分光光度计（日本岛津(SHIMADZU)公司)，pHS-25型酸度计(上海雷磁仪器厂)，扫描电镜（SEM，JSM-5510LVA，Japan)。

3、酯化魔芋葡甘露聚糖（EKGM)的制备

称取一定比例的SHMP和KGM，加适量水溶解SHMP，用盐酸调到特定pH值，在磁力搅拌的过程中迅速再加入称好的KGM混合均匀，在超声中将反应充分加热一段时间，反应结束后将生成物冷却至室温，加入40%乙醇洗涤，清洗数遍直到检测不出磷时结束，过滤放置在表面上，电热鼓风干燥箱设置80℃，进行干燥，最后可得到酯化好的EKGM。

4、EKGM取代度(DS)和其含磷量的测定

EKGM取代度（DS）的测定主要依据结合磷的含量，改性后结合磷的含量是由葡甘露聚糖磷酸单酯中总磷含量减去其中没有完全结合的游离磷的含量得到的。产物总磷含量GB/T12092-1989《淀粉及其衍生物磷总含量测定方法》方法进行测定，产物中结合磷、游离磷测定都是根据分光光度法测定磷含量的标准曲线的方法进行显色测得的，取代度的计算公式：

式中：Mr=162，表示淀粉分子的每个葡萄糖相对分子质量为162；Ar=31，表示磷的相对分子质量为31，磷含量为结合磷含量P%。
EKGM磷含量的测定,称取0.5g试样放入50mL的锥形瓶中，加入15mL(3:1，v/vH₂S0₄和HN0₃混合液）硝化到液体清亮。加水约10mL冷却并定容到100mL的容量瓶，从刚定容的容量瓶中取4mL放入50mL容量瓶中，加水约10mL,混匀后与标准曲线的显色反应做同样的步骤,根据标准曲线y=0.8649x-0.019，R²=0.9973测得磷的含量。

5、单因素实验

分别控制单因素变量SHMP：KGM的比例，溶液pH，超声反应温度以及超声反应时间，以EKGM的取代度为指标，控制其他三个因素的值不变,来考察某一个因素的变化对取代度的影响。

6、Box-Behnken实验设计

在单因素实验基础上,确定Box-Behnken设计的自变量,并以EKGM的DS为响应值，通过响应面分析对改性条件进行优化。数据处理采用DesignExpert10.0.7统计软件分析。

7、傅里叶（FTIR-8400S）红外测定

取适量的KBr并用玛瑙研钵研磨，取极少量干燥后的KGM粉末，与KBr研磨均匀，放置压片器压片,将压好的样品薄片置于配有ATR附件的傅里叶红外光谱仪上测试，扫描波数范围为650～4000cm^-1，分辨率为4cm^-1，扫描后得到KGM红外光谱图﹔通过相同的操作方法获得了最佳制备条件下的EKGM红外光谱图，并与KGM的红外光谱进行比较。

8、扫描电镜

将EKGM与KGM做扫描电镜对比,观察颗粒形貌等性质。

9、稳定性抗菌性实验

将KGM和EKGM各自配制成0.5%的溶胶,在60℃水浴中充分溶胀，不断搅拌，静置冷却至室温,使其稳定后观察其表观性能并用粘度计测定其粘度。

二、结果与分析

1、单因素结果分析

（1）SHMP与KGM的比例对DS的影响

按SHMP：KGM质量比为1:6，1:7.1:8，1:9，1:10称取SHMP和KGM，用60ml水溶解SHMP，用盐酸调至pH=3，在机械搅拌条件下加入KGM，待混合均匀后在超声55℃下反应1.5h后冷却、反应后用40%的乙醇搅拌清洗样品直至检测不出磷结束，过滤，干燥，得到不同程度的EKGM进行测定、分析，见图2。

从图2可知，随着SHMP:KGM的质量比变小，EKGM的DS先变大后变小，当六偏磷酸钠用量过多时，可能不能与KGM全部反应，则取代度较小；当六偏磷酸钠用量过少时，酯化反应结合的磷不够，得不到充分反应，不满足于酯化改性的条件，则取代度变小；在上述固定条件下得知，SHMP:KGM的质量比为1:7时取代度最大。

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