1、现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2023,Vol.39,No.6 212 阿拉伯木聚糖与壳聚糖复凝聚物的制备及表征 王文霞*，李瑞祺，张慧君，王慧敏，宫春宇，李昊，赵晓悦（齐齐哈尔大学食品与生物工程学院，黑龙江省果蔬杂粮饮品工程技术研究中心，黑龙江省普通高校农产品加工重点实验室，黑龙江齐齐哈尔 161006）摘要：研究了不同因素对壳聚糖-阿拉伯木聚糖复凝聚的影响，通过测定平衡相的浊度和复凝聚相收率确定玉米阿拉伯木聚糖（CAX）和壳聚糖（CS）间复合物形成的条件。采用红外光谱、热重分析、扫描电子显微镜和流变学特性对复凝聚物进行表征。研究结果表明
2、，在CAX/CS 配比为 9:1，体系pH 值为 4.0，总固形物浓度为3%（m/m），室温下反应 10 min，最大复凝聚相产率达 76.04%。红外光谱和热重分析结果表明，CAX/CS 复凝聚物是通过 CS 中的-NH3+和CAX 中-COO-之间的相互吸引形成的。用SEM 扫描成像显示复凝聚物具有规则且分布均匀的多孔网络结构。CAX/CS 复凝聚物粘弹特性取决于发生复凝聚的 pH 值。在pH 值3.5 和4.0 时，复凝聚物为液体粘弹行为；在pH 值 5.0 时，复凝聚物为固体粘弹性行为。pH 值5.0 下形成的复凝聚物的 G最高，说明除静电作用外，其他因素也可能对 CAX/CS 复凝聚
3、物粘弹特性起重要作用。CAX/CS 复凝聚物可以作为包封营养素和功能性因子的微囊化壁材。关键词：阿拉伯木聚糖；壳聚糖；复凝聚；表征 文章编号：1673-9078(2023)06-212-220 DOI:10.13982/j.mfst.1673-9078.2023.6.0612 Preparation and Characterization of Arabinoxylan/Chitosan Complex Coacervates WANG Wenxia*,LI Ruiqi,ZHANG Huijun,WANG Huimin,GONG Chunyu,LI Hao,ZHAO Xiaoyue(Coll
4、ege of Food and Biology Engineering,Qiqihaer University,Vegetable and Grain Beverage Engineering Technology Research Center of Heilongjiang Province,Key Laboratory of Pressing Agricultural Products of Heilongjiang Province,Qiqihar 161006,China)Abstract:The influences of different factors on the comp
5、lex coacervates of corn arabinoxylan(CAX)and chitosan(CS)were investigated and the conditions for the formation of arabinoxylan/chitosan complexes were determined by measuring the turbidity at equilibrium and the complex coacervate yield obtained by precipitation.Complex coacervates were characteriz
6、ed using Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR),thermogravimetric analysis,scanning electron microscopy(SEM),and rheological properties.A maximum complex coacervate yield of 76.04%was obtained under the optimum conditions of an arabinoxylan/chitosan mass ratio of 9:1,total biopolymer concentr
7、ation of 3%(m/m),pH of 4.0,the room temperature,and reaction time of 10 min.FTIR and thermogravimetric analysis results suggested that complex coacervates are formed via electrostatic interactions between the CS amine group(-NH3+)and the CAX carboxyl group(-COO-).SEM micrographs revealed a regular a
8、nd uniformly distributed porous network structure for the complex coacervates.Viscoelastic properties of CAX/CS complex coacervates depend on the coacervation pH,with coacervates formed at pH 3.5 and 4.0 showing liquid viscoelastic behavior and those formed at pH 5.0 exhibiting solid viscoelastic be
9、havior.The coacervates formed at pH 5.0 had the highest elastic modulus,implying that factors other than electrostatic interaction are important in the viscoelastic properties.The results indicate that CAX/CS coacervates can be applied for the encapsulation of nutrients and other functional factors.
10、Key words:arabinoxylan;chitosan;complex coacervation;characterization 引文格式：王文霞,李瑞祺,张慧君,等.阿拉伯木聚糖与壳聚糖复凝聚物的制备及表征J.现代食品科技,2023,39(6):212-220.WANG Wenxia,LI Ruiqi,ZHANG Huijun,et al.Preparation and characterization of arabinoxylan/chitosan complex coacervates J.Modern Food Science and Technology,2023,39(
11、6):212-220.收稿日期：2022-05-16 基金项目：黑龙江省教育厅基本业务专项粮头食尾项目（LTSW201710）；黑龙江省教育厅基本业务专项理工面上项目（135209275）作者简介：王文霞（1963-），女，教授，研究方向：农产品精深加工，E-mail： 现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2023,Vol.39,No.6 213 近年来，蛋白质-多糖、多糖-多糖之间发生的复凝聚反应在食品、制药和化妆品行业的潜在应用引起了科研人员相当大的兴趣1-3。复凝聚反应是指两种带相反电荷的聚电解质通过静电吸引作用发生相分离而产生沉淀的一种自
12、发现象。在一定的 pH 值下，作为带相反电荷的聚电解质可能发生静电相互作用，形成不同的复合物：包括可溶复合物，液态凝聚物或固体沉淀4。当聚电解质之间的分子间静电相互作用很强时，复合物的净电荷接近于零，导致液-液相分离，形成一个富溶剂相亦称平衡相和另一富复合物相亦称复凝聚相或复凝聚物5。由相反电荷聚电解质链之间的静电相互吸引作用产生的复凝聚物由具有多种功能的结构单元构成，可用于改善食品的感官机械性能、乳剂稳定性和生物活性成分的口服生物利用度6。复合凝聚法是一种反应过程比较温和、高产率和高效率的方法7。静电相互作用在复凝聚相的形成中起着重要作用，此外，氢键和疏水相互作用等可能有助于复合物的形成8。
13、复凝聚物的形成、结构和性能受 pH、聚电解质混合比、离子强度、电荷密度、分子量、聚电解质链柔性、温度等参数的影响9。自复凝聚技术问世以来，已有大量学者对蛋白质-多糖之间的复凝聚进行了较为系统的研究10,11。然而，多糖-多糖相互作用及其应用的报道相对较少。这主要是由于甲壳素及其脱乙酰基衍生物壳聚糖（Chitosan，CS）是唯一的天然阳离子多糖，而且，对甲壳素的研究和利用相对较晚，始于 20 世纪 70 年代12。带正电荷的壳聚糖能够与带负电荷的多糖相互作用，发生复凝聚反应形成静电复合物。目前在食品领域研究多糖-多糖复凝聚体系主要有黄原胶-壳聚糖和阿拉伯胶-壳聚糖体系13-16。阿拉伯胶-壳聚
14、糖是目前研究较为系统的多糖-多糖复凝聚体系17,18，利用阿拉伯胶/壳聚糖形成的复合壁材可以保持姜精油的性质和稳定性19。壳聚糖是由 2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖和 2-氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖残基通过-(1,4)糖苷键连接而成的带正电荷的线性多糖20。壳聚糖具有机械性能、成膜特性、抑菌性、生物相容性和生物可降解性等优良性能，越来越多地用于开发食品抗菌剂、食品封装和微胶囊21。玉米阿拉伯木聚糖（Corn Arabinoxylan，CAX）是从玉米纤维中提取出来的水不溶性阿拉伯木聚糖。CAX 主要由木糖和阿拉伯糖组成，还含有少量的半乳糖和葡萄糖醛酸，其基本结构是以-(14)-D-
15、吡喃木糖残基基为线型主链22，是一种复杂支链阴离子非均一聚电解质。由于 CAX 具有溶解性好、粘度低、成膜、乳化性和封装性能等理化性质，可以作为在食品、药品和化妆品工业中成膜物质、增稠剂、乳化剂以及食品包装材料23,24。因此，CAX 是阿拉伯胶的一个替代品25。由于，CAX 的羧酸盐携带负电荷，故 CAX 是 CS 的潜在合适匹配物，CAX 和 CS 可能会产生吸引人的相互作用。而目前，对 CAX 和 CS 复合凝聚反应及其应用尚未得到研究。本研究旨在研究体系 pH 值、CAX/CS 配比、离子强度、总固形物浓度以及反应时间和温度等因素对复凝聚反应的影响，并采用傅立叶变换红外光谱、热重分析、
16、扫描电子显微镜和动态流变仪等手段对制备的复凝聚相进行表征，以期为 CAX/CS 复合凝聚在实际应用中提供有用信息。1 材料与方法 1.1 材料 壳聚糖：15 mPas，浙江澳兴生物科技有限公司；玉米阿拉伯木聚糖：本实验室以脱淀粉玉米纤维为原料，采用碱性过氧化氢提取工艺和超滤相结合方法自制26；氢氧化钠、盐酸、醋酸等均为分析纯。1.2 仪器与设备 B-10 型 pH 计，北京赛多利斯科学仪器有限公司；L5 型紫外分光光度计，上海仪电分析仪器公司；BS124S 分析天平分析天平，北京赛多利斯仪器有限公司；ZNCL-GS 智能磁力搅拌器，巩义市科华仪器设备有限公司；Alpha 2-4 LSCbasic 冷冻干燥机，德国Martin Christ 公司；Nano ZS90 纳米粒度电位分析仪，英国马尔文有限公司；TESCAN MIRA LMS 扫描电子显微镜，捷克 TESCAN 公司；kinexusPro+型流变仪，英国马尔文有限公司；Diamiand 热重分析仪，美国 PE公司。1.3 实验方法 1.3.1 制备 CAX 和 CS 储备溶液 10%（m/m）CAX 溶液：取 10 g CAX