谷物beta-葡聚糖的聚集态结构及分子运动性研究

本课题拟研究以燕麦和大麦为代表的谷物beta-葡聚糖在溶液和凝胶状态下，体系中所形成聚集体的微观结构、疏水微区和分子链间结合区域的微晶结构等微观结构特性，并利用低场核磁共振技术研究聚集体中分子的运动特性。考察葡聚糖的分子量、分子结构等分子内在特性和溶液浓度、温度、存放时间、金属离子、小分子糖类等外部环境对聚集态结构特性及其分子运动性的影响。进而探索聚集体微观结构和分子运动特性的改变对体系流变学和质构等宏观性质的影响。最终建立微观特性的变化与宏观性质的变化之间的关系，实现分子微观行为与体系宏观性质在认识上的统一。

本项目基本完成了申请书中设定的主要任务。从燕麦和大麦中提取得到了两种代表性的谷物β-葡聚糖，建立了稳定可靠的提取方法。通过酸水解获得了不同分子量的β-葡聚糖。对所得β-葡聚糖的纯度、分子量、特性粘度等特性参数进行了测定。研究了β-葡聚糖在溶液和凝胶中的聚集态结构和宏观流变学性质，并建立了两者之间的联系。利用低场核磁共振技术研究了溶液和凝胶体系中水分运动状态的变化，并推断出了β-葡聚糖在溶液和凝胶体系中的微观结构特性。经过系统的研究，得出了一些有用的实验结果。.研究了不同浓度和分子量β-葡聚糖溶液的流变学特性，研究结果表明，大分子量的β-葡聚糖在溶液中主要依靠分子间的缠结形成粘度较高的溶液，并表现出一定的粘弹性。而小分子量的β-葡聚糖在溶液中容易形成聚集体或弱的网络结构，在某些情况下表现出类似于凝胶的性质。较高浓度和较大分子量的β-葡聚糖溶液其表观粘度较高，且其数值较为稳定。而较低浓度和较小分子量β-葡聚糖的表观粘度较低，且容易形成聚集体而不太稳定。原子力显微镜研究发现，较大分子量的β-葡聚糖在溶液中形成的聚集体较大，而小分子量的β-葡聚糖所形成的聚集体较小。.β-葡聚糖溶液在一定的情况下可以形成凝胶，当分子量足够小，浓度足够高时，β-葡聚糖溶液可以形成凝胶。在课题的研究中发现，较大分子量的β-葡聚糖经过反复冻融，也可以形成凝胶。在形成凝胶的过程中，有时会发生相分离现象。例如β-葡聚糖溶液在冷藏过程中，小分子量的β-葡聚糖可能会沉积于容器底部形成凝胶，而上部形成水层。在冻融循环过程中，β-葡聚糖的浓度和分子量对冷冻凝胶的形成都具有较大的影响。对于较高浓度的β-葡聚糖溶液，可以形成整体凝胶；而较低浓度的β-葡聚糖溶液，往往也会发生相分离现象，只在容器的底部形成凝胶。扫描电镜研究表明，较高浓度的β-葡聚糖冷冻凝胶中有明显的网络结构，而较低浓度的β-葡聚糖冷冻凝胶中主要以疏松的片层结构为主。.利用低场核磁共振技术研究了凝胶形成的动力学过程，结果表明，低场核磁共振技术可以很好的监测凝胶的形成过程，反映出凝胶形成过程中微观结构的变化和水分运动状态的改变。β-葡聚糖溶液的横向弛豫时间T2较低，在形成凝胶的过程中，T2逐渐升高，至凝胶完全形成后，T2保持稳定。这与以往的流变学研究结果具有很好的一致性。.上述研究结果为谷物β-葡聚糖的聚集态研究提供了有益的参考。