玉米纤维胶阿拉伯木聚糖结构特性及其与生物大分子相互作用规律

Corn fiber gum (CFG) is a kind of arabinoxylan which is mainly composed of B hemicellulose. Our previous study on hydrocolloids found that: the thermal properties of starch-hydrocolloids mixtures such as gelatinization temperture and gelatinization enthalpy value changed very little, while the viscosity of the that increased notably, which is very similar to the synergistic effect of starch and other hydrocolloid. This study mainly focused on analysing highly branched CFG and its structure features; the combination mode and binding site between CFG and its inner proteins affected interface stablity; based on the covalent cross-linking phenomenon, studying the influence of protein molecular weight, cross-linking conditions and the macromolecules interaction on the emulsion interface formation and characteristics; analysing the function of each monosaccharide in CFG with its rheology and thermodynamic studies, studying several indexes of the mixture, such as the shear rate, storage modulus, dynamic loss modulus, retrogradation value and gel viscoelasticity; distinguishing of the key point in the retrogradation of the corn starch gel and the CFG-corn starch gel mixture, and lead to the mechanism of inhibiting starch retrogradation by CFG; improve the researching and industrial applying of CFG, give evidence to controlling the microstructure and function of the industril polysaccharide.

玉米纤维胶（CFG）是主要由B型半纤维素组成的阿拉伯木聚糖亲水胶体，具有多重功能性。前期研究发现，CFG与玉米淀粉混合物糊化过程中，尽管糊化温度、糊化焓值等热学性质变化不大，但与其它亲水胶体相比，凝胶粘度更大并表现协同作用。本研究在分析CFG阿拉伯木聚糖的多分枝结构、组成特异性的基础上，研究CFG与内外源蛋白质结合方式、作用位点等对界面活性的影响；基于共价交联理论，以多种蛋白质对CFG进行分子修饰，研究生物聚合物在微观尺度上的结构变化、聚集状态及对界面活性的影响；研究CFG阿拉伯木聚糖对淀粉凝胶的表观粘度、剪切速率和粘度、储存模量、损伤模量等流变学性质的影响，阐明CFG结构特性对淀粉糊化、老化及对淀粉凝胶类食品物性改变的规律和内在机理；从微观结构和分子层面，揭示CFG阿拉伯木聚糖结构特性及与生物大分子的作用规律。本研究为推动CFG的实际生产和应用，实现多糖微观结构和功能可控化提供科学基础。

玉米阿拉伯木聚糖是从玉米麸皮中高分子量新型亲水性多聚物。本项目分别以淀粉与牛血清白蛋白为模型，探究了玉米阿拉伯木聚糖与食品中多糖和蛋白质两大组成成分的相互作用规律。淀粉是食品加工中最为常见的一种多糖，仍存在加工过程中老化的问题。利用玉米阿拉伯木聚糖-淀粉混合凝胶体系，调整添加比例，使用不同分子特性的木聚糖，探究了其对玉米、小麦淀粉的糊化、老化的影响；建立了两种大分子多糖间相互作用的模型，对阿拉伯木聚糖/淀粉两种多糖共聚物结合和相互影响机制进行了初步理论研究。玉米阿拉伯木聚糖由于本身含有少量蛋白质，因而具有一定乳化活性；且蛋白质含量越高的木聚糖，乳化性越好。通过酶促交联反应，使木聚糖与牛血清白蛋白形成共价交联物，以改善蛋白质含量低的木聚糖的乳化性。在此基础上，分析木聚糖-白蛋白共聚物的微观结构，并阐明该共聚物在水-油界面的吸附机制。主要结论如下：.1. 和纯玉米淀粉相比，玉米阿拉伯木聚糖的添加降低了混合物糊化过程中的峰值粘度和崩解值，升高了终值粘度。淀粉颗粒的溶胀能力和直链淀粉溶出都随着添加玉米阿拉伯木聚糖浓度升高而被抑制。并且随着玉米阿拉伯木聚糖的添加，玉米淀粉凝胶的固体性质减弱。.2. 在木聚糖/淀粉混合凝胶在长期老化过程中，木聚糖添加显著地减少了老化过程中混合凝胶的硬度和热力学老化度，含有高浓度木聚糖的混合物结晶程度明显减弱甚至消失。添加玉米阿拉伯木聚糖显著地延缓了淀粉凝胶长期老化行为。.3. 在不同分子量的玉米阿拉伯木聚糖和玉米、小麦淀粉混合体系中，糊化淀粉凝胶中溶出效果会因为玉米阿拉伯木聚糖添加而受到抑制，分子量越大抑制效果越明显。.4. 玉米阿拉伯木聚糖与牛血清白蛋白在过氧化氢酶的作用下能够形成共聚物，在相同pH值、离子强度下，该共聚物的乳化性比单独的玉米阿拉伯木聚糖或牛血清白蛋白显著提高。.5. SDS-PAGE凝胶电泳及傅里叶红外光谱的结果表明木聚糖与白蛋白之间形成了分子间共聚物；随着木聚糖/蛋白质质量比增大，木聚糖与白蛋白的交联程度提高，当二者摩尔质量比为1:1时，共聚物的重均分子量最大。扫描电镜显示木聚糖-白蛋白形成共聚物后，表面结构变得粗糙；通过透射电镜得到的共聚物平均粒径为10-20 nm。.6. 木聚糖-白蛋白共聚物在水-油界面的吸附膜由共聚物、未反应的蛋白质/木聚糖组成。二者质量比对界面膜厚度及交联状态有显著影响。.