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1、22卷6期结构化学(JIEGOUHUAXUE)Vol.22,No.62003.11ChineseJ.Struct.Chem.633~642①魔芋葡甘聚糖功能材料研究与应用进展a,bbba②c庞杰林琼张甫生田世平孙远明a(中国科学院光合作用与环境分子生理学重点实验室,北京100093)b(福建农林大学食品科学学院,福州350002)c(华南农业大学食品学院,广州510642)为了更好地开发利用魔芋葡甘聚糖(KGM),本文阐明了KGM独特的结构、优良的理化性质,分析了其结构与性能的关系,综述了在食品、化工、医药、石油钻探等应用领域中形成的以KGM为基本组成的功能材料研究进展。并
2、对近几年国内外KGM在该领域的研究动向及其应用前景进行了探讨。关键词:KGM,功能材料,应用,进展,研究动向[1,2,8]魔芋葡甘聚糖(Konjacglucomannan,简称乳化性及与其他大分子的复配等,如KGMKGM)是继淀粉和纤维素之后,一种较为丰富的与其他天然高分子发生共混、复配等产生协同增[9,可再生天然高分子资源,具有可生物降解性,其效作用或加入能水解为多羟基使之形成凝胶10]水溶胶具有很高的粘度和多种特性如增稠、凝胶。但对KGM氢键网络的研究尚未见报道,对其[1~3]和成膜等性能;也是一种优良的膳食纤维,可二级及高级结构也未见报道。用于预防和治疗高血压、高血脂
3、、心血管病等症,KGM是以聚集态存在于魔芋球茎的异细胞[11]已成为重要的食品添加剂和保健食品原料。在化中,KGM分子间的相互作用力主要是氢键,可[4]工、环保及石油钻探等领域也有重要用途。经广泛用于功能性材料研究,如人工水晶体、手术改性后KGM能扩大其应用范围,故天然的KGM缝合线、凝胶缓释材料、色谱填料、清水凝胶骨及其改性产物,成为研究的热点之一。因此探讨架等。这些功能特性可能与KGM分子形貌、构象[12]KGM性能改善的结构原因,为KGM的改性及应及分子大小密切相关。KGM溶胶粘度会随着分用提供理论依据具有重要意义。然而KGM的结构子量的下降而显著下降,分子中乙酰基团
4、含量与[11,13]研究较少,探讨改性KGM性能改善机理也较少,KGM流变性有密切关系等。因此,探讨其结对其结构与性能的关系研究更是鲜见。构与性能的关系,在分子、原子结构层次上揭示国外对KGM一级结构和晶型结构研究较多。了KGM凝胶和增稠的基本过程和变化规律中问加藤义和、中岛敏彦、SimithF.和YuiT.等的研究题的关键;探讨KGM分子体系的相互作用,对于[5]结果存在着分歧,对于KGM乙酰基的数量尚无研究KGM结构与性能关系是十分必要、非常迫切[6]定论,但已研究了KGM链构象,分析了KGM的的。[7]螺旋和晶体结构。日本的前木尾健冶认为KGM在碱的作用下,KGM上的
5、乙酰基被脱除,变成裸1KGM的结构状,分子间则形成氢键而产生部分结晶作用,并[7]以这种结晶为结点形成了网状结构体即凝胶;1.1一级结构国内KGM的研究集中在它的流变性、凝胶性能、____________________________20030111收到;20030818接受①国家自然科学基金(30371009和30070533)资助项目②通讯作者.E-mail:shiping@95777.com庞杰,男,37岁,博士后.研究方向:天然产物化学.E-mail:pang3721941@sina.com634结构化学(JIEGOUHUAXUE)ChineseJ.Struct.
6、Chem.2003Vol.22KGM的GC、HPLC、1HNMR、GC-MS、FT-3~4个糖残基,以β-1,3糖苷键连接在Man的C(3)[14]IR、RS和高碘酸氧化、Smith降解等近程结构的位上,KGM的支化度很低。糖残基每19个就有分析,可以推定KGM是由D-Glu和D-Man按1:乙酰基乙脂的形式与主链相结合,其化学结构为[12,15,16]1.78或1.79的比率以β-1,4糖苷键连接成,在主链:上,每约68个糖残基存在1个支链,支链长度[17,18]为了直观起见,若以38个糖残基作为一个重复单元,则结构简式可以表示为:—(G-M-M-M-M-G-M-G-M-
7、M-G-M-G-M-G-M-M-G-M-G-M-M-G-M-G-G-M-M-M-M-G-G-M-M)x—︱
8、︱GACG
9、︱MAc—MG=葡萄糖残基,M=甘露糖残基,Ac=乙酰基,CH3CO-,X=聚合度[14]由上述2种结构表达方式可以看出,主链以力显微镜和透射电镜初步观察了分子链形态。[6]β-1,4糖苷键相连,在某些糖残基C-3位上存在由KGM链的构象,在X-射线衍射图上显示出1~3糖苷键组成的支链。支链多少的报道结果的伸展的二折螺旋形结构;螺旋的形成主要靠分子,差异很大,Smith研究认为主链上每32个糖苷基