刺槐豆膠（LBG）/海藻酸鈉（SA）復合體系的流動性和動態粘彈性分析

肖于棟，藺彥斌，管冬冬，張宏濤，張 繼，*

（1.西北師范大學，生命科學學院，甘肅蘭州 730070;2.甘肅省特色植物有效成分制品工程技術研究中心，甘肅蘭州 730070）

刺槐豆膠（LBG）為從刺槐種子胚乳中提取出的一種多糖膠，主要成分為半乳甘露聚糖［1］，是一種水溶性高分子多糖類聚合體，其單元以1，4糖苷鍵連接的β－D－甘露糖為主鏈在某些甘露糖基的6位上連接一個α－D－半乳糖構成半乳甘露聚糖，二者比率約為4∶1［2］。刺槐豆膠分子結構中甘露糖和半乳糖比率的特殊性，決定了多糖聚合體在水中三維立體結構的特殊性，這使其本身能在特殊環境下形成凝膠而且可以和其它親水膠體在相互作用下產生凝膠［3－6］。海藻酸鈉（SA）具有良好的生物親和性和生物可降解性，廣泛應用于生物醫學領域。SA在水相中穩定且高粘度，因此SA和其相關衍生物廣泛應用于食品、化妝品和制藥工業［7－8］。文獻中對刺槐豆膠單膠的流變性研究多有報道，但對其復合體系的流變性鮮有研究。楊永利等［9］用DNJ－1型旋轉粘度計研究了刺槐豆膠的流變性，結果表明刺槐豆膠為非牛頓流體，其粘度隨剪切速度的增加而降低，并且隨濃度的升高而升高，熱水溶刺槐豆膠的粘度比冷水溶的要高，當pH在3到11的范圍內，刺槐豆膠溶液的粘度幾乎不變。Valeria Rizoo［10］等人研究了不同品種刺槐豆膠的單糖組成及流變學性質，結果發現:直連上的半乳糖控制刺槐豆膠的流變學性質，特別是高的甘露糖/半乳糖的比例會導致高的增稠能力，并且會影響刺槐豆膠的溶解度，機械能力、形成凝膠結構的溫度。Ramirez等［11］通過加入刺槐豆膠:使肌原纖維蛋白凝膠凝膠的抗剪切應力能力減弱，增強了剪切稀化行為，本文在前人研究刺槐豆膠流變性的基礎上，首次加入海藻酸鈉形成復配體系，進一步考察復配體系的流變性，從而為其在食品工業中的利用提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

刺槐豆膠 上海中秦化學試劑有限公司;海藻酸鈉 天津凱信化學化工有限公司。

Anton Paar Physica MCR 301 Rheometer（流變儀） 奧地利安東帕;轉子 CC27同心圓筒，內徑為27 mm;PP50平板 直徑為50mm;JRA－6數顯磁力攪拌水浴鍋 金壇市杰瑞爾電器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 LBG/SA溶膠的配制 LBG和 SA總質量為1g，按不同質量比（mLBG∶mSA=1∶9，2∶8，3∶7，4∶6，6∶4，5∶5，7∶3，8∶2，9∶1）稱取樣品，混合后分別溶于 100mL蒸餾水中，35℃攪拌2h（120r/min）充分溶解分散，放置備用。

1.2.2 流動性能測定 穩態剪切測試:25℃條件下測定不同配比LBG和SA混合體系的粘度隨剪切速率的變化趨勢，剪切速率范圍:0.01～1000s－1。

1.2.3 動態粘彈性測定 應變掃描:25℃條件下給樣品以恒定的頻率（1Hz）施加一個范圍（0.1～1000%）的正弦形變（應變），依據儲能模量的變化來測定其線性粘彈性范圍。振蕩頻率掃描:在材料的線性粘彈性范圍內，施加不同頻率的正弦形變（頻率范圍:0.05～500s－1），從而得到不同配比 LBG/SA 復合體系的儲能模量（G′）隨頻率變化的關系，即溶液能量儲存和頻率之間的關系。溫度掃描:不同溫度條件下復合粘度的表變化趨勢，溫度范圍25～85℃。

2 結果及討論

2.1 流動性能分析

由圖1可知，LBG/SA復合水溶液體系是假塑性流體，其偏離牛頓流體的程度可以用非牛頓指數n表示，非牛頓流體的n值都小于1（牛頓流體的n值都等于1）且n值越小，偏離牛頓流體的程度越大。根據冪律模型［5］:

（τ 是剪切應力，γ 是剪切速率），作 lgτ～lgγ 曲線，直線的斜率即為n，由此可求出不同配比溶液的非牛頓指數n，所得結果見表1。

圖1 不同配比LBG/SA復合體系的冪律模型擬合曲線Fig.1 The power－law fitting at different ratio of LBG/SA complex solution

從表1可以看出，隨著復合體系中LGB含量的增大，LBG/SA復合水溶液的非牛頓指數n呈現下降趨勢，且在實驗剪切條件下均符合流變學的冪率模型，說明在剪切條件下溶液中大分子去纏結或者去自交聯能力增強，導致體系粘度降低，溶液的流動更加趨近牛頓流體。

表1 不同配比LBG/SA復合體系的冪律模型擬合參數Table 1 The power－law fitting parameters of different ratio of LBG/SA complex solution

2.2 動態粘彈性分析

2.2.1 應變掃描 圖2表示不同配比LBG/SA復合水溶液體系的儲能模量（G′）隨應變的變化趨勢，從圖中可以看出，LBG的含量越高，復合體系的儲能模量就越大，即復合體系的剛性越強，在應變過程中儲存的能量越多。因此在LBG/SA復合體系響應外界應變刺激的過程中，LBG起主要的能量儲存作用，相應的損耗的能量主要是SA溶液的流動造成的。

圖2 表示不同配比LBG/SA復合體系的儲能模量（G′）隨應變的變化曲線Fig.2 Strain curve of storage modulus for different proportions LBG/SA complex

2.2.2 頻率掃描 圖3表示不同比例復合體系的儲能模量隨振蕩頻率的變化趨勢，從圖中可以看出，在同一頻率條件下，隨著復合體系中海藻酸鈉比例的增大，儲能模量的值變小，因此，在響應外界頻率刺激的過程中，LBG起主要的能量儲存作用。在頻率掃描范圍內，所有的復配體系其儲能模量隨著頻率的增大而增大，表明頻率增大，能量儲存越多。

2.2.3 溫度掃描 圖4表示不同比例復合體系的復合粘度隨溫度變化的趨勢，不同配比復合體系的復合粘度隨溫度的升高都呈下降趨勢，且刺槐豆膠比例越大，復合粘度越大。

3 結論

3.1 在25℃條件下，復合體系是假塑性流體，且SA的比例越大，在剪切條件下越符合流變學的冪率模型。

圖3 不同比例復合體系的儲能模量隨振蕩頻率的變化曲線Fig.3 Frequency curve of storage modulus for different proportions LBG/SA complex

圖4 不同比例復合體系的復合粘度隨溫度變化曲線Fig.4 Temperature curve of complex viscosity for different proportions LBG/SA complex

3.2 復合體系響應外界應變刺激的過程中，LBG起主要的能量儲存作用，相應的損耗的能量主要是SA溶液的流動造成的，在頻率掃描范圍內，復配體系儲能模量隨著頻率的增大而增大，表明頻率越大，能量儲存越多。

3.3 溫度越高，復合粘度值越低，且LBG比例越大，復合粘度值越高。

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