第３４卷第３期 ２０１５年６月 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—９６９０．２０１５．０３．００２ 中国野生植物资源 Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｗａｄ Ｐｌｎｎｔ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．３ Ｊｕｎｅ ２０１５ 罗望子胶的流变学性质及凝胶特性研究 韩明会 ，于海龙 ，朱莉伟 ，孙达锋 ，张卫明 ，蒋建新 （１．北京林业大学材料科学与技术学院，林业生物质材料与能源教育部工程研究中心，北京１０００８３； ２．南京野生植物综合利用研究院，江苏南京２１００４２） 摘要 罗望子胶的流变学性质和凝胶性能与常见胶种有较大差别。升高温度、提高浓度会增大其表观粘度，这 与其单糖组成和多糖结构的特殊性有关。在低浓度下（＜２％，ｗ／ｖ）罗望子多糖胶水溶液为牛顿流体，而当浓度升 高到２．５％（ｗ／ｖ）后呈现非牛顿流体的特性。罗望子多糖胶属于必须有糖存在下才能形成凝胶的氢键结合法。除 此之外．罗望子胶粉也可与乙醇通过氢键作用形成高强度凝胶，这种性质是其他多糖胶所不具备的。实验发现，在 乙醇体积分数为１５％，胶粉浓度１％，８５℃恒温搅拌１０ ｍｉｎ条件下形成的凝胶强度近１ ０００ Ｂｌｏｏｍ ｇ。在该凝胶体 系中适当添加葡萄糖或蔗糖可提高其持水能力。 关键词 罗望子胶；表观粘度；乙醇；凝胶强度；持水能力 中图分类号：ＴＳ２３１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—９６９０（２０１５）０３～０００７—０５ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ Ｇｅｌ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｔａｍａｒｉｎｄ Ｇｕｍ Ｈａｎ Ｍｉｎｇｈｕｉ ，Ｙｕ Ｈａｉｌｏｎｇ ，Ｚｈｕ Ｌｉｗｅｉ ，Ｓｕｎ Ｄａｆｅｎｇ ，Ｚｈａｎｇ Ｗｅｉｍｉｎｇ ，Ｊｉａｎｇ Ｊｉａｎｘｉｎ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＭＯＥ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｂｉｏｍａｓｓ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｂｉｏｅｎｅｒｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００８３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｎａｎｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｗｉｌｄ Ｐｌａｎｔｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００４２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｌａｒｇｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｔａｍａｒｉｎｄ ｇｕｍ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｃｏｍｍｏｎ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｇｕｍ ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｔｈｅｉｒ ｔｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｐｅ￣ｉｅｓ ａｎｄ ｇｅｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｔｈｅ ａｐｐａｒｅｎｔ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ Ｔａｍａｒｉｎｄ ｇｕｍ ｃａｎ ｂｅ ｉｎ— ｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ｅｌｅｖａｔｉｎｇ ｉｔｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｒ ｃｏｎｃｅｎ￣ａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｉｔｓ ｍｏｎｏｓａｃｃｈａｒｉｄｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅ Ｔａｍａｒｉｎｄ ｇｕｍ ｉｓ Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ Ｆｌｕｉｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｂｅｌｏｗ ２％ （ｗ／ｖ），ｗｈｉｌｅ ｉｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｎｏｎ—Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ Ｆｌｕｉｄｓ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｒｅａｃｈｅｓ ２．５％ （ｗ／ｖ）．Ｔａｍａｒｉｎｄ ｇｕｍ ｃａｎ ｆｏｒｍ ａ ｇｅｌ ｏｎｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ ｓｕｇａｒ ｂｙ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｂｏｎｄｓ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，Ｔａｍａ— ｉｎｄ ｇｒｕｍ ａｎｄ ｅｔｈａｎｏｌ ｃａｎ ｆｏｒｍ ａ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｇｅｌ ｂｙ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｂｏｎｄｓ ｗｈｉｌｅ ｏｔｈｅｒ ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ ｇｕｍｓ ｄｏｎ’ｔ ｓｈｏｗ ｔｈｉｓ ｐｒｏｐｅｒｔｙ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｉｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ：ｅｔｈａｎｏｌ １５％，Ｔａｍａｒｉｎｄ ｇｕｍ １％，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ８５ ｑＣ，ｍｉｘｉｎｇ ｔｉｍｅ １０ ｍｉｎ，ｔｈｅ ｇｅｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｓ ｎｅａｒｌｙ １０００ Ｂｌｏｏｍ ｇ．Ｂｙ ａｄｄｉｎｇ ｓｏｍｅ ｇｌｕｃｏｓｅ ｏｒ ｓｕｃｒｏｓｅ， ｔｈｅ ｗａｔｅｒ—ｈｏｌｄｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ Ｔａｍａｒｉｎｄ ｇｕｍ ｃａｎ ｂｅ ｌｉｆｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｔａｍａｒｉｎｄ ｇｕｍ；ａｐｐａｒｅｎｔ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ；ｅｔｈａｎｏｌ；ｇｅｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｗａｔｅｒ—ｈｏｌｄｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ 罗望子是一种生长速度快，寿命可达百年的乔 木型常绿豆科植物。若以嫁接繁殖，５～６年可结 果，果期为１２月至翌年５月，结果时间可持续６０ 丰富，其利用率却很低，这是我国野生植物资源普遍 面临的问题＿３ Ｊ。精制罗望子胶（ＴＳＰ）是由豆科类罗 望子种子的胚乳经特殊工艺精制而成的一种高纯度 多糖类物质 ｊ。因其具有稳定、乳化、凝结、保水、 成膜等优异性能，故在食品工业得到广泛应用 。 但是相比于一些发达国家，我国罗望子胶的应用领 年，而且每棵每年盛产果实１５０～５００ ｋｇ，属于丰产 树。其在我国海南、广东、广西、云南、贵州、四川、台 湾等省都有栽培，而海南最为丰富¨Ｉ２ｊ。虽然资源 收稿时间：２０１４—１１～２８ 基金项目：国家自然科学基金项目（３１２７０６２４）；“十二五”国家科技支撑计划资助项目（２０１２ＢＡＤ３６Ｂ０１）。 作者简介：韩明会（１９９３一），女，梁希实验班。研究方向：功能性多糖材料。 通讯作者：蒋建新，教授，博士研究生导师。主要研究方向：林产化工及生物燃料化学品。 ——１—— 中国野生植物资源 第３４卷 域还很狭窄。 罗望子胶是由葡萄糖、半乳糖和木糖等组成的 中性亲水聚多糖，因此在低温下不易溶于水，而是分 散在水中，其表观粘度随温度变化趋势与常见植物 胶正好相反。罗望子胶溶液的粘度可在广泛ｐＨ值 内保持稳定。研究发现，在ｐＨ为３～ｌ０时，罗望子 胶溶液的粘度几乎没有变化，当ｐＨ＜３或ｐＨ＞１０ 时胶液的粘度开始上升 Ｊ。 所谓凝胶，是指在外界条件改变时，体系由溶液 或溶胶发生转变，成为一种半固态的特殊状态。其 实质是指通过胶体质点或高聚物分子的相互连接所 形成的空间网状结构，在这个结构的空隙中填满了 气体或液体等分散介质ｌ 。罗望子多糖凝胶的形 成模式较为特殊，目前发现其只有在糖和某些醇类 存在下才能通过氢键结合形成凝胶。果胶凝胶的形 成方式与罗望子胶相同，但在相同浓度下凝胶强度 却远不如罗望子胶 Ｊ。罗望子胶能够和乙醇作用 形成凝胶，其机理与糖凝胶相同，通过乙醇分子自身 的脱水作用与以乙醇分子为媒介的罗望子分子形成 网状结构，从而得到凝胶，其他的胶凝剂并没有这种 性质 Ｊ。所得凝胶弹性和胶粉浓度紧密相关。实 验发现，当胶粉浓度为１％时，凝胶弹性介于０．８～ ０．９之间，胶粉浓度为２％时凝胶弹性高于０．９。本 文从罗望子多糖胶的流变学性质和凝胶特性两方面 展开基础理论研究，以期扩大其应用领域。 １材料与方法 １．１原料与试剂 罗望子胶购自北京瓜尔润科技有限公司，无水 乙醇、葡萄糖、蔗糖均为分析纯，购自北京化工厂。 １．２仪器与设备 ＳＨＪ—Ｉ水浴恒温磁力搅拌器（金坛市美特仪器 制造有限公司），ＬＶＤＶ—ＩＩＩ流变仪（美国Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ， 转子号ＳＣ４—３Ｉ），ＪＳ—ｌＩ冻力测试仪（天津市旭阳 仪器设备有限公司），Ｍｉｃｒｏｌ２０离心机（德国Ｈｅｔ— ｔｉｃｈ）。 １．３实验方法 １．３．１ 温度对罗望子胶表观粘度的影响 配制浓度为２％（ｗ／ｖ）的罗望子胶溶液，置于水 浴恒温磁力搅拌器中，设定温度４０℃、５０ ｃＩＣ、６０℃、 ７０℃、８５℃，充分搅拌后水合３ ｈ，测定不同温度下 罗望子胶液的表观粘度。 １．３．２浓度对罗望子胶表观粘度的影响 配制浓度为１％、１．５％、２％、２．５％、３％的罗望 一８一 子胶溶液，在６０℃下充分搅拌后水合３ ｈ，测定不同 浓度罗望子胶液的表观粘度。 １．３．３ 剪切速率对罗望子袁观粘度的影响 设置流变仪的剪切速率在３ ｒａｉｎ内由０ Ｓ 线 性升至８５ ｓ～，测定不同浓度（１％、１．５％、２％、２． ５％）罗望子胶溶液的表观粘度。 １．３．４温度对罗望子一乙醇凝胶形成的影响 向盛有１５ ｍＬ无水乙醇的烧杯中加入罗望子胶 粉和８５ ｍＬ水制成浓度为１％的罗望子胶溶液，设 定温度为６０℃、７０℃和８５ 恒温水浴搅拌３Ｏ ｍｉｎ，于４ 冷藏２４ ｈ后观察凝胶形成情况。 １．３．５恒温水浴搅拌时间对凝冻强度的影响 向盛有１５ ｍＬ无水乙醇的烧杯中加入罗望子胶 粉和８５ ｍＬ水制成浓度为１％的罗望子胶溶液，在 ８５℃条件下恒温水浴搅拌５ ｒａｉｎ、１０ ｒａｉｎ、１５ ｍｉｎ、２０ ａｒｉｎ、２５ ｒａｉｎ、３０ ｒａｉｎ，于４ ｏ【＝冷藏２４ ｈ后测定凝冻强 度。测试条件为：２５℃，深度２０ ｍｍ，柱塞运行速度 ２．０ ｍｍ／ｓ，探头直径１２．７ ｍｍ，冻力瓶容量１５０ ｍＬ。 以下实验测试条件与之相同。 １．３．６原料浓度对凝冻强度的影响 向盛有１．１ ｇ或２．２ ｇ（水分含量考虑在内）罗 望子胶粉的烧杯中分别加入１３ ｍＬ、１４ ｍＬ、１５ ｍＬ、 １６ ｍＬ、１７ ｍＬ无水乙醇和对应８７ ｍＬ、８６ ｍＬ、８５ ｍＬ、８４ ｍＬ、８３ ｍＬ水制成罗望子胶粉浓度为１％，乙 醇体积分数为１３％、１４％、１５％、１６％、１７％的溶液 和罗望子胶粉浓度为２％，乙醇体积分数为１３％、 １４％、１５％、１６％、１７％的溶液。在８５℃条件下恒温 水浴搅拌１０ ｒａｉｎ，于４℃冷藏２４ ｈ后测定凝冻 强度。 １．３．７蔗糖／葡萄糖浓度及乙醇添加顺序对凝冻强 度的影响 向盛有１５ ｍＬ无水乙醇，１．１ ｇ罗望子胶粉， ８５ ｍＬ水的体系中分别加入２ ｇ、５ ｇ、８ ｇ、１０ ｇ、２０ ｇ 蔗糖或葡萄糖，８５℃恒温搅拌１０ ｒａｉｎ，于４℃冷藏 ２４ ｈ后测定凝冻强度（此为先添加乙醇）。 向盛有１．１ ｇ罗望子胶粉，８５ ｍＬ水的体系中分 别加入２ ｇ、５ ｇ、８ ｇ、１０ ｇ、２０ ｇ蔗糖或葡萄糖，８５℃ 恒温搅拌１０ ｍｉｎ后迅速添加１５ ｍＬ无水乙醇，于 ４℃冷藏２４ ｈ后测定凝冻强度（此为后添加乙醇）。 １．３．８ 乙醇和异丙醇凝胶性能比较 向盛有１５ ｍＬ无水乙醇的烧杯中加入１．１ ｇ罗 望子胶粉和８５ ｍＬ水，于８５℃恒温搅拌１０ ｒａｉｎ，于 ４℃冷藏２４ ｈ制得罗望子一乙醇凝胶，测定凝冻 强度 第３期 韩明会，等：罗望子胶的流变学性质及凝胶特性研究 向盛有１５ ｍＬ异丙醇的烧杯中加入１．１ ｇ罗望 子胶粉和８５ ｍＬ水，于８５℃恒温搅拌１０ ｍｉｎ，于４ ｃＣ冷藏２４ ｈ制得罗望子一异丙醇凝胶，测定凝冻 强度。 １．３．９持水率的测定 将制备的凝胶约１ ｍＬ加入到２ ｍＬ塑料离心 管中，待其凝胶后，于４ ０００ ｒ／ｍｉｎ下离心３０ ｒａｉｎ，吸 去上层水，测量质量差，计算持水能力。公式如下： ＷＨＣ－ 式中： 为空离心管重量； 为离心前装有凝 胶的离心管重量； 为吸去水分后离心管 重量 ｍ 。 ２结果与分析 ２．１ 温度对罗望子胶表观粘度的影响 罨３００ 罄ｚｏｏ １００ Ｏ ３Ｕ ４Ｕ ５Ｕ ６０ ７０ ８０ ９０ 温度（℃） 图１在１Ｏ ｓ 剪切速率下２％（ｗ／ｖ）浓度的罗望子多 糖胶液的表观粘度随温度的变化 在温度３０～８５℃范围内、剪切速率１０ Ｓ 下、 水合３小时后，测定了温度对２％（ｗ／ｖ）罗望子胶溶 液表观粘度的影响，结果如图１所示。图１表明，罗 望子胶溶液表观粘度随温度的升高而逐渐升高。在 温度３Ｏ～５０℃之间罗望子胶表观粘度增加比较缓 慢，当温度升高到５０℃后罗望子胶表观粘度急剧上 升，温度达到７０℃后胶液的表观粘度的升高又趋于 平缓。罗望子胶表观粘度随温度的变化与文献报道 的常见植物胶（瓜尔胶、皂荚胶）不同，并且变化趋 势正好相反。这是由于瓜尔胶、皂荚胶等常见的胶 种的主要组成成分是半乳甘露聚糖，在低温下易溶 于水¨ ” 。而罗望子胶的是由葡萄糖、半乳糖和木 糖组成的聚多糖，这种胶粉在低温下不易溶于水，而 是分散在水中。在３Ｏ℃下罗望子胶水不溶物含量 大于５５％，所以胶液的粘度很低。随着温度的升高 罗望子胶水溶性会增加，胶液的表观粘度也随之 升高。 ２．２浓度对罗望子胶表观粘度的影响 苜 邑 Ｏ．Ｕ ０．５ １．０ １．５ ２．【Ｊ ２．５ ３．Ｕ 浓度（％） 图２在６０℃、１０ Ｓ 剪切速率下罗望子胶溶液的 表观粘度随浓度的变化 ６Ｏ℃下，不同浓度的罗望子胶溶液表观粘度随 剪切速率的变化如图２所示。罗望子胶表观粘度随 浓度的增加呈指数形式上升。当罗望子胶溶液浓度 小于２％时，胶液的表观粘度增加缓慢。而当溶液 浓度大于２％时，胶液的表观粘度迅速增加。研究 一： 量 椠甓 Ｏ Ｏ Ｏ ０ Ｏ ０ ０ Ｏ 砌 加 表明当罗望子胶溶液浓度超过５％时，胶液几乎失 去流动性¨ 。 ２．３ 剪切速率和温度对罗望子胶表观粘度的影响 ２Ｏ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ 剪切速率（ｓ ） 图３ ６０℃下２％（ｗ／ｖ）罗望子多糖胶溶液的表观 粘度随剪切速率的变化 在温度６０℃下，不同浓度的罗望子胶溶液随剪 切速率的变化如图３所示。从图中可以看出在胶液 浓度低于２％时，随着剪切速率的上升罗望子胶溶 液的表观粘度基本不变。这表明罗望子胶溶液在低 浓度时表现出牛顿流体的特性。而当罗望子胶溶液 的浓度升高到２．５％时，胶液的表观粘度随着剪切 速率的升高而明显的降低，此时罗望子胶溶液显示 出非牛顿流体的特性，即胶液具有剪切变稀的假塑 性。这是由于罗望子胶分子链具有交错的分子相互 作用，在低能量水平下，分子间通过氢键形成额外的 桥联，溶液粘度较高。随着剪切速率的提高，高剪切 力使分子链发生变性，破坏了分子问的连接，造成胶 一ｑ— 第３期 韩明会，等：罗望子胶的流变学性质及凝胶特性研究 出版社，１９６４． 高，为９３％一９７％（胶粉浓度１％），蔗糖或葡萄糖 的加入会使持水率提高到９８％一９９％，但随糖含量 的增加其凝胶强度降低。糖和乙醇都可以充当胶粉 的分散剂，使其在冷水中分散均匀。乙醇添加顺序 的先后对凝胶强度的影响高达２００ Ｂｌｏｏｍ ｇ。凝胶 ［８］ 孙利军，辛修锋，张新川．新型冷饮稳定剂——罗望子胶的 性质及应用［Ｃ］／／第十四届中国国际食品添加剂和配料展览 会学术论文集，２０１０． ［９］ 王元兰，李忠海．罗望子胶结构，性能，生产及其在食品工业 中的应用［Ｊ］．经济林研究，２００６，２４（３）：７ｌ一７４． ［１０］ Ｍａｏ Ｒ，Ｔａｎｇ Ｊ，Ｓｗａｎｓｏｎ Ｂ Ｇ．Ｗａｔｅｒ ｈｏｌｄｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｍｉ— ｅｒｏｓｔｒｕｅｔｕｒｅ ｏｆｇｅｌｌａｎ ｇｅｌｓ［Ｊ］．Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，２００１，４６ （４）：３６５—３７１． 弹性与胶粉浓度紧密相关，当胶粉浓度为２％时弹 性＞０．９ 参考文献： ［１］吉宏武，丁霄霖．罗望子研究进展［Ｊ］．中国野生植物资源， ２０００，１９（６）：１０—１４． ［１ １］ Ｃｈａｎｔｒａｐｏｒｎｅｈａｉ Ｗ，Ｍｅｃｌｅｍｅｎｔｓ Ｄ Ｊ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ＮａＣ１ ｏｎ ｏｐｔｉ－ ｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｌａｒｇｅ—ｓｔｒａｉｎ ｒｈｅｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｈｏｌｄｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ［２］ 顾志平，陈四保，王晓光．罗望子的综合利用开发［Ｊ］．天然 产物研究与开发，１９９４，６（２）：１９５—１９６． ｏｆ ｈｅａｔ—ｉｎｄｕｃｅｄ ｗｈｅｙ ｐｒｏｔｅｉｎ ｉｓｏｌａｔｅ ｇｅｌｓ［Ｊ］．Ｆｏｏｄ Ｈｙｄｒｏｃｏｌ— ｌｏｉｄｓ，２００２，１６（５）：４６７—４７６． ［３］ 张卫明，肖正春．我国野生植物开发利用回顾与展望［Ｊ］．中 国野生植物资源，１９９９，１８（４）：１—６． ［４］ 孙利军，夏和咏，辛修峰．精制罗望子胶的物化特性及其在 ［１２］ 张洁，史劲松，孙达峰，等．白芨多糖胶一瓜尔胶复配溶液 的流变性［Ｊ］．中国野生植物资源，２０１０（１）：５５—５７． ［１３］蒋建新，朱莉伟，安鑫南，等．植物多糖胶流变性质的研究 ［Ｊ］．中国野生植物资源，２００４，２２（５）：２９—３３． 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