多糖拓扑结构调控甲基纤维素热响应行为的机理研究及其在功能材料中的应用

《Polymer》：How Does the Topological Structure of Polysaccharides Influence the Thermo-responsive Behavior of Methylcellulose in Aqueous Solutions?

本文系统探讨线性（普鲁兰多糖）和支链（淀粉）多糖的拓扑结构对甲基纤维素（MC）热响应行为的影响机制。研究发现普鲁兰多糖与MC形成松散纤维网络降低凝胶温度，而支链淀粉因密集羟基分布产生强氢键作用形成微米级液滴相分离。该研究为功能食品和材料领域的多糖-MC体系加工提供了重要理论指导（DS表示取代度，Mw表示分子量）。

　　

章节亮点

引言

甲基纤维素是一种重要的纤维素醚，其羟基被甲氧基取代（醚化改性）。这种改性赋予甲基纤维素独特的性能，包括保水性、增稠性和可逆的热响应行为。由于这些独特特性，甲基纤维素广泛应用于功能性食品和材料行业，用作保水剂、增稠剂、热凝胶剂等多种用途。

材料

甲基纤维素（粘度40000 cp，2%水溶液，20°C；重量平均分子量（M_w）～ 6.35 × 10⁶ g/mol，通过尺寸排阻色谱（SEC）测定）购自阿拉丁，通过非均相反应合成。在甲基纤维素（取代度（DS）～ 1.72）中，甲氧基均匀取代脱水葡萄糖单元的C2、C3和C6位，而沿聚合物链则呈现区块分布，这通常被认为是...

浊点测量

浊点测量通过监测聚合物溶液在不同温度下可见光的透射率来进行。该方法是分析宏观浊度与温度相关性的有效工具。首先，制备甲基纤维素、普鲁兰多糖和淀粉的单组分溶液作为对照实验以评估初始状态。如图1a所示，甲基纤维素溶液的透射率曲线显示...

结论

本工作选择普鲁兰多糖和淀粉分别作为线性和支链多糖的典型代表，研究多糖拓扑结构如何影响水溶液中甲基纤维素链的热响应行为。在普鲁兰多糖-甲基纤维素体系中，普鲁兰多糖链与甲基纤维素相互作用，形成新的、松散且扩散的纤维网络。这种相互作用将甲基纤维素的聚集行为转移到较低温度，并降低其凝胶强度。相比之下，在淀粉-甲基纤维素体系中，淀粉在室温下形成微米级液滴，进一步聚结形成连续的富淀粉相，而甲基纤维素在升高温度下很大程度上保持其纤维结构。这种行为归因于支链淀粉分子之间更强的氢键作用，由支链上密集分布的羟基驱动。这些发现为食品和功能材料领域甲基纤维素-多糖体系的加工提供了宝贵的见解。