红三叶草种子半乳甘露聚糖的结构构象与流变学特性表征及其作为食品增稠剂的潜力研究

本研究针对可持续生物聚合物资源短缺问题，对红三叶草种子半乳甘露聚糖(RCG)进行结构构象、理化及流变学特性系统表征。研究发现RCG具有1.12的甘露糖/半乳糖(M/G)比、1500 kDa分子量及13.6 dL g?1特性粘度，其临界线圈重叠浓度c* = 0.35 wt%，在食品工业中展现出优异的增稠和凝胶性能，为开发新型植物基 hydrocolloid 提供新思路。

　　

随着全球对可持续生物聚合物需求的增长，传统半乳甘露聚糖(Galactomannan, GM)资源如瓜尔胶和刺槐豆胶面临供应压力。这类多糖作为食品工业重要增稠剂，其性能受分子量、分支度(M/G比)和构象影响。红三叶草(Trifolium pratense L.)作为生态适应性强的新型资源，其种子中富含的GM尚未被充分开发。为此，国际研究团队在《Food Hydrocolloids》发表研究，系统解析了红三叶草GM(RCG)的结构-功能关系。

研究采用SEC-MALLS(尺寸排阻色谱-多角度激光光散射联用)、毛细管粘度计和流变仪等技术，结合NMR(核磁共振)和FTIR(傅里叶变换红外光谱)进行分子表征。通过水蒸气吸附等温线、热重分析(TGA)和热机械分析(TMA)评估材料稳定性。

【3.1 近似和糖组成】
RCG提取率达6.24 g/100g种子，含97.5%碳水化合物，M/G比为1.13。HPLC分析显示其由47%半乳糖和52.8%甘露糖构成，与¹H-NMR测得的1.12比值一致，证实其为全取代型GM。

【3.2 NMR结构解析】
¹³C-NMR在δ=77-78 ppm区域显示三个特征峰，表明存在连续取代(-Gal-Man-Man-Gal-)、单取代及非取代甘露糖单元，其中连续取代占比最高，印证其高度分支特性。

【3.3 理化特性】
SEM显示RCG具有多孔丝状网络结构。XRD测得结晶度16.4%，TGA显示热分解起始温度255°C。水蒸气吸附符合IIb型等温线，单层水含量0.0958 g g^-1，高于部分商业化GM。

【3.4 特性粘度】
通过Huggins和Kraemer方程测得[η]=13.55 dL g^-1，Fedors方程确定C_max=0.33 dL g^-1。k_H=0.852表明θ溶剂特性，分子呈无规线团构象。

【3.5 稳态流变】
Cross-Williamson模型拟合显示剪切稀化行为，τ ∝ c^3.2(0.75^0.56(0.25_p=6.59 nm。

【3.6 粘弹性】
LAOS测试显示III型非线性响应，应变>100%时出现屈服行为。频率扫描构建TCS(时间浓度叠加)主曲线，发现c≥2 wt%时τ ∝ c^0.47，表明分子拥挤效应。TTS(时间温度叠加)测得活化能E_a=23.5 kJ/mol，尿素实验证实氢键主导分子间作用。

该研究首次阐明RCG的构效关系：其全取代结构赋予较高c*(0.35 wt%)和短松弛时间(τ≈11 s)，在1-7 wt%浓度和5-65°C范围内保持稳定流变性能。相比传统GM，RCG在低浓度下即可形成有效缠结网络，这为开发耐温型植物基食品添加剂提供新选择。研究提出的TTCS(时间-温度-浓度)超级主曲线模型，为多糖体系流变预测建立新方法。作为生态适应性作物衍生物，RCG对缓解传统GM供应链压力具有重要意义，尤其在清洁标签食品和可降解包装领域展现应用潜力。