新型糖胶聚糖ESRP的剪切稀化特性与结构解析及其在食品/医药领域的应用潜力

本研究针对Eremurus spectabilis根部分离的水溶性多糖（ESRP）开展系统研究，通过FT-IR、GC-MS等技术解析其β-吡喃糖构型（42.77% D-葡萄糖/52.82% D-甘露糖）和19.1 kDa分子量特征，证实其优异的剪切稀化行为（n=0.901-0.938）和乳化稳定性（ES=98%），为开发新型生物稳定剂提供理论依据。

　　

在天然高分子材料领域，植物多糖因其独特的流变特性和生物活性备受关注。传统稳定剂如阿拉伯胶和明胶存在资源限制或功能单一等问题，而中亚特有植物Eremurus spectabilis（沙漠蜡烛）根部富含的糖胶聚糖（glucomannan）尚未被充分开发。这种具有千年药用历史的植物，其多糖组分在乳化、抗氧化等方面的潜力亟待系统研究。

来自中国的研究团队通过多学科交叉方法，首次全面表征了E. spectabilis根多糖（ESRP）的结构与功能特性。研究采用氢过氧化物辅助提取结合Sevag法去蛋白，通过FT-IR确认β-吡喃糖骨架和乙酰基特征峰（1735 cm^-1），GC-MS定量单糖组成（D-葡萄糖42.77%/D-甘露糖52.82%），HPGPC测定分子量（M_w 19.1 kDa，PDI 1.475），并结合流变仪分析其剪切稀化行为。

结构表征方面，FT-IR光谱显示3415 cm^-1处羟基特征峰和815 cm^-1甘露糖指纹区，证实β-构型糖单元。DSC热分析揭示51.66°C玻璃化转变温度和206.91°C熔融峰，热稳定性优于阿拉伯胶。GC-MS衍生化技术检测到4.43% D-半乳糖，暗示分支结构存在。

功能特性研究取得突破性发现：

1. 抗氧化活性：15 mg/mL浓度下DPPH清除率达71.45%，酚含量377.75 mg GAE/100g，归因于β-吡喃糖骨架暴露的羟基和乙酰基（-20.97 mV zeta电位）的协同作用。
2. 乳化性能：1% ESRP溶液形成20%葵花籽油乳液时，乳化活性（EA）50%且经80°C热处理后稳定性（ES）仍保持98%，这与分子量适中（19.1 kDa）和阴离子特性密切相关。
3. 流变行为：5%溶液呈现典型剪切稀化（n=0.901），25%浓度时储能模量（G′）始终高于损耗模量（G″），表现弹性主导的类凝胶特性。温度升至65°C时粘度下降但结构未破坏，Arrhenius模型计算出19.57 kJ/mol活化能。

与商品化菊粉（inulin）对比显示，ESRP在25%浓度下粘度变化更平缓，高温耐受性更优。这种独特的温度-粘度响应特性使其特别适合需要热处理的食品加工场景。分子机制上，研究人员提出乙酰基含量（FT-IR 1735 cm^-1峰）与分子量分布的协同效应是控制流变行为的关键：适度乙酰化（4.43%）既保证水溶性又维持分子链间氢键网络。

该研究首次建立ESRP"结构-功能"关系模型，其β-构型主链与特定单糖比例（Glc:Man≈1:1.2）的组合，较传统糖胶聚糖（如魔芋葡甘聚糖Glc:Man=1.6:1）展现出更优的乳化稳定性。在制药领域，19.1 kDa的分子量范围（10-30 kDa最佳生物活性窗口）和阴离子特性，为开发新型药物递送系统提供可能。

这项发表在《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》的研究，不仅为荒漠植物资源高值化利用开辟新途径，其提出的"乙酰化程度-分子量-流变性能"调控机制，为设计下一代生物基食品添加剂提供了理论框架。未来研究可进一步探索ESRP在肠道菌群调控（prebiotic）和跨粘膜给药系统中的应用潜力。