田菁胶作为增稠剂的综合性能评估：剪切流变、润滑特性与延展行为研究

本研究针对传统半乳甘露聚糖增稠剂在口腔加工特性评估中的不足，以中国富产资源田菁胶（SG）为研究对象，通过三步纯化法获得高纯度样品（Mw=207.30±0.04 kDa），系统比较其与瓜尔胶（GG）、刺槐豆胶（LBG）的流变学、摩擦学和拉伸性能。发现SG在相同零剪切粘度下展现更弱的剪切稀化行为、优异的低速润滑性（摩擦系数降低23%）和更高的延展粘度（达19.62 Pa·s），为功能性食品和医药制剂开发提供新选择。

　　

在食品工业和医药领域，半乳甘露聚糖（galactomannan）因其卓越的增稠和稳定性能备受青睐。然而，传统增稠剂如瓜尔胶（GG）和刺槐豆胶（LBG）在口腔加工特性评估中存在明显局限——现有研究多聚焦于剪切流变学，而忽略了对吞咽安全性和口感至关重要的延展流变学（extensional rheology）和润滑行为（tribological properties）的系统分析。更关键的是，中国作为农业大国，亟需开发本土植物资源的高值化应用。田菁（Sesbania）作为一种耐盐碱、生长迅速的豆科植物，其种子富含的半乳甘露聚糖（SG）虽已被证实具有增稠潜力，但与其他半乳甘露聚糖的差异化特性尚未明确。

针对这一科学问题，中国农业大学食品科学与营养工程学院植物资源功能食品北京市重点实验室的研究团队开展了一项创新性研究。通过三步水提醇沉法提取高纯度SG（纯度95.43%），采用多角度激光光散射（MALLS）测定其分子量（Mw=207.30 kDa，M/G=1.87），并首次系统比较SG与GG、LBG在剪切流变、摩擦润滑和毛细管断裂拉伸中的性能差异。相关成果发表在食品科学领域权威期刊《LWT》上。

研究团队运用了四项关键技术：1）采用高效凝胶渗透色谱（HPGPC）结合MALLS分析分子构象；2）通过旋转流变仪测定剪切粘度（0.01-1000 s^-1）和动态模量；3）利用环-板摩擦仪量化不同滑动速度（1-1000 mm/s）下的润滑行为；4）基于毛细管断裂流变仪（CaBER）结合高速摄像技术，解析流体细丝断裂动力学和表观延展粘度。

3.1 分子特性分析

通过单糖组成分析发现SG的甘露糖/半乳糖比（M/G=1.87）介于GG（1.60）与LBG（1.54）之间。分子构象研究表明SG呈现扩展的无规线团结构（α=0.45），其分子量仅为GG的1/46，但具有更宽的分布（PDI=4.92）。这种独特的分子特性为其后续流变行为差异奠定基础。

3.3 剪切流变学表现

在相同浓度（1.5%）下，SG的零剪切粘度（0.07 Pa·s）比GG低三个数量级，但通过调整浓度（SG 5% vs GG 0.7%）实现粘度匹配后，SG表现出更宽的牛顿平台区和更弱的剪切稀化（n=0.38 vs GG的0.04）。振荡测试显示SG的损耗模量（G''）始终高于储能模量（G'），tanδ值更大，证实其分子链更柔韧且以粘性主导。

3.4 润滑行为突破

在等效粘度下，SG在低速区（1-100 mm/s）摩擦系数比GG降低15-20%，但随速度增加呈现独特的"先升后降"曲线。这种反常现象源于SG分子链的快速重缠结倾向，虽不利于形成均匀润滑膜，但在口腔加工的边界润滑阶段优势显著。

3.5 延展流变学优势

毛细管断裂实验表明，SG溶液的细丝断裂时间（1.58 ms）比GG延长35%，最大延展粘度达19.62 Pa·s（GG仅为3.36 Pa·s）。Trouton比率（7.90）分析进一步证实SG在拉伸方向具有更强的链段缠结能力，这对吞咽安全性至关重要。

这项研究首次从分子构象-流变性能-功能应用三个维度，揭示了田菁胶区别于传统半乳甘露聚糖的三大特性：1）柔性分子链带来的快速重排能力，使其在剪切场中保持粘度稳定性；2）独特的聚集态结构赋予优异的低速润滑性；3）高延展粘度和长断裂时间预示良好的吞咽安全性。这些发现不仅为田菁胶在特医食品、口服制剂等领域的应用提供理论依据，更为中国特色植物资源的高值化开发开辟新路径。

研究同时指出当前纯化工艺可能导致分子链降解，未来需优化提取方法以平衡得率与分子量保持。此外，SG在复杂体系（如蛋白质-多糖共混物）中的相互作用机制，以及其润滑特性与感官评价的关联，将成为后续研究重点。这项成果标志着中国本土植物胶资源的基础研究迈向功能化、精准化评估的新阶段。