魔芋葡甘聚糖水合特性关键决定因素的多尺度解析及其功能应用机制研究

本文系统研究了魔芋葡甘聚糖（KGM）的水合行为差异机制，发现粉末特性（如堆密度、比表面积）显著调控水合速率，而分子特性（如回转半径、支化度）决定最终溶液粘度（1.05 Pa·s）。湿法提取工艺通过改变粉末物性延长水合时间（108.33 min），为KGM在食品与医药领域的定向功能化应用提供理论支持。

　　

Highlight

材料 (Materials)

六种不同来源的魔芋粉（葡甘聚糖含量均>85%）由三家中国武汉企业提供（湖北益智魔芋生物科技、湖北康生魔芋胶、武汉清江魔芋有限公司）。这些魔芋粉未经过化学纯化处理，直接用于化学与流变学分析，其KGM含量范围为87.46%~92.25%，蛋白质含量0.50%~0.82%，淀粉含量0.75%~1.23%，灰分含量符合行业标准。

筛分后KGM的粒径分布 (Particle size distribution of KGM after sieving)

粒径已被广泛认为是影响多糖粉末水合行为与流变特性的关键调控因素，例如减小粒径可加速水合速率。当药物颗粒被研磨至235.36 nm时，其活性成分的溶出速率显著提升。同样，Guo等的研究结果表明，当KGM的D₉₅从132.30 μm增大至452.70 μm时，其水合时间从8分钟延长至90分钟，充分证明了粒径效应对水合动力学的主导作用。

结论 (Conclusion)

本研究系统评估了六种KGM样品的水合特性，发现即便在粒径统一条件下仍存在显著差异。粉末特性（如比表面积与密度）对水合时间具有显著影响，其中不规则多孔颗粒水合更快——KGM5仅需16.82分钟即完成水合。加工技术通过调整KGM粉末特性调控水合行为：湿法加工的KGM样品表现出更长的水合时间（108.33分钟）和更高的堆密度（1.0406 g/cm³），而干法样品则具有更快的溶解速率。分子特性（如回转半径与支化度）直接决定最终粘度，支化度高的KGM分子（1.47%）通过链间缠结形成更高粘度体系（1.05 Pa·s）。本研究为KGM在食品与医药产品中的功能优化提供了多尺度结构-性能关系解析。