商用植物多糖热分解的动力学与机理

《Journal of Food Measurement and Characterization》：Kinetics and mechanisms of thermal decomposition of commercial plant polysaccharides

　　本摘要研究了多种天然胶体——黄原胶（XG）、菊粉（In）、槐豆胶（LBG）、瓜尔胶（GG）、阿拉伯胶（AG）——以及一种改性胶体羧甲基纤维素（CMC）的热行为。采用差示扫描量热法（DSC）和热重分析（TGA）在惰性氩气氛围下进行热分析。在热分析之前，通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和凝胶渗透色谱（GPC）表征了其结构特征。GPC结果显示分子量范围广泛：XG的均方根分子量（Mw ≈ 1.42 × 10? g/mol）最高，而In的分子量最低（Mw ≈ 1.0 × 103 g/mol），且分布较窄。FTIR光谱鉴定了关键官能团，如AG和CMC中的羧酸盐基团（ν_as COO? 约在 1600 cm?1）以及XG中含硫基团。识别了关键的 thermal 转变，包括脱水和主要分解事件，并确定了其特征温度和焓变。采用无模型法（Ozawa–Flynn–Wall法，OFW；Kissinger法）和基于模型的方法（Coats–Redfern法）对主要分解阶段的初始段的动力学参数进行了评估。对于CMC、LBG、GG和XG，多种反应模型（F2、F3、D3）显示出统计上相似的拟合结果，表明数据在经验上与这些模型相容，而非明确指向单一机制。AG的热分解与Jander三维扩散模型（D3）一致，这可能反映了其高度支化的结构和大量交联的存在。然而，鉴于多个模型（F2、F3、D3）在统计上的相似性，这一归属应被视为经验上相容的描述，而非对反应机制的明确识别。由于In在相对较低温度下快速降解，无法通过模型拟合方法可靠地确定其分解机制，这归因于其较低的分子量和易断裂的β-(2→1)呋喃果糖苷键。在所研究的多糖中，AG表现出最高的热稳定性，而In的热稳定性最低。这些发现得到了计算所得活化能的佐证，其中AG的平均活化能最高（约202–249 kJ/mol），In最低（约133 kJ/mol）。大多数样品用OFW法和Kissinger法测定的活化能结果吻合良好，证实了动力学分析和所提分解模型的可靠性。