全 文 ：　第 27 卷第 1 期
2003 年 1 月 　
南 京 林 业 大 学 学 报(自 然 科 学 版)
Journal of Nanjing Forest ry University(Natural Sciences Edition)　
Vol.27 , No.1　
Jan., 2003　
皂荚豆组成及皂荚胶的流变性质
蒋建新1 ,安鑫南1 ,朱莉伟2 ,张卫明2
(1.南京林业大学 ,江苏　南京　210037;2.南京野生植物研究院 ,江苏　南京　210042)
摘　要:研究了皂荚豆的组成成分和皂荚胶的流变性质。结果表明:皂荚豆中蛋白质含量为
15.38%,内胚乳占种子组成的 37.8%;通过GC 、PC 、IR及 HNMR分析多糖结构:内胚乳中含
有68.6%的半乳甘露聚糖 ,半乳糖与甘露糖配比为 1∶2.5 ,主链是以 β-(1 ,4)-苷键连接的 D-吡
喃甘露糖 ,支链是以α-(1 ,6)-苷键连接的 D-吡喃半乳糖;皂荚胶 1%水溶液表观粘度达 274
mPa·s(30 ℃,170 s-1),皂荚胶是高效的增稠剂;皂荚胶粘度随浓度升高而升高 ,随 pH 的降低
而有所降低 ,皂荚胶水溶液为假塑性流体 。
关键词:皂荚豆;皂荚胶;半乳甘露聚糖;流变性质
中图分类号:TQ432　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1000-2006(2003)01-0011-05
Studies on Contents and Gum from Seeds of Gleditsia sinensis Lam.
JIANG Jian-x in1 ,AN Xin-nan1 ,ZHU Li-wei2 ,ZHANG Wei-ming 2
(1.Nanjing Forestry University , Nanjing 210037 , China;2.Nanjing Wild P lant
Research Institute , Nanjing 210042 , China)
Abstract:In this paper , the contents and rheological properities of gum from seeds of Gleditsia sinensis
Lam.were discussed.I t is determined that the seeds of G.sinensis contain 15.38%protein.The endosperm
is about 37.8% of the seed contents.Analy sis by GC ,PC , IR ,HNMR show s that endosperm contains 68.
6%galactomannan.The propoction of galactose to mannose is 1∶2.5.The chemical st ructure of the main
chain is β-(1 ,4)-linked D-mannopyranosyl residues , while the branch chain isα-(1 ,6)-linked D-galactopy-
ranosyl residues in.The viscosity of 1% concentration G.sinensis gum is 274 mPa·s(30 ℃, 170 s-1).G.
sinensis gum can be a highly efficient water-thickening agents.The viscosity increases with the rising of
concentration , and decreases slowly w ith the reducing of pH.Water solution of G.sinensis gum is non-new-
ton fluid.
Key words:Gleditsia sinensis seed;Gleditsia sinensis gum;Galactomannan;Rheological properi ties
皂荚(Gleditsia sinensis Lam .)为乔木 ,高可达 30 m ,胸径可达 1.2 m;树皮暗灰或灰黑色 ,粗糙;刺
常分枝 ,基部粗圆。种子多数长圆形 ,扁平 ,长约 1 cm ,亮棕色 。花期 4 ～ 5月 ,果期10月 ,在我国东北 、
华北 、华东 、华南等地均有分布 。木材黄褐色 ,有光泽 ,可供室内装修 、细木工 、旋制品及工艺品等用
材[ 1] 。皂荚根系发达 ,具有耐旱 、节水 、耐寒 、固氮和抗病虫害等特点 ,是营造水土保持林和防风固沙林
的优良生态树种之一 。皂荚种子可食用 ,皂刺用作中药材 ,皂荚乙醇提取物对马尾松毛虫有抑食作
用[ 2] ,皂荚甙在医药上有抗炎 、抗溃疡的效果 ,且具有抗肿瘤和提高爱滋病免疫之功效[ 3 ,4] 。国内外主
要集中在杀虫功能和中药效能的研究上 ,未见有皂荚豆组成及皂荚胶性质方面的研究报道。从皂荚种
子中分离提取得到的多糖胶具有与瓜尔胶 、胡芦巴胶等植物胶相似的性质 ,可作为增稠剂 、粘合剂 、稳定
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收稿日期:2002-06-23　　　　修回日期:2002-11-20
基金项目:国家“十五”科技攻关项目(2001BA502B03);National Ten-fif th Science and Tech nology Project(2001BA502B03)
作者简介:蒋建新(1969-),男 ,江苏南通人 ,南京野生植物研究院高级工程师 ,南京林业大学化学工程学院博士生。
剂等应用于食品 、石油 、造纸 、印染和选矿等多种工业中 。因此 ,皂荚的研究开发具有生态和经济意义。
1　材料与方法
1.1　皂荚豆物理性能和化学成分分析
皂荚豆由北京开元药材有限公司提供 ,将种子磨碎过 80目筛制备成种子全粉;皂荚胶取自于南京
野生植物研究院制胶中试生产线 ,胶粉全部通过 100目筛。
皂荚种子的种皮 、内胚乳和胚芽子叶比例测定:称取一定量的种子在温水中浸泡至全部泡胀 ,再将
三部分分开 ,分别置于烘箱中烘干至恒重称量 ,即可计算出三部分的构成比例。
皂荚种子千粒重:将除去杂质的样品分成 4组(不完整粒不数在内),每组 500粒 ,按组分别称重 ,取
4组的平均数进行计算 。
皂荚种子体积质量:样品去杂后按 GB5498-85《粮食 、油料检验容重测定法》的操作程序进行测定。
用微量凯氏定氮法测定种子中的粗蛋白质含量;用索氏抽提法测定粗脂肪含量;淀粉 、可溶性糖的
含量采用蒽酮比色法测定;总糖 、聚糖含量分别用酚-硫酸比色法和斐林试剂法测定;粗纤维 、灰分和果
胶的含量是将样品分别处理后采用重量法测定。
1.2　皂荚胶性能指标测定
1 g 皂荚胶加入 20 mL(1 mol/L)硫酸(H2SO4),加热回流 8 h ,完全水解后中和 、过滤并配制成 1%
糖液 ,用酚-硫酸比色法测定其总糖含量。参照《石油天然气行业压裂用香豆胶标准》和 GB 15044-94
对皂荚胶的水不溶物 、表观粘度 、pH 、聚糖含量 、重金属含量和灰分等指标进行分析测定 。
1.3　皂荚胶纯多糖结构分析
1.3.1　多糖的制备及其中单糖组成分析
称取 5 g 皂荚胶粉溶于700 mL 蒸馏水中 ,搅拌 3 h ,离心沉降分离 ,沉淀部分用水洗涤 2次 ,每次用
水 200 mL ,搅拌 1 h 离心分离 。合并清液 ,在搅拌下慢慢加入 6.5 mL 斐林试剂析出铜络合物 ,静置
1 h ,倾出上清液 ,用水洗涤 3 次 ,离心分离得络合物 ,向络合物中加入 4 ℃的蒸馏水 75 mL ,再滴加 0.5
mol/ L的盐酸(HCl)使之全部溶解 。加入 700 mL乙醇 ,所得絮状物分别用 70%乙醇 、丙酮 、无水乙醚洗
涤 ,真空干燥得洁白多糖粉。
称取 2 mg多糖粉入小口瓶内 ,加2 mol/L 盐酸甲醇 2 mL ,充 N2封口 ,于 80 ℃水浴中水解 20 h ,冷
却至室温 ,用 N2吹干后溶于 0.2 mL 无水吡啶 ,再加入 0.06 mL HMDS和 TMCS混合液(体积比2∶1),
振荡 、静置形成三甲基硅醚衍生物 ,气相色谱分析用。同时做标准糖衍生化样品的气相色谱分析 ,测得
各种标准糖的定量校正因子及保留值。
1.3.2　甲基化单糖纸上层析
(1)甲基化皂荚胶的制备　取分离提纯的皂荚胶多糖 1.0 g ,加入 100 mL 二甲基亚砜于 50 ℃经超
声波处理 2次 ,在充 N2 下加入 30 mL 二甲基亚磺酰阴离子 ,反应 1.5 h。然后冷却至 20 ℃,加入6 mL
碘甲烷(CH3I),在 25 ℃反应 1.5 h 。再重加入同数量的阴离子及CH3I反应 0.5 h ,反应物经流水透析 、
氯仿提取 、干燥和减压蒸馏得糖浆物 ,再用氯仿与正已烷(1∶1)混合液溶解 ,离心除去水不溶物 ,经减压
蒸馏得甲基化皂荚胶 。
(2)甲基化皂荚胶的水解　取甲基化皂荚胶 0.2 g(用甲基化瓜尔胶多糖作对照样)加入 88%甲酸
10 mL ,回流 1 h ,减压蒸去甲酸得黄色浆状物 。加入10 mL硫酸回流14 h 。中和至 pH 6后得滤液 。减
压浓缩成糖浆状 ,稀释到 10 mL 备用 。
(3)纸层析鉴定　对甲基化多糖水解液作纸上层析鉴定 ,展开剂为正丁醇-乙醇-水(40∶11∶19),展
开时室温 20 ～ 25 ℃,用硝酸银显示色斑 。
1.3.3　多糖红外光谱及氢谱(HNMR)测定
采用 Nicolt FI-IR410仪器 ,溴化钾(KBr)压片进行红外光谱测定;采用 300 MHz核磁共振仪(溶剂
为重水)进行 HNMR测定 。
1.4　皂荚胶流变性质分析
(1)皂荚胶流动特性　配制体积分数分别为 0.5%、0.75%、1.0%、1.25%、1.5%的皂荚胶水溶液 ,
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南 京 林 业 大 学 学 报(自 然 科 学 版)　　　　　　第 27 卷　第 1 期　
用ZNN-D6型粘度计在30 ℃时测定不同剪切速率下的粘度。
(2)温度对皂荚胶粘度的影响　配制1%的皂荚胶水溶液 ,用 NDJ-79型粘度计分别测定 20 、30 、40 、
50 、60 、70 、80 、90 ℃时胶液粘度。
(3)酸碱变化对皂荚胶粘度的影响　配制两组 1%的皂荚胶水溶液 ,用稀盐酸和 NaOH 分别调节
pH ,在 170 s-1 ,30 ℃测定不同 pH 时溶液的粘度变化 。
(4)皂荚胶抗降解性能　配制 1%皂荚胶水溶液 ,在 30 ℃时放置 3 、12 、24 、48 、72 、96 h ,并分别测定
170 s
-1时的胶液粘度。
2　结果与分析
2.1　皂荚豆的组成成分
皂荚豆的物理 、化学组成见表 1。表 1中皂荚豆内胚乳含量为 37.8%,大于瓜尔豆和胡芦巴种子的
内胚乳含量 ,具有工业化提胶价值 。另由表 1可以计算出皂荚豆内胚乳中聚糖含量为 68.6%,这为物
理法分离提胶提供了依据 。种子中富含多糖胶外 ,还含有一定量蛋白质 、脂肪和纤维 ,分离提胶后的种
子副产物可作为饲料或生产绿色食品的原料 。
表 1　皂荚豆的物理化学组成
Table 1　Physical composition and chemical composition of the G.sinensis seeds
千粒重
/ g
体积质量
/ kg·m-3
种子构成%
种皮 内胚乳 胚芽子叶
化学成分%
聚糖 总氮 淀粉 蛋白 脂肪 总糖 可溶性糖 纤维 灰分 果胶
641.6 850 39.1 37.8 23.1 25.93 2.46 11.26 15.38 3.88 58.44 6.86 8.53 2.32 7.48
2.2　皂荚胶的主要性能指标
经测定皂荚胶的主要性能指标如下:含水率 10.2%,水不溶物 18.7%, 聚糖含量 68.6%,粘度
274 mPa·s ,pH 6.5 ,铅含量≤10 mg/kg ,砷含量≤3 mg/kg ,灰分为 1.16%。皂荚胶的表观粘度大于瓜
尔胶 ,是胡芦巴胶的两倍;皂荚胶中的铅 、砷等重金属含量符合食品添加剂标准的要求 。因此皂荚胶可
用以开发天然食品的增稠剂。
2.3　皂荚豆多糖中单糖组成及连接方式
图 1　甲基化多糖水解液的纸上色谱
Fig.1　Paper chromatog raphy of hydroly sate
from methylated polysaccharide
纯多糖经酸水解再经三甲基硅烷醚衍生化后气
相色谱分析 ,多糖中含有 D-半乳糖和 D-甘露糖两种
单糖 ,其摩尔比为 1∶2.55。甲基化多糖水解液纸上
层析表明(图 1),皂荚胶和瓜尔胶的甲基化单糖各自
出现上 、中 、下 3个斑点 ,比移值相同 ,分别为 0.261
(下), 0.607(中),0.878(上)。这 3个比移值与文献
报道基本相同。在同一展开剂中(上)应为 2 , 3 , 4 ,6-
四-O-甲基-D半乳糖 ,(中)为 2 ,3 , 6-三-O-甲基-D 甘
露糖 ,(下)为 2 ,3-二-O-甲基-D 甘露糖[ 5] 。因此皂荚
胶的甲基化单糖和瓜尔胶的甲基化单糖是一致的 ,其
连接方式是主链以 β-(1 ,4)-苷键连接的 D-吡喃甘露糖 ,支链是以α-(1 ,6)-苷键连接的 D-吡喃半乳糖。
2.4　皂荚豆多糖红外光谱及氢谱分析
皂荚豆多糖红外光谱数据表明 ,样品在 3 413 cm-1 、2 938 cm-1 、1 617 cm-1 、1 387 cm-1 、1 085
cm
-1和 898 cm -1测得有吸收峰(图 2),说明皂荚豆多糖具有多糖类物质的一般特征 ,且有 β型糖苷键。
皂荚豆多糖 HNMR谱数据表明 ,样品的化学位移为 5.07 、4.80 、4.17 、4.05 、3.98 、3.84 、3.81 、3.78
和 3.62(图 2),该数据与文献报道的瓜尔胶 HNMR谱化学位移数据基本相同[ 6～ 7] ,从积分数据计算得
皂荚豆多糖中半乳糖和甘露糖比例为 1∶2.46。
2.5　皂荚胶的流变性质
30 ℃皂荚胶水溶液流变曲线见图 3 。由图 3可以看出 ,0.5%皂荚胶水溶液在剪切速率范围内 ,剪
切速率与粘度不相关;对较高浓度的溶液 ,粘度随剪切速率增大而降低 ,假塑性程度随溶液的浓度增加
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　2003年　总第 103期　　　　　　　　蒋建新等:皂荚豆组成及皂荚胶的流变性质
图 2　皂荚胶多糖红外光谱及 HNMR谱图
F ig.2　IR and HNMR spectrum of a G.sinensis gum
图 3　30 ℃皂荚胶水溶液的流变曲线
Fig.3　Effect o f visco sity by concentration and
shear speed of G.sinensis gum a t 30 ℃
而增加。
温度 、时间及 pH对皂荚胶水溶液粘度的影响见
图 4。从图 4可以看出 ,皂荚胶粘度随溶液温度的升
高而降低 ,粘度降低幅度大于瓜尔胶。
皂荚胶制备的水溶液 30 ℃时粘度随着水化时
间的增加而增加 。水化时间超过 12 h 后 ,其粘度随
着时间的增加而降低;瓜尔胶放置 60 h左右 ,粘度降
为0;皂荚胶放置 96 h后 ,其粘度降为6 mPa·s。胶
液制备初始阶段 ,有少量胶未完全溶于水 ,因此随着
水合时间的增加 ,粘度增加;当胶液放置 12 h ,胶自
身携带的酶开始起降解作用 ,所以粘度下降;皂荚胶
抗生物降解能力大于瓜尔胶 ,可能是由于皂荚胶中
的少量皂甙对降解酶有抑制作用。
图 4　温度 、时间及 pH 对皂荚胶水溶液粘度的影响
Fig.4　Effects o f temperature , time and pH on the viscosity of a 1% G.sinensis gum
另外 ,pH对皂荚胶 30 ℃时的水溶液粘度也有一定的影响 ,但影响不大 。皂荚原胶 pH 为 6.5 ,酸性
溶液中随着 pH减小粘度有降低的趋势 ,碱性溶液中随着 pH 增加粘度增加 。
3　结　论
皂荚豆物理构成分析测定结果 ,其内胚乳含量为 37.8%,内胚乳中聚糖含量为 68.6%,皂荚豆资源
是可供工业化开发的植物胶资源;皂荚豆的化学组成分析表明 ,分离提胶后的种子剩余物可作为蛋白饲
料或生产绿色食品的原料;多糖结构分析表明 ,皂荚多糖胶为半乳甘露聚糖胶 ,主链是以 β-(1 ,4)-苷键
连接的 D-吡喃甘露糖 ,支链是以α-(1 ,6)-苷键连接的 D-吡喃半乳糖 ,半乳糖与甘露糖配比为 1∶2.5;皂
荚多糖胶的性能及流变学性质研究表明 ,皂荚胶的表观粘度大于瓜尔胶 ,皂荚胶将有可能成为高效增稠
剂应用于食品 、纺织 、造纸和采油等行业;皂荚胶粘度随浓度升高而升高 ,随 pH 的降低而有所降低 ,皂
荚胶的自然抗生物降解能力高于瓜尔胶 ,因而皂荚胶表现出比瓜尔胶更高的稳定性 。
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南 京 林 业 大 学 学 报(自 然 科 学 版)　　　　　　第 27 卷　第 1 期　
[ 参 考 文 献 ]
[ 1] 郑万钧.中国树木志[M ] .北京:中国林业出版社 , 1985:1 200-1 208.
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(责任编辑　李燕文)
简　　讯
“杨树 、泡桐高效营养保健注干剂的研究”通过鉴定
2002 年 12 月 14 日 ,由南京林业大学赵博光教授主持的“杨树 、泡桐高效营养保健注干剂的研究”项目通过江苏省科
技厅组织的鉴定。
(1)该项目对荒漠有毒灌草的毒性化学成分和其中所含的生物碱对林木病虫害的活性及防治机理进行了探讨。首
次发现了双稠哌啶类生物碱对鳞翅目昆虫产卵的抑制作用 , 苦豆子和披针叶黄华生物碱对多种林木真菌病害的抑制作
用 ,以及对马尾松毛虫的毒性和抑食作用及对环境细菌的抑制作用。研究结果为应用双稠哌啶类生物碱防治林木病虫
害奠定了基础。
(2)首次发现双稠哌啶类生物碱对杨树具有显著的促进生长作用。在大量室内试验的基础上 ,开发出以生物碱为基
础成分的杨树 、泡桐高效营养保健注干剂。这些注干剂对杨树的生长 ,特别是胸径的生长表现出了显著的增产效果。通
过大面积的林间试验 ,注干剂的增产作用在不同地区 、不同树龄得到了证实。在山东 、江苏和安徽的不同地点对不同树
龄 、不同品种的杨树均表现出很好的促进胸径生长的作用 , 在秋季的两个月的试验期间内其胸径净生长量增加了
63.8%～ 223%。 2002 年在荷泽对泡桐的林间试验结果表明 , 该类注干剂对不同树龄的泡桐同样具有促进胸径生长的
作用 ,其胸径净增长率较对照增加 29.1%～ 61.0%。注干剂在促进生长的同时 ,还对杨树虫害具有显著的防治效果。
该技术不仅对提高现有杨树和泡桐的木材生产具有很好的应用前景 , 而且为树木注干剂产业的形成和发展奠定了
基础 ,同时对我国西部荒漠化和沙漠化的防治与西部开发具有重要意义。
(科技处)
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　2003年　总第 103期　　　　　　　　蒋建新等:皂荚豆组成及皂荚胶的流变性质