全 文 ：河北科技师范学院学报　第 21卷第 3期 , 2007年 9月
Journal o fH ebe iNo rm al University of Science＆ Techno logy Vo.l 21 No. 3 Sep. 2007
皂荚瓜尔胶的提取及其性能
刘晓敏 1 , 董立峰2
(1河北科技师范学院 化学系 , 2分析测试中心 , 河北 秦皇岛 , 066600)
摘要:对皂荚种子中瓜尔胶的提取 、含量 、结构及其在不同浓度 、pH值 、剪切力作用下黏度的变化规律进行了
试验。结果表明:种子中 ,内胚乳的含量为 410. 2 m g /g, 内胚乳中瓜尔胶的含量为 475. 8 m g /g;用红外光谱设
备测得其结构符合半乳甘露聚糖结构通式;瓜尔胶溶液的比浓黏度随浓度的升高而增加 , 瓜尔胶为非牛顿流
体 , 其比浓黏度随剪切力的增大而显著减小;瓜尔胶溶液的特性黏度受 pH值的影响甚微 , 在中性条件下其特
性黏度最大。
关键词:瓜尔胶;黏度;特性黏度;比浓黏度
中图分类号:O636. 1 　　　文献标志码:A　　　文章编号:1672-7983(2007)03-0033-03
瓜尔胶 (英文名:G uar gum)是从皂荚豆内胚乳中提取的一种天然高分子植物胶 ,就分子结构来说
是一种非离子半乳甘露聚糖(图 1)。它是以 D-吡喃甘露糖单元之间以 β (1-4)苷键连接形成聚甘露糖
主链 , D-吡喃半乳糖以 α(1-6)键连接在聚甘露糖主链上 ,其中半乳糖与甘露糖单元之摩尔比约为 1∶
3. 2
[ 1 ～ 5] 。
图 1　瓜尔胶的分子结构
　　瓜尔胶成品为白色或微黄色 ,几乎无味 ,具有较好
的水溶性和可交联性 ,且在低浓度下能形成高黏度的稳
定性水溶液 ,作为增稠剂 、稳定剂 、黏合剂而广泛应用于
石油钻采 、食品医药 、纺织印染 、采矿选矿 、兵工炸药 、日
化陶瓷 、建筑涂料 、木材加工 、造纸 、农药等行业 [ 6, 7] 。国
外研究半乳甘露聚糖胶已有近百年的历史 ,我国从 20
世纪 70年代开始对其研究利用[ 8] 。近年来 ,由于分离
提取植物胶技术的提高和应用技术及应用领域的不断
拓宽 ,使这一研究领域倍受人们关注 。我国皂荚资源丰
富 ,分布面广 ,作为一种优良的生态经济型树种和绿色
产业树种 ,皂荚树的经济和社会性能日益受到人们关注 。皂荚种子是一种有巨大开发价值的野生植物
胶资源 ,同时皂荚种子中含有丰富的蛋白质 ,提胶后的副产物是开发天然绿色食品的优质原料。为此 ,
笔者对皂荚种子中瓜尔胶的含量 、结构和流变特性进行了试验研究 。
1　实验部分
1. 1　实验材料与仪器
实验材料:皂荚豆 ,从河北科技师范学院园内的皂荚树上采摘 ,经手工剥离所得。
实验仪器:乌氏黏度计 , 501型超级恒温器 , pH计 , NDJ-1型旋转黏度计。
药品:丙酮(分析纯 ,天津市耀华试剂有限公司生产 ),盐酸 (分析纯 ,唐山市路北区化工厂生产 ),
N aOH(分析纯 ,张家口市化学试剂厂生产)。
1. 2　实验内容及方法
1. 2. 1　种子中瓜尔胶含量测定及提取　称取一定量的皂荚种子 ,在电炉上煮沸 30 m in,至其变软 、充分
吸水膨胀后手工剥离得内胚乳 ,研磨成粉后烘干 ,称重 。重复以上操作 3次 ,计算皂荚种子中内胚乳含
量 。将上述实验中所得内胚乳粉分别用足量的水溶解 ,得到内胚乳溶液 ,经抽滤弃去不溶物后 ,向其中
收稿日期:2007-07-18;修改稿收到日期:2007-09-07
加入丙酮使瓜尔胶沉淀析出 ,过滤 ,烘干 ,得瓜尔胶纯品 。称重计算内胚乳中瓜尔胶的含量 。
1. 2. 2　瓜尔胶性能测定　配制初始质量浓度为 0. 559 g /L的瓜尔胶溶液 ,将其分别置于小烧杯后逐一
稀释成浓度不同的溶液 ,在 30℃的恒温器内用乌氏黏度计测其在不同浓度时的相对黏度 ηr =η/η0 ,其
中 η为溶液黏度 , η0为溶剂黏度 ,计算比浓黏度 ηsp /ρ=(ηr - 1) /ρ,其中 ρ为溶液浓度 。重复 3次得平
均值 ,作浓度与比浓黏度的关系图。
配制质量浓度为 5. 0 g /L的瓜尔胶溶液 ,用 NDJ-1型旋转黏度计测其分别在 6, 12, 30, 60 r /m in时
的比浓黏度 ,观察其黏度变化。
取瓜尔胶粉分别溶于不同 pH值的溶剂中 (稀盐酸或稀氢氧化钠溶液调节 ),在 30 ℃±0. 1 ℃下用
乌氏黏度法测定相对黏度 ,用外推法求特性黏度 [ η]值 ,考察 pH和对瓜尔胶特性黏度的影响。
1. 3　瓜尔胶多糖结构的鉴定
用 FTIR-8900红外光谱仪 , KB r压片法 ,对瓜尔胶产品进行红外光谱分析 。测定条件:分辨率 4. 0
cm
- 1 ,扫描范围 400 ～ 4 000 cm -1 ,扫描 20次。
表 1　皂荚种子中内胚乳及瓜尔胶含量
项目 含量 /(mg g - 1)
内胚乳　　　 415
内胚乳中的胶 805
种子中的胶　 334
　　　注:表中数据为 3次重复平均值。
2　结果与讨论
2. 1　皂荚种子中内胚乳和瓜尔胶含量的测定
皂荚种子中的瓜尔胶绝大部分存在于种子的内胚乳中。由表
1可以看出 ,皂荚种子中内胚乳含量为 415 mg /g;内胚乳中瓜尔胶
的含量为 805 mg /g;整个种子中瓜尔胶含量约为 334mg /g。可见
皂荚种子含有较丰富的瓜尔胶 ,是生产瓜尔胶的天然优良原料。
2. 2　皂荚瓜尔胶性能研究
2. 2. 1　浓度对瓜尔胶溶液比浓黏度的影响　皂荚瓜尔胶在很低浓度下便可形成高黏度溶液 ,当其质量
分数达到 30mg /g时便形成明显的胨状 。皂荚瓜尔胶的比浓黏度随浓度的升高而显著升高 (图 2)。这
是因为瓜尔胶是强亲水性高分子化合物 ,随着溶液浓度的增加 ,瓜尔胶分子链间的距离越来越小 ,因而
分子链间作用力增大 ,溶液黏度增大 。皂荚瓜尔胶的这一特性十分利于其在生产中的应用 。
2. 2. 2　剪切速度对瓜尔胶溶液比浓黏度的影响　瓜尔胶为非牛顿型流体 ,溶液黏度随剪切速度的增加
而降低 (图 3)。这与瓜尔胶的大分子结构有关:胶液静止时 ,溶液中的大分子链为无规则的线团 ,彼此
缠结在一起 ,对溶液产生很大的黏性阻力 ,当溶液受到剪切力的作用时 ,分子链中缠结点被解开 ,缠结点
减少 ,并被拉直取向 ,分子或质点沿流动方向排列成线 ,溶液黏度减小 ,并且在不同的剪切速度下 ,伸展
程度不同 ,从而表现出不同的表观黏度。随着剪切速度的增大 ,直线排列愈完善 ,溶液黏度就愈低。
图 2　浓度对瓜尔胶比浓黏度的影响　　　　　　　　图 3　剪切力对瓜尔胶比浓黏度的影响
2. 2. 3　pH值对瓜尔胶溶液特性黏度的影响　当瓜尔胶溶液 pH值低于 6. 0时 ,随着溶液 pH值的升
高 ,溶液特性黏度呈不明显的上升趋势(图 4);而当溶液 pH值高于 6. 0时 ,随着溶液 pH值升高 ,溶液
特性黏度呈不明显的下降趋势 。总的看来 ,瓜尔胶在酸或碱性条件下是稳定的。从瓜尔胶原粉结构上
看 ,半乳糖为支链 ,甘露糖为主链 ,固态下通常以卷曲的球形结构存在 ,非离子性使其在酸或碱性溶液中
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受阴 、阳离子的影响很小。皂荚的这一特性也有利于其在各种环境中的应用 。
2. 3　皂荚瓜尔胶的红外光谱分析
从瓜尔胶的红外光谱图可以看出 , 3 448. 5 cm - 1是-OH伸缩振动峰 (图 5);2 923. 9 cm -1和 2 854. 5
cm
- 1的 C-H键的对称和不对称伸缩吸收 , 1 384. 8 cm - 1的吸收峰是由于羟甲基-CH2 -的弯曲振动引起;1
026 ～ 1 145 cm -1的吸收峰是醇 O-H弯曲和 C-O的伸缩振动引起;而 λ=875. 6 cm - 1的吸收峰为缩醛的
对称伸缩振动。与朱莉伟等 [ 8]报道的瓜尔胶红外光谱图(图 6)相比 ,两者特征吸收峰相近 ,基本可以确
定实验中提取的皂荚瓜尔胶为半乳甘露聚糖。
　　图 4　pH对瓜尔胶溶液特性黏度的影响　　　　　　　　　　　　图 5　瓜尔胶红外光谱图
图 6　野皂荚多糖红外谱图
3　结　　论
皂荚种子中含有丰富的瓜尔胶 。皂荚瓜尔胶在低浓度下
即可形成黏度很高的溶液 ,且受溶液的 pH值变化影响很小;
皂荚瓜尔胶为非牛顿流体 ,随着切变速度的增加溶液黏度降
低 ,红外光谱分析表明皂荚瓜尔胶为半乳甘露聚糖 。
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作者简介:刘晓敏(1976-),女 ,助教 。主要研究方向:功能材料。
(责任编辑:朱宝昌)
(下转至第 66页)
35　3期　　　　　　　　　　　　　刘晓敏等　皂荚瓜尔胶的提取及其性能
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作者简介:马巨海(1979-)助教 ,硕士。主要研究方向:能量原理及应用。 (责任编辑:石瑞珍)
Application of theM ixed Var iablesM ethod for Solving the Bending Problem of
the th ick rectangular P late on E lastic F oundation
MA Ju-ha i, CHEN Ying-jie
(Institu te of C ivil Eng inee ring andM echanics, Yanshan University, Q inhuangdao Hebe i, 066004, China)
Abstract:The princip le ofm inimum po ten tia l ene rgy of m ixed variab les method is app lied to solve the ben-
ding problem of the p late w ith four edges simp ly supported by e lastic foundation unde r severa l concentrated
loads. Deflection surface equation and stress func tion equation are g iven for elastic founda tion plate under six
points act of concentrated loads, and value computation is done. The re sults are analyzed and contrasted to fi-
nite element resu lts.
Key words:m ixed variab lesmethod;six po ints act;concentrated loads;elastic foundation;thick rec tangu lar
plate
(上接第 32页 )
TOi 2 /Fe3O4 Photochem ica lCatalysisDegradation for P-Nitrophenol
SHEN X i-ha i, SHAO Li-jun, SONG A i-jun, ZHAO Y ing, ZHENG G uo-yong
(Dept of Chem istry, HNUST, Q inhuangdao Hebei, 066600 , China)
Abstract:The composite magne tic photo-cata lysts T iO2 /Fe3O4 samplesw ere prepared by sol-ge l process, which
are liable to separate and recyclem ix ture o f solid and liquid. The photochem ica l cata ly sis degradation of p-nitro-
pheno l in w aterw ith TiO2 /Fe3O4 was studied using UV light source at 30W. The results show that the doping
quantity under the optimum condition is nTi:nFe =50︰ 1, the best quan tity of ca taly sts is 1. 0 g /L w ith the
hours o f ray radiation increasing, the d isposing rate o f p-nitrophenol raises, after one hou r ray radiation, the rate
of deg radation arrives at 87%. And the cata lystsmay circulate use and reduce the environmental pollu tion.
Key words:magne tic ca talysts;p-nitrophenol;pho tochem ical ca taly sis deg rada tion
(上接第 35页 )
Extraction and Properties ofG. heterophylla Bunge Guar Gum
LIU X iao-m in1 , DONG Li-feng2
(1 Dept o f Chem istry, HNUST , 2 Analy sis and Testing C ente r, Q inhuangdao Hebei, 066600, China)
Abstract:The ex traction of guar gum from the seeds o fG. heterophy lla Bunge, its content and struc ture, and
the v iscosity change affected by the concentra tion, pH and shear ratew ere investigated. The resu lt showed tha t
the content o f endo sperm in the seeds w as 41. 05%, and the con tent of the gum in endosperm was 47. 59%.
Analyses by IR show ed that the structu re o f the gum ag rees w ith the general structura l formula o f ga lactoman-
nans. Guar gum cou ld be considered to be non-New ton ian fluids. The reduced viscosity o f the gum so lution in-
creased w ith the rising o f its concentration, and decreased obv iously w ith the rising o f shear ra te. The intrinsic
viscosity could be influenced feeb ly by pH va lue of the solution, and itw asmaximal under neu tral condition.
Key words:guar gum;viscosity;reduced v iscosity;intrinsic v iscosity
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