全 文 ：裸燕麦麸皮 β -葡聚糖特性及与食用胶的比较研究
张美莉1　高聚林2　乌汉其木格1　张艳芳1
1(内蒙古农业大学食品科学与工程学院 ,呼和浩特市 , 010018)　2(内蒙古农业大学农学院 ,呼和浩特市 , 010018)
摘　要　以内蒙古产裸燕麦麸皮为原料提取β-葡聚糖 ,并通过 NDJ-7 型旋转黏度计及 BrookFiel d 黏度计对其
流变学特性进行研究。结果表明:裸燕麦麸皮中的 β -葡聚糖溶液表现出明显的假塑性流体的性质。在较低浓
度下 20%蔗糖溶液体系较水溶液体系黏度明显增加;高浓度下蔗糖的存在与否对 β-葡聚糖的黏度影响不大。
在中性条件下 ,β -葡聚糖分子有良好的热稳定性;温度对 β-葡聚糖溶液黏度的影响较大 , 温度升高 , 黏度迅速
减小。较低浓度的 β-葡聚糖溶液与 CMC 产生的黏度相近。
关键词　裸燕麦麸皮 ,β -葡聚糖 ,流变学特性 , 热稳定性 ,食用胶
第一作者:博士 ,副教授。
收稿日期:2006-03-12 ,改回日期:2006-06-14
　　燕麦是一种较抗旱 、耐寒 、耐瘠 、喜阴凉长日照 、一年生作
物。燕麦 β-葡聚糖是一种水溶性膳食纤维 , 主要存在于燕麦
籽粒的糊粉层和亚糊粉层。燕麦经加工后 , β -葡聚糖在麸皮
中得到富集。燕麦麸皮是燕麦粉加工过程中的副产品 , 由于
其中含有较高含量高品质的膳食纤维而受到人们的关注。国
内燕麦麸皮中的 β-葡聚糖含量一般在 5%～ 10%[ 2] 。
β-葡聚糖是一种线形无分支黏多糖 ,通过 β-(1-3)和 β
-(1-4)糖苷键把 β-D吡喃葡萄糖单位连接起来的一种高
分子聚合物 ,其中约有 70%的 β -(1-4)键和 30%的 β-(1-
3)键[ 3 , 4] 。β-葡聚糖溶于水后形成高黏度的溶液 , 人们利用
它的这一物理特性可望应用于食品增稠剂 、稳定剂等方面。
经大量研究表明 β-葡聚糖具有降低血糖 、降低胆固醇[ 5] 、减
少心血管疾病 、预防糖尿病等生理功能 , 而这些生理功能与它
的黏度性质有关[ 6] 。我们以内蒙古产裸燕麦麸皮中提取的 β
-葡聚糖为研究对象 ,对它有可能作为食用胶的特性进行研
究 ,为生产实践中 β-葡聚糖的应用提供科学的理论依据。
1　材料与方法
1.1　实验原料
裸燕麦品种:永 4920。裸燕麦麸皮:内蒙古武川县。
1.2　实验仪器
NDJ-7 型旋转式黏度计:上海天平仪器厂;BrookFiel d
DV-E Viscometer:日本;RE-522AAA 旋转蒸发器:上海嘉鹏
科技有限公司;ZK-35 真空干燥箱:天津市华北实验仪器有
限公司;LG10 -2.4A 离心机:北京医用离心机厂;UV -
VIS8500型分光光度计:上海天美科学仪器有限公司;PHSJ-
3F 型酸度计:上海精科有限公司;恒温水浴锅 、分目筛(40 目 、
60 目 、80目)等。
1.3　实验试剂
α-淀粉酶:北京双旋微生物培养基制品厂;海藻酸钠:上
海天莲精细化工有限公司;卡拉胶 、黄原胶 、CMC:天津市化学
试剂三厂;实验用水为蒸馏水 , 其它试剂均为分析纯。
1.4　实验方法
1.4.1　β-葡聚糖的提取方法[ 6]
燕麦麸皮※过筛分目※烘干※乙醚去脂肪※80%乙醇洗
涤※碱液提取※离心收集上清液※去蛋白※离心收集上清液
※去淀粉※醇析※离心收集沉淀※干燥※β-葡聚糖粗品
1.4.2　β-葡聚糖纯度的测定
1.4.2.1　标准曲线制备
精密吸取葡萄糖标准液(浓度为 0.2 mg/mL)0 , 0.2 , 0.4 ,
0.6 , 0.8 , 1.0 mL ,定溶至 2 m L ,加入 1 mL 5%的苯酚溶液 ,再
迅速加入 5 mL浓 H2SO4 , 摇匀静置 10 min , 然后于 25℃水浴
锅中反应 20 min。用分光光度计在 485 nm 波长处以空白试
剂为参考 , 测定吸光值(A)。以葡萄糖浓度为横坐标 , 吸光值
为纵坐标制作标准曲线。 得到回归方程为:Y=0.013 8X+
0.207 3 , R2=0.998 8。
1.4.2.2　β-葡聚糖含量的测定
分别溶解 0.01 g 不同粉碎度提取的 β -葡聚糖 , 定容至
100 m L容量瓶中 , 取 1 m L ,定容至 50 m L。
吸取上述溶液 2 mL , 测定吸光值 ,带入方程计算样品中 β
-葡聚糖的含量 。
1.4.3　β-葡聚糖的流变学性质
用热水(65℃)、20%的蔗糖溶液和 20%的 NaCl溶液分别
配制不同浓度的 β-葡聚糖系列溶液 , 20℃下在 BrookField 黏
度计上分别测定其黏度 , 绘制黏度曲线。
1.4.4　β-葡聚糖热稳定性测定
每组备容量瓶 7 个(每个 50 mL), 分别盛装 pH4 和 pH7
的 0.49%的 β -葡聚糖溶液 ,密封后放入 100℃的烘箱内 , 在
0 , 0.5 , 1 , 2 , 3 , 5 , 7 h 时 ,利用 NDJ-7型旋转黏度计 , 测定相对
黏度 , 比较它们的热稳定性。
1.5　数据统计分析方法
使用 SPSS 软件 ,方差分析采用新复极差法。
2　结果与分析
2.1　β-葡聚糖溶液的剪切稀化特性
用热水(65℃)、20%的蔗糖溶液和 20%的 NaCl溶液分别
食品与发酵工业 FOOD AND FERMENTAT ION INDUSTRIES
44　 2006 Vol.32 No.8(Total 224)
DOI :10.13995/j .cnki.11-1802/ts.2006.08.011
配制的浓度为 0.98%、0.49%、0.35%和 0.1%的 β-葡聚糖
溶液 ,黏度曲线如图 1 所示。由于 20%的 NaCl溶液与水溶液
的黏度相差无几 , 故图 1 中只标出水溶液的黏度。
β-葡聚糖溶液的浓度分别为:a-0.98%, b-0.49%, c-0.35%, d-0.1%
图 1　不同浓度 β-葡聚糖黏度曲线
　　从图 1 中可以看出 ,β -葡聚糖溶液的黏度随剪切速率的
升高而降低 ,表现出明显的非牛顿流体的性质[ 7] 。
2.2　溶剂对不同浓度 β-葡聚糖黏度的影响
图1 显示 ,β -葡聚糖溶液在低浓度范围(0.1%～ 0.49%)
时 ,20%蔗糖溶液体系较水溶液体系黏度明显增大;高浓度
(0.98%)时 ,与水溶液体系黏度相差不大。这可能是由于在
低浓度时 ,蔗糖在溶液中的相对含量增高 , 这些小分子填充了
大糖分子的间隙 ,使大分子各支链间的氢键交联度增加了 , 体
系网络化结构的程度明显增加 , 使得混合体系黏度升高 , 多糖
分子间的协同效应不断增强;而当 β-葡聚糖溶液浓度增大
后 ,蔗糖在溶液的相对含量减小 , 使以上作用减弱 ,因此增稠
效果不明显。
20%NaCl溶液体系与水溶液体系中 β-葡聚糖的黏度相差
无几(图1 中未标出 20%NaCl溶液体系的 β-葡聚糖的黏度),说
明中性盐 NaCl的存在对 β-葡聚糖体系黏度的影响不大。
2.3 剪切速率对不同浓度 β-葡聚糖黏度的影响
在水溶液体系中 , 低水平剪切速率范围内(256.5 ～
307.8/ s), 随 β-葡聚糖浓度的下降 , β -葡聚糖的黏度有明显
的下降趋势;而随着剪切速率的增加 , 相邻浓度间 β -葡聚糖
的黏度变化不显著(表 1)。
　　在蔗糖溶液体系中(表 2), 较低的剪切速率下(256.5/ s),
在高浓度范围内随 β-葡聚糖浓度的降低 β-葡聚糖的黏度明
显下降 ,但浓度继续下降后相邻浓度间 β-葡聚糖的黏度变化
不明显。当剪切速率增大时(307.8/ s), 在高浓度范围黏度变
化不显著 , 而随着浓度的降低 ,其黏度下降又趋于明显。继续
增大剪切速率时 ,β -葡聚糖的黏度值较稳定 , 受浓度变化影
响较小。
表 1　水溶液中 β -葡聚糖的黏度　mPa.s
剪切速率
/ s-1
浓度(%)
0.98 0.49 0.35 0.1
256.5 2.18 A 1.55 B 1.35 C 1.01 D
307.8 1.61 A 1.38 B 1.12 C 0.83 D
513 1.22 A 1.12 AB 0.96 B 0.68 C
780 1.12 A 0.95 AB 0.81 B 0.56 B
　　注:字母 A 、B、C 、D表示α=0.01的显著水平。
表 2　蔗糖溶液中 β -葡聚糖的黏度　mPa.s
剪切速率
/ s-1
β-葡聚糖浓度/ %
0.98 0.49 0.35 0.1
256.5 2.23 A 1.82 B 1.73 BC 1.56 C
307.8 1.68 A 1.65 A 1.46 B 1.31 C
513 1.24 A 1.37 A 1.28 A 1.18 B
780 1.13 A 1.22 A 1.14 A 1.04A
　　注:字母 A 、B、C 、D表示α=0.01的显著水平。
2.4　β-葡聚糖的热稳定性
不同 pH 值的 β-葡聚糖溶液(浓度为 0.49%)的黏度在
热处理过程中的变化情况见图 2。在 100℃下处理不同 pH 值
的 β-葡聚糖溶液一段时间后 , 其黏度均有所下降。黏度下降
的程度间接代表了分子的解聚程度。 1 h 后 , 在 pH7 的环境
研究报告
2006年第 32卷第 8期(总第 224期) 45　
下 ,黏度减小的幅度较小 , 仅有 5.71%, 而 pH4 时黏度减小了
12.4 %, 这与 β -糖苷键在酸性条件下容易发生水解有关。
pH7 的溶液在100℃下处理5 h后黏度值趋于稳定 ,而 pH 4 的
溶液则在 100℃下处理 3 h 后黏度值就基本没有变化。
图 2　β-葡聚糖溶液的热稳定性(100℃, 0.49%)
图 3　β-葡聚糖与其它食用胶的热稳
定性比较(100℃, 0.49%)
　　与常用的食用胶相比较 , 在pH 7 的条件下 , 1 h 后黄原胶
的黏度下降了 15.6%, CMC 下降了 36.4%, 卡拉胶下降了 35
%,而海藻酸钠下降了 22.8%, 都大于 pH7 下的 β-葡聚糖的
5.71%(图 3)。这就充分表明了在中性条件下 β-葡聚糖较其
它食用胶具有更好的热稳定性。
2.5　温度对 β-葡聚糖黏度的影响
备 7个具塞三角瓶 , 均盛装 0.49%的 β-葡聚糖溶液 60
m L ,在恒温水浴锅中加热 ,在不同温度下利用 NDJ-7 型旋转
黏度计测定其黏度 ,得出温度对 β-葡聚糖黏度的影响曲线。
图 4　温度对β -葡聚糖溶液黏度的影响
从图 4 中可以看出 ,温度对 β-葡聚糖的黏度特性有较大
的影响。随着温度的升高 ,β -葡聚糖溶液的黏度迅速降低。
2.6　β-葡聚糖与食用胶流变特性的比较
从 β-葡聚糖所具有的流变特性来看 , 即使是低浓度的溶
液也能产生很高的黏度 , 这就为它在食品中用作增稠剂和稳
定剂提供了可能。我们进行了相同浓度下 β -葡聚糖与几种
常用的食品胶如黄原胶 、卡拉胶 、海藻酸钠 、CMC 等产生的黏
度性质的比较。
图 5　β-葡聚糖与几种食用胶溶液黏度
比较(浓度 0.1%)
　　从图 5 可以看出 , 5 种胶溶液的黏度均随着剪切速率的增
大而减小 ,表现出剪切稀化的假塑性流体的特性。同一浓度
下 ,海藻酸钠的黏度最大 , 其次是黄原胶 , 远远高于卡拉胶 、
CMC 和 β-葡聚糖。β-葡聚糖产生的黏度最小。这与其它
资料报道的在同浓度下 β-葡聚糖的黏度较高[ 6]不同。这可
能与实验用的 β-葡聚糖的纯度有关。本实验用的另外的几
种食用胶均为市售产品 ,它们的纯度都达到了 99%以上。而
实验用的 β-葡聚糖的纯度仅为 40%。进一步配制 β-葡聚
糖纯含量达 0.1%的溶液 , 与其它 4 种增稠剂的黏度进行对
比 ,见图 6。
图 6　0.1%的纯 β-葡聚糖与其它食用
胶黏度的比较
由图 6 可以看出 , 在同样浓度下 , β -葡聚糖黏度虽不是
最高的 , 但是比 CMC 的黏度要高 , 且这时的浓度仅仅为
0.1%, 在低浓度下 β-葡聚糖就能产生高的黏度 , 因此 , 作为
食品增稠剂将会有很好的应用前景。
3　讨　论
β-葡聚糖溶液的黏度随剪切速率的升高而降低 , 表现出
明显的非牛顿流体的性质。导致这种剪切变稀的原因可能
是 ,溶液中的 β-葡聚糖分子具有长的线性分子链 , 而且分子
间存在着相互缠绕或交连 , 在静止或低剪切率下将保持内部
的不规则次序 , 因此具有相当高的内部阻力阻碍流动。随剪
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切速率的增大 ,悬浮于液体中的颗粒将沿顺长轴顺依的方向
流动。链状分子沿驱动力方向缠绕 、拉伸和取向 , 排列后的颗
粒或分子更容易相互滑过 , 导致黏度迅速下降。另一个可能
的原因就是 β-葡聚糖分子中含有大量的亲水性基因 , 静止状
态下溶质分子与水分子存在着一种相互包容的关系 , 剪切速
率的加大使溶解的 β-葡聚糖分子脱出一层溶剂 , 形成溶质分
子外膜 ,于是引起流动阻力的分子间的相互作用减弱了 , 从而
导致黏度的降低[ 6] 。
在本实验条件下 ,相同浓度的 β-葡聚糖与其他食用胶相
比β -葡聚糖产生的黏度最小。这与其它资料报道的在同浓
度下β-葡聚糖的黏度较高[ 6]不同。这可能与实验用的 β-葡
聚糖的纯度有关。食用胶均为市售产品 , 纯度都达到了 99%
以上。而实验用的 β-葡聚糖的纯度仅为 40%。进一步配制
β-葡聚糖纯含量达 0.1%的溶液 , 与其它 4 种增稠剂的黏度
进行对比 , 结果发现 β -葡聚糖溶液黏度与 CMC 产生的黏度
相近 , 且具有显著的剪切稀化的特性 , 有良好的增稠效果。β
-葡聚糖还具有良好的热稳定性 , 这些性质决定了它在用作
食品增稠剂和稳定剂等方面有着巨大的应用前景。
4　结　论
(1)从内蒙古产裸燕麦麸皮中提取的 β -葡聚糖 , 在较低
浓度下 20%蔗糖溶液体系较水溶液体系黏度明显增加;在较
高浓度下 ,蔗糖的存在与否对 β-葡聚糖的黏度影响不大。
(2)在中性条件下 ,β -葡聚糖分子有良好的热稳定性;温
度对 β-葡聚糖溶液黏度的影响较大 , 温度升高 ,黏度迅速减
小。
(3)在低水平剪切速率范围内 , 随 β -葡聚糖水溶液浓度
的下降 , 其黏度有明显的下降趋势;而随着剪切速率的增加 ,
相邻浓度间 β-葡聚糖的黏度变化不显著 。蔗糖溶液体系中 ,
较低的剪切速率下 , 在高浓度范围内随 β-葡聚糖浓度的降低
β-葡聚糖的黏度明显下降;当剪切速率较高时 , β -葡聚糖的
黏度值较稳定 , 受浓度变化影响较小。
(4)裸燕麦麸皮 β-葡聚糖溶液在较低浓度下与 CMC 产
生的黏度相近 , 且具有显著的剪切稀化的特性 , 有良好的增稠
效果。
参 考 文 献
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Comparison Study on Properties of Naked Oat Bran β -glucan
Solution with Edible Glue
Zhang Meili1 　Gao Julin2 　Wu Hanqimuge1 　Zhang Yanfang1
1 (College of Food Science and Engineering , InnerMongolia Ag ricultural University , Huhhot 010018 , China)
2(College o f Ag ronomy , I nnerMongolia Agricultural University , Huhho t 010018 , China)
ABSTRACT　β -glucan w as prepared f rom naked oat bran.Its f low properties w ere studied using NDJ-7 roto ry
viscometer and Brook Field viscometer.Resultes indecated that β-glucan solution w as not thixotropic.The viscosi-
ty of 20% sucrose solution system is obviously higher than that of w ater solution system in low er consistency β -
g lucan solution.On the contrary , β-glucan has nearly no effect on the viscosity of β-glucan in high concentrat ion β
-glucan solution.β-g lucan molecule has good heat stabili ty at pH 7.0.Temperature had a major effect on the vis-
cosity of β-g lucan since the viscosity decreased quickly astemperature increased.The viscosity of low er consistency
β-glucan solution is close to CMC.
Key words　nake doat bran , β-g lucan , rheological properties , heat stability , edible glue
研究报告
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