利用原子力显微镜观测自然界中的多糖分子

利用AFM可对自然界的多糖网络例如植物细胞壁进行观测,得到关于植物细胞结构方面的信息以及组成细胞壁的多糖分子的结构形貌及其在细胞壁中的联结形式,从而对水果及蔬菜的组织结构进行一系列的研究。此外,还可以由AFM所得到的高分辨信息研究植物在生长过程中细胞壁组织结构的改变以及不同细胞壁成分对水果和蔬菜组织性质的影响。对高分子单体的研究AFM可进行分子级,甚至原子级的表面形态学观察,对于许多组成食品材料的高分子单体都能进行表面形态学的表征,进而可以对各食品材料的性质及功能进行讨论和比较,得出有益于各种研究开发的结果,并为实际生产提供理论依据。

多糖分子多糖在食品工业中常作为增稠剂、稳定剂、乳化剂等使用,它们的各项性质与其在工业中的应用范围和使用条件关系密切,而这些性质又往往与分子的尺寸及结构特性有关。利用AFM可对这些多糖分子的尺寸、表面形貌进行观测,研究各多糖的性质,例如粘性、增稠性等。已有学者运用AFM对果胶/黄原胶/卡拉胶/阿拉伯木聚糖/虫草多糖等多糖大分子物质进行单分子或分子间网络结构的观察,同时对纤维素衍生物的单晶结构的研究也有相关的报道。值得注意的是,对多糖分子进行预处理（如分馏提纯）时,缓冲溶液的浓度对AFM的成像结果影响很大,因为多糖分子在高离子强度的缓冲溶液下会形成某种聚集体或结晶,阿拉伯木聚糖分子在高浓度（＞2mM）的碳酸铵缓冲溶液下发生聚集,在云母表面形成树枝状的边界结构,而不再存在单个的阿拉伯木聚糖分子。所以,在运用AFM观测多糖分子单体时必须考虑到缓冲溶液的影响。

对多糖分子进行观测发现,有较多多糖分子具有分支状链结构,利用某些试剂可对主链与支链之间的糖苷键进行一定的研究,从而对这些多糖的分子形态及其对性质的影响做出微观层次上的比较或阐述,并有望就外界条件对多糖分子或多糖网络结构的影响做进一步的研究。本课题组研究了PH值对果胶分子的影响,发现线形的果胶分子在低PH值的情况下会发生缠绕,形成丝团状物质,从微观层面上解释了果胶溶液在酸性条件下稳定性下降的原因,并且为实际生产中提高食品稳定性的条件提供了理论参考。本课题组还将进一步运用原子力显微镜研究多糖与蛋白质的相互作用对食品稳定性的影响,并期望由此得到最佳条件下多糖与蛋白质的配比浓度。