Page 41 - 《精细化工》2020年 第10期
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第 10 期                         王善勇，等:  基于天然多糖的绿色表面活性剂                                   ·1971·


            4.1   天然的表面活性                                      够较为稳定地对固体颗粒进行分散                [73] 。除此之外，
                 与纤维素、淀粉以及壳聚糖相比，半纤维素具                          羟丙基改性也可以提高半纤维素的水溶性，并在一
            有较高的支链化程度和水溶性，在较低浓度下也可                             定程度上降低相之间的界面张力，这种降低效果会
            以显示较高的黏度，因此，被认为是一种优良的水                             随着取代度的增加而更为明显             [74] 。
            胶体  [66] 。天然的半纤维素通常具有较高的乙酰化程                       4.2.2    疏水官能化
            度，这些乙酰取代基可根据半纤维素提取方式的不                                 疏水官能团对半纤维素在相界面上的吸附至关
            同而具有不同的含量，为半纤维素提供一定的疏水                             重要，而半纤维素较低的疏水官能团含量使其具有
            能力，使其可以作为一种大分子表面活性剂对颗粒                             较低的表面活性，因此，需要对半纤维素进行疏水
            或液滴进行分散和稳定           [67-68] 。GX 和 GGM 可以显著        化改性使其具有更高的分子两亲性。然而，除非经
            降低乳液油水界面的表面张力，并有效增强水包油                             过较强的化学处理，半纤维素通常具有较差的水分
            乳液的形成和稳定性          [69] 。与商业稳定剂（Tween 20）          散性，进一步进行疏水改性则会造成更严重的分散
            相比，GGM 可以显著提高乳液的黏度，并能使乳液                           问题，因此，需要在不降低半纤维素水分散能力的
            在几个月内保持稳定          [69] 。并且，在乳化过程中，分               同时给予其更多的疏水官能团。
            子量较低的半纤维素更有利于形成较小的平均乳液                                 琥珀酸酐酰化改性可以同时为多糖分子提供亲
            液滴尺寸，并可以有效地阻止液滴的凝结。尤其是                             水官能团和疏水官能团，是一种提高半纤维素两亲
            GGM，在溶液中存在倾向于形成分子内和分子间组                            性能的有效手段。研究表明，琥珀酸酐酰化改性可
            装体的趋势，这些水性聚集体有可能形成所谓的                              以给半纤维素带来更多的表面电荷和疏水能力，这
            Pickering 乳液 [70] ，因此，具有显著高于 GX 的乳化                会使其具有更高的静电斥力和表面活性，将其应用
            稳定性。                                               于油水乳化，则显示出更低的平均乳液液滴尺寸和
                 此外，一些谷物种皮部分的半纤维素与蛋白质                          更高的乳液稳定性        [75] 。此外，琥珀酸酐酰化改性的
            具有共价连接，从而形成具有天然两亲性能的木聚                             半纤维素的乳化能力还与取代度有关，过高的取代
            糖蛋白胶，可作为良好的乳化剂和分散剂                        [71]  。  度并不会带来更好的效果。XIANG 等               [76] 将 APG 进
            XIANG 等   [72] 从酒糟中提取出具有两亲性的阿拉伯                    行琥珀酸酐酰化改性，获得具有可以媲美阿拉伯树
            木聚糖蛋白胶（APG），并与阿拉伯树胶进行了比较。                          胶性能的乳化剂，并在 pH>5 时显示出比阿拉伯树
            结果表明，APG 可作为乳化剂使油水乳化，具有与                           胶更加优异的乳液稳定性。这表明琥珀酸酐酰化改
            阿拉伯树胶相媲美的乳化性能。                                     性半纤维素可使其具有更高的表面活性，并具有较
                                                               高的油水乳化应用潜力。
                 然而，仅具有天然赋予的表面活性还不足以使
            半纤维素有更深入的应用（如乙酰基在碱性下极易                             5   植物胶类
            被脱除），因此，需要进行适当的化学改性。化学改
            性可以提高半纤维素的两亲性及表面活性，赋予其更                                天然的植物胶多糖是一种应用广泛的水胶体，
            强的乳化和分散能力，是半纤维素应用中的重要方                             主要由植物渗出胶、种子胶和海藻胶等组成，其多
            向。                                                 糖分子通常与蛋白质或脂质发生部分化学结合，从
            4.2   改性半纤维素                                       而拥有一定的两亲性，可以作为增稠剂、胶黏剂、
                 对于大多数半纤维素而言，多样性的结构使其                          乳化剂和分散剂等应用于食品和日化行业。
            具有各异的水溶性和表面活性，因此，需要有针对                             5.1   果胶
            性地对其水溶性和表面活性进行提升，从而进一步                                 果胶是一种酸性水胶体，广泛分布于高等植物
            拓宽半纤维素的应用范围。                                       的根、茎、叶和果实等的细胞初生壁和次生壁，对
            4.2.1    亲水官能化                                     植物的生长和发育起关键作用。果胶的确切化学结
                 半纤维素提取过程中取代基和支链的脱除有利                          构仍存在争议，通常认为其主链是一种具有高度水
            于提高其分子链的规整程度，即分子链会发生部分                             溶性的 D-半乳糖醛酸通过 α-1,4-糖苷键连接而成，
            结晶，这种结晶不利于半纤维素在水中的分散，因                             但部分糖醛酸主链会被 L-鼠李糖打断，因此，会导
            此，需要对其进行亲水改性以提高其水溶性，这种                             致 D-半乳糖醛酸链的线形构象不连续                [77] 。果胶分子
            亲水改性可以通过醚化反应来实现。半纤维素羧甲                             链共由 D-半乳糖醛酸、D-半乳糖和 L-阿拉伯糖等
            基化是提高其水分散性能的一种有效手段，研究表                             17 种不同的单糖通过 20 种不同连接方式连接而成，
            明，水分散性能提高的羧甲基半纤维素并不能显著                             其主链 D-半乳糖醛酸的 2,6 位易被 O-乙酰基取代、
            降低分散相与介质之间的表面张力，但其具有的表                             6 位易被甲基酯化       [78] ，这可赋予果胶部分疏水能力，
            面电荷可以在溶液中形成强烈的静电斥力，使其能                             但这对于主链的表面活性影响有限，其界面吸附能
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