到目前為止，黃原膠分子通過(guò)一般的凝膠法是不能形成水凝膠的[30>32],然 而，當(dāng)黃原膠分子在一定的退火溫度下隨后冷卻后能形成凝膠溶液[33-35]。研宄 表明，當(dāng)黃原膠達(dá)到一定的退貨溫度后隨即冷卻能夠形成凝膠溶液，通過(guò)落球方 法（FBM)能夠發(fā)現(xiàn)當(dāng)達(dá)到35°C以上的溫度的時(shí)候能夠形成凝膠溶液，其中溶液 的均一,性依靠退火時(shí)間[31，34，35]。為了研宄黃原膠分子在退火溫度、退火時(shí) 間下的自組裝行為，在這一部分中我們用原子力顯微鏡研宄了黃原膠分子的形貌 結(jié)構(gòu)，解釋了退火效應(yīng)對(duì)黃原膠分子的影響。正如實(shí)驗(yàn)部分所說(shuō)的，我們準(zhǔn)備了 不同的退火溫度和不同的退火時(shí)間黃原膠溶液，溶液的濃度為0.01g/L，經(jīng)過(guò)原子 力顯微鏡的觀察，可以看到清晰的形貌結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)了一定的規(guī)律。

 

圖4-1中，顯示了在退火溫度為60°C下不同退火時(shí)間的黃原膠分子形貌圖， 形貌圖的尺寸大小都是4000nmx4000nm，這四幅圖的退火時(shí)間分別為（a): 30分 鐘，（b): 4小時(shí)，（c): 6小時(shí)，（d): 9小時(shí)。從形貌出向上我們可以看出，當(dāng)樣品退 火30分鐘的時(shí)候，黃原膠分子自組裝成一塊，聚集在一起，不均一，形成小的

圖4-2 60°C下黃原膠分子高度頻率分析SPIP軟件統(tǒng)計(jì)圖

Fig.4-2. height frequency of xanthan gum molecules with SPIP software at annealing temperature of 60 〇C.

膠狀顆粒和部分細(xì)絲狀體，這主要是溶液溶解不充分；然而當(dāng)樣品退火4個(gè)小 時(shí)，黃原膠分子均一展開(kāi)，形貌看起來(lái)類似于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)不同完全形成，許多 鏈狀還處于分離狀態(tài)；通過(guò)進(jìn)一步退火6個(gè)小時(shí)，在云母表面形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)； 當(dāng)繼續(xù)退火到9個(gè)小時(shí)后，黃原膠分子自組裝成更加均一，相互纏繞的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 被完全形成，和圖3-2中（b)圖比較來(lái)看，基本一致。因此我們得出結(jié)論，在相 同的退火溫度下，隨著時(shí)間的增加，一個(gè)相互纏繞的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更易于形成。

圖4-2黃原膠分子在60°C退火溫度下，通過(guò)SPIP圖像處理軟件對(duì)黃原膠分 子的形貌圖像進(jìn)行高度頻率分析的統(tǒng)計(jì)圖，其中(a) 30分鐘（b) 4小時(shí)（c)6小時(shí) (d) 9小時(shí)的高度頻率分析統(tǒng)計(jì)圖，我們可以從圖4-2(a)中，我們可以看出在退火 溫度在60C下經(jīng)過(guò)30分鐘的高度頻率分布，高度分布很不均勻，高度分布范圍 較廣，分布在0-2.0nm之間，并且集中分布在0-0.8nm之間，在2.0nm左右也有 分布，我們可以知道在這個(gè)范圍在圖4-2 (a)形貌圖像中是由于形成一些小的膠 狀顆粒的高度。4-2(b)中我們可以看出，高度頻率分布相對(duì)來(lái)講比較均一，高度 分布范圍在0-1.4nm之間，但是高度分布的范圍仍然集中在0-0.8nm之間，從高 度頻率分布圖上我們可以知道，時(shí)間從30分鐘到2個(gè)小時(shí)，黃原膠分子可能完 全溶解了；從4-2(c)中我們可以看出此時(shí)黃原膠分子比較均一，集中分布在 1.2nm左右，并且在這個(gè)范圍內(nèi)所占的比率較高，在4-2(d)中我們可以看出黃原 膠分子的高度頻率分布的趨勢(shì)，趨向于1.2nm，并且所占的比率增高。從SPIP圖 像處理軟件對(duì)黃原膠分子的形貌圖像進(jìn)行高度頻率分析的統(tǒng)計(jì)圖可知，黃原膠分 子自組裝的過(guò)程中，分子的高度頻率分布趨向于1.2nm，并且在這個(gè)范圍內(nèi)的比 率逐漸增加，從圖4-1中的圖形我們也可以看出，黃原膠分子的形貌圖也是趨向 均一。

圖4-3中，顯示了在退火溫度為40C下不同退火時(shí)間的黃原膠分子形貌圖， 形貌圖的尺寸大小都是4000nmx4000nm，這四幅圖的退火時(shí)間分別為（a): 30分 鐘，（b): 4小時(shí)，（c): 9小時(shí),（d): 24小時(shí)。從形貌出向上我們可以看出，當(dāng)樣品退 火30分鐘的時(shí)候，黃原膠分子沒(méi)有溶解開(kāi)，都聚集在一起，不均一，形成小的

(c)(d)

圖4-3在40°C下不同退火時(shí)間的黃原膠分子形貌圖

Fig.4-3. AFM topography images of xanthan gum with dil^srent annealing time at 40 V

膠狀顆粒和相互連接的細(xì)絲狀體，這主要是溶液沒(méi)有溶解；然而當(dāng)樣品退火4個(gè) 小時(shí)，黃原膠分子雖然已經(jīng)鋪滿，但是仍然沒(méi)有均一展開(kāi)，形貌看起來(lái)類似于網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)時(shí)不能完全形成，許多鏈狀還處于相互纏在一塊；通過(guò)進(jìn)一步退火9 個(gè)小時(shí)，在云母表面形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；當(dāng)繼續(xù)退火到24個(gè)小時(shí)后，黃原膠分子 自組裝成更加均一，相互纏繞的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被完全形成，和圖4-2中（d)圖比較來(lái) 看，基本一致，雖然基本上自組裝成了相互纏繞的網(wǎng)狀體，但是不能形成較密的網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)。顯然我們得出相似的結(jié)論，相對(duì)于在此退火溫度下，隨著時(shí)間的增加， 一個(gè)相互纏繞的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更易于形成。

圖4-4黃原膠分子在40°C退火溫度下，通過(guò)SPIP圖像處理軟件對(duì)黃原膠分 子的形貌圖像進(jìn)行高度頻率分析的統(tǒng)計(jì)圖，其中(a) 9小時(shí)（b) 24小時(shí)的高度頻

Fig.4-4. measured height frequency of xanthan gum molecules by SPIP at annealing 40 °C. ( Date is the frequency of height value for entire AFM image.)

率分析統(tǒng)計(jì)圖。由于黃原膠分子在40°C下經(jīng)過(guò)30分鐘和4個(gè)小時(shí)自組裝后，黃 原膠分子仍然聚集在一起，沒(méi)有完全溶解，無(wú)法做高度頻率分析SPIP統(tǒng)計(jì)圖。 我們從圖4-4(a)中可以看出，高度頻率分布相對(duì)來(lái)講比較均一，高度分布范圍在 0-1.2nm之間，但是高度分布的范圍仍然集中在0-0.9nm之間，從高度頻率分布 圖上和相應(yīng)的形貌圖上我們可以知道，這時(shí)候黃原膠分子可能完全溶解了，這幅 高度頻率圖類似與圖4-2 (b)，但是在4-2 (b)中是在退火溫度為60C下退火4 個(gè)小時(shí)，然而4-4(a)中是在退火溫度為40C下退火9個(gè)小時(shí)，我們可以得出結(jié) 論：退火溫度越高，黃原膠自組裝成均一結(jié)構(gòu)所用時(shí)間越短。圖4-4(b)中可以看 出中此時(shí)黃原膠分子比較均一，集中分布在0.8-1.2nm左右，并且在這個(gè)范圍內(nèi) 所占的比率較高，從相應(yīng)的形貌圖上也可以看出，黃原膠分子分布均一。

根據(jù)以上我們的分析我們也可以看出，在相同時(shí)間下，溫度越高，越容易自 組裝成均一的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。然而但在常溫下（25C)對(duì)黃原膠分子進(jìn)行退火，均勻 攪拌24小時(shí)，仍然不能形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)很多大的顆粒和很多的聚集體，因 此我們可以判斷，在這個(gè)溫度下，黃原膠分子不能形成真正的凝膠體。當(dāng)達(dá)到一

定的溫度后，黃原膠分子開(kāi)始溶解，分子隨著時(shí)間的增加開(kāi)始自組裝，并且逐漸 形成均一的物質(zhì)。

在這個(gè)濃度下（0.01g/L)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，從AFM的形貌圖我 們可以直接看出，在40°C下需要退火24個(gè)小時(shí)，在60°C下需要退火6個(gè)小時(shí)， 而在90°C下需要退火30分鐘就能獲得穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。從時(shí)間上我們可以看出，對(duì) 于類似的生物高聚物分子，在溫度較高的情況下，越容易形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié) 論也有一個(gè)潛在的應(yīng)用就是在類似于這種生物高聚物分子，在配置的過(guò)程中，高 溫下可以節(jié)省一定的時(shí)間，我們就可以達(dá)到預(yù)期的效果。