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本课题在“十一五”国家科技支撑计划《魔芋葡甘聚糖规模化加工和应用关键技术(2007BAE42B04)》的资助下，以我国丰富可再生的天然魔芋葡甘露聚糖(KGM)为原料，探究了KGM精粉、溶液、溶胶和凝胶的性质及其转变时分子链的存在状态、分子链的相互作用方式以及受到在外界因素影响下分子链的变化情况等，结合微观变化与宏观性质的关系，联系结构与性能的规律，从分子层面阐述了KGM溶胶凝胶的机理，希望能为解决KGM现存的困难提供参考，更好地拓宽其应用领域。研究结果如下：
(1)KGM精粉的平均密度为1.48 g/cm3，其比容为0.68cm3/g；红外吸收光谱表明其含有大量的羟基，在分子结构中形成了广泛的氢键，强烈的相互作用力使得分子链段的运动相当困难，以至于在DSC中没有出现玻璃化转变，而且有较高的热分解温度264℃；乙酰基是其特有的基团，含量为2.66％；XRD和PLM测试都显示其含有部分不完整的晶态结构，占25.29％；结合其片层的像台阶状的堆积层错形貌，推测其分子链的聚集态符合折叠链缨状胶束粒子模型(局部有序的两相球粒模型)。
(2)KGM溶液的范围为0.01wt％～0.1wt％，呈现牛顿流体的特性，分子链间重叠效应不明显，其粘度对浓度表现出指数增长。KGM溶液中分子链具有较大的Flory特征比和较小的旋转角，表现出了一定的刚性；在KGM溶液中第二维里系数A2与Flory-Huggins参数x分别为7.433*10-4和0.47，其均方根旋转半径和流体力学体积半径分别为115.6和67.6，分子链的构象指数为0.55，这些都验证了KGM分子链在极稀溶液中采取的是稍微扩张的无规线团状态，且符合Rouse-Zimm珠-簧模型。通过计算模拟KGM分子链段，结果显示溶度参数约为15，且具有相当大的内聚能密度和静电能量，氢键在分子链间作用力中占有重要地位。在AFM中，KGM分子链长约462.45nm，高约0.54nm，其特性粘度和临界浓度分别为18.91dL/g和0.11wt％。pH=1时，KGM分子量降解到27万左右，而均方根旋转半径也减小到了63.5nm，粘度显著降低；在pH=4～10时，分子链相对稳定；而当在pH=13的强碱环境下时，脱乙酰基作用明显，其分子量接近90万，但其均方根旋转半径减小到53.4nm，使得分子链的扩张受到抑制。NaCl和MgCl2的水合作用和静电作用使得分子链运动困难；而在尿素中，分子链的运动能力由氢键破坏作用和溶剂化作用主导。
(3)0.15wt％～1.0wt％为KGM溶胶范围，服从非牛顿流体性质。此时分子链已经不符合两相球粒模型，而遵从Flory的无规线团模型，分子链间的作用形式主要是耦合缠结。计算得到溶胶和凝胶的分界点浓度为1.44wt％。当浓度超过1.5wt％时，分子链间的作用形式从耦合缠结变为了拓扑缠结。温度能够解缠结，也能在足够浓度时，促进形成新的缠结。0.5wt％的KGM溶胶表现出非牛顿流体的性质，主要是黏性成分。在pH=4～10时，KGM分子链受到的影响较小。pH=1时KGM降解，溶胶表现为牛顿流体。pH=13时，在温度的刺激下，易于形成了新的拓扑缠结。NaCl和MgCl2主要通过溶剂化和静电吸引作用影响分子链的运动，而尿素则通过氢键破坏和类似交联点作用影响分子链。
(4)1.5wt％～5.0wt％为KGM弱凝胶范围，此时分子链的聚集态是无规线团，分子链间的作用形式由耦合缠结转变为拓扑缠结，而当浓度达到4.0wt％后，分子链间的作用形式从拓扑缠结转变为不连续的局部网络结构。当浓度继续升高到5.0wt％时，KGM弱凝胶转变成了KGM强凝胶，而且在5.0wt％时含有部分晶态结构，说明此时分子链在局部形成了有序的排列，其聚集态又开始符合两相球粒模型。温度能够释放出相对自由的分子链，进而形成新的缠结。2.0wt％的KGM弱凝胶比KGM溶胶有了更大的储能模量和损耗模量，在102～103Pa间。其损耗因子都小于1，弹性成分占主要地位。在pH=13时，温度刺激下易于形成了新的拓扑缠结。MgCl2在1.0Mol/L时Cl-离子对分子链产生的静电排斥作用明显，而尿素分子在1.0Mol/L时，容易产生二聚体或多聚体使得分子链间距离较远。
(5)5.0wt％以上为KGM强凝胶，此时分子链的聚集态符合两相球粒模型，分子链间的作用形式由拓扑缠结转变为连续网络结构。10.0wt％时有液晶形成。通过计算得知，在浓度为5.5wt％时，每根分子链上的缠结点数目为2，此时的连续网络结构需要以互相穿插的方式来实现立体结构。而当浓度为7.0wt％、8.0wt％～9.0wt％、9.0wt％～10.0wt％时，每根分子链上的缠结点数目分别为3、4和5，此时的连续网络结构可以完全依靠拓扑缠结实现立体结构。在KGM凝胶中，缠结的分子链形态符合串滴模型，而分子链的运动可以用蠕动模型来解释，同时联系相似形变模型、溶胀平衡和Burger’s黏弹模型等理论可以很好地描述KGM凝胶网络结构和流变特性。在KGM强凝胶中，随着浓度的增大，在温度促进下更容易形成新的缠结。5.0wt％的KGM强凝胶表现出了更大的储能模量和损耗模量，在103～104Pa间。其损耗因子都小于0.5，弹性成分占主要地位。pH=1对分子链影响很大，其模量最小。pH=13时明显促进了分子链间的局部有序排列。NaCl和MgCl2在0.1 Mol/L时有明显的体积位阻效应，而在1.0Mol/L时的静电吸引作用更明显。而在尿素中，0.1 Mol/L时其类似于交联点的效应表现较明显，而在1.0Mol/L时其体积位阻效应更明显。