Studie oor reologiese gedrag van konjakglukomannan en hidroksipropielmetielsellulose verbindingsisteem

Die saamgestelde sisteem van konjakglukomannan (KGM) en hidroksipropielmetielsellulose (HPMC) is as die navorsingsobjek geneem, en die bestendige-toestand skuif-, frekwensie- en temperatuursweeptoetse is op die saamgestelde sisteem uitgevoer deur rotasiereometer. Die invloed van oplossing massa fraksie en verbinding verhouding op viskositeit en reologiese eienskappe van KGM/HPMC verbinding sisteem is ontleed. Die resultate toon dat die KGM/HPMC-verbindingstelsel 'n nie-Newtoniaanse vloeistof is, en die toename in die massafraksie en KGM-inhoud van die stelsel verminder die vloeibaarheid van die saamgestelde oplossing en verhoog die viskositeit. In die sol-toestand vorm KGM- en HPMC-molekulêre kettings 'n meer kompakte struktuur deur hidrofobiese interaksies. Die verhoging van die stelselmassafraksie en KGM-inhoud is bevorderlik om die stabiliteit van die struktuur te handhaaf. In die lae massafraksiestelsel is die verhoging van die inhoud van KGM voordelig vir die vorming van termotropiese gels; terwyl dit in die hoëmassafraksiestelsel is, is die verhoging van die inhoud van HPMC bevorderlik vir die vorming van termotropiese gels.

Sleutelwoorde:konjak glukomannan; hidroksielmetielsellulose; saamgestelde; reologiese gedrag

Natuurlike polisakkariede word wyd in die voedselbedryf gebruik as gevolg van hul verdikkings-, emulgerende en gelerende eienskappe. Konjac glucomannan (KGM) is 'n natuurlike plant polisakkaried, saamgestel uitβ-D-glukose enβ-D-mannose in 'n verhouding van 1.6:1, die twee word verbind deurβ-1,4 glikosidiese bindings, in die C- Daar is 'n klein hoeveelheid asetiel by posisie 6 (ongeveer 1 asetiel vir elke 17 residue). Die hoë viskositeit en swak vloeibaarheid van KGM waterige oplossing beperk egter die toepassing daarvan in produksie. Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) is 'n propileenglikoleter van metielsellulose, wat aan nie-ioniese sellulose-eter behoort. HPMC is filmvormend, wateroplosbaar en hernubaar. HPMC het 'n lae viskositeit en gelsterkte by lae temperature, en relatief swak verwerkingsprestasie, maar kan 'n relatief viskose vastestofagtige gel vorm by hoë temperature, so baie produksieprosesse moet by hoë temperature uitgevoer word, wat lei tot hoë produksie-energieverbruik. Produksiekoste is hoog. Die literatuur toon dat die ongesubstitueerde mannose-eenheid op die KGM molekulêre ketting 'n swak kruisgekoppelde hidrofobiese assosiasiegebied met die hidrofobiese groep op die HPMC molekulêre ketting kan vorm deur hidrofobiese interaksie. Hierdie struktuur kan die termiese gelering van HPMC vertraag en gedeeltelik voorkom en die geltemperatuur van HPMC verlaag. Daarbenewens, in die lig van die lae-viskositeit eienskappe van HPMC by relatief lae temperature, word voorspel dat die samestelling daarvan met KGM die hoë-viskositeit eienskappe van KGM kan verbeter en sy verwerkingsprestasie kan verbeter. Daarom sal hierdie referaat 'n KGM/HPMC-verbindingsisteem konstrueer om die invloed van oplossingmassafraksie en verbindingsverhouding op die reologiese eienskappe van die KGM/HPMC-stelsel te verken, en 'n teoretiese verwysing verskaf vir die toepassing van die KGM/HPMC-verbindingsisteem in die voedselbedryf.

1. Materiale en metodes

1.1 Materiale en reagense

Hydroxypropyl methylcellulose, KIMA CHEMICAL CO., LTD, massafraksie 2%, viskositeit 6 mPa·s; metoksiemassafraksie 28%~30%; hidroksipropielmassafraksie 7.0%~12%.

Konjac glucomannan, Wuhan Johnson Konjac Food Co., Ltd., 1 gew.% waterige oplossing viskositeit≥28 000 mPa·s.

1.2 Instrumente en toerusting

MCR92 rotasiereometer, Anton Paar Co., Ltd., Oostenryk; UPT-II-10T ultrasuiwer watermasjien, Sichuan Youpu Ultrapure Technology Co., Ltd.; AB-50 elektroniese analitiese balans, Switserse Mette-maatskappy; LHS-150HC konstante temperatuur waterbad, Wuxi Huaze Technology Co., Ltd.; JJ-1 Elektriese Roerder, Jintan Mediese Instrument Factory, Jiangsu Provinsie.

1.3 Bereiding van saamgestelde oplossing

Weeg HPMC- en KGM-poeiers met 'n sekere samestellingsverhouding (massaverhouding: 0:10, 3:7, 5:5, 7:3, 10:0), voeg dit stadig by gedeïoniseerde water in 'n 60°C waterbad, en roer vir 1,5 ~ 2 uur om dit eweredig versprei te maak, en berei 5 soorte gradiëntoplossings voor met totale vaste massafraksies van onderskeidelik 0,50%, 0,75%, 1,00%, 1,25% en 1,50%.

1.4 Toets van reologiese eienskappe van verbindingsoplossing

Bestendige skuiftoets: Die reologiese kurwe van die KGM/HPMC-verbindingsoplossing is gemeet met behulp van 'n CP50-kegel en plaat, die gaping tussen die boonste en onderste plate is op 0.1 mm vasgestel, die meettemperatuur was 25°C, en die skuiftempo-reeks was 0.1 tot 100 s-1.

Vervormingskandering (bepaling van lineêre viskoelastiese gebied): Gebruik PP50-plaat om die lineêre viskoelastiese gebied en modulusveranderingswet van KGM/HPMC-verbindingsoplossing te meet, stel die spasiëring op 1 000 mm, vaste frekwensie op 1Hz, en meettemperatuur op 25°C. Die spanningsreeks is 0,1%~100%.

Frekwensie-sweep: Gebruik 'n PP50-plaat om die modulusverandering en frekwensie-afhanklikheid van die KGM/HPMC-verbindingsoplossing te meet. Die spasiëring is gestel op 1 000 mm, die vervorming is 1%, die meettemperatuur is 25°C, en die frekwensiereeks is 0,1-100 Hz.

Temperatuurskandering: Die modulus en sy temperatuurafhanklikheid van die KGM/HPMC-verbindingsoplossing is gemeet met 'n PP50-plaat, die spasiëring is op 1.000 mm gestel, die vaste frekwensie was 1 Hz, die vervorming was 1%, en die temperatuur was vanaf 25 tot 90°C.

2. Resultate en ontleding

2.1 Vloeikurwe-analise van KGM/HPMC saamgestelde sisteem

Viskositeit teenoor skuiftempo-krommes van KGM/HPMC-oplossings met verskillende samestellingsverhoudings by verskillende massafraksies. Vloeistowwe waarvan die viskositeit 'n lineêre funksie van skuiftempo is, word Newtoniaanse vloeistowwe genoem, anders word hulle nie-Newtoniaanse vloeistowwe genoem. Dit kan gesien word uit die kurwe dat die viskositeit van KGM oplossing en KGM/HPMC saamgestelde oplossing afneem met die toename in skuiftempo; hoe hoër die KGM-inhoud, hoe hoër is die stelselmassafraksie, en hoe duideliker is die skuifverdunningsverskynsel van die oplossing. Dit toon dat KGM en KGM/HPMC saamgestelde sisteem nie-Newtonse vloeistowwe is, en die vloeistof tipe KGM/HPMC saamgestelde sisteem word hoofsaaklik deur KGM bepaal.

Uit die vloeiindeks en viskositeitskoëffisiënt van KGM/HPMC-oplossings met verskillende massafraksies en verskillende verbindingsverhoudings, kan gesien word dat die n-waardes van KGM-, HPMC- en KGM/HPMC-verbindingstelsels almal minder as 1 is, wat aandui dat die oplossings alle pseudoplastiese vloeistowwe. Vir die KGM/HPMC-verbindingsisteem sal die toename van die massafraksie van die sisteem verstrengeling en ander interaksies tussen die HPMC- en KGM-molekulêre kettings in die oplossing veroorsaak, wat die mobiliteit van die molekulêre kettings sal verminder en sodoende die n-waarde van die stelsel. Terselfdertyd, met die toename in KGM-inhoud, word die interaksie tussen KGM-molekulêre kettings in die KGM/HPMC-stelsel verbeter, wat die mobiliteit daarvan verminder en 'n afname in n-waarde tot gevolg het. Inteendeel, die K-waarde van die KGM/HPMC-verbindingsoplossing neem voortdurend toe met die toename van die oplossingsmassafraksie en KGM-inhoud, wat hoofsaaklik te wyte is aan die toename in die stelselmassafraksie en KGM-inhoud, wat beide die inhoud van hidrofiliese groepe in die sisteem. , wat die molekulêre interaksie binne die molekulêre ketting en tussen die kettings verhoog, waardeur die hidrodinamiese radius van die molekule verhoog word, wat dit minder geneig maak om onder die werking van eksterne skuifkrag georiënteer te word en die viskositeit te verhoog.

Die teoretiese waarde van die nul-skuif-viskositeit van die KGM/HPMC-samestellingstelsel kan volgens die bogenoemde logaritmiese sommeringsbeginsel bereken word, en die eksperimentele waarde daarvan kan verkry word deur Carren-pasekstrapolasie van die viskositeit-skuiftempo-kurwe. Deur die voorspelde waarde van die nul-skuif-viskositeit van die KGM/HPMC-verbindingstelsel met verskillende massafraksies en verskillende samestellingsverhoudings met die eksperimentele waarde te vergelyk, kan gesien word dat die werklike waarde van die nul-skuif-viskositeit van die KGM/HPMC-verbinding oplossing is kleiner as die teoretiese waarde. Dit het aangedui dat 'n nuwe samestelling met 'n digte struktuur in die komplekse stelsel van KGM en HPMC gevorm is. Bestaande studies het getoon dat die ongesubstitueerde mannose-eenhede op die KGM molekulêre ketting in wisselwerking kan tree met die hidrofobiese groepe op die HPMC molekulêre ketting om 'n swak kruisgekoppelde hidrofobiese assosiasiegebied te vorm. Daar word bespiegel dat die nuwe samestellingstruktuur met 'n relatief digte struktuur hoofsaaklik deur hidrofobiese interaksies gevorm word. Wanneer die KGM-verhouding laag is (HPMC > 50%), is die werklike waarde van die nul-skuifviskositeit van die KGM/HPMC-stelsel laer as die teoretiese waarde, wat aandui dat by lae KGM-inhoud meer molekules deelneem aan die digter nuwe struktuur. In die vorming van word die nul-skuifviskositeit van die sisteem verder verminder.

2.2 Analise van spanningsveegkurwes van KGM/HPMC-verbindingstelsel

Uit die verwantskapskurwes van modulus en skuifvervorming van KGM/HPMC-oplossings met verskillende massafraksies en verskillende samestellingsverhoudings, kan gesien word dat wanneer die skuifvervorming minder as 10% is, die G"en G″van die saamgestelde sisteem neem basies nie toe met die skuifvervorming nie. Dit toon egter dat die saamgestelde sisteem binne hierdie skuifvervormingsreeks op eksterne stimuli kan reageer deur die verandering van molekulêre kettingkonformasie, en die struktuur van die saamgestelde sisteem word nie beskadig nie. Wanneer die skuifvervorming >10% is, is die eksterne Onder die werking van skuifkrag is die ontvlechtingspoed van molekulêre kettings in die komplekse sisteem groter as die verstrengelingsspoed, G"en G″begin afneem, en die sisteem gaan die nie-lineêre viskoelastiese gebied binne. Daarom, in die daaropvolgende dinamiese frekwensietoets, is die skuifvervormingsparameter gekies as 1% vir toetsing.

2.3 Frekwensie sweep kurwe analise van KGM/HPMC saamgestelde stelsel

Variasiekrommes van bergingsmodulus en verliesmodulus met frekwensie vir KGM/HPMC-oplossings met verskillende samestellingsverhoudings onder verskillende massafraksies. Die bergingsmodulus G' verteenwoordig die energie wat herwin kan word na tydelike berging in die toets, en die verliesmodulus G" beteken die energie wat benodig word vir die aanvanklike vloei, wat 'n onomkeerbare verlies is en uiteindelik in skuifhitte omskep word. Dit kan gesien word dat, met As die ossillasiefrekwensie toeneem, die verliesmodulus G″is altyd groter as die bergingsmodulus G", wat vloeistofgedrag toon. In die toetsfrekwensiereeks neem die stoormodulus G' en die verliesmodulus G” toe met die toename van die ossillasiefrekwensie. Dit is hoofsaaklik te wyte aan die feit dat met die toename van die ossillasiefrekwensie, die molekulêre kettingsegmente in die stelsel nie tyd het om binne 'n kort tyd na die vervorming te herstel nie. Die vorige toestand, wat dus die verskynsel toon dat meer energie gestoor kan word ( groter G") of moet verlore gaan (G″).

Met die toename van die ossillasiefrekwensie daal die stoormodulus van die stelsel skielik, en met die toename van die massafraksie en KGM-inhoud van die stelsel, neem die frekwensiepunt van die skielike daling geleidelik toe. Die skielike daling kan wees as gevolg van die vernietiging van die kompakte struktuur wat gevorm word deur die hidrofobiese assosiasie tussen KGM en HPMC in die stelsel deur eksterne skeer. Boonop is die toename in stelselmassafraksie en KGM-inhoud voordelig om die stabiliteit van die digte struktuur te handhaaf, en verhoog die eksterne frekwensiewaarde wat die struktuur vernietig.

2.4 Temperatuurskanderingskromme-analise van KGM/HPMC saamgestelde stelsel

Uit die kurwes van bergingsmodulus en verliesmodulus van KGM/HPMC-oplossings met verskillende massafraksies en verskillende samestellingsverhoudings, kan gesien word dat wanneer die massafraksie van die stelsel 0.50% is, die G"en G″van die HPMC-oplossing verander skaars met temperatuur. , en G″> G", die viskositeit van die sisteem oorheers; wanneer die massafraksie toeneem, die G"van die HPMC-oplossing bly eers onveranderd en neem dan skerp toe, en G"en G″sny op ongeveer 70°C (Die snypunttemperatuur is die gelpunt), en die sisteem vorm 'n gel op hierdie tydstip, wat dus aandui dat HPMC 'n termies-geïnduseerde gel is. Vir die KGM-oplossing, wanneer die massafraksie van die stelsel 0,50% en 0,75% is, sal die G"en G van die stelsel “toon 'n dalende neiging; wanneer die massafraksie toeneem, verminder die G' en G" van die KGM-oplossing eers en neem dan aansienlik toe, wat aandui dat die KGM-oplossing jelagtige eienskappe by hoë massafraksies en hoë temperature vertoon.

Met die toename in temperatuur, die G"en G″van die KGM/HPMC-komplekse stelsel het eers afgeneem en toe aansienlik toegeneem, en G"en G″het kruispunte verskyn, en die stelsel het 'n jel gevorm. Wanneer HPMC-molekules by lae temperatuur is, vind waterstofbinding plaas tussen die hidrofiele groepe op die molekulêre ketting en watermolekules, en wanneer die temperatuur styg, vernietig die toegepaste hitte die waterstofbindings wat tussen HPMC en watermolekules gevorm word, wat lei tot die vorming van HPMC-makromolekulêre kettings. Die hidrofobiese groepe op die oppervlak word blootgestel, hidrofobiese assosiasie vind plaas en 'n termotropiese jel word gevorm. Vir die lae massa fraksie sisteem kan meer KGM inhoud jel vorm; vir 'n hoë massa fraksie stelsel, kan meer HPMC inhoud gel vorm. In die lae massa fraksie sisteem (0.50%) verminder die teenwoordigheid van KGM molekules die waarskynlikheid om waterstofbindings tussen HPMC molekules te vorm, waardeur die moontlikheid van blootstelling van hidrofobiese groepe in HPMC molekules verhoog word, wat bevorderlik is vir die vorming van termotropiese gels. In die hoë massa fraksie sisteem, as die inhoud van KGM te hoog is, is die viskositeit van die sisteem hoog, wat nie bevorderlik is vir die hidrofobiese assosiasie tussen HPMC en KGM molekules nie, wat nie bevorderlik is vir die vorming van termogeniese gel nie.

3. Gevolgtrekking

In hierdie referaat word die reologiese gedrag van die saamgestelde sisteem van KGM en HPMC bestudeer. Die resultate toon dat die saamgestelde sisteem van KGM/HPMC 'n nie-Newtonse vloeistof is, en die vloeistoftipe van die saamgestelde sisteem van KGM/HPMC word hoofsaaklik deur KGM bepaal. Die verhoging van die stelselmassafraksie en KGM-inhoud het beide die vloeibaarheid van die saamgestelde oplossing verlaag en die viskositeit daarvan verhoog. In die sol-toestand vorm die molekulêre kettings van KGM en HPMC 'n digter struktuur deur hidrofobiese interaksies. Die struktuur in die stelsel word vernietig deur eksterne skeerwerk, wat 'n skielike daling in die stoormodulus van die stelsel tot gevolg het. Die toename in stelselmassafraksie en KGM-inhoud is voordelig om die stabiliteit van die digte struktuur te handhaaf en die eksterne frekwensiewaarde wat die struktuur vernietig, te verhoog. Vir die lae massa fraksie stelsel is meer KGM inhoud bevorderlik vir die vorming van jel; vir die hoëmassafraksiestelsel is meer HPMC-inhoud bevorderlik vir die vorming van jel.