Konyak qlükomannan və hidroksipropil metilselüloz birləşmə sisteminin reoloji davranışının öyrənilməsi

Tədqiqat obyekti kimi konyak qlükomannan (KGM) və hidroksipropil metilselülozun (HPMC) birləşmə sistemi götürülmüş, birləşmə sistemində fırlanma reometri ilə sabit vəziyyətin kəsilməsi, tezlik və temperatur süpürmə sınaqları aparılmışdır. KGM/HPMC birləşmə sisteminin özlülüyünə və reoloji xassələrinə məhlulun kütlə payı və birləşmə nisbətinin təsiri təhlil edilmişdir. Nəticələr göstərir ki, KGM/HPMC birləşmə sistemi qeyri-nyuton mayesidir və sistemin kütlə payının və KGM tərkibinin artması birləşmə məhlulunun axıcılığını azaldır və özlülüyünü artırır. Sol vəziyyətdə, KGM və HPMC molekulyar zəncirləri hidrofobik qarşılıqlı təsirlər vasitəsilə daha yığcam bir quruluş meydana gətirir. Sistemin kütlə hissəsinin və KGM tərkibinin artırılması strukturun dayanıqlığının qorunmasına şərait yaradır. Aşağı kütləli fraksiya sistemində KGM-nin tərkibinin artırılması termotropik gellərin əmələ gəlməsinə faydalıdır; yüksək kütləvi fraksiya sistemində isə HPMC tərkibinin artırılması termotrop gellərin əmələ gəlməsinə şərait yaradır.

Açar sözlər:konjak qlükomannan; hidroksipropil metilselüloz; mürəkkəb; reoloji davranış

Təbii polisaxaridlər qalınlaşdırıcı, emulsiyalaşdırıcı və jelləşdirmə xüsusiyyətlərinə görə qida sənayesində geniş istifadə olunur. Konjac glucomannan (KGM) təbii bitki polisaxaridindən ibarətdirβ-D-qlükoza vəβ-D-mannoz 1.6:1 nisbətində, ikisi ilə əlaqələndirilirβ-1,4 qlikozid bağı, C-də- 6-cı mövqedə az miqdarda asetil var (hər 17 qalıq üçün təxminən 1 asetil). Bununla belə, KGM sulu məhlulunun yüksək özlülüyü və zəif axıcılığı onun istehsalda tətbiqini məhdudlaşdırır. Hidroksipropil metilselüloz (HPMC) qeyri-ion selüloz efirinə aid olan metilselülozun propilenqlikol efiridir. HPMC film əmələ gətirən, suda həll olunan və bərpa olunandır. HPMC aşağı temperaturda aşağı özlülük və gel gücünə malikdir və nisbətən zəif emal performansına malikdir, lakin yüksək temperaturda nisbətən viskoz bərkişəbənzər gel əmələ gətirə bilər, buna görə də bir çox istehsal prosesləri yüksək temperaturda həyata keçirilməlidir, nəticədə yüksək istehsal enerjisi sərf olunur. İstehsal xərcləri yüksəkdir. Ədəbiyyat göstərir ki, KGM molekulyar zəncirindəki əvəz olunmamış mannoz vahidi hidrofobik qarşılıqlı təsir vasitəsilə HPMC molekulyar zəncirindəki hidrofobik qrupla zəif çarpaz bağlı hidrofobik assosiasiya bölgəsi yarada bilər. Bu struktur HPMC-nin termal gelləşməsini gecikdirə və qismən qarşısını ala və HPMC-nin gel temperaturunu aşağı sala bilər. Bundan əlavə, nisbətən aşağı temperaturda HPMC-nin aşağı özlülük xüsusiyyətlərini nəzərə alaraq, onun KGM ilə birləşməsinin KGM-nin yüksək özlülük xüsusiyyətlərini yaxşılaşdıra və emal performansını yaxşılaşdıra biləcəyi proqnozlaşdırılır. Buna görə də, bu məqalə məhlulun kütlə payı və birləşmə nisbətinin KGM/HPMC sisteminin reoloji xassələrinə təsirini araşdırmaq üçün KGM/HPMC birləşmə sistemi quracaq və KGM/HPMC birləşmə sisteminin tətbiqi üçün nəzəri istinad təmin edəcək. qida sənayesi.

1. Materiallar və üsullar

1.1 Materiallar və reagentlər

Hidroksipropil metilselüloz, KIMA CHEMICAL CO.,LTD, kütlə payı 2%, özlülük 6 mPa·s; metoksi kütlə payı 28% ~ 30%; hidroksipropil kütlə payı 7.0%~12% .

Konjac glucomannan, Wuhan Johnson Konjac Food Co., Ltd., 1 wt% sulu məhlulun özlülüyü≥28 000 mPa·s.

1.2 Alətlər və avadanlıqlar

MCR92 fırlanma reometri, Anton Paar Co., Ltd., Avstriya; UPT-II-10T ultra təmiz su maşını, Sichuan Youpu Ultrapure Technology Co., Ltd.; AB-50 elektron analitik balans, İsveçrənin Mette şirkəti; LHS-150HC sabit temperaturlu su hamamı, Wuxi Huaze Technology Co., Ltd.; JJ-1 Elektrikli Karıştırıcı, Jintan Tibbi Alət Fabriki, Jiangsu əyaləti.

1.3 Mürəkkəb məhlulun hazırlanması

HPMC və KGM tozlarını müəyyən birləşmə nisbəti ilə çəkin (kütləvi nisbət: 0:10, 3:7, 5:5, 7:3, 10:0), onları yavaş-yavaş 60 q deionlaşdırılmış suya əlavə edin.°C su banyosuna salın və bərabər şəkildə dağılması üçün 1,5~2 saat qarışdırın və ümumi bərk kütlə fraksiyaları müvafiq olaraq 0,50%, 0,75%, 1,00%, 1,25% və 1,50% olan 5 növ qradiyentli məhlul hazırlayın.

1.4 Mürəkkəb məhlulun reoloji xassələrinin sınağı

Sabit vəziyyətdə kəsmə sınağı: KGM/HPMC mürəkkəb məhlulunun reoloji əyrisi CP50 konus və boşqab istifadə edərək ölçüldü, yuxarı və aşağı lövhələr arasındakı boşluq 0,1 mm-də sabitləndi, ölçmə temperaturu 25 idi.°C və kəsmə sürəti diapazonu 0,1 ilə 100 s-1 arasında idi.

Gərginliyin skan edilməsi (xətti özlü-elastik bölgənin təyini): KGM/HPMC birləşmə məhlulunun xətti özlü-elastik bölgəsini və modul dəyişmə qanununu ölçmək üçün PP50 lövhəsindən istifadə edin, məsafəni 1.000 mm, sabit tezliyi 1Hz və ölçmə temperaturunu 25-ə təyin edin.°C. Gərginlik diapazonu 0,1%~100% təşkil edir.

Tezlik taraması: KGM/HPMC birləşmə məhlulunun modul dəyişikliyini və tezlikdən asılılığını ölçmək üçün PP50 lövhəsindən istifadə edin. Aralıq 1000 mm, gərginlik 1%, ölçmə temperaturu 25°C və tezlik diapazonu 0,1-100 Hz-dir.

Temperaturun skan edilməsi: KGM/HPMC mürəkkəb məhlulunun modulu və onun temperaturdan asılılığı PP50 lövhəsi ilə ölçüldü, məsafə 1.000 mm, sabit tezlik 1 Hz, deformasiya 1% və temperatur 25-dən idi. 90-a qədər°C.

2. Nəticələr və Təhlil

2.1 KGM/HPMC birləşmə sisteminin axın əyri analizi

Fərqli kütlə fraksiyalarında müxtəlif birləşmə əmsallarına malik KGM/HPMC məhlullarının özlülük və kəsilmə sürəti əyriləri. Özlülüyü kəsilmə sürətinin xətti funksiyası olan mayelərə Nyuton mayeləri, əks halda qeyri-Nyuton mayeləri deyilir. Əyridən görünür ki, KGM məhlulunun və KGM/HPMC birləşmə məhlulunun özlülüyü kəsilmə sürətinin artması ilə azalır; KGM tərkibi nə qədər yüksək olarsa, sistemin kütlə payı da bir o qədər yüksəkdir və məhlulun kəsilmə incəlməsi fenomeni daha aydın görünür. Bu, KGM və KGM/HPMC birləşmə sisteminin qeyri-Nyuton mayeləri olduğunu göstərir və KGM/HPMC birləşmə sisteminin maye növü əsasən KGM tərəfindən müəyyən edilir.

Fərqli kütlə fraksiyalarına və müxtəlif birləşmə nisbətlərinə malik KGM/HPMC məhlullarının axın indeksi və özlülük əmsalından KGM, HPMC və KGM/HPMC birləşmə sistemlərinin n dəyərlərinin hamısının 1-dən kiçik olduğunu görmək olar ki, bu da məhlulların bütün psevdoplastik mayelər. KGM/HPMC birləşmə sistemi üçün sistemin kütlə hissəsinin artması məhluldakı HPMC və KGM molekulyar zəncirləri arasında dolaşıqlığa və digər qarşılıqlı təsirlərə səbəb olacaq ki, bu da molekulyar zəncirlərin hərəkətliliyini azaldacaq və bununla da n dəyərini azaldacaq. sistem. Eyni zamanda, KGM tərkibinin artması ilə KGM/HPMC sistemində KGM molekulyar zəncirləri arasında qarşılıqlı əlaqə gücləndirilir və bununla da onun hərəkətliliyi azalır və nəticədə n dəyəri azalır. Əksinə, KGM/HPMC mürəkkəb məhlulunun K dəyəri məhlulun kütlə payının və KGM tərkibinin artması ilə davamlı olaraq artır, bu da əsasən sistemin kütlə hissəsinin və KGM tərkibinin artması ilə əlaqədardır ki, bu da hər ikisinin tərkibini artırır. sistemdəki hidrofilik qruplar. , molekulyar zəncir daxilində və zəncirlər arasında molekulyar qarşılıqlı əlaqəni artırır, bununla da molekulun hidrodinamik radiusunu artırır, xarici kəsmə qüvvəsinin təsiri altında onun yönləndirilməsi ehtimalını azaldır və özlülüyünü artırır.

KGM/HPMC birləşmə sisteminin sıfır kəsici özlülüyünün nəzəri qiyməti yuxarıdakı loqarifmik toplama prinsipinə əsasən hesablana bilər və onun eksperimental qiyməti özlülük-kəsmə sürəti əyrisinin Carren uyğun ekstrapolyasiyası ilə əldə edilə bilər. Müxtəlif kütlə fraksiyaları və müxtəlif birləşmə əmsalları olan KGM/HPMC birləşmə sisteminin sıfır kəsici özlülüyünün proqnozlaşdırılan qiymətini eksperimental qiymətlə müqayisə etdikdə görmək olar ki, KGM/HPMC birləşməsinin sıfır kəsici özlülüyünün faktiki dəyəri həll nəzəri dəyərdən kiçikdir. Bu, KGM və HPMC-nin mürəkkəb sistemində sıx strukturlu yeni bir məclisin formalaşdığını göstərirdi. Mövcud tədqiqatlar göstərdi ki, KGM molekulyar zəncirindəki əvəzlənməmiş mannoz vahidləri zəif çarpaz bağlı hidrofobik assosiasiya bölgəsi yaratmaq üçün HPMC molekulyar zəncirindəki hidrofobik qruplarla qarşılıqlı əlaqədə ola bilər. Nisbətən sıx quruluşa malik yeni montaj strukturunun əsasən hidrofobik qarşılıqlı təsirlər vasitəsilə formalaşdığı güman edilir. KGM nisbəti aşağı olduqda (HPMC > 50%), KGM/HPMC sisteminin sıfır kəsici özlülüyünün faktiki dəyəri nəzəri dəyərdən aşağı olur ki, bu da aşağı KGM tərkibində daha çox molekulun daha sıx yeni birləşmələrdə iştirak etdiyini göstərir. strukturu. -nin formalaşmasında sistemin sıfır kəsici özlülüyü daha da azalır.

2.2 KGM/HPMC birləşmə sisteminin deformasiya süpürmə əyrilərinin təhlili

Fərqli kütlə fraksiyalarına və müxtəlif birləşmə nisbətlərinə malik KGM/HPMC məhlullarının modul və kəsilmə deformasiyasının əlaqə əyrilərindən belə görünür ki, kəsmə deformasiyası 10%-dən az olduqda, G'və G″birləşmə sisteminin kəsmə deformasiyası ilə əsasən artmır. Lakin o göstərir ki, bu kəsmə deformasiya diapazonu daxilində mürəkkəb sistem molekulyar zəncir konformasiyasının dəyişməsi ilə xarici stimullara cavab verə bilir və birləşmə sisteminin strukturu zədələnmir. Kəsmə deformasiyası >10% olduqda, xarici Kəsmə qüvvəsinin təsiri altında mürəkkəb sistemdə molekulyar zəncirlərin ayrılma sürəti dolanma sürətindən böyükdür, G'və G″azalmağa başlayır və sistem qeyri-xətti viskoelastik bölgəyə daxil olur. Buna görə də, sonrakı dinamik tezlik testində kəsmə deformasiya parametri sınaq üçün 1% seçildi.

2.3 KGM/HPMC birləşmə sisteminin tezliyi süpürmə əyrisinin təhlili

Müxtəlif kütlə fraksiyaları altında müxtəlif birləşmə əmsalları ilə KGM/HPMC həlləri üçün tezlik ilə yaddaş modulunun və itki modulunun dəyişmə əyriləri. Saxlama modulu G' sınaqda müvəqqəti saxlamadan sonra bərpa oluna bilən enerjini, itki modulu G” isə geri dönməz itki olan və nəhayət kəsmə istiliyinə çevrilən ilkin axın üçün tələb olunan enerjini ifadə edir. Görünür ki, rəqs tezliyi artdıqca itki modulu G″həmişə saxlama modulu G-dən böyükdür', maye davranışı göstərir. Test tezlik diapazonunda yaddaş modulu G' və itki modulu G” rəqs tezliyinin artması ilə artır. Bu, əsasən, titrəmə tezliyinin artması ilə sistemdəki molekulyar zəncir seqmentlərinin qısa müddətdə deformasiyaya qayıtmağa vaxtının olmaması ilə bağlıdır Əvvəlki vəziyyət, bununla da daha çox enerjinin saxlanıla biləcəyi fenomenini göstərir ( daha böyük G') və ya itirmək lazımdır (G″).

Salınma tezliyinin artması ilə sistemin saxlama modulu birdən-birə aşağı düşür, sistemin kütlə payı və KGM tərkibinin artması ilə isə qəfil enmənin tezlik nöqtəsi tədricən artır. Qəfil enmə sistemdə KGM və HPMC arasında hidrofobik assosiasiyanın yaratdığı kompakt strukturun xarici kəsmə ilə məhv edilməsi ilə bağlı ola bilər. Üstəlik, sistemin kütlə hissəsinin və KGM tərkibinin artması sıx strukturun sabitliyini qorumaq üçün faydalıdır və strukturu məhv edən xarici tezlik dəyərini artırır.

2.4 KGM/HPMC kompozit sisteminin temperatur skanlama əyri analizi

Müxtəlif kütlə fraksiyalarına və müxtəlif birləşmə nisbətlərinə malik KGM/HPMC məhlullarının saxlama modulu və itki modulu əyrilərindən belə görmək olar ki, sistemin kütlə payı 0,50% olduqda, G'və G″HPMC məhlulunun temperaturla dəyişməsi çətin olur. , və G″>G', sistemin viskozitesi üstünlük təşkil edir; kütlə payı artdıqda, G'HPMC məhlulunun miqdarı əvvəlcə dəyişməz qalır, sonra isə kəskin şəkildə artır və G'və G″təxminən 70-də kəsişir°C (Kəsişmə nöqtəsinin temperaturu gel nöqtəsidir) və sistem bu zaman gel əmələ gətirir, beləliklə HPMC-nin termal induksiyalı gel olduğunu göstərir. KGM həlli üçün sistemin kütlə payı 0,50% və 0,75% olduqda, G'və sistemin G “azalma tendensiyasını göstərir; kütlə payı artdıqda, KGM məhlulunun G' və G” əvvəlcə azalır, sonra isə əhəmiyyətli dərəcədə artır, bu da KGM məhlulunun yüksək kütlə fraksiyalarında və yüksək temperaturda gelə bənzər xüsusiyyətlər nümayiş etdirdiyini göstərir.

Temperaturun artması ilə G'və G″KGM/HPMC kompleks sisteminin ilkin olaraq azaldı, sonra əhəmiyyətli dərəcədə artdı və G'və G″kəsişmə nöqtələri meydana çıxdı və sistem gel əmələ gətirdi. HPMC molekulları aşağı temperaturda olduqda molekulyar zəncirdəki hidrofilik qruplar və su molekulları arasında hidrogen bağı yaranır və temperatur yüksəldikdə tətbiq olunan istilik HPMC və su molekulları arasında yaranan hidrogen bağlarını məhv edir və nəticədə HPMC makromolekulyar əmələ gəlir. zəncirlər. Səthdəki hidrofobik qruplar üzə çıxır, hidrofobik assosiasiya yaranır və termotrop gel əmələ gəlir. Aşağı kütləvi fraksiya sistemi üçün daha çox KGM tərkibi gel əmələ gətirə bilər; yüksək kütləvi fraksiya sistemi üçün daha çox HPMC tərkibi gel əmələ gətirə bilər. Aşağı kütləli fraksiya sistemində (0,50%) KGM molekullarının olması HPMC molekulları arasında hidrogen bağlarının yaranma ehtimalını azaldır və bununla da termotrop gellərin əmələ gəlməsinə şərait yaradan HPMC molekullarında hidrofobik qrupların məruz qalma ehtimalını artırır. Yüksək kütləli sistemdə KGM-nin tərkibi çox yüksək olarsa, sistemin özlülüyü yüksək olur ki, bu da HPMC və KGM molekulları arasında hidrofobik assosiasiyaya şərait yaratmır, bu da termogen gel əmələ gəlməsinə şərait yaratmır.

3. Nəticə

Bu işdə KGM və HPMC-nin birləşmə sisteminin reoloji davranışı öyrənilir. Nəticələr göstərir ki, KGM/HPMC-nin mürəkkəb sistemi qeyri-Nyuton mayesidir və KGM/HPMC-nin birləşmə sisteminin maye növü əsasən KGM tərəfindən müəyyən edilir. Sistemin kütlə hissəsinin və KGM tərkibinin artırılması həm mürəkkəb məhlulun axıcılığını azaldır, həm də onun özlülüyünü artırır. Sol vəziyyətdə, KGM və HPMC-nin molekulyar zəncirləri hidrofobik qarşılıqlı təsirlər vasitəsilə daha sıx bir quruluş meydana gətirir. Sistemdəki struktur xarici kəsmə ilə məhv edilir, nəticədə sistemin saxlama modulunda qəfil enmə olur. Sistemin kütlə hissəsinin və KGM tərkibinin artması sıx strukturun sabitliyini qorumaq və strukturu məhv edən xarici tezlik dəyərini artırmaq üçün faydalıdır. Aşağı kütləvi fraksiya sistemi üçün daha çox KGM tərkibi gel əmələ gəlməsi üçün əlverişlidir; yüksək kütləvi fraksiya sistemi üçün daha çox HPMC tərkibi gel əmələ gəlməsinə şərait yaradır.