Pagtuon sa rheological nga kinaiya sa konjac glucomannan ug hydroxypropyl methylcellulose compound system

Ang compound system sa konjac glucomannan (KGM) ug hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) gikuha isip research object, ug ang steady-state shear, frequency ug temperature sweep tests gihimo sa compound system pinaagi sa rotational rheometer. Ang impluwensya sa solution mass fraction ug compound ratio sa viscosity ug rheological properties sa KGM/HPMC compound system gisusi. Ang mga resulta nagpakita nga ang KGM/HPMC compound system usa ka non-Newtonian fluid, ug ang pagtaas sa mass fraction ug KGM content sa sistema makapamenos sa fluidity sa compound solution ug makapataas sa viscosity. Sa estado sa sol, ang KGM ug HPMC molekular nga mga kadena nagporma usa ka labi ka compact nga istruktura pinaagi sa hydrophobic nga mga interaksyon. Ang pagdugang sa bahin sa masa sa sistema ug sulud sa KGM makatabang sa pagpadayon sa kalig-on sa istruktura. Sa ubos nga mass fraction nga sistema, ang pagdugang sa sulod sa KGM mapuslanon sa pagporma sa thermotropic gels; samtang sa taas nga sistema sa mass fraction, ang pagdugang sa sulud sa HPMC makatabang sa pagporma sa mga thermotropic gel.

yawe nga mga pulong:konjac glucomannan; hydroxypropyl methylcellulose; compound; rheological nga kinaiya

Ang mga natural nga polysaccharides kaylap nga gigamit sa industriya sa pagkaon tungod sa ilang pagpalapot, emulsifying ug gelling nga mga kabtangan. Ang Konjac glucomannan (KGM) usa ka natural nga polysaccharide sa tanum, nga gilangkuban saβ-D-glucose ugβ-D-mannose sa usa ka ratio sa 1.6:1, ang duha gisumpay saβ-1,4 glycosidic bonds, sa C- Adunay gamay nga kantidad sa acetyl sa posisyon 6 (gibana-bana nga 1 acetyl alang sa matag 17 residues). Bisan pa, ang taas nga viscosity ug dili maayo nga fluidity sa KGM aqueous solution naglimite sa paggamit niini sa produksyon. Ang Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) usa ka propylene glycol ether sa methylcellulose, nga iya sa non-ionic cellulose ether. Ang HPMC kay film-forming, water-soluble, ug renewable. Ang HPMC adunay ubos nga viscosity ug gel nga kalig-on sa ubos nga temperatura, ug medyo dili maayo nga pagproseso sa performance, apan mahimo nga usa ka medyo viscous solid-like gel sa taas nga temperatura, busa daghang mga proseso sa produksyon ang kinahanglan nga ipahigayon sa taas nga temperatura, nga moresulta sa taas nga produksyon sa enerhiya konsumo. Taas ang gasto sa produksiyon. Gipakita sa literatura nga ang unsubstituted mannose unit sa KGM molecular chain mahimo nga usa ka huyang nga cross-linked hydrophobic association region uban sa hydrophobic group sa HPMC molecular chain pinaagi sa hydrophobic interaction. Kini nga istruktura mahimong malangan ug partially makapugong sa thermal gelation sa HPMC ug ipaubos ang gel temperature sa HPMC. Dugang pa, tungod sa ubos nga viscosity nga mga kabtangan sa HPMC sa medyo ubos nga temperatura, gitagna nga ang pagsagol niini sa KGM makapauswag sa taas nga viscosity nga kabtangan sa KGM ug makapauswag sa performance sa pagproseso niini. Busa, kini nga papel magtukod ug KGM/HPMC compound system aron masusi ang impluwensya sa solution mass fraction ug compound ratio sa rheological properties sa KGM/HPMC system, ug maghatag ug theoretical reference para sa paggamit sa KGM/HPMC compound system sa ang industriya sa pagkaon.

1. Mga materyales ug pamaagi

1.1 Mga materyales ug reagents

Hydroxypropyl methylcellulose, KIMA CHEMICAL CO.,LTD, mass fraction 2%, viscosity 6 mPa·s; methoxy mass fraction 28% ~ 30%; hydroxypropyl mass fraction 7.0% ~ 12% .

Konjac glucomannan, Wuhan Johnson Konjac Food Co., Ltd., 1 wt% aqueous solution viscosity≥28 000 mPa·s.

1.2 Mga instrumento ug kagamitan

MCR92 rotational rheometer, Anton Paar Co., Ltd., Austria; UPT-II-10T ultrapure nga makina sa tubig, Sichuan Youpu Ultrapure Technology Co., Ltd.; AB-50 electronic analytical balanse, Swiss Mette nga kompanya; LHS-150HC kanunay nga temperatura nga kaligoanan sa tubig, Wuxi Huaze Technology Co., Ltd.; JJ-1 Electric Stirrer, Jintan Medical Instrument Factory, Jiangsu Province.

1.3 Pag-andam sa compound nga solusyon

Timbanga ang HPMC ug KGM powder nga adunay usa ka compounding ratio (mass ratio: 0:10, 3:7, 5:5, 7:3, 10:0), hinayhinay nga idugang kini sa deionized nga tubig sa 60°C tubig bath, ug pagkutaw alang sa 1.5 ~ 2 h sa paghimo niini nga nagkatibulaag parehason, ug pag-andam sa 5 ka matang sa gradient solusyon uban sa kinatibuk-ang solid nga masa fractions sa 0.50%, 0.75%, 1.00%, 1.25%, ug 1.50%, sa tinagsa.

1.4 Pagsulay sa rheological kabtangan sa compound solusyon

Steady-state shear test: Ang rheological curve sa KGM/HPMC compound solution gisukod gamit ang CP50 cone ug plate, ang gintang tali sa ibabaw ug ubos nga mga plato gitakda sa 0.1 mm, ang temperatura sa pagsukod mao ang 25°C, ug ang shear rate range mao ang 0.1 ngadto sa 100 s-1.

Strain scanning (determinasyon sa linear viscoelastic region): Gamita ang PP50 plate aron sukdon ang linear viscoelastic region ug modulus change law sa KGM/HPMC compound solution, itakda ang spacing sa 1.000 mm, fixed frequency ngadto sa 1Hz, ug temperatura sa pagsukod ngadto sa 25°C. Ang strain range mao ang 0.1% ~ 100%.

Frequency sweep: Gamit ug PP50 plate para sukdon ang modulus change ug frequency dependence sa KGM/HPMC compound solution. Ang gilay-on gitakda sa 1.000 mm, ang strain mao ang 1%, ang temperatura sa pagsukod mao ang 25°C, ug ang frequency range mao ang 0.1-100 Hz.

Pag-scan sa temperatura: Ang modulus ug ang pagdepende sa temperatura niini sa KGM/HPMC compound solution gisukod gamit ang PP50 plate, ang gilay-on gitakda sa 1.000 mm, ang fixed frequency mao ang 1 Hz, ang deformation mao ang 1%, ug ang temperatura gikan sa 25 sa 90°C.

2. Mga Resulta ug Pagtuki

2.1 Pagtuki sa kurba sa agos sa KGM/HPMC compound system

Viscosity versus shear rate curves sa KGM/HPMC solutions nga adunay lain-laing compounding ratios sa lain-laing mass fractions. Ang mga likido nga ang viscosity usa ka linear function sa shear rate gitawag nga Newtonian fluid, kung dili kini gitawag nga non-Newtonian fluid. Makita gikan sa kurba nga ang viscosity sa KGM solution ug KGM/HPMC compound solution mikunhod uban ang pagtaas sa shear rate; mas taas ang KGM content, mas taas ang sistema mass fraction, ug mas klaro ang shear thinning phenomenon sa solusyon. Kini nagpakita nga ang KGM ug KGM/HPMC compound system kay non-Newtonian fluids, ug ang fluid type sa KGM/HPMC compound system kasagaran gitino sa KGM.

Gikan sa flow index ug viscosity coefficient sa KGM/HPMC solutions nga adunay lain-laing mga mass fractions ug lain-laing compound ratios, makita nga ang n values ​​sa KGM, HPMC ug KGM/HPMC compound systems tanan ubos pa sa 1, nga nagpakita nga ang mga solusyon mao ang tanan nga pseudoplastic fluid. Alang sa KGM/HPMC compound system, ang pagtaas sa mass fraction sa sistema magpahinabog pagkagapos ug uban pang interaksyon tali sa HPMC ug KGM molecular chain sa solusyon, nga makapakunhod sa paglihok sa mga molekular nga kadena, sa ingon makunhuran ang n bili sa ang sistema. Sa parehas nga oras, sa pagdugang sa sulud sa KGM, ang interaksyon tali sa mga kadena sa molekula sa KGM sa sistema sa KGM / HPMC gipauswag, sa ingon gipakunhod ang paglihok niini ug miresulta sa pagkunhod sa kantidad sa n. Sa kasukwahi, ang K nga kantidad sa KGM/HPMC compound solution nagpadayon sa pagdugang sa solusyon nga mass fraction ug KGM content, nga nag-una tungod sa pagtaas sa system mass fraction ug KGM content, nga parehong nagdugang sa sulod sa hydrophilic nga mga grupo sa sistema. , nagdugang sa molekular nga interaksyon sa sulod sa molekular nga kadena ug sa taliwala sa mga kadena, sa ingon nagdugang sa hydrodynamic radius sa molekula, nga naghimo niini nga dili kaayo mahimo nga oriented ubos sa aksyon sa eksternal nga paggunting nga pwersa ug pagdugang sa viscosity.

Ang teoretikal nga bili sa zero-shear viscosity sa KGM/HPMC compound system mahimong kalkulado sumala sa labaw sa logarithmic summation nga prinsipyo, ug ang eksperimento nga bili niini makuha pinaagi sa Carren fitting extrapolation sa viscosity-shear rate curve. Ang pagtandi sa gitagna nga bili sa zero-shear viscosity sa KGM/HPMC compound system nga adunay lain-laing mga mass fractions ug lain-laing mga compounding ratios sa experimental value, makita nga ang aktuwal nga bili sa zero-shear viscosity sa KGM/HPMC compound. Ang solusyon mas gamay kaysa sa teoretikal nga kantidad. Gipakita niini nga usa ka bag-ong asembliya nga adunay dasok nga istruktura ang naporma sa komplikado nga sistema sa KGM ug HPMC. Gipakita sa kasamtangan nga mga pagtuon nga ang mga unsubstituted mannose units sa KGM molecular chain mahimong makig-interact sa mga hydrophobic nga grupo sa HPMC molecular chain aron mahimong huyang nga cross-linked hydrophobic association region. Gituohan nga ang bag-ong istruktura sa asembliya nga adunay medyo dasok nga istruktura labi nga naporma pinaagi sa mga interaksyon sa hydrophobic. Kung ang ratio sa KGM ubos (HPMC> 50%), ang aktuwal nga bili sa zero-shear viscosity sa KGM/HPMC system mas ubos kay sa theoretical value, nga nagpakita nga sa ubos nga KGM content, mas daghang molekula ang moapil sa mas dasok nga bag-o. istruktura. Sa pagporma sa , ang zero-shear viscosity sa sistema dugang nga pagkunhod.

2.2 Pagtuki sa strain sweep curves sa KGM/HPMC compound system

Gikan sa mga kurba sa relasyon sa modulus ug shear strain sa KGM/HPMC nga mga solusyon nga adunay lain-laing mga mass fractions ug lain-laing mga compounding ratios, makita nga kung ang shear strain ubos pa sa 10%, ang G'ug G″sa compound nga sistema sa batakan dili motaas uban sa paggunting strain. Bisan pa, kini nagpakita nga sa sulod niini nga paggunting sa strain range, ang compound system makatubag sa external stimuli pinaagi sa pagbag-o sa molekular nga kadena nga conformation, ug ang istruktura sa compound system dili madaot. Sa diha nga ang shear strain mao ang> 10%, ang gawas Ubos sa aksyon sa paggunting nga pwersa, ang disentanglement speed sa molekular kadena sa komplikado nga sistema mao ang mas dako pa kay sa entanglement speed, G'ug G″magsugod sa pagkunhod, ug ang sistema mosulod sa nonlinear viscoelastic nga rehiyon. Busa, sa sunod nga dinamikong frequency test, ang shear strain parameter gipili isip 1% alang sa pagsulay.

2.3 Frequency sweep curve analysis sa KGM/HPMC compound system

Variation curves sa storage modulus ug loss modulus nga adunay frequency para sa KGM/HPMC solutions nga adunay lain-laing compounding ratios ubos sa lain-laing mass fractions. Ang storage modulus G' nagrepresentar sa enerhiya nga mahimong mabawi human sa temporaryo nga pagtipig sa pagsulay, ug ang pagkawala modulus G" nagpasabot sa enerhiya nga gikinahanglan alang sa inisyal nga pag-agos, nga usa ka dili mabalik nga pagkawala ug sa katapusan mausab ngadto sa shear heat. Kini makita nga, uban sa Samtang ang oscillation frequency nagdugang, ang pagkawala modulus G″kanunay nga mas dako pa kay sa storage modulus G', nga nagpakita sa likido nga kinaiya. Sa pagsulay frequency range, ang storage modulus G 'ug ang pagkawala modulus G" pagtaas uban sa pagdugang sa oscillation frequency. Kini nag-una tungod sa kamatuoran nga sa pagdugang sa frequency sa oscillation, ang molekular nga mga bahin sa kadena sa sistema walay panahon sa pagbawi sa deformation sa usa ka mubo nga panahon Ang miaging kahimtang, sa ingon nagpakita sa panghitabo nga mas daghang enerhiya ang mahimong tipigan ( mas dako G') o kinahanglan nga mawala (G″).

Uban sa pagtaas sa frequency sa oscillation, ang storage modulus sa sistema kalit nga nahulog, ug uban sa pagdugang sa masa nga tipik ug KGM nga sulod sa sistema, ang frequency point sa kalit nga drop sa hinay-hinay nga pagtaas. Ang kalit nga pag-drop mahimong tungod sa pagkaguba sa compact structure nga naporma sa hydrophobic association tali sa KGM ug HPMC sa sistema pinaagi sa external shearing. Dugang pa, ang pagdugang sa sistema sa mass fraction ug KGM nga sulud mapuslanon aron mapadayon ang kalig-on sa dasok nga istruktura, ug madugangan ang kantidad sa gawas nga frequency nga makaguba sa istruktura.

2.4 Temperatura scanning curve analysis sa KGM/HPMC composite system

Gikan sa mga kurba sa storage modulus ug loss modulus sa KGM/HPMC nga mga solusyon nga adunay lain-laing mga mass fraction ug lain-laing mga compounding ratios, makita nga kung ang mass fraction sa sistema mao ang 0.50%, ang G'ug G″sa HPMC nga solusyon halos dili mausab sa temperatura. , ug G″>G', ang viscosity sa sistema nagdominar; kung ang mass fraction modaghan, ang G'sa HPMC nga solusyon una nagpabilin nga wala mausab ug dayon motaas pag-ayo, ug ang G'ug G″intersect sa mga 70°C (Ang temperatura sa intersection point mao ang gel point), ug ang sistema nagporma og gel niining panahona, sa ingon nagpakita nga ang HPMC usa ka thermally induced gel. Alang sa KGM nga solusyon, kung ang mass fraction sa sistema mao ang 0.50% ug 0.75%, ang G'ug G sa sistema "nagpakita sa usa ka pagkunhod sa uso; sa dihang ang mass fraction modaghan, ang G' ug G” sa KGM nga solusyon unang mokunhod ug dayon motaas pag-ayo, nga nagpakita nga ang KGM nga solusyon nagpakita sa gel-like properties sa taas nga mass fractions ug taas nga temperatura .

Uban sa pagtaas sa temperatura, ang G'ug G″sa KGM/HPMC complex system una nga mikunhod ug dayon mitaas pag-ayo, ug ang G'ug G″nagpakita sa mga punto sa intersection, ug ang sistema nahimong usa ka gel. Kung ang mga molekula sa HPMC anaa sa ubos nga temperatura, ang hydrogen bonding mahitabo tali sa mga hydrophilic nga grupo sa molekular nga kadena ug mga molekula sa tubig, ug kung ang temperatura mosaka, ang gipadapat nga kainit makaguba sa hydrogen bond nga naporma tali sa HPMC ug mga molekula sa tubig, nga miresulta sa pagporma sa HPMC macromolecular mga kadena. Ang hydrophobic nga mga grupo sa ibabaw nabutyag, hydrophobic asosasyon mahitabo, ug usa ka thermotropic gel naporma. Alang sa ubos nga mass fraction system, mas daghang KGM content ang mahimong gel; para sa taas nga mass fraction system, mas daghang HPMC content ang mahimong gel. Sa ubos nga sistema sa tipik sa masa (0.50%), ang presensya sa mga molekula sa KGM makapakunhod sa kalagmitan sa pagporma sa hydrogen bonds tali sa mga molekula sa HPMC, sa ingon nagdugang ang posibilidad sa pagkaladlad sa mga hydrophobic nga grupo sa mga molekula sa HPMC, nga makatabang sa pagporma sa mga thermotropic gels. Sa taas nga sistema sa tipik sa masa, kung ang sulud sa KGM labi ka taas, ang viscosity sa sistema taas, nga dili hinungdan sa hydrophobic nga asosasyon tali sa mga molekula sa HPMC ug KGM, nga dili hinungdan sa pagporma sa thermogenic gel.

3. Panapos

Niini nga papel, gitun-an ang rheological nga kinaiya sa compound system sa KGM ug HPMC. Ang mga resulta nagpakita nga ang compound system sa KGM/HPMC kay usa ka non-Newtonian fluid, ug ang fluid type sa compound system sa KGM/HPMC kasagarang gitino sa KGM. Ang pagdugang sa tipik sa masa sa sistema ug sulud sa KGM parehas nga nakunhuran ang pagka-likido sa solusyon sa tambalan ug gipataas ang viscosity niini. Sa estado sa sol, ang mga molekular nga kadena sa KGM ug HPMC nagporma usa ka mas dasok nga istruktura pinaagi sa hydrophobic nga mga interaksyon. Ang istruktura sa sistema naguba pinaagi sa gawas nga paggunting, nga miresulta sa usa ka kalit nga pagkunhod sa modulus sa pagtipig sa sistema. Ang pagdugang sa sistema sa mass fraction ug KGM nga sulud mapuslanon aron mapadayon ang kalig-on sa dasok nga istruktura ug madugangan ang kantidad sa gawas nga frequency nga makaguba sa istruktura. Alang sa ubos nga mass fraction nga sistema, mas daghang KGM nga sulod ang angay sa pagporma sa gel; alang sa taas nga mass fraction system, mas daghang HPMC content ang makaayo sa pagporma sa gel.