Studiu nantu à u cumpurtamentu reologicu di u sistema di compostu di konjac glucomannan è idrossipropil metilcellulosa

U sistema cumpostu di konjac glucomannan (KGM) è hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) hè statu pigliatu cum'è l'ughjettu di ricerca, è e teste di taglio, frequenze è temperatura stazionarii sò stati realizati nantu à u sistema cumpostu da reometru rotazionale. L'influenza di a frazione di massa di suluzione è a ratio di compostu nantu à a viscosità è e proprietà reologiche di u sistema di compostu KGM / HPMC hè stata analizata. I risultati mostranu chì u sistema di compostu KGM / HPMC hè un fluidu non-Newtonian, è l'aumentu di a frazione di massa è u cuntenutu di KGM di u sistema riduce a fluidità di a suluzione composta è aumenta a viscosità. In u statu sol, e catene molecolari KGM è HPMC formanu una struttura più compatta per interazzione idrofobica. Aumentà a frazione di massa di u sistema è u cuntenutu KGM hè favurèvule à mantene a stabilità di a struttura. In u sistema di frazione di massa bassa, l'aumentu di u cuntenutu di KGM hè benefica per a furmazione di geli termotropici; mentre chì in u sistema di frazione di massa alta, l'aumentu di u cuntenutu di HPMC hè favurèvule à a furmazione di geli termotropici.

Parolle chjave:konjac glucomannan; idrossipropil metilcellulosa; cumpostu; cumpurtamentu reologicu

I polisaccaridi naturali sò largamente usati in l'industria alimentaria per via di e so proprietà addensanti, emulsionanti è gelificanti. Konjac glucomannan (KGM) hè un polisaccharide vegetale naturali, cumpostu diβ-D-glucose èβ-D-mannose in un rapportu di 1,6: 1, i dui sò ligati daβ-1,4 ligami glycosidic, in u C- Ci hè una piccula quantità di acetile in a pusizione 6 (circa 1 acetyl per ogni 17 residues). Tuttavia, l'alta viscosità è a poca fluidità di a suluzione aquosa di KGM limitanu a so applicazione in a produzzione. L'idrossipropilmetilcellulosa (HPMC) hè un etere propilenicu di metilcellulosa, chì appartene à l'etere di cellulosa non ionica. L'HPMC hè filmatu, solubile in acqua è rinnuvevule. HPMC hà a bassa viscosità è a forza di gel à bassu temperature, è un rendimentu di trasfurmazioni relativamente poveru, ma pò furmà un gel solidu relativamente viscosu à temperature elevate, cusì parechji prucessi di produzzione deve esse realizatu à alte temperature, risultatu in un altu cunsumu d'energia di produzzione. I costi di pruduzzioni sò altu. A letteratura mostra chì l'unità mannose non sostituita nantu à a catena molecolare KGM pò formà una regione di associazione idrofobica debolmente reticulata cù u gruppu idrofobicu nantu à a catena molecolare HPMC per interazione idrofobica. Sta struttura pò ritardà è impedisce parzialmente a gelazione termale di HPMC è diminuite a temperatura di gel di HPMC. Inoltre, in vista di e proprietà di viscosità bassa di HPMC à temperature relativamente bassu, hè previstu chì a so cumpunimentu cù KGM pò migliurà e proprietà di viscosità alta di KGM è migliurà a so prestazione di trasfurmazioni. Per quessa, stu articulu hà da custruisce un sistema di compostu KGM / HPMC per esplorà l'influenza di a frazione di massa di suluzione è a ratio di compostu nantu à e proprietà reologiche di u sistema KGM / HPMC, è furnisce un riferimentu teoricu per l'applicazione di u sistema di compostu KGM / HPMC in l'industria alimentaria.

1. Materiali è metudi

1.1 Materiali è reagenti

Idrossipropilmetilcellulosa, KIMA CHEMICAL CO.,LTD, frazione di massa 2%, viscosità 6 mPa·s; frazione di massa metossi 28% ~ 30%; frazione di massa idrossipropilica 7,0% ~ 12%.

Konjac glucomannan, Wuhan Johnson Konjac Food Co., Ltd., 1% in peso di viscosità di soluzione acquosa≥28 000 mPa·s.

1.2 Strumenti è equipaggiu

MCR92 rotational rheometer, Anton Paar Co., Ltd., Austria; UPT-II-10T ultrapure water machine, Sichuan Youpu Ultrapure Technology Co., Ltd.; Bilanciu analiticu elettronicu AB-50, cumpagnia Swiss Mette; LHS-150HC bagnu d'acqua a temperatura custanti, Wuxi Huaze Technology Co., Ltd.; JJ-1 Electric Stirrer, Jintan Medical Instrument Factory, Pruvincia di Jiangsu.

1.3 Preparazione di suluzione composta

Pisà i polveri HPMC è KGM cun un certu rapportu di cumpunimentu (rapportu di massa: 0:10, 3:7, 5:5, 7:3, 10:0), aghjunghje lentamente in acqua deionizzata in un 60.°C bagnu d'acqua, è stir for 1,5 ~ 2 h à fà si sparse uniformly, è priparà 5 tippi di suluzioni gradient cù fraccioni di massa solidu tutali di 0,50%, 0,75%, 1,00%, 1,25%, è 1,50%, rispittivamenti.

1.4 Test di pruprietà rheological di suluzione cumposti

Test de cisaillement à l'état stable: A curva reologica di a suluzione di compostu KGM/HPMC hè stata misurata cù un conu è una piastra CP50, a distanza trà i platti superiori è inferiori hè stata fissata à 0,1 mm, a temperatura di misurazione era 25.°C, et l'intervalle de vitesse de cisaillement était de 0,1 à 100 s-1.

Strain scanning (determinazione di a regione viscoelastica lineare): Aduprate a piastra PP50 per misurà a regione viscoelastica lineale è a lege di cambiamentu di modulu di a suluzione composta KGM / HPMC, stabilisce a spaziatura à 1.000 mm, a frequenza fissa à 1Hz è a temperatura di misurazione à 25.°C. A gamma di strain hè 0.1% ~ 100%.

Spazzatura di frequenza: Aduprate una piastra PP50 per misurà u cambiamentu di modulu è a dipendenza di a frequenza di a suluzione composta KGM/HPMC. U spaziu hè stabilitu à 1.000 mm, a tensione hè 1%, a temperatura di misurazione hè 25.°C, è a gamma di freccia hè 0.1-100 Hz.

Scanning di a temperatura: U modulu è a so dipendenza da a temperatura di a suluzione di compostu KGM / HPMC sò stati misurati cù una piastra PP50, u spaziu hè statu stabilitu à 1.000 mm, a freccia fissa era 1 Hz, a deformazione era 1%, è a temperatura era da 25. à 90°C.

2. Risultati è Analisi

2.1 Analisi di a curva di flussu di u sistema compostu KGM / HPMC

Curve di viscosità versus tasso di taglio di soluzioni KGM/HPMC cù diversi rapporti di cumpunimentu à diverse frazioni di massa. I fluidi chì a viscosità hè una funzione lineale di a freccia di taglio sò chjamati fluidi newtoniani, altrimenti sò chjamati fluidi non newtoniani. Pò esse vistu da a curva chì a viscosità di a suluzione KGM è a suluzione di compostu KGM / HPMC diminuisce cù l'aumentu di a freccia di cisura; u più altu u cuntenutu KGM, u più altu a frazione di massa di u sistema, è u più evidenti u fenomenu di sminticamentu di a suluzione di a suluzione. Questu mostra chì u sistema di compostu KGM è KGM / HPMC sò fluidi non newtoniani, è u tipu di fluidu di u sistema di compostu KGM / HPMC hè principalmente determinatu da KGM.

Da l'indice di flussu è u coefficient di viscosità di e soluzioni KGM/HPMC cù diverse frazioni di massa è diverse proporzioni di composti, si pò vede chì i valori n di i sistemi di composti KGM, HPMC è KGM/HPMC sò tutti menu di 1, chì indicanu chì e soluzioni sò tutti i fluidi pseudoplastici. Per u sistema di compostu KGM / HPMC, l'aumentu di a frazione di massa di u sistema pruvucarà l'intricatu è altre interazzione trà e catene moleculari HPMC è KGM in a suluzione, chì riducerà a mobilità di e catene moleculari, riducendu cusì u valore n di u sistema. À u listessu tempu, cù l'aumentu di u cuntenutu KGM, l'interazzione trà e catene moleculari KGM in u sistema KGM / HPMC hè rinfurzata, riducendu cusì a so mobilità è risultatu in una diminuzione di n valore. À u cuntrariu, u valore K di a suluzione di compostu KGM / HPMC aumenta continuamente cù l'aumentu di a frazione di massa di suluzione è u cuntenutu di KGM, chì hè principalmente duvuta à l'aumentu di a frazione di massa di u sistema è di u cuntenutu di KGM, chì sia aumentanu u cuntenutu di gruppi idrofili nel sistema. , aumentendu l'interazzione moleculare in a catena moleculare è trà e catene, aumentendu cusì u raghju idrodinamicu di a molécula, facendu menu prubabile di esse orientatu sottu l'azzione di a forza di cisura esterna è aumentendu a viscosità.

U valore teoricu di a viscosità zero-shear di u sistema di cumposti KGM / HPMC pò esse calculatu secondu u principiu di summa logarithmic sopra, è u so valore sperimentale pò esse ottenutu da Carren fitting extrapolation of the curve rate viscosity-shear. Paragunendu u valore previstu di a viscosità zero-shear di u sistema di cumposti KGM / HPMC cù diverse frazioni di massa è diverse proporzioni cumposti cù u valore sperimentale, pò esse vistu chì u valore attuale di a viscosità zero-shear di u compostu KGM / HPMC. a suluzione hè più chjuca chè u valore teoricu. Questu hà indicatu chì una nova assemblea cù una struttura densa hè stata formata in u sistema cumplessu di KGM è HPMC. Studi esistenti anu dimustratu chì l'unità mannose non sostituite nantu à a catena molecolare KGM ponu interagisce cù i gruppi idrofobici nantu à a catena molecolare HPMC per formà una regione d'associazione idrofobica debolmente reticulata. Hè speculatu chì a nova struttura di assemblea cù una struttura relativamente densa hè principalmente formata per interazzione idrofobica. Quandu u rapportu KGM hè bassu (HPMC> 50%), u valore attuale di a viscosità zero-shear di u sistema KGM / HPMC hè più bassu di u valore teoricu, chì indica chì à pocu cuntenutu di KGM, più molécule participanu à a nova densità. struttura. In a furmazione di , a viscosità zero-shear di u sistema hè più ridutta.

2.2 Analisi di e curve di strain sweep di u sistema compostu KGM / HPMC

Da e curve di relazione di u modulu è a deformazione di taglio di suluzione KGM / HPMC cù diverse frazioni di massa è diverse proporzioni di cumpunimentu, si pò vede chì quandu a tensione di taglio hè menu di 10%, u G′è G″di u sistema cumposti basicamente ùn aumentanu micca cù a tensione di taglio. Tuttavia, mostra chì in questa gamma di ceppi di taglioli, u sistema cumpostu pò risponde à stimuli esterni attraversu u cambiamentu di a conformazione di a catena moleculare, è a struttura di u sistema cumpostu ùn hè micca dannatu. Quandu a tensione di tagliola hè> 10%, l'esterno Sottu à l'azzione di a forza di taglio, a velocità di disinguamentu di catene molecolari in u sistema cumplessu hè più grande di a velocità di entanglement, G.′è G″cumincianu à diminuisce, è u sistema entra in a regione viscoelastic non-linear. Dunque, in a successiva prova di frequenza dinamica, u paràmetru di sforzu di tagliolu hè statu sceltu cum'è 1% per a prova.

2.3 Analisi di a curva di freccia di freccia di u sistema di compostu KGM / HPMC

Curve di variazione di u modulu di almacenamentu è u modulu di perdita cù a frequenza per e soluzioni KGM / HPMC cù diverse proporzioni di cumpunimentu sottu diverse frazioni di massa. U modulu d'almacenamiento G' rapprisenta l'energia chì pò esse recuperata dopu l'almacenamiento temporale in a prova, è u modulu di perdita G" significa l'energia necessaria per u flussu iniziale, chì hè una perdita irreversibile è hè finalmente trasfurmata in calore di taglio. Si pò vede chì, cù a frequenza di oscillazione aumenta, u modulu di perdita G″hè sempre più grande di u modulu di almacenamiento G′, chì mostra un cumpurtamentu liquidu. In a gamma di frequenze di prova, u modulu di almacenamento G' è u modulu di perdita G” aumentanu cù l'aumentu di a frequenza d'oscillazione. Questu hè principalmente duvuta à u fattu chì cù l'aumentu di a freccia di oscillazione, i segmenti di a catena molekulari in u sistema ùn anu micca u tempu di ricuperà à a deformazione in pocu tempu U statu precedente, chì mostra cusì u fenomenu chì pò esse almacenatu più energia ( più grande G′) o deve esse persu (G″).

Cù l'aumentu di a freccia d'oscillazione, u modulu di almacenamentu di u sistema scende di colpu, è cù l'aumentu di a frazione di massa è u cuntenutu KGM di u sistema, u puntu di freccia di a caduta brusca aumenta gradualmente. A caduta brusca pò esse dovuta à a distruzzione di a struttura compatta formata da l'associazione idrofobica trà KGM è HPMC in u sistema da una cisura esterna. Inoltre, l'aumentu di a frazione di massa di u sistema è u cuntenutu di KGM hè benefica per mantene a stabilità di a struttura densa, è aumenta u valore di frequenza esterna chì distrugge a struttura.

2.4 Analisi di a curva di scanning di temperatura di u sistema compostu KGM / HPMC

Da e curve di u modulu di almacenamentu è u modulu di perdita di suluzione KGM / HPMC cù diverse fraccioni di massa è diverse proporzioni cumposti, si pò vede chì quandu a frazzioni di massa di u sistema hè 0,50%, u G′è G″di a suluzione HPMC ùn cambia pocu cù a temperatura. , è G″> G′, a viscosità di u sistema domina; quandu a frazione di massa aumenta, u G′di a suluzione HPMC prima resta invariata è poi aumenta bruscamente, è G′è G″s'intersece à circa 70°C (A temperatura di u puntu di intersezzione hè u puntu di gel), è u sistema forma un gel à questu tempu, chì indica chì HPMC hè un gel induttu termale. Per a suluzione KGM, quandu a frazione di massa di u sistema hè 0,50% è 0,75%, u G′è G di u sistema "mostra una tendenza decrescente; quandu a frazione di massa aumenta, u G' è G" di a suluzione KGM prima diminuite è poi aumentanu significativamente, ciò chì indica chì a suluzione KGM mostra proprietà di gel à frazioni di massa elevate è temperature elevate.

Cù l'aumentu di a temperatura, u G′è G″di u sistema cumplessu KGM / HPMC hà prima diminuitu è ​​poi aumentatu significativamente, è G′è G″apparsu punti d'intersezzione, è u sistema hà furmatu un gel. Quandu e molécule di HPMC sò à bassa temperatura, u ligame di l'idrogenu si trova trà i gruppi idrofili nantu à a catena molekulari è e molécule d'acqua, è quandu a temperatura aumenta, u calore applicatu distrugge i legami di l'idrogenu furmati trà HPMC è molécule d'acqua, risultatu in a furmazione di HPMC macromolecular. catene. I gruppi idrofobici nantu à a superficia sò esposti, si verifica l'associazione idrofobica, è si forma un gel termotropicu. Per u sistema di frazione di massa bassa, più cuntenutu KGM pò furmà gel; per u sistema di frazione di massa alta, più cuntenutu di HPMC pò furmà gel. In u sistema di frazione di massa bassa (0,50%), a prisenza di molécule KGM riduce a probabilità di furmà ligami d'idrogenu trà e molécule HPMC, aumentendu cusì a pussibilità di l'esposizione di gruppi idrofobi in molécule HPMC, chì conduce à a furmazione di geli termotropici. In u sistema di frazione di massa alta, se u cuntenutu di KGM hè troppu altu, a viscosità di u sistema hè alta, chì ùn hè micca favurevule à l'associazione idrofobica trà e molécule HPMC è KGM, chì ùn hè micca favurevule à a furmazione di gel termogenicu.

3. Cunclusioni

In questu documentu, u cumpurtamentu reologicu di u sistema compostu di KGM è HPMC hè studiatu. I risultati mostranu chì u sistema cumpostu di KGM/HPMC hè un fluidu non-Newtonianu, è u tipu di fluidu di u sistema cumpostu di KGM/HPMC hè principalmente determinatu da KGM. Aumentà a frazione di massa di u sistema è u cuntenutu di KGM sia diminuite a fluidità di a suluzione composta è aumenta a so viscosità. In u statu sol, e catene molecolari di KGM è HPMC formanu una struttura più densa per interazzione idrofobica. A struttura in u sistema hè distrutta da u cisura esternu, risultatu in una caduta brusca in u modulu di almacenamiento di u sistema. L'aumentu di a frazione di massa di u sistema è u cuntenutu di KGM hè benefica per mantene a stabilità di a struttura densa è cresce u valore di frequenza esterna chì distrugge a struttura. Per u sistema di frazione di massa bassa, più cuntenutu di KGM hè favurèvule à a furmazione di gel; per u sistema di frazione di massa alta, più cuntenutu di HPMC hè favurèvule à a furmazione di gel.