Astudiaeth ar ymddygiad rheolegol konjac glucomannan a system gyfansawdd hydroxypropyl methylcellulose

Cymerwyd y system gyfansawdd o konjac glucomannan (KGM) a hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) fel y gwrthrych ymchwil, a chynhaliwyd y profion cneifio cyflwr cyson, amlder a thymheredd ar y system gyfansawdd gan reomedr cylchdro. Dadansoddwyd dylanwad ffracsiwn toddiant màs a chymhareb cyfansawdd ar gludedd a phriodweddau rheolegol system gyfansawdd KGM/HPMC. Mae'r canlyniadau'n dangos bod system gyfansawdd KGM / HPMC yn hylif nad yw'n Newtonaidd, ac mae'r cynnydd yn y ffracsiwn màs a chynnwys KGM y system yn lleihau hylifedd yr hydoddiant cyfansawdd ac yn cynyddu'r gludedd. Yn y cyflwr sol, mae cadwyni moleciwlaidd KGM a HPMC yn ffurfio strwythur mwy cryno trwy ryngweithiadau hydroffobig. Mae cynyddu ffracsiwn màs y system a chynnwys KGM yn ffafriol i gynnal sefydlogrwydd y strwythur. Yn y system ffracsiwn màs isel, mae cynyddu cynnwys KGM yn fuddiol i ffurfio geliau thermotropig; tra yn y system ffracsiwn màs uchel, mae cynyddu cynnwys HPMC yn ffafriol i ffurfio geliau thermotropig.

Geiriau allweddol:konjac glucomannan; hydroxypropyl methylcellulose; cyfansawdd; ymddygiad rheolegol

Defnyddir polysacaridau naturiol yn eang yn y diwydiant bwyd oherwydd eu priodweddau tewychu, emylsio a gelio. Mae Konjac glucomannan (KGM) yn polysacarid planhigion naturiol, sy'n cynnwysβ-D-glwcos aβ-D-mannose mewn cymhareb o 1.6:1, y ddau yn cael eu cysylltu ganβ-1,4 bondiau glycosidig, yn y C- Mae swm bach o asetyl yn safle 6 (tua 1 asetyl ar gyfer pob 17 gweddillion). Fodd bynnag, mae gludedd uchel a hylifedd gwael hydoddiant dyfrllyd KGM yn cyfyngu ar ei ddefnydd wrth gynhyrchu. Mae hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) yn ether glycol propylen o methylcellulose, sy'n perthyn i ether seliwlos nad yw'n ïonig. Mae HPMC yn ffurfio ffilm, yn hydawdd mewn dŵr, ac yn adnewyddadwy. Mae gan HPMC gludedd isel a chryfder gel ar dymheredd isel, a pherfformiad prosesu cymharol wael, ond gall ffurfio gel cymharol gludiog tebyg i solet ar dymheredd uchel, felly mae'n rhaid cynnal llawer o brosesau cynhyrchu ar dymheredd uchel, gan arwain at ddefnydd uchel o ynni cynhyrchu. Mae costau cynhyrchu yn uchel. Mae'r llenyddiaeth yn dangos y gall yr uned mannose di-newid ar y gadwyn moleciwlaidd KGM ffurfio rhanbarth cysylltiad hydroffobig traws-gysylltiedig gwan gyda'r grŵp hydroffobig ar gadwyn moleciwlaidd HPMC trwy ryngweithio hydroffobig. Gall y strwythur hwn oedi ac atal gelation thermol HPMC yn rhannol a gostwng tymheredd gel HPMC. Yn ogystal, o ystyried priodweddau gludedd isel HPMC ar dymheredd cymharol isel, rhagwelir y gall ei gyfuno â KGM wella priodweddau gludedd uchel KGM a gwella ei berfformiad prosesu. Felly, bydd y papur hwn yn adeiladu system gyfansawdd KGM/HPMC i archwilio dylanwad ffracsiwn màs hydoddiant a chymhareb cyfansawdd ar briodweddau rheolegol y system KGM/HPMC, ac yn darparu cyfeiriad damcaniaethol ar gyfer cymhwyso'r system gyfansawdd KGM/HPMC yn y diwydiant bwyd.

1. Deunyddiau a dulliau

1.1 Deunyddiau ac adweithyddion

Hydroxypropyl methylcellulose, KIMA CHEMICAL CO., LTD, ffracsiwn màs 2%, gludedd 6 mPa·s; ffracsiwn màs methoxy 28% ~ 30%; ffracsiwn màs hydroxypropyl 7.0% ~ 12%.

Konjac glucomannan, Wuhan Johnson Konjac Food Co, Ltd., 1 wt% gludedd hydoddiant dyfrllyd≥28 000 mPa·s.

1.2 Offerynnau ac offer

Rheomedr cylchdro MCR92, Anton Paar Co, Ltd, Awstria; Peiriant dŵr ultrapure UPT-II-10T, Sichuan Youpu Ultrapure Technology Co, Ltd; Cydbwysedd dadansoddol electronig AB-50, cwmni Swiss Mette; baddon dŵr tymheredd cyson LHS-150HC, Wuxi Huaze Technology Co, Ltd; JJ-1 Stirrer Trydan, Ffatri Offeryn Meddygol Jintan, Talaith Jiangsu.

1.3 Paratoi hydoddiant cyfansawdd

Pwyswch bowdrau HPMC a KGM gyda chymhareb cyfansawdd penodol (cymhareb màs: 0:10, 3:7, 5:5, 7:3, 10:0), ychwanegwch nhw'n araf i ddŵr wedi'i ddad-ïoneiddio mewn 60°C baddon dŵr, a'i droi am 1.5 ~ 2 h i'w wneud yn wasgaredig yn gyfartal, a pharatoi 5 math o atebion graddiant gyda chyfanswm ffracsiynau màs solet o 0.50%, 0.75%, 1.00%, 1.25%, a 1.50%, yn y drefn honno.

1.4 Prawf priodweddau rheolegol hydoddiant cyfansawdd

Prawf cneifio cyflwr cyson: Mesurwyd cromlin rheolegol yr hydoddiant cyfansawdd KGM/HPMC gan ddefnyddio côn a phlât CP50, roedd y bwlch rhwng y platiau uchaf ac isaf yn sefydlog ar 0.1 mm, y tymheredd mesur oedd 25°C, ac ystod y gyfradd cneifio oedd 0.1 i 100 s-1.

Sganio straen (penderfynu rhanbarth viscoelastig llinol): Defnyddiwch blât PP50 i fesur y rhanbarth viscoelastig llinol a chyfraith newid modwlws hydoddiant cyfansawdd KGM / HPMC, gosodwch y gofod i 1.000 mm, amlder sefydlog i 1Hz, a thymheredd mesur i 25°C. Yr ystod straen yw 0.1% ~ 100%.

Ysgubo amledd: Defnyddiwch blât PP50 i fesur y newid modwlws a dibyniaeth amledd yr hydoddiant cyfansawdd KGM/HPMC. Mae'r gofod wedi'i osod i 1.000 mm, mae'r straen yn 1%, y tymheredd mesur yw 25°C, ac mae'r ystod amledd yn 0.1-100 Hz.

Sganio tymheredd: Mesurwyd y modwlws a'i ddibyniaeth tymheredd yr hydoddiant cyfansawdd KGM / HPMC gan ddefnyddio plât PP50, gosodwyd y bylchau i 1.000 mm, yr amledd sefydlog oedd 1 Hz, roedd yr anffurfiad yn 1%, ac roedd y tymheredd o 25 i 90°C.

2. Canlyniadau a Dadansoddiad

2.1 Dadansoddiad cromlin llif o system gyfansawdd KGM/HPMC

Gludedd yn erbyn cromliniau cyfradd cneifio hydoddiannau KGM/HPMC gyda chymarebau cyfansawdd gwahanol ar ffracsiynau màs gwahanol. Gelwir hylifau y mae eu gludedd yn swyddogaeth linol cyfradd cneifio yn hylifau Newtonaidd, fel arall fe'u gelwir yn hylifau an-Newtonaidd. Gellir gweld o'r gromlin bod gludedd hydoddiant KGM a hydoddiant cyfansawdd KGM/HPMC yn lleihau gyda chynnydd yn y gyfradd cneifio; po uchaf yw'r cynnwys KGM, yr uchaf yw'r ffracsiwn màs system, a'r mwyaf amlwg yw ffenomen teneuo cneifio yr ateb. Mae hyn yn dangos bod system gyfansawdd KGM a KGM/HPMC yn hylifau nad ydynt yn Newtonaidd, ac mae'r math hylif o system gyfansawdd KGM/HPMC yn cael ei bennu'n bennaf gan KGM.

O'r mynegai llif a chyfernod gludedd datrysiadau KGM/HPMC gyda gwahanol ffracsiynau màs a chymarebau cyfansawdd gwahanol, gellir gweld bod gwerthoedd n systemau cyfansawdd KGM, HPMC a KGM/HPMC i gyd yn llai nag 1, sy'n nodi bod yr atebion yn pob hylif ffugoplastig. Ar gyfer y system gyfansawdd KGM/HPMC, bydd cynnydd ffracsiwn màs y system yn achosi cysylltiad a rhyngweithiadau eraill rhwng cadwyni moleciwlaidd HPMC a KGM yn yr ateb, a fydd yn lleihau symudedd y cadwyni moleciwlaidd, a thrwy hynny leihau gwerth n. y system. Ar yr un pryd, gyda chynnydd mewn cynnwys KGM, mae'r rhyngweithio rhwng cadwyni moleciwlaidd KGM yn y system KGM / HPMC yn cael ei wella, a thrwy hynny leihau ei symudedd ac arwain at ostyngiad mewn gwerth n. I'r gwrthwyneb, mae gwerth K yr hydoddiant cyfansawdd KGM/HPMC yn cynyddu'n barhaus gyda chynnydd y ffracsiwn màs datrysiad a chynnwys KGM, sy'n bennaf oherwydd y cynnydd yn y ffracsiwn màs system a chynnwys KGM, sy'n cynyddu'r cynnwys. grwpiau hydroffilig yn y system. , cynyddu'r rhyngweithio moleciwlaidd o fewn y gadwyn moleciwlaidd a rhwng y cadwyni, a thrwy hynny gynyddu radiws hydrodynamig y moleciwl, gan ei gwneud yn llai tebygol o gael ei gyfeirio o dan weithred grym cneifio allanol a chynyddu'r gludedd.

Gellir cyfrifo gwerth damcaniaethol gludedd sero cneifio y system gyfansawdd KGM/HPMC yn unol â'r egwyddor crynhoi logarithmig uchod, a gellir cael ei werth arbrofol trwy allosod cromlin cyfradd cneifio gludedd gosod Carren. Wrth gymharu gwerth rhagfynegedig gludedd sero cneifio system gyfansawdd KGM/HPMC gyda gwahanol ffracsiynau màs a chymarebau cyfansawdd gwahanol â'r gwerth arbrofol, gellir gweld bod gwerth gwirioneddol gludedd sero-cneifio y cyfansawdd KGM/HPMC ateb yn llai na'r gwerth damcaniaethol. Roedd hyn yn dangos bod cynulliad newydd gyda strwythur trwchus wedi'i ffurfio yn system gymhleth KGM a HPMC. Mae astudiaethau presennol wedi dangos y gall yr unedau mannose di-newid ar y gadwyn foleciwlaidd KGM ryngweithio â'r grwpiau hydroffobig ar gadwyn moleciwlaidd HPMC i ffurfio rhanbarth cysylltiad hydroffobig gwan traws-gysylltiedig. Tybir bod y strwythur cynulliad newydd gyda strwythur cymharol drwchus yn cael ei ffurfio'n bennaf trwy ryngweithiadau hydroffobig. Pan fo'r gymhareb KGM yn isel (HPMC > 50%), mae gwerth gwirioneddol gludedd sero cneifio y system KGM/HPMC yn is na'r gwerth damcaniaethol, sy'n dangos, ar gynnwys KGM isel, bod mwy o foleciwlau yn cymryd rhan yn y dwysedd newydd. strwythur. Wrth ffurfio , mae gludedd sero cneifio y system yn cael ei leihau ymhellach.

2.2 Dadansoddiad o gromliniau ysgubo straen system gyfansawdd KGM/HPMC

O gromliniau perthynas modwlws a straen cneifio hydoddiannau KGM/HPMC gyda gwahanol ffracsiynau màs a chymarebau cyfansawdd gwahanol, gellir gweld pan fo'r straen cneifio yn llai na 10%, y G′a G″o'r system cyfansawdd yn y bôn nid ydynt yn cynyddu gyda'r straen cneifio. Fodd bynnag, mae'n dangos, o fewn yr ystod straen cneifio hon, y gall y system gyfansawdd ymateb i ysgogiadau allanol trwy newid cydffurfiad cadwyn moleciwlaidd, ac nid yw strwythur y system gyfansawdd yn cael ei niweidio. Pan fo'r straen cneifio yn > 10%, yr allanol O dan weithred grym cneifio, mae cyflymder datgysylltu cadwyni moleciwlaidd yn y system gymhleth yn fwy na'r cyflymder maglu, G.′a G″dechrau lleihau, ac mae'r system yn mynd i mewn i'r rhanbarth viscoelastig aflinol. Felly, yn y prawf amlder deinamig dilynol, dewiswyd y paramedr straen cneifio fel 1% ar gyfer profi.

2.3 Dadansoddiad cromlin ysgubo amledd o system gyfansawdd KGM/HPMC

Cromliniau amrywiad modwlws storio a modwlws colled gydag amlder ar gyfer datrysiadau KGM/HPMC gyda chymarebau cyfansawdd gwahanol o dan wahanol ffracsiynau màs. Mae'r modwlws storio G' yn cynrychioli'r egni y gellir ei adennill ar ôl storio dros dro yn y prawf, ac mae'r modwlws colled G” yn golygu'r egni sydd ei angen ar gyfer y llif cychwynnol, sy'n golled anadferadwy ac yn cael ei drawsnewid yn wres cneifio o'r diwedd. Gellir gweld, gyda Wrth i'r amledd oscillation gynyddu, mae'r modwlws colled G″bob amser yn fwy na'r modwlws storio G′, yn dangos ymddygiad hylifol. Yn yr ystod amledd prawf, mae'r modwlws storio G' a'r modwlws colled G” yn cynyddu gyda chynnydd yn yr amledd osciliad. Mae hyn yn bennaf oherwydd y ffaith, gyda chynnydd yr amlder osciliad, nad oes gan y segmentau cadwyn moleciwlaidd yn y system unrhyw amser i adfer i'r anffurfiad mewn amser byr Y cyflwr blaenorol, gan ddangos y ffenomen y gellir storio mwy o egni ( G mwy′) neu sydd angen ei golli (G″).

Gyda chynnydd yr amlder osciliad, mae modwlws storio'r system yn gostwng yn sydyn, a chyda chynnydd y ffracsiwn màs a chynnwys KGM y system, mae pwynt amlder y gostyngiad sydyn yn cynyddu'n raddol. Gall y gostyngiad sydyn fod o ganlyniad i ddinistrio'r strwythur cryno a ffurfiwyd gan y cysylltiad hydroffobig rhwng KGM a HPMC yn y system trwy gneifio allanol. Ar ben hynny, mae cynnydd ffracsiwn màs system a chynnwys KGM yn fuddiol i gynnal sefydlogrwydd y strwythur trwchus, ac yn cynyddu'r gwerth amledd allanol sy'n dinistrio'r strwythur.

2.4 Dadansoddiad cromlin sganio tymheredd o system gyfansawdd KGM/HPMC

O gromliniau modwlws storio a modwlws colled hydoddiannau KGM/HPMC gyda gwahanol ffracsiynau màs a chymarebau cyfansawdd gwahanol, gellir gweld pan fo ffracsiwn màs y system yn 0.50%, y G′a G″o'r ateb HPMC prin yn newid gyda thymheredd. , a G″>G′, gludedd y system yn dominyddu; pan fydd y ffracsiwn màs yn cynyddu, mae'r G′o'r datrysiad HPMC yn gyntaf yn aros heb ei newid ac yna'n cynyddu'n sydyn, ac mae G′a G″croestorri tua 70°C (Tymheredd y pwynt croestoriad yw'r pwynt gel), ac mae'r system yn ffurfio gel ar yr adeg hon, gan ddangos bod HPMC yn gel a achosir yn thermol. Ar gyfer yr ateb KGM, pan fo ffracsiwn màs y system yn 0.50% a 0.75%, mae'r G′ac mae G o'r system “yn dangos tuedd ostyngol; pan fydd y ffracsiwn màs yn cynyddu, mae G' a G” yr hydoddiant KGM yn gostwng yn gyntaf ac yna'n cynyddu'n sylweddol, sy'n dangos bod yr hydoddiant KGM yn arddangos priodweddau tebyg i gel ar ffracsiynau màs uchel a thymheredd uchel.

Gyda'r cynnydd mewn tymheredd, mae'r G′a G″o'r system gymhleth KGM/HPMC wedi gostwng yn gyntaf ac yna cynyddu'n sylweddol, a G′a G″ymddangosodd pwyntiau croestoriad, ac roedd y system yn ffurfio gel. Pan fo moleciwlau HPMC ar dymheredd isel, mae bondio hydrogen yn digwydd rhwng y grwpiau hydroffilig ar y gadwyn moleciwlaidd a moleciwlau dŵr, a phan fydd y tymheredd yn codi, mae'r gwres cymhwysol yn dinistrio'r bondiau hydrogen a ffurfiwyd rhwng HPMC a moleciwlau dŵr, gan arwain at ffurfio macromoleciwlaidd HPMC cadwyni. Mae'r grwpiau hydroffobig ar yr wyneb yn agored, mae cysylltiad hydroffobig yn digwydd, ac mae gel thermotropig yn cael ei ffurfio. Ar gyfer y system ffracsiwn màs isel, gall mwy o gynnwys KGM ffurfio gel; ar gyfer system ffracsiwn màs uchel, gall mwy o gynnwys HPMC ffurfio gel. Yn y system ffracsiwn màs isel (0.50%), mae presenoldeb moleciwlau KGM yn lleihau'r tebygolrwydd o ffurfio bondiau hydrogen rhwng moleciwlau HPMC, a thrwy hynny gynyddu'r posibilrwydd o amlygiad grwpiau hydroffobig mewn moleciwlau HPMC, sy'n ffafriol i ffurfio geliau thermotropig. Yn y system ffracsiwn màs uchel, os yw cynnwys KGM yn rhy uchel, mae gludedd y system yn uchel, nad yw'n ffafriol i'r cysylltiad hydroffobig rhwng moleciwlau HPMC a KGM, nad yw'n ffafriol i ffurfio gel thermogenic.

3. Casgliad

Yn y papur hwn, astudir ymddygiad rheolegol y system gyfansawdd o KGM a HPMC. Mae'r canlyniadau'n dangos bod system gyfansawdd KGM/HPMC yn hylif nad yw'n Newtonaidd, a KGM sy'n pennu math hylif y system gyfansawdd KGM/HPMC yn bennaf. Roedd cynyddu ffracsiwn màs y system a chynnwys KGM ill dau yn lleihau hylifedd yr hydoddiant cyfansawdd ac yn cynyddu ei gludedd. Yn y cyflwr sol, mae cadwyni moleciwlaidd KGM a HPMC yn ffurfio strwythur dwysach trwy ryngweithiadau hydroffobig. Mae'r strwythur yn y system yn cael ei ddinistrio gan gneifio allanol, gan arwain at ostyngiad sydyn ym modwlws storio'r system. Mae'r cynnydd mewn ffracsiwn màs system a chynnwys KGM yn fuddiol i gynnal sefydlogrwydd y strwythur trwchus a chynyddu'r gwerth amledd allanol sy'n dinistrio'r strwythur. Ar gyfer y system ffracsiwn màs isel, mae mwy o gynnwys KGM yn ffafriol i ffurfio gel; ar gyfer y system ffracsiwn màs uchel, mae mwy o gynnwys HPMC yn ffafriol i ffurfio gel.