Studo pri reologia konduto de konjac-glukomanano kaj hidroksipropilmetilceluloza kunmetaĵsistemo

La kunmetaĵsistemo de konjac-glukomanano (KGM) kaj hidroksipropilmetilcelulozo (HPMC) estis prenita kiel la esplorobjekto, kaj la stabilŝtataj tondtestoj, ofteco kaj temperatur-svingotestoj estis aranĝitaj sur la kunmetaĵsistemo per rotacia reometro. La influo de solva masfrakcio kaj kunmetaĵproporcio sur viskozeco kaj reologiaj propraĵoj de KGM/HPMC kunmetaĵsistemo estis analizita. La rezultoj montras, ke la KGM/HPMC-kunmetaĵsistemo estas ne-Newtoniana fluido, kaj la pliiĝo en la masfrakcio kaj KGM-enhavo de la sistemo reduktas la fluecon de la kunmetaĵsolvo kaj pliigas la viskozecon. En la solŝtato, KGM kaj HPMC molekulaj ĉenoj formas pli kompaktan strukturon tra hidrofobaj interagoj. Pliigi la sisteman masfrakcion kaj KGM-enhavon favoras konservi la stabilecon de la strukturo. En la sistemo de malalta masa frakcio, pliigi la enhavon de KGM estas utila por la formado de termotropikaj ĝeloj; dum en la alta masa frakcia sistemo, pliigi la enhavon de HPMC estas favora al la formado de termotropikaj ĝeloj.

Ŝlosilvortoj:konjac glukomanano; hidroksipropilmetilcelulozo; kunmetaĵo; reologia konduto

Naturaj polisakaridoj estas vaste uzataj en la nutraĵa industrio pro siaj dikiĝantaj, emulsiaj kaj ĝeligaj propraĵoj. Konjac-glukomanano (KGM) estas natura planta polisakarido, kunmetita deβ-D-glukozo kajβ-D-manozo en proporcio de 1.6:1, la du estas ligitaj perβ-1,4 glikozidaj ligoj, en la C- Estas malgranda kvanto de acetilo ĉe pozicio 6 (ĉirkaŭ 1 acetilo por ĉiu 17 restaĵoj). Tamen, la alta viskozeco kaj malbona flueco de KGM-akva solvaĵo limigas ĝian aplikon en produktado. Hidroksipropilmetilcelulozo (HPMC) estas propilenglikola etero de metilcelulozo, kiu apartenas al ne-jona celuloza etero. HPMC estas filmoforma, akvosolvebla kaj renovigebla. HPMC havas malaltan viskozecon kaj ĝelan forton ĉe malaltaj temperaturoj, kaj relative malbonan pretigan rendimenton, sed povas formi relative viskozan solid-similan ĝelon ĉe altaj temperaturoj, do multaj produktadprocezoj devas esti efektivigitaj ĉe altaj temperaturoj, rezultigante altan produktan energikonsumon. Produktaj kostoj estas altaj. La literaturo montras, ke la neanstataŭita manoza unuo sur la KGM molekula ĉeno povas formi malforte ligitan hidrofoban asocioregionon kun la hidrofoba grupo sur la HPMC-molekula ĉeno per hidrofoba interagado. Ĉi tiu strukturo povas prokrasti kaj parte malhelpi la termikan geliĝon de HPMC kaj malaltigi la ĝeltemperaturon de HPMC. Krome, konsiderante la malalt-viskozecaj propraĵoj de HPMC ĉe relative malaltaj temperaturoj, estas antaŭvidite, ke ĝia kunmetaĵo kun KGM povas plibonigi la alt-viskozecajn ecojn de KGM kaj plibonigi ĝian prilaboradon. Tial ĉi tiu artikolo konstruos KGM/HPMC-kunmetaĵsistemon por esplori la influon de solva masfrakcio kaj kunmetaĵproporcio sur la reologiaj ecoj de la KGM/HPMC-sistemo, kaj provizos teorian referencon por la apliko de la KGM/HPMC-kunmetaĵsistemo en la nutraĵa industrio.

1. Materialoj kaj metodoj

1.1 Materialoj kaj reakciiloj

Hidroksipropilmetilcelulozo, KIMA CHEMICAL CO.,LTD, masfrakcio 2%, viskozeco 6 mPa·s; metoksimasa frakcio 28% ~ 30%; hidroksipropila masfrakcio 7.0%~12% .

Konjac-glukomanano, Wuhan Johnson Konjac Food Co., Ltd., 1 wt% akva solvviskozeco≥28 000 mPa·s.

1.2 Instrumentoj kaj ekipaĵo

MCR92 rotacia reometro, Anton Paar Co., Ltd., Aŭstrio; UPT-II-10T ultrapura akvomaŝino, Sichuan Youpu Ultrapure Technology Co., Ltd.; AB-50 elektronika analiza pesilo, svisa Mette firmao; LHS-150HC konstanta temperaturo akvobano, Wuxi Huaze Technology Co., Ltd.; Elektra Kisilo JJ-1, Jintan Medical Instrument Factory, Jiangsu Provinco.

1.3 Preparado de kunmetita solvaĵo

Pezu HPMC kaj KGM-pulvorojn kun certa kunmetaĵproporcio (masproporcio: 0:10, 3:7, 5:5, 7:3, 10:0), malrapide aldonu ilin en dejonigitan akvon en 60.°C akvobanon, kaj movu dum 1,5 ~ 2 h por ke ĝi disvastigu egale, kaj preparu 5 specojn de gradientsolvoj kun totalaj solidaj masfrakcioj de 0,50%, 0,75%, 1,00%, 1,25% kaj 1,50% respektive.

1.4 Testo de reologiaj ecoj de kunmetita solvaĵo

Stabilŝtata tondotesto: La reologia kurbo de la kunmetaĵsolvo KGM/HPMC estis mezurita per CP50-konuso kaj plato, la interspaco inter la supraj kaj malsupraj platoj estis fiksita je 0,1 mm, la mezurtemperaturo estis 25.°C, kaj la tondrapideco estis 0,1 ĝis 100 s-1.

Streĉa skanado (determino de lineara viskoelasta regiono): Uzu PP50-platon por mezuri la linearan viskoelastan regionon kaj modulan ŝanĝan leĝon de KGM/HPMC kunmetita solvo, agordi la interspacon al 1.000 mm, fiksita frekvenco al 1Hz, kaj mezura temperaturo al 25.°C. La streĉa gamo estas 0.1% ~ 100%.

Frekvenca balaado: Uzu PP50-platon por mezuri la modulan ŝanĝon kaj frekvencan dependecon de la KGM/HPMC kunmetita solvo. La interspaco estas agordita al 1.000 mm, la streĉiĝo estas 1%, la mezura temperaturo estas 25°C, kaj la frekvenca gamo estas 0,1-100 Hz.

Temperaturskanado: La modulo kaj ĝia temperaturdependeco de la KGM/HPMC kunmetaĵsolvo estis mezuritaj per PP50-plato, la interspaco estis fiksita al 1.000 mm, la fiksa frekvenco estis 1 Hz, la deformado estis 1%, kaj la temperaturo estis de 25. al 90°C.

2. Rezultoj kaj Analizo

2.1 Flua kurba analizo de KGM/HPMC kunmetita sistemo

Viskozeco kontraŭ tondaj kurboj de KGM/HPMC-solvoj kun malsamaj kunmetadproporcioj ĉe malsamaj masfrakcioj. Fluidoj kies viskozeco estas linia funkcio de tondrapideco estas nomitaj Newtonaj fluidoj, alie ili estas nomitaj ne-Newtonianaj fluidoj. Ĝi povas esti vidita de la kurbo ke la viskozeco de KGM-solvo kaj KGM/HPMC-kunmetaĵsolvo malpliiĝas kun la pliiĝo de tondrapideco; ju pli alta la KGM-enhavo, des pli alta la sistema masfrakcio, kaj des pli evidenta la tonda maldensiga fenomeno de la solvo. Ĉi tio montras, ke KGM kaj KGM/HPMC kunmetaĵsistemo estas ne-Newtonianaj fluidoj, kaj la fluida speco de KGM/HPMC kunmetaĵsistemo estas plejparte determinita de KGM.

De la fluindekso kaj viskozeckoeficiento de KGM/HPMC-solvoj kun malsamaj masfrakcioj kaj malsamaj kunmetaĵproporcioj, povas esti vidite ke la n valoroj de KGM, HPMC kaj KGM/HPMC-kunmetaĵsistemoj estas ĉiuj malpli ol 1, indikante ke la solvoj estas ĉiuj pseŭdoplastaj fluidoj. Por la kunmetaĵsistemo KGM/HPMC, la pliiĝo de la masfrakcio de la sistemo kaŭzos implikiĝon kaj aliajn interagojn inter la HPMC kaj KGM molekulaj ĉenoj en la solvo, kio reduktos la moviĝeblon de la molekulaj ĉenoj, tiel reduktante la n valoron de. la sistemo. Samtempe, kun la pliiĝo de KGM-enhavo, la interago inter KGM-molekulaj ĉenoj en la sistemo KGM/HPMC estas plifortigita, tiel reduktante ĝian moveblecon kaj rezultigante malpliigon de n valoro. Male, la K-valoro de la KGM/HPMC kunmetita solvo pliiĝas senĉese kun la pliiĝo de la solva masfrakcio kaj KGM-enhavo, kio estas ĉefe pro la pliiĝo de la sistema masfrakcio kaj KGM-enhavo, kiuj ambaŭ pliigas la enhavon de hidrofilaj grupoj en la sistemo. , pliigante la molekulan interagadon ene de la molekula ĉeno kaj inter la katenoj, tiel pliigante la hidrodinamikan radiuson de la molekulo, igante ĝin malpli verŝajna esti orientita sub la ago de ekstera tondforto kaj pliigante la viskozecon.

La teoria valoro de la nul-tonda viskozeco de la KGM/HPMC kunmetaĵsistemo povas esti kalkulita laŭ la ĉi-supra logaritma sumprincipo, kaj ĝia eksperimenta valoro povas esti akirita per Carren konvena eksterpolado de la viskozec-tonda kurbo. Komparante la antaŭviditan valoron de la nul-tondviskozeco de la KGM/HPMC kunmetaĵsistemo kun malsamaj masfrakcioj kaj malsamaj kunmetaĵproporcioj kun la eksperimenta valoro, oni povas vidi ke la reala valoro de la nul-tondviskozeco de la KGM/HPMC-kunmetaĵo solvo estas pli malgranda ol la teoria valoro. Ĉi tio indikis, ke nova asembleo kun densa strukturo estis formita en la kompleksa sistemo de KGM kaj HPMC. Ekzistantaj studoj montris ke la neanstataŭigitaj manozo-unuoj sur la KGM molekula ĉeno povas interagi kun la hidrofobaj grupoj sur la HPMC-molekula ĉeno por formi malforte ligitan hidrofoban asocioregionon. Estas konjektita ke la nova kunigstrukturo kun relative densa strukturo estas plejparte formita tra hidrofobaj interagoj. Kiam la KGM-proporcio estas malalta (HPMC> 50%), la reala valoro de la nul-tondviskozeco de la KGM/HPMC-sistemo estas pli malalta ol la teoria valoro, kio indikas, ke ĉe malalta KGM-enhavo, pli da molekuloj partoprenas en la pli densa nova. strukturo. En la formado de , la nul-tondviskozeco de la sistemo estas plue reduktita.

2.2 Analizo de streĉiĝaj kurboj de KGM/HPMC kunmetaĵsistemo

De la rilatkurboj de modulo kaj tondstreĉo de KGM/HPMC-solvoj kun malsamaj masfrakcioj kaj malsamaj kunmetadproporcioj, povas esti vidite ke kiam la tondtrostreĉiĝo estas malpli ol 10%, la G′kaj G″de la kunmetaĵsistemo esence ne pliiĝas kun la tondstreĉo. Tamen, ĝi montras, ke ene de ĉi tiu tonda streĉiĝo, la kunmetaĵsistemo povas respondi al eksteraj stimuloj per la ŝanĝo de molekula ĉenformiĝo, kaj la strukturo de la kunmetita sistemo ne estas difektita. Kiam la tonda streĉo estas >10%, la ekstera Sub la ago de tonda forto, la malimplikiĝorapideco de molekulaj ĉenoj en la kompleksa sistemo estas pli granda ol la enplektiĝorapideco, G.′kaj G″komencas malpliiĝi, kaj la sistemo eniras la nelinian viskoelastan regionon. Tial, en la posta dinamika frekvenca testo, la tonda streĉa parametro estis elektita kiel 1% por testado.

2.3 Frekvenca balaa kurba analizo de KGM/HPMC kunmetaĵsistemo

Variaj kurboj de stokadmodulo kaj perdmodulo kun frekvenco por KGM/HPMC-solvoj kun malsamaj kunmetaĵproporcioj sub malsamaj masfrakcioj. La stokadmodulo G' reprezentas la energion kiu povas esti reakirita post provizora stokado en la testo, kaj la perdmodulo G" signifas la energion postulatan por la komenca fluo, kiu estas nemaligebla perdo kaj estas finfine transformita en tondvarmon. Povas esti vidite ke, kun Ĉar la osciladofrekvenco pliiĝas, la perdmodulo G″estas ĉiam pli granda ol la stokadmodulo G′, montrante likvan konduton. En la testa frekvenca gamo, la stokadomodulo G' kaj la perdmodulo G” pliiĝas kun la pliiĝo de la oscila frekvenco. Ĉi tio estas ĉefe pro la fakto, ke kun la pliiĝo de la oscila frekvenco, la molekulaj ĉenaj segmentoj en la sistemo ne havas tempon por rekuperi al la deformado en mallonga tempo La antaŭa stato, tiel montrante la fenomenon, ke pli da energio povas esti stokita ( pli granda G′) aŭ devas esti perdita (G″).

Kun la pliiĝo de la oscila frekvenco, la stokado-modulo de la sistemo malpliiĝas subite, kaj kun la kresko de la masfrakcio kaj KGM-enhavo de la sistemo, la ofteco-punkto de la subita guto iom post iom pliiĝas. La subita falo povas ŝuldiĝi al la detruo de la kompakta strukturo formita de la hidrofoba asocio inter KGM kaj HPMC en la sistemo per ekstera tondado. Plie, la pliigo de sistema masfrakcio kaj KGM-enhavo estas utila por konservi la stabilecon de la densa strukturo, kaj pliigas la eksteran frekvencan valoron, kiu detruas la strukturon.

2.4 Analizo de kurba skanado de temperaturo de KGM/HPMC-kompona sistemo

De la kurboj de stokadmodulo kaj perdmodulo de KGM/HPMC-solvoj kun malsamaj masfrakcioj kaj malsamaj kunmetadproporcioj, oni povas vidi ke kiam la masfrakcio de la sistemo estas 0.50%, la G.′kaj G″de la HPMC-solvo apenaŭ ŝanĝiĝas kun temperaturo. , kaj G″>G′, la viskozeco de la sistemo dominas; kiam la masfrakcio pliiĝas, la G′de la HPMC-solvo unue restas senŝanĝa kaj poste pliiĝas akre, kaj G′kaj G″intersekciĝas ĉirkaŭ 70°C (La intersekcpunktotemperaturo estas la ĝelpunkto), kaj la sistemo formas ĝelon ĉe tiu tempo, tiel indikante ke HPMC estas termike induktita ĝelo. Por la KGM-solvo, kiam la masfrakcio de la sistemo estas 0.50% kaj 0.75%, la G′kaj G de la sistemo “montras malkreskantan tendencon; kiam la masfrakcio pliiĝas, la G' kaj G” de la KGM-solvo unue malpliiĝas kaj poste pliiĝas signife, kio indikas ke la KGM-solvo elmontras ĝel-similajn trajtojn ĉe altaj masfrakcioj kaj altaj temperaturoj.

Kun la pliiĝo de temperaturo, la G′kaj G″de la kompleksa sistemo KGM/HPMC unue malpliiĝis kaj poste pliiĝis signife, kaj G′kaj G″aperis intersekcpunktoj, kaj la sistemo formis ĝelon. Kiam HPMC-molekuloj estas ĉe malalta temperaturo, hidrogena ligo okazas inter la hidrofilaj grupoj sur la molekula ĉeno kaj akvomolekuloj, kaj kiam la temperaturo altiĝas, la aplikata varmo detruas la hidrogenajn ligojn formitajn inter HPMC kaj akvomolekuloj, rezultigante la formadon de HPMC-makromolekula. ĉenoj. La hidrofobaj grupoj sur la surfaco estas elmontritaj, hidrofoba asocio okazas, kaj termotropa ĝelo formiĝas. Por la malalta masa frakcia sistemo, pli da KGM-enhavo povas formi ĝelon; por alta masa frakciosistemo, pli da HPMC-enhavo povas formi ĝelon. En la sistemo de malalta masa frakcio (0,50%), la ĉeesto de KGM-molekuloj reduktas la probablon de formi hidrogenajn ligojn inter HPMC-molekuloj, tiel pliigante la eblecon de ekspozicio de hidrofobaj grupoj en HPMC-molekuloj, kio estas favora al la formado de termotropikaj ĝeloj. En la sistemo de alta masa frakcio, se la enhavo de KGM estas tro alta, la viskozeco de la sistemo estas alta, kio ne favoras al la hidrofoba asocio inter HPMC kaj KGM-molekuloj, kio ne favoras la formadon de termogena ĝelo.

3. Konkludo

En ĉi tiu artikolo, la reologia konduto de la kunmetaĵsistemo de KGM kaj HPMC estas studita. La rezultoj montras, ke la kunmetita sistemo de KGM/HPMC estas ne-Newtoniana fluido, kaj la fluida tipo de la kunmetita sistemo de KGM/HPMC estas ĉefe determinita de KGM. Pliigi la sisteman masfrakcion kaj KGM-enhavon ambaŭ malpliigis la fluecon de la kunmetaĵsolvaĵo kaj pliigis ĝian viskozecon. En la solŝtato, la molekulaj ĉenoj de KGM kaj HPMC formas pli densan strukturon tra hidrofobaj interagoj. La strukturo en la sistemo estas detruita per ekstera tondado, rezultigante subitan falon en la stokadmodulo de la sistemo. La pliiĝo de sistema masfrakcio kaj KGM-enhavo estas utila por konservi la stabilecon de la densa strukturo kaj pliigi la eksteran frekvencan valoron, kiu detruas la strukturon. Por la sistemo de malalta masa frakcio, pli da KGM-enhavo favoras la formadon de ĝelo; por la alta masa frakcia sistemo, pli da HPMC-enhavo estas favora al la formado de ĝelo.