Konjac glucomannan eta hidroxipropil metilzelulosa sistema konposatuen portaera erreologikoari buruzko azterketa

Konjac glucomannan (KGM) eta hidroxipropil metilzelulosa (HPMC) sistema konposatua hartu zen ikerketa-objektu gisa, eta egoera egonkorreko zizaila, maiztasun eta tenperatura ekorketa-probak sistema konposatuan egin ziren biraketa-erreometroaren bidez. KGM/HPMC sistema konposatuen biskositatean eta propietate erreologikoetan disoluzio-masa-frakzioak eta konposatu-erlazioak duten eragina aztertu da. Emaitzek erakusten dute KGM/HPMC sistema konposatua fluido ez-newtoniarra dela, eta sistemaren masa-frakzioa eta KGM edukia handitzeak konposatuaren disoluzioaren jariakortasuna murrizten du eta biskositatea handitzen du. Sol egoeran, KGM eta HPMC kate molekularrek egitura trinkoagoa osatzen dute elkarrekintza hidrofoboen bidez. Sistemaren masa frakzioa eta KGM edukia handitzeak egituraren egonkortasuna mantentzeko lagungarria da. Masa baxuko frakzioaren sisteman, KGM-ren edukia handitzea onuragarria da gel termotropikoak sortzeko; masa handiko frakzioaren sisteman, berriz, HPMC-ren edukia handitzea gel termotropikoen eraketa lagungarria da.

Hitz gakoak:konjac glukomannanoa; hidroxipropil metilzelulosa; konposatua; portaera erreologikoa

Polisakarido naturalak asko erabiltzen dira elikagaien industrian, loditzeko, emultsionatzeko eta gelifikatzeko propietateengatik. Konjac glucomannan (KGM) landare-polisakarido natural bat da, osatuaβ-D-glukosa etaβ-D-manosa 1,6:1 proportzioan, biak lotuta daudeβ-1,4 lotura glikosidikoak, C-n 6. posizioan azetilo kopuru txiki bat dago (17 hondar bakoitzeko azetilo 1 gutxi gorabehera). Hala ere, KGM disoluzio urtsuaren biskositate handiak eta jariakortasun eskasak ekoizpenean aplikatzea mugatzen du. Hidroxipropil metilzelulosa (HPMC) metilzelulosaren propilenglikol eter bat da, zelulosa-eter ez-ionikoari dagokiona. HPMC film-formatzailea, uretan disolbagarria eta berriztagarria da. HPMC-k biskositate baxua eta gelaren indarra du tenperatura baxuetan, eta prozesatzeko errendimendu nahiko eskasa, baina tenperatura altuetan solido-itxurako gel likatsu samarra sor dezake, beraz, ekoizpen-prozesu asko tenperatura altuetan egin behar dira, ekoizpen-energia-kontsumo handia eraginez. Ekoizpen kostuak altuak dira. Literaturak erakusten du KGM kate molekularreko ordezkatu gabeko manosa-unitateak elkarrekintza hidrofoboaren bidez HPMC kate molekularreko talde hidrofobikoarekin ahul gurutzatuta dagoen asoziazio hidrofobiko eskualdea era dezakeela. Egitura honek HPMC-ren gelifikazio termikoa atzeratu eta partzialki eragotzi dezake eta HPMC-ren gel-tenperatura jaitsi. Gainera, tenperatura baxu samarretan HPMCren likatasun baxuko propietateak kontuan hartuta, aurreikusten da KGMrekin konposatzeak KGMren likatasun handiko propietateak hobetu ditzakeela eta prozesatzeko errendimendua hobetu dezakeela. Hori dela eta, lan honek KGM/HPMC sistema konposatu bat eraikiko du disoluzio-masa-frakzioak eta konposatu-erlazioak KGM/HPMC sistemaren propietate erreologikoetan duen eragina aztertzeko, eta erreferentzia teoriko bat eskainiko du KGM/HPMC sistema konposatua aplikatzeko. elikagaien industria.

1. Materialak eta metodoak

1.1 Materialak eta erreaktiboak

Hidroxipropil metilzelulosa, KIMA CHEMICAL CO.,LTD, masa-frakzioa % 2, biskositatea 6 mPa·s; metoxi masa-frakzioa 28% ~% 30; hidroxipropil masa-frakzioa % 7,0 ~ % 12 .

Konjac glucomannan, Wuhan Johnson Konjac Food Co., Ltd., % 1 pisuko ur-soluzio biskositatea≥28 000 mPa·s.

1.2 Tresnak eta ekipoak

MCR92 biraketa-erreometroa, Anton Paar Co., Ltd., Austria; UPT-II-10T ur ultrapureko makina, Sichuan Youpu Ultrapure Technology Co., Ltd.; AB-50 balantza analitiko elektronikoa, Suitzako Mette konpainia; LHS-150HC tenperatura konstanteko ur-bainua, Wuxi Huaze Technology Co., Ltd.; JJ-1 Irabiagailu elektrikoa, Jintan Medical Instrument Factory, Jiangsu probintzia.

1.3 Disoluzio konposatuaren prestaketa

Pisatu HPMC eta KGM hautsak konposaketa-erlazio jakin batekin (masa-erlazioa: 0:10, 3:7, 5:5, 7:3, 10:0), gehitu poliki-poliki ur desionizatuan 60.°C ur-bainua, eta nahastu 1,5 ~ 2 orduz uniformeki sakabanatu dadin, eta prestatu gradiente-soluzio 5 motako masa solido-frakzio osoa % 0,50, % 0,75, % 1,00, % 1,25 eta % 1,50ekoa, hurrenez hurren.

1.4 Disoluzio konposatuaren propietate erreologikoen proba

Egoera egonkorrean ebakidura-proba: KGM/HPMC konposatuaren soluzioaren kurba erreologikoa CP50 kono eta plaka erabiliz neurtu zen, goiko eta beheko plaken arteko tartea 0,1 mm-tan finkatu zen, neurtzeko tenperatura 25ekoa izan zen.°C, eta ebakidura-abiadura tartea 0,1 eta 100 s-1 bitartekoa zen.

Tentsioaren eskaneatzea (eskualde biskoelastiko linealaren zehaztapena): erabili PP50 plaka KGM/HPMC soluzio konposatuaren eskualde biskoelastiko lineala eta modulu aldaketaren legea neurtzeko, tartea 1.000 mm-ra ezarri, maiztasun finkoa 1Hz-ra eta neurtzeko tenperatura 25era.°C. Tentsio-tartea % 0,1 ~ % 100 da.

Maiztasun-ekorketa: erabili PP50 plaka KGM/HPMC soluzio konposatuaren modulu-aldaketa eta maiztasunaren mendekotasuna neurtzeko. Tartea 1.000 mm-koa da, tentsioa % 1 da, neurketa tenperatura 25 da.°C, eta maiztasun-tartea 0,1-100 Hz-koa da.

Tenperatura eskaneatzea: KGM/HPMC konposatu-soluzioaren modulua eta tenperaturaren menpekotasuna PP50 plaka baten bidez neurtu ziren, tartea 1.000 mm-ra ezarri zen, maiztasun finkoa 1 Hz-koa, deformazioa % 1koa eta tenperatura 25ekoa. 90era°C.

2. Emaitzak eta Analisia

2.1 KGM/HPMC sistema konposatuaren fluxu-kurba aztertzea

KGM/HPMC soluzioen biskositatearen eta ebakidura-abiaduraren kurbak, masa-frakzio desberdinetan konposaketa-ratio desberdinak dituztenak. Biskositatea ebakidura-abiaduraren funtzio lineala duten fluidoei fluido newtoniarrak deitzen zaie, bestela fluido ez-newtoniarrak deitzen zaie. Kurbatik ikus daiteke KGM disoluzioaren eta KGM/HPMC konposatuaren disoluzioaren biskositatea txikiagotzen dela ebakidura-abiadura handitzean; zenbat eta KGM eduki handiagoa izan, orduan eta sistema-masa-frakzio handiagoa izango da, eta orduan eta nabariagoa da disoluzioaren zizaila-mehetze-fenomenoa. Honek erakusten du KGM eta KGM/HPMC sistema konposatu newtonianoak ez diren fluidoak direla eta KGM/HPMC sistema konposatuen fluido mota KGMk zehazten du batez ere.

Masa-frakzio eta konposatu-erlazio desberdinak dituzten KGM/HPMC disoluzioen fluxu-indizearen eta biskositate-koefizientearen arabera, ikus daiteke KGM, HPMC eta KGM/HPMC konposatu sistemen n balioak 1 baino txikiagoak direla, disoluzioak direla adieraziz. fluido pseudoplastiko guztiak. KGM/HPMC sistema konposatuarentzat, sistemaren masa-frakzioa handitzeak HPMC eta KGM kate molekularren arteko korapiloa eta beste elkarrekintza batzuk eragingo ditu soluzioan, eta horrek kate molekularren mugikortasuna murriztuko du, eta, ondorioz, n balioa murriztuko du. sistema. Aldi berean, KGM edukia handitzearekin batera, KGM/HPMC sisteman KGM kate molekularren arteko elkarrekintza hobetu egiten da, horren mugikortasuna murriztuz eta n balioaren murrizketa eraginez. Aitzitik, KGM/HPMC konposatu-disoluzioaren K balioa etengabe handitzen da disoluzioaren masa-frakzioa eta KGM-edukia handitzean, hau da, batez ere, sistema-masa-frakzioa eta KGM-edukiaren gehikuntzaren ondorioz, biak biak areagotzen dituena. sistemako talde hidrofiloak. , kate molekularraren eta kateen arteko elkarrekintza molekularra areagotuz, horrela molekularen erradio hidrodinamikoa handituz, kanpoko ebakidura-indarraren eraginez orientatzea eta biskositatea areagotuz.

KGM/HPMC sistema konposatuaren zero-ebakidura biskositatearen balio teorikoa goiko batuketa-printzipio logaritmikoaren arabera kalkula daiteke, eta bere balio esperimentala lor daiteke Carren-en doikuntzaren estrapolazioaren bidez biskositate-ebakidura-tasa kurbaren arabera. KGM/HPMC sistema konposatuaren zero-ebakidura biskositatearen aurreikusitako balioa masa-frakzio desberdinekin eta konposaketa-ratio desberdinekin balio esperimentalarekin alderatuz, ikus daiteke KGM/HPMC konposatuaren zero-ebakidura biskositatearen benetako balioa dela. soluzioa balio teorikoa baino txikiagoa da. Horrek adierazten zuen egitura trinkoa zuen muntaketa berri bat eratu zela KGM eta HPMC sistema konplexuan. Dauden ikerketek frogatu dute KGM kate molekularreko ordezkatu gabeko manosa-unitateek HPMC kate molekularreko talde hidrofoboekin elkarreragin dezaketela ahulki gurutzatuta dagoen asoziazio-eskualde hidrofobo bat osatzeko. Egitura trinko samarra duen muntaketa-egitura berria batez ere interakzio hidrofoboen bidez eratzen dela uste da. KGM erlazioa baxua denean (HPMC > % 50), KGM/HPMC sistemaren zero-ebakidura biskositatearen benetako balioa balio teorikoa baino txikiagoa da, eta horrek adierazten du KGM eduki txikian, molekula gehiagok parte hartzen duela berri dentsoagoan. egitura. Sortzean, sistemaren zero-ebakidura biskositatea are gehiago murrizten da.

2.2 KGM/HPMC sistema konposatuaren tentsio-ekorketa-kurben analisia

KGM/HPMC soluzioen moduluaren eta ebakidura-tentsioaren erlazio-kurbetatik masa-frakzio ezberdinekin eta konposaketa-erlazio ezberdinekin, ikus daiteke ebakidura-tentsioa % 10 baino txikiagoa denean, G′eta G″sistema konposatuaren funtsean ez dira handitzen ebakidura-tentsioarekin. Hala ere, erakusten du ebakidura-tentsio-tarte horren barruan, sistema konposatuak kanpoko estimuluei erantzun diezaiekeela kate molekularren konformazioaren aldaketaren bidez, eta sistema konposatuaren egitura ez dela kaltetzen. Ebakidura-tentsioa >% 10 denean, kanpoko ebakidura-indarraren eraginez, sistema konplexuko kate molekularren askatzeko abiadura korapilatze-abiadura baino handiagoa da, G.′eta G″murrizten hasten da, eta sistema eskualde biskoelastiko ez-linealean sartzen da. Hori dela eta, ondorengo maiztasun dinamikoko proban, ebakidura-tentsioaren parametroa % 1 gisa hautatu zen probarako.

2.3 KGM/HPMC sistema konposatuaren maiztasun-ekorketa-kurbaren analisia

Biltegiratze-moduluaren eta galera-moduluaren aldakuntza-kurbak maiztasunarekin KGM/HPMC soluzioetarako konposaketa-ratio desberdinekin masa-frakzio desberdinetan. G' biltegiratze-modulua proban aldi baterako biltegiratu ondoren berreskura daitekeen energia adierazten du, eta galera-modulua G”-ak hasierako fluxurako behar den energia esan nahi du, galera itzulezina dena eta azkenean ebakidura-bero bihurtzen dena. Ikus daiteke, oszilazio-maiztasuna handitzen den heinean, G galera modulua″G biltegiratze modulua baino handiagoa da beti′, portaera likidoa erakutsiz. Proba-maiztasunaren barrutian, G' biltegiratze-modulua eta G galera-modulua handitzen dira oszilazio-maiztasuna handitzean. Hau da, batez ere, oszilazio-maiztasuna handitzearekin batera, sistemako kate molekularren segmentuek denbora gutxian deformaziora berreskuratzeko denborarik ez dutelako aurreko egoera, horrela energia gehiago gorde daitekeen fenomenoa erakutsiz ( handiagoa G′) edo galdu egin behar da (G″).

Oszilazio-maiztasuna handitzean, sistemaren biltegiratze-modulua bat-batean jaisten da, eta sistemaren masa-frakzioa eta KGM edukia handitzean, bat-bateko jaitsieraren maiztasun-puntua pixkanaka handitzen da. Bat-bateko jaitsiera KGM eta HPMC-ren arteko elkarketa hidrofoboak sisteman kanpoko zizailaduraren bidez sortutako egitura trinkoaren suntsipenaren ondorio izan daiteke. Gainera, sistemaren masa-frakzioa eta KGM edukia handitzea onuragarria da egitura trinkoaren egonkortasuna mantentzeko, eta egitura suntsitzen duen kanpoko maiztasunaren balioa handitzen du.

2.4 KGM/HPMC sistema konposatuaren tenperatura eskaneatzeko kurbaren analisia

KGM/HPMC soluzioen biltegiratze-moduluaren eta galera-moduluaren kurbetatik masa-frakzio ezberdinekin eta konposaketa-erlazio ezberdinekin, ikus daiteke sistemaren masa-frakzioa % 0,50 denean, G-a.′eta G″HPMC disoluzioaren ia ez da aldatzen tenperaturarekin. , eta G″>G′, sistemaren biskositatea da nagusi; masa frakzioa handitzen denean, G′HPMC soluzioaren lehenik aldaketarik gabe geratzen da eta gero nabarmen handitzen da, eta G′eta G″70 inguruan gurutzatzen da°C (ebakidura-puntuaren tenperatura gel-puntua da), eta sistemak gel bat osatzen du une honetan, horrela HPMC termikoki induzitutako gel bat dela adierazten du. KGM soluziorako, sistemaren masa-frakzioa % 0,50 eta % 0,75 denean, G′eta sistemaren G “beheranzko joera erakusten du; masa-frakzioa handitzen denean, KGM disoluzioaren G' eta G"-ak lehenik eta behin gutxitzen dira eta gero nabarmen handitzen dira, eta horrek adierazten du KGM disoluzioak gel antzeko propietateak dituela masa-frakzio handietan eta tenperatura altuetan.

Tenperatura igotzean, G′eta G″KGM/HPMC sistema konplexua lehenik gutxitu eta gero nabarmen handitu zen, eta G′eta G″elkargune-puntuak agertu ziren, eta sistemak gel bat osatu zuen. HPMC molekulak tenperatura baxuan daudenean, hidrogeno-lotura gertatzen da kate molekularreko talde hidrofiloen eta ur molekulen artean, eta tenperatura igotzen denean, aplikatutako beroak HPMC eta ur molekulen artean sortutako hidrogeno-loturak suntsitzen ditu, eta, ondorioz, HPMC makromolekularrak eratzen dira. kateak. Azaleko talde hidrofoboak agerian geratzen dira, elkarketa hidrofoboa gertatzen da eta gel termotropiko bat sortzen da. Masa baxuko frakzio sistemarako, KGM eduki gehiago gelak sor ditzake; masa handiko frakzio sistemarako, HPMC eduki gehiago gelak sor ditzake. Masa baxuko frakzio sisteman (% 0,50), KGM molekulen presentziak HPMC molekulen artean hidrogeno-loturak sortzeko probabilitatea murrizten du, eta, ondorioz, HPMC molekulen talde hidrofobikoen esposizio-aukera areagotzen du, eta horrek gel termotropikoak eratzeko lagungarria da. Masa handiko frakzio sisteman, KGM-ren edukia altuegia bada, sistemaren biskositatea handia da, eta horrek ez du lagungarria HPMC eta KGM molekulen arteko elkarketa hidrofoborako, eta hori ez da gel termogenikoa sortzeko lagungarria.

3. Ondorioa

Artikulu honetan, KGM eta HPMC sistema konposatuen portaera erreologikoa aztertzen da. Emaitzek erakusten dute KGM/HPMC-ren sistema konposatua fluido ez-newtoniarra dela, eta KGM/HPMC-ren sistema konposatuaren fluido-mota batez ere KGMk zehazten du. Sistema-masa-frakzioa eta KGM-edukia handitzeak konposatuaren disoluzioaren jariakortasuna gutxitu eta haren biskositatea handitu zuen. Sol egoeran, KGM eta HPMC-ren kate molekularrek egitura trinkoagoa osatzen dute elkarrekintza hidrofoboen bidez. Sistemaren egitura kanpoko zizailaduraren ondorioz suntsitzen da, eta ondorioz sistemaren biltegiratze modulua bat-batean jaitsi da. Sistemaren masa frakzioa eta KGM edukia handitzea onuragarria da egitura trinkoaren egonkortasuna mantentzeko eta egitura suntsitzen duen kanpoko maiztasunaren balioa handitzeko. Masa baxuko frakzio sistemarako, KGM eduki gehiago gelaren eraketa lagungarria da; masa handiko frakzio sistemarako, HPMC eduki gehiago gelaren eraketa lagungarria da.