Stúdzje oer rheologysk gedrach fan konjac glucomannan en hydroxypropyl methylcellulose ferbiningsysteem

It gearstalde systeem fan konjac glucomannan (KGM) en hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) waard nommen as it ûndersyksobjekt, en de steady-state shear, frekwinsje en temperatuer sweep tests waarden útfierd op it gearstalde systeem troch rotational rheometer. De ynfloed fan oplossing massa fraksje en gearstalling ratio op viscosity en rheological eigenskippen fan KGM / HPMC gearstalde systeem waard analysearre. De resultaten litte sjen dat it KGM / HPMC-ferbiningsysteem in net-Newtonian floeistof is, en de ferheging fan 'e massafraksje en KGM-ynhâld fan it systeem ferminderet de fluiditeit fan' e gearstalde oplossing en fergruttet de viskositeit. Yn 'e sol steat foarmje KGM en HPMC molekulêre keatlingen in kompakter struktuer troch hydrofobe ynteraksjes. It fergrutsjen fan it systeem massa fraksje en KGM ynhâld is befoarderlik foar it behâld fan de stabiliteit fan de struktuer. Yn it lege massafraksjesysteem is it fergrutsjen fan de ynhâld fan KGM foardielich foar de foarming fan thermotropyske gels; wylst yn it hege massa fraksje systeem, it fergrutsjen fan de ynhâld fan HPMC is befoarderlik foar de foarming fan thermotropic gels.

kaaiwurden:konjac glucomannan; hydroxypropyl methylcellulose; compound; rheologysk gedrach

Natuerlike polysaccharides wurde in protte brûkt yn 'e fiedingssektor fanwegen har verdikkings-, emulgearjende en gelearjende eigenskippen. Konjac glucomannan (KGM) is in natuerlike plant polysaccharide, gearstald útβ-D-glucose enβ-D-mannose yn in ferhâlding fan 1,6:1, de twa wurde keppele trochβ-1,4 glycosidic obligaasjes, yn 'e C- D'r is in lytse hoemannichte acetyl op posysje 6 (sawat 1 acetyl foar elke 17 residuen). De hege viskositeit en minne fluiditeit fan KGM-waterige oplossing beheine lykwols syn tapassing yn produksje. Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) is in propylene glycol ether fan methylcellulose, dy't heart ta net-ionyske cellulose ether. HPMC is filmfoarmjend, wetteroplosber en duorsum. HPMC hat lege viskositeit en gel sterkte by lege temperatueren, en relatyf min ferwurkjen prestaasjes, mar kin foarmje in relatyf taaie bêst-lykas gel by hege temperatueren, sadat in protte produksje prosessen moatte wurde útfierd by hege temperatueren, resultearret yn hege produksje enerzjyferbrûk. De produksjekosten binne heech. De literatuer lit sjen dat de net-substituearre mannose-ienheid op 'e KGM-molekulêre keten in swak krúskeppele hydrofobe assosjaasjeregio foarmje kin mei de hydrofobe groep op' e HPMC-molekulêre keten troch hydrofobe ynteraksje. Dizze struktuer kin de termyske gelaasje fan HPMC fertrage en foar in part foarkomme en de geltemperatuer fan HPMC ferleegje. Dêrneist, mei it each op de lege-viscosity eigenskippen fan HPMC by relatyf lege temperatueren, wurdt foarsein dat syn gearstalling mei KGM kin ferbetterje de hege-viscosity eigenskippen fan KGM en ferbetterjen syn ferwurkjen prestaasjes. Dêrom sil dit papier in KGM / HPMC-ferbiningsysteem konstruearje om de ynfloed fan oplossingsmassafraksje en gearstalde ferhâlding te ferkennen op 'e rheologyske eigenskippen fan it KGM / HPMC-systeem, en in teoretyske referinsje leverje foar de tapassing fan it KGM / HPMC-ferbiningsysteem yn it iten yndustry.

1. Materialen en metoaden

1.1 Materialen en reagenzjes

Hydroxypropylmethylcellulose, KIMA CHEMICAL CO., LTD, massafraksje 2%, viskositeit 6 mPa·s; metoksy massa fraksje 28% ~ 30%; hydroxypropyl massa fraksje 7,0% ~ 12%.

Konjac glucomannan, Wuhan Johnson Konjac Food Co., Ltd., 1 wt% waterige oplossing viskositeit≥28.000 mPa·s.

1.2 Ynstruminten en apparatuer

MCR92 rotational rheometer, Anton Paar Co., Ltd., Eastenryk; UPT-II-10T ultrapure wetter masine, Sichuan Youpu Ultrapure Technology Co., Ltd .; AB-50 elektroanysk analytysk lykwicht, Switserske Mette bedriuw; LHS-150HC konstante temperatuer wetter bad, Wuxi Huaze Technology Co., Ltd .; JJ-1 elektryske roerder, Jintan Medical Instrument Factory, Jiangsu Province.

1.3 Tarieding fan gearstalling oplossing

Weagje HPMC en KGM poeders mei in bepaalde gearstalling ratio (massa ratio: 0:10, 3:7, 5:5, 7:3, 10:0), foegje se stadichoan yn deionisearre wetter yn in 60°C wetterbad, en roer foar 1,5 ~ 2 h om it evenredich te fersprieden, en meitsje 5 soarten gradientoplossingen tariede mei totale fêste massafraksjes fan respektivelik 0,50%, 0,75%, 1,00%, 1,25%, en 1,50%.

1.4 Test fan rheologyske eigenskippen fan gearstalde oplossing

Steady-state shear test: De rheologyske kromme fan 'e KGM / HPMC gearstalde oplossing waard mjitten mei in CP50 kegel en plaat, de gat tusken de boppeste en ûnderste platen waard fêstmakke op 0,1 mm, de mjittemperatuer wie 25°C, en it skuorratenberik wie 0,1 oant 100 s-1.

Strain scan (bepaling fan lineêre viskoelastyske regio): Brûk PP50-plaat om de lineêre viskoelastyske regio en modulusferoaringswet fan KGM/HPMC-ferbiningsoplossing te mjitten, set de ôfstân op 1.000 mm, fêste frekwinsje op 1Hz, en mjittemperatuer op 25°C. De strain berik is 0,1% ~ 100%.

Frekwinsje sweep: Brûk in PP50 plaat te mjitten de modulus feroaring en frekwinsje ôfhinklikens fan de KGM / HPMC gearstalde oplossing. De ôfstân is ynsteld op 1.000 mm, de spanning is 1%, de mjittemperatuer is 25°C, en it frekwinsjeberik is 0,1-100 Hz.

Temperatuer skennen: De modulus en syn temperatuerôfhinklikens fan 'e KGM / HPMC gearstalde oplossing waarden mjitten mei in PP50 plaat, de ôfstân waard ynsteld op 1.000 mm, de fêste frekwinsje wie 1 Hz, de deformation wie 1%, en de temperatuer wie fan 25 oan 90°C.

2. Resultaten en analyze

2.1 Flow kromme analyze fan KGM / HPMC compound systeem

Viskositeit tsjin skuorratenkurven fan KGM / HPMC-oplossingen mei ferskate gearstallingsferhâldingen by ferskate massafraksjes. Fluids waans viscosity is in lineêre funksje fan shear rate wurde neamd Newtonian floeistoffen, oars wurde se neamd net-Newtonian floeistoffen. It kin sjoen wurde út de kromme dat de viscosity fan KGM oplossing en KGM / HPMC gearstalde oplossing ôfnimt mei de ferheging fan skuorre rate; wat heger de KGM-ynhâld, hoe heger de systeemmassafraksje, en hoe dúdliker it ferskynsel fan skuorjende oplossing fan 'e oplossing. Dit lit sjen dat KGM en KGM / HPMC gearstalde systeem binne net-Newtonian Fluids, en de floeistof type KGM / HPMC gearstalde systeem wurdt benammen bepaald troch KGM.

Ut de streamyndeks en viskositeitskoëffisjint fan KGM/HPMC-oplossingen mei ferskillende massafraksjes en ferskillende gearstallingsferhâldingen kin sjoen wurde dat de n-wearden fan KGM-, HPMC- en KGM/HPMC-ferbiningsystemen allegear minder dan 1 binne, wat oanjout dat de oplossingen binne alle pseudoplastyske floeistoffen. Foar it KGM / HPMC-ferbiningsysteem sil de ferheging fan 'e massafraksje fan it systeem ferstriken en oare ynteraksjes feroarsaakje tusken de HPMC- en KGM-molekulêre keatlingen yn' e oplossing, wat de mobiliteit fan 'e molekulêre keatlingen sil ferminderje, wêrtroch't de n-wearde fan' e it systeem. Tagelyk, mei de tanimming fan KGM ynhâld, de ynteraksje tusken KGM molekulêre keatlingen yn de KGM / HPMC systeem wurdt fersterke, dêrmei ferminderjen syn mobiliteit en resultearret yn in fermindering fan n wearde. Krektoarsom, de K-wearde fan 'e KGM/HPMC gearstalde oplossing nimt kontinu ta mei de tanimming fan' e oplossing massa fraksje en KGM ynhâld, dat is benammen te tankjen oan de tanimming fan de systeem massa fraksje en KGM ynhâld, dy't beide fergrutsje de ynhâld fan hydrophilic groepen yn it systeem. , it fergrutsjen fan de molekulêre ynteraksje binnen de molekulêre keten en tusken de keatlingen, wêrtroch de hydrodynamyske straal fan 'e molekule ferheget, wêrtroch't it minder wierskynlik oriïntearre wurdt ûnder de aksje fan eksterne skuorkrêft en it fergrutsjen fan de viskositeit.

De teoretyske wearde fan de nul-shear viscosity fan de KGM / HPMC gearstalde systeem kin wurde berekkene neffens de boppesteande logaritmyske summation prinsipe, en syn eksperimintele wearde kin krigen wurde troch Carren fitting ekstrapolaasje fan de viscosity-shear rate kromme. It fergelykjen fan de foarseine wearde fan 'e nul-skear-viskositeit fan it KGM / HPMC-ferbiningsysteem mei ferskate massafraksjes en ferskate gearsettingsferhâldingen mei de eksperimintele wearde, kin sjoen wurde dat de werklike wearde fan 'e nul-shear-viskositeit fan 'e KGM / HPMC-ferbining oplossing is lytser as de teoretyske wearde. Dit joech oan dat in nije gearstalling mei in tichte struktuer waard foarme yn it komplekse systeem fan KGM en HPMC. Besteande stúdzjes hawwe oantoand dat de net-substituearre mannose-ienheden op 'e KGM molekulêre keten kinne ynteraksje mei de hydrofobe groepen op' e HPMC molekulêre keten om in swak krúskeppele hydrofobe assosjaasjeregio te foarmjen. Der wurdt spekulearre dat de nije gearstallingstruktuer mei in relatyf dichte struktuer benammen wurdt foarme troch hydrofobe ynteraksjes. As de KGM-ferhâlding leech is (HPMC> 50%), is de eigentlike wearde fan 'e nul-shear-viskositeit fan it KGM/HPMC-systeem leger as de teoretyske wearde, wat oanjout dat by in lege KGM-ynhâld mear molekulen dielnimme oan 'e tichtere nije struktuer. By de foarming fan , de nul-shear viscosity fan it systeem wurdt fierder fermindere.

2.2 Analyse fan strain sweep bochten fan KGM / HPMC gearstalde systeem

Ut de relaasjekurven fan modulus en skearspanning fan KGM/HPMC-oplossingen mei ferskate massafraksjes en ferskillende gearstallingsferhâldingen, kin sjoen wurde dat as de skearespanning minder is as 10%, de G′en G″fan it gearstalde systeem yn prinsipe net tanimme mei de skea strain. It lit lykwols sjen dat binnen dit skuorrekkingsberik it gearstalde systeem kin reagearje op eksterne stimulâns troch de feroaring fan molekulêre ketenkonformaasje, en de struktuer fan it gearstalde systeem is net skansearre. As de skuorspanning> 10% is, is de eksterne Under de aksje fan skuorkrêft is de ûntwikkelsnelheid fan molekulêre keatlingen yn it komplekse systeem grutter dan de ferstriidsnelheid, G′en G″begjinne te ferminderjen, en it systeem komt yn 'e net-lineêre viskoelastyske regio. Dêrom, yn 'e folgjende dynamyske frekwinsje test, waard de shear strain parameter selektearre as 1% foar testen.

2.3 Frekwinsje sweep curve analyze fan KGM / HPMC gearstalde systeem

Fariaasjekurven fan opslachmodulus en ferliesmodulus mei frekwinsje foar KGM / HPMC-oplossingen mei ferskillende gearstallingsferhâldingen ûnder ferskate massafraksjes. De opslachmodulus G' stiet foar de enerzjy dy't weromfûn wurde kin nei tydlike opslach yn 'e test, en de ferliesmodulus G" betsjut de enerzjy dy't nedich is foar de earste stream, dy't in ûnomkearber ferlies is en úteinlik wurdt omfoarme ta skuorwaarmte. It kin sjoen wurde dat, mei As de oscillaasjefrekwinsje ferheget, de ferliesmodulus G″is altyd grutter dan de opslachmodulus G′, lit floeiber gedrach. Yn it testfrekwinsjeberik ferheegje de opslachmodulus G' en de ferliesmodulus G" mei de tanimming fan 'e oscillaasjefrekwinsje. Dit is benammen te tankjen oan it feit dat mei de tanimming fan 'e oscillaasjefrekwinsje, de molekulêre kettingsegminten yn it systeem gjin tiid hawwe om te herstellen nei de deformaasje yn' e koarte tiid. grutter G′) of moat ferlern gean (G″).

Mei de tanimming fan 'e oscillaasjefrekwinsje sakket de opslachmodulus fan it systeem ynienen, en mei de tanimming fan' e massafraksje en KGM-ynhâld fan it systeem nimt it frekwinsjepunt fan 'e hommelse drip stadichoan ta. De hommelse drop kin wêze fanwege de ferneatiging fan de kompakte struktuer foarme troch de hydrofobe feriening tusken KGM en HPMC yn it systeem troch eksterne shearing. Boppedat, de ferheging fan systeem massa fraksje en KGM ynhâld is geunstich te behâlden de stabiliteit fan de tichte struktuer, en fergruttet de eksterne frekwinsje wearde dy't ferneatiget de struktuer.

2.4 Temperatuer skennen curve analyze fan KGM / HPMC gearstalde systeem

Ut de bochten fan opslach modulus en ferlies modulus fan KGM / HPMC oplossings mei ferskillende massa fraksjes en ferskillende gearstalling ferhâldingen, kin sjoen wurde dat as de massa fraksje fan it systeem is 0,50%, de G′en G″fan de HPMC oplossing amper feroarje mei temperatuer. ,en G″>G′, de viskositeit fan it systeem dominearret; as de massafraksje ferheget, de G′fan 'e HPMC-oplossing bliuwt earst net feroare en nimt dan skerp ta, en G′en G″krusing op sawat 70°C (It krúspunt temperatuer is it gel punt), en it systeem foarmet in gel op dit stuit, dus oanjout dat HPMC is in termysk induced gel. Foar de KGM-oplossing, as de massafraksje fan it systeem 0,50% en 0,75% is, is de G′en G fan it systeem "toant in ôfnimmende trend; as de massafraksje ferheget, sille de G' en G" fan 'e KGM-oplossing earst ôfnimme en dan signifikant tanimme, wat oanjout dat de KGM-oplossing gel-like eigenskippen hat by hege massafraksjes en hege temperatueren.

Mei de tanimming fan temperatuer, de G′en G″fan it KGM/HPMC-komplekse systeem earst fermindere en dêrnei signifikant tanommen, en G′en G″ferskynde krusing punten, en it systeem foarme in gel. Wannear't HPMC molekulen binne op lege temperatuer, wetterstof bonding plakfynt tusken de hydrophilic groepen op 'e molekulêre keten en wetter molekulen, en as de temperatuer opkomt, de tapaste waarmte ferneatiget de wetterstof obligaasjes foarme tusken HPMC en wetter molekulen, resultearret yn de foarming fan HPMC macromolecular keatlingen. De hydrofobe groepen op it oerflak wurde bleatsteld, hydrofobe assosjaasje komt foar, en in thermotropyske gel wurdt foarme. Foar de lege massa fraksje systeem, mear KGM ynhâld kin foarmje gel; foar hege massa fraksje systeem, mear HPMC ynhâld kin foarmje gel. Yn it lege massa fraksje systeem (0,50%), de oanwêzigens fan KGM molekulen ferminderet de kâns fan it foarmjen fan wetterstof obligaasjes tusken HPMC molekulen, dêrmei it fergrutsjen fan de mooglikheid fan bleatstelling fan hydrofobe groepen yn HPMC molekulen, dat is befoarderlik foar de foarming fan thermotropic gels. Yn it hege massa fraksje systeem, as de ynhâld fan KGM is te heech, de viscosity fan it systeem is heech, dat is net befoarderlik foar de hydrofobe feriening tusken HPMC en KGM molekulen, dat is net befoarderlik foar de formaasje fan thermogenic gel.

3. Konklúzje

Yn dit papier wurdt it rheologyske gedrach fan it gearstalde systeem fan KGM en HPMC studearre. De resultaten litte sjen dat it gearstalde systeem fan KGM/HPMC in net-Newtonian floeistof is, en it floeistoftype fan it gearstalde systeem fan KGM/HPMC wurdt benammen bepaald troch KGM. It fergrutsjen fan de systeemmassafraksje en de KGM-ynhâld fermindere sawol de fluiditeit fan 'e gearstalde oplossing en ferhege de viskositeit. Yn 'e sol-state foarmje de molekulêre keatlingen fan KGM en HPMC in tichtere struktuer troch hydrofobe ynteraksjes. De struktuer yn it systeem wurdt ferneatige troch eksterne shearing, resultearret yn in hommelse drop yn de opslach modulus fan it systeem. De ferheging fan systeem massa fraksje en KGM ynhâld is geunstich te behâlden de stabiliteit fan de tichte struktuer en fergrutsjen de eksterne frekwinsje wearde dy't ferneatiget de struktuer. Foar de lege massa fraksje systeem is mear KGM ynhâld befoarderlik foar de foarming fan gel; foar de hege massa fraksje systeem, mear HPMC ynhâld is befoarderlik foar de foarming fan gel.