कोनजैक ग्लूकोमैनन और हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज यौगिक प्रणाली के रियोलॉजिकल व्यवहार पर अध्ययन

कोनजैक ग्लूकोमैनन (केजीएम) और हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज (एचपीएमसी) की यौगिक प्रणाली को अनुसंधान वस्तु के रूप में लिया गया था, और घूर्णी रियोमीटर द्वारा यौगिक प्रणाली पर स्थिर-अवस्था कतरनी, आवृत्ति और तापमान स्वीप परीक्षण किए गए थे। केजीएम/एचपीएमसी यौगिक प्रणाली की चिपचिपाहट और रियोलॉजिकल गुणों पर समाधान द्रव्यमान अंश और यौगिक अनुपात के प्रभाव का विश्लेषण किया गया। नतीजे बताते हैं कि केजीएम/एचपीएमसी यौगिक प्रणाली एक गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थ है, और सिस्टम के द्रव्यमान अंश और केजीएम सामग्री में वृद्धि से यौगिक समाधान की तरलता कम हो जाती है और चिपचिपाहट बढ़ जाती है। सोल अवस्था में, केजीएम और एचपीएमसी आणविक श्रृंखलाएं हाइड्रोफोबिक इंटरैक्शन के माध्यम से एक अधिक कॉम्पैक्ट संरचना बनाती हैं। सिस्टम द्रव्यमान अंश और केजीएम सामग्री को बढ़ाना संरचना की स्थिरता बनाए रखने के लिए अनुकूल है। कम द्रव्यमान अंश प्रणाली में, केजीएम की सामग्री बढ़ाना थर्मोट्रोपिक जैल के निर्माण के लिए फायदेमंद है; जबकि उच्च द्रव्यमान अंश प्रणाली में, एचपीएमसी की सामग्री बढ़ाना थर्मोट्रोपिक जैल के निर्माण के लिए अनुकूल है।

मुख्य शब्द:कोनजैक ग्लूकोमैनन; हायड्रोक्सीप्रोपायल मिथायलसेलुलॉज; मिश्रण; तर्कसंगत व्यवहार

प्राकृतिक पॉलीसेकेराइड का उपयोग उनके गाढ़ा करने, इमल्सीफाइंग और जेलिंग गुणों के कारण खाद्य उद्योग में व्यापक रूप से किया जाता है। कोनजैक ग्लूकोमानन (KGM) एक प्राकृतिक पौधा पॉलीसेकेराइड है, जो बना हैβ-डी-ग्लूकोज औरβ-डी-मैननोज़ 1.6:1 के अनुपात में, दोनों जुड़े हुए हैंβ-1,4 ग्लाइकोसिडिक बांड, सी में - स्थिति 6 पर एसिटाइल की एक छोटी मात्रा होती है (प्रत्येक 17 अवशेषों के लिए लगभग 1 एसिटाइल)। हालाँकि, केजीएम जलीय घोल की उच्च चिपचिपाहट और खराब तरलता उत्पादन में इसके अनुप्रयोग को सीमित करती है। हाइड्रोक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज (एचपीएमसी) मिथाइलसेलुलोज का एक प्रोपलीन ग्लाइकोल ईथर है, जो गैर-आयनिक सेल्यूलोज ईथर से संबंधित है। एचपीएमसी फिल्म बनाने वाला, पानी में घुलनशील और नवीकरणीय है। एचपीएमसी में कम तापमान पर कम चिपचिपापन और जेल की ताकत होती है, और अपेक्षाकृत खराब प्रसंस्करण प्रदर्शन होता है, लेकिन उच्च तापमान पर अपेक्षाकृत चिपचिपा ठोस जैसा जेल बन सकता है, इसलिए कई उत्पादन प्रक्रियाओं को उच्च तापमान पर किया जाना चाहिए, जिसके परिणामस्वरूप उच्च उत्पादन ऊर्जा खपत होती है। उत्पादन लागत अधिक है. साहित्य से पता चलता है कि केजीएम आणविक श्रृंखला पर अप्रतिस्थापित मैनोज़ इकाई हाइड्रोफोबिक इंटरैक्शन के माध्यम से एचपीएमसी आणविक श्रृंखला पर हाइड्रोफोबिक समूह के साथ एक कमजोर क्रॉस-लिंक्ड हाइड्रोफोबिक एसोसिएशन क्षेत्र बना सकती है। यह संरचना एचपीएमसी के थर्मल जेलेशन को विलंबित और आंशिक रूप से रोक सकती है और एचपीएमसी के जेल तापमान को कम कर सकती है। इसके अलावा, अपेक्षाकृत कम तापमान पर एचपीएमसी के कम-चिपचिपापन गुणों को देखते हुए, यह अनुमान लगाया गया है कि केजीएम के साथ इसका संयोजन केजीएम के उच्च-चिपचिपापन गुणों में सुधार कर सकता है और इसके प्रसंस्करण प्रदर्शन में सुधार कर सकता है। इसलिए, यह पेपर केजीएम/एचपीएमसी प्रणाली के रियोलॉजिकल गुणों पर समाधान द्रव्यमान अंश और यौगिक अनुपात के प्रभाव का पता लगाने के लिए एक केजीएम/एचपीएमसी यौगिक प्रणाली का निर्माण करेगा, और केजीएम/एचपीएमसी यौगिक प्रणाली के अनुप्रयोग के लिए एक सैद्धांतिक संदर्भ प्रदान करेगा। खाद्य उद्योग.

1. सामग्री और विधियाँ

1.1 सामग्री और अभिकर्मक

हाइड्रोक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज, किमा केमिकल कंपनी लिमिटेड, द्रव्यमान अंश 2%, चिपचिपाहट 6 एमपीए·एस; मेथॉक्सी द्रव्यमान अंश 28%~30%; हाइड्रोक्सीप्रोपाइल द्रव्यमान अंश 7.0%~12%।

कोनजैक ग्लूकोमैनन, वुहान जॉनसन कोनजैक फूड कंपनी लिमिटेड, 1 wt% जलीय घोल चिपचिपाहट≥28,000 एमपीए·s.

1.2 उपकरण और उपस्कर

MCR92 घूर्णी रियोमीटर, एंटोन पार कंपनी, लिमिटेड, ऑस्ट्रिया; UPT-II-10T अल्ट्राप्योर वॉटर मशीन, सिचुआन Youpu Ultrapure Technology Co., Ltd.; एबी-50 इलेक्ट्रॉनिक विश्लेषणात्मक संतुलन, स्विस मेटे कंपनी; LHS-150HC निरंतर तापमान जल स्नान, वूशी हुआज़ टेक्नोलॉजी कं, लिमिटेड; जेजे-1 इलेक्ट्रिक स्टिरर, जिंतन मेडिकल इंस्ट्रूमेंट फैक्ट्री, जियांग्सू प्रांत।

1.3 यौगिक घोल तैयार करना

एचपीएमसी और केजीएम पाउडर को एक निश्चित यौगिक अनुपात (द्रव्यमान अनुपात: 0:10, 3:7, 5:5, 7:3, 10:0) के साथ तौलें, धीरे-धीरे उन्हें 60 में विआयनीकृत पानी में मिलाएं।°सी जल स्नान, और इसे समान रूप से फैलाने के लिए 1.5 ~ 2 घंटे तक हिलाएं, और क्रमशः 0.50%, 0.75%, 1.00%, 1.25% और 1.50% के कुल ठोस द्रव्यमान अंशों के साथ 5 प्रकार के ढाल समाधान तैयार करें।

1.4 यौगिक विलयन के रियोलॉजिकल गुणों का परीक्षण

स्थिर-अवस्था कतरनी परीक्षण: KGM/HPMC यौगिक समाधान के रियोलॉजिकल वक्र को CP50 शंकु और प्लेट का उपयोग करके मापा गया था, ऊपरी और निचली प्लेटों के बीच का अंतर 0.1 मिमी तय किया गया था, माप तापमान 25 था°सी, और कतरनी दर सीमा 0.1 से 100 एस-1 थी।

स्ट्रेन स्कैनिंग (रैखिक विस्कोइलास्टिक क्षेत्र का निर्धारण): केजीएम/एचपीएमसी यौगिक समाधान के रैखिक विस्कोइलास्टिक क्षेत्र और मापांक परिवर्तन कानून को मापने के लिए पीपी50 प्लेट का उपयोग करें, अंतर को 1.000 मिमी, निश्चित आवृत्ति को 1 हर्ट्ज और माप तापमान को 25 पर सेट करें।°सी. तनाव सीमा 0.1%~100% है।

फ़्रीक्वेंसी स्वीप: KGM/HPMC यौगिक समाधान के मापांक परिवर्तन और आवृत्ति निर्भरता को मापने के लिए PP50 प्लेट का उपयोग करें। अंतर 1.000 मिमी पर सेट है, तनाव 1% है, माप तापमान 25 है°सी, और आवृत्ति रेंज 0.1-100 हर्ट्ज है।

तापमान स्कैनिंग: KGM/HPMC यौगिक समाधान के मापांक और इसकी तापमान निर्भरता को PP50 प्लेट का उपयोग करके मापा गया था, अंतर 1.000 मिमी पर सेट किया गया था, निश्चित आवृत्ति 1 हर्ट्ज थी, विरूपण 1% था, और तापमान 25 से था से 90 तक°C.

2. परिणाम और विश्लेषण

2.1 केजीएम/एचपीएमसी यौगिक प्रणाली का प्रवाह वक्र विश्लेषण

विभिन्न द्रव्यमान अंशों पर विभिन्न यौगिक अनुपातों के साथ केजीएम/एचपीएमसी समाधानों की चिपचिपाहट बनाम कतरनी दर वक्र। वे तरल पदार्थ जिनकी श्यानता कतरनी दर का एक रैखिक कार्य है, न्यूटोनियन तरल पदार्थ कहलाते हैं, अन्यथा उन्हें गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थ कहा जाता है। वक्र से यह देखा जा सकता है कि केजीएम समाधान और केजीएम/एचपीएमसी यौगिक समाधान की चिपचिपाहट कतरनी दर में वृद्धि के साथ घट जाती है; केजीएम सामग्री जितनी अधिक होगी, सिस्टम द्रव्यमान अंश उतना ही अधिक होगा, और समाधान की कतरनी पतली घटना अधिक स्पष्ट होगी। इससे पता चलता है कि केजीएम और केजीएम/एचपीएमसी यौगिक प्रणाली गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थ हैं, और केजीएम/एचपीएमसी यौगिक प्रणाली का द्रव प्रकार मुख्य रूप से केजीएम द्वारा निर्धारित किया जाता है।

विभिन्न द्रव्यमान अंशों और विभिन्न यौगिक अनुपातों के साथ केजीएम/एचपीएमसी समाधानों के प्रवाह सूचकांक और चिपचिपाहट गुणांक से, यह देखा जा सकता है कि केजीएम, एचपीएमसी और केजीएम/एचपीएमसी यौगिक प्रणालियों के एन मान सभी 1 से कम हैं, जो दर्शाता है कि समाधान हैं सभी स्यूडोप्लास्टिक तरल पदार्थ। केजीएम/एचपीएमसी यौगिक प्रणाली के लिए, सिस्टम के द्रव्यमान अंश में वृद्धि से समाधान में एचपीएमसी और केजीएम आणविक श्रृंखलाओं के बीच उलझाव और अन्य अंतःक्रियाएं होंगी, जिससे आणविक श्रृंखलाओं की गतिशीलता कम हो जाएगी, जिससे एन मान कम हो जाएगा। प्रणाली. साथ ही, केजीएम सामग्री में वृद्धि के साथ, केजीएम/एचपीएमसी प्रणाली में केजीएम आणविक श्रृंखलाओं के बीच परस्पर क्रिया बढ़ जाती है, जिससे इसकी गतिशीलता कम हो जाती है और परिणामस्वरूप एन मान में कमी आती है। इसके विपरीत, केजीएम/एचपीएमसी यौगिक समाधान का के मान समाधान द्रव्यमान अंश और केजीएम सामग्री में वृद्धि के साथ लगातार बढ़ता है, जो मुख्य रूप से सिस्टम द्रव्यमान अंश और केजीएम सामग्री में वृद्धि के कारण होता है, जो दोनों की सामग्री में वृद्धि करते हैं सिस्टम में हाइड्रोफिलिक समूह। , आणविक श्रृंखला के भीतर और श्रृंखलाओं के बीच आणविक अंतःक्रिया को बढ़ाता है, जिससे अणु की हाइड्रोडायनामिक त्रिज्या बढ़ती है, जिससे बाहरी कतरनी बल की कार्रवाई के तहत उन्मुख होने की संभावना कम हो जाती है और चिपचिपाहट बढ़ जाती है।

केजीएम/एचपीएमसी यौगिक प्रणाली की शून्य-कतरनी चिपचिपाहट के सैद्धांतिक मूल्य की गणना उपरोक्त लघुगणक योग सिद्धांत के अनुसार की जा सकती है, और इसका प्रयोगात्मक मूल्य चिपचिपाहट-कतरनी दर वक्र के कैरेन फिटिंग एक्सट्रपलेशन द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। प्रायोगिक मूल्य के साथ विभिन्न द्रव्यमान अंशों और विभिन्न यौगिक अनुपातों के साथ केजीएम/एचपीएमसी यौगिक प्रणाली की शून्य-कतरनी चिपचिपाहट के अनुमानित मूल्य की तुलना करने पर, यह देखा जा सकता है कि केजीएम/एचपीएमसी यौगिक की शून्य-कतरनी चिपचिपाहट का वास्तविक मूल्य समाधान सैद्धांतिक मूल्य से छोटा है। इससे संकेत मिला कि केजीएम और एचपीएमसी की जटिल प्रणाली में घनी संरचना वाली एक नई असेंबली का गठन किया गया था। मौजूदा अध्ययनों से पता चला है कि केजीएम आणविक श्रृंखला पर अप्रतिस्थापित मैनोज इकाइयाँ कमजोर क्रॉस-लिंक्ड हाइड्रोफोबिक एसोसिएशन क्षेत्र बनाने के लिए एचपीएमसी आणविक श्रृंखला पर हाइड्रोफोबिक समूहों के साथ बातचीत कर सकती हैं। यह अनुमान लगाया गया है कि अपेक्षाकृत सघन संरचना वाली नई असेंबली संरचना मुख्य रूप से हाइड्रोफोबिक इंटरैक्शन के माध्यम से बनाई गई है। जब केजीएम अनुपात कम (एचपीएमसी> 50%) होता है, तो केजीएम/एचपीएमसी प्रणाली की शून्य-कतरनी चिपचिपाहट का वास्तविक मूल्य सैद्धांतिक मूल्य से कम होता है, जो इंगित करता है कि कम केजीएम सामग्री पर, अधिक अणु सघन नए में भाग लेते हैं संरचना। के निर्माण में, सिस्टम की शून्य-कतरनी चिपचिपाहट और कम हो जाती है।

2.2 केजीएम/एचपीएमसी कंपाउंड सिस्टम के स्ट्रेन स्वीप कर्व्स का विश्लेषण

विभिन्न द्रव्यमान अंशों और विभिन्न यौगिक अनुपातों के साथ केजीएम/एचपीएमसी समाधानों के मापांक और कतरनी तनाव के संबंध वक्रों से, यह देखा जा सकता है कि जब कतरनी तनाव 10% से कम होता है, तो जी"और जी″यौगिक प्रणाली मूल रूप से कतरनी तनाव के साथ नहीं बढ़ती है। हालाँकि, यह दर्शाता है कि इस कतरनी तनाव सीमा के भीतर, यौगिक प्रणाली आणविक श्रृंखला संरचना में परिवर्तन के माध्यम से बाहरी उत्तेजनाओं पर प्रतिक्रिया कर सकती है, और यौगिक प्रणाली की संरचना क्षतिग्रस्त नहीं होती है। जब कतरनी तनाव >10% होता है, तो बाहरी कतरनी बल की कार्रवाई के तहत, जटिल प्रणाली में आणविक श्रृंखलाओं की विघटन गति उलझाव गति से अधिक होती है, जी"और जी″कम होना शुरू हो जाता है, और सिस्टम नॉनलाइनियर विस्कोइलास्टिक क्षेत्र में प्रवेश करता है। इसलिए, बाद के गतिशील आवृत्ति परीक्षण में, परीक्षण के लिए कतरनी तनाव पैरामीटर को 1% के रूप में चुना गया था।

2.3 केजीएम/एचपीएमसी कंपाउंड सिस्टम का फ्रीक्वेंसी स्वीप कर्व विश्लेषण

विभिन्न द्रव्यमान अंशों के तहत विभिन्न यौगिक अनुपातों के साथ केजीएम/एचपीएमसी समाधानों के लिए आवृत्ति के साथ भंडारण मापांक और हानि मापांक के भिन्नता वक्र। भंडारण मापांक जी' उस ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करता है जिसे परीक्षण में अस्थायी भंडारण के बाद पुनर्प्राप्त किया जा सकता है, और हानि मापांक जी” का अर्थ प्रारंभिक प्रवाह के लिए आवश्यक ऊर्जा है, जो एक अपरिवर्तनीय हानि है और अंत में कतरनी गर्मी में बदल जाती है। यह देखा जा सकता है कि, जैसे-जैसे दोलन आवृत्ति बढ़ती है, हानि मापांक G″भंडारण मापांक G से सदैव बड़ा होता है", तरल व्यवहार दिखा रहा है। परीक्षण आवृत्ति रेंज में, भंडारण मापांक जी' और हानि मापांक जी” दोलन आवृत्ति की वृद्धि के साथ बढ़ते हैं। यह मुख्य रूप से इस तथ्य के कारण है कि दोलन आवृत्ति में वृद्धि के साथ, सिस्टम में आणविक श्रृंखला खंडों के पास कम समय में पिछली स्थिति में विरूपण को ठीक करने का समय नहीं होता है, इस प्रकार यह घटना दिखाई देती है कि अधिक ऊर्जा संग्रहीत की जा सकती है ( बड़ा जी") या खो जाने की जरूरत है (जी″).

दोलन आवृत्ति में वृद्धि के साथ, सिस्टम का भंडारण मापांक अचानक गिर जाता है, और सिस्टम के द्रव्यमान अंश और केजीएम सामग्री में वृद्धि के साथ, अचानक गिरावट की आवृत्ति बिंदु धीरे-धीरे बढ़ जाती है। अचानक गिरावट बाहरी कतरन द्वारा सिस्टम में केजीएम और एचपीएमसी के बीच हाइड्रोफोबिक एसोसिएशन द्वारा गठित कॉम्पैक्ट संरचना के विनाश के कारण हो सकती है। इसके अलावा, सिस्टम द्रव्यमान अंश और केजीएम सामग्री की वृद्धि घनी संरचना की स्थिरता को बनाए रखने के लिए फायदेमंद है, और बाहरी आवृत्ति मूल्य को बढ़ाती है जो संरचना को नष्ट कर देती है।

2.4 केजीएम/एचपीएमसी मिश्रित प्रणाली का तापमान स्कैनिंग वक्र विश्लेषण

विभिन्न द्रव्यमान अंशों और विभिन्न यौगिक अनुपातों के साथ केजीएम/एचपीएमसी समाधानों के भंडारण मापांक और हानि मापांक के वक्रों से, यह देखा जा सकता है कि जब सिस्टम का द्रव्यमान अंश 0.50% है, तो जी"और जी″एचपीएमसी समाधान तापमान के साथ शायद ही बदलता है। , और जी″>जी", सिस्टम की चिपचिपाहट हावी है; जब द्रव्यमान अंश बढ़ता है, तो जी"एचपीएमसी समाधान पहले अपरिवर्तित रहता है और फिर तेजी से बढ़ता है, और जी"और जी″लगभग 70 पर प्रतिच्छेद°सी (प्रतिच्छेदन बिंदु तापमान जेल बिंदु है), और सिस्टम इस समय एक जेल बनाता है, इस प्रकार यह दर्शाता है कि एचपीएमसी एक थर्मल प्रेरित जेल है। केजीएम समाधान के लिए, जब सिस्टम का द्रव्यमान अंश 0.50% और 0.75% है, तो जी"और सिस्टम का जी “घटती प्रवृत्ति दिखाता है; जब द्रव्यमान अंश बढ़ता है, तो केजीएम समाधान का जी 'और जी' पहले घटता है और फिर काफी बढ़ जाता है, जो इंगित करता है कि केजीएम समाधान उच्च द्रव्यमान अंश और उच्च तापमान पर जेल जैसे गुण प्रदर्शित करता है।

तापमान में वृद्धि के साथ जी"और जी″केजीएम/एचपीएमसी जटिल प्रणाली में पहले कमी आई और फिर काफी वृद्धि हुई, और जी"और जी″प्रतिच्छेदन बिंदु दिखाई दिए, और सिस्टम ने एक जेल बनाया। जब एचपीएमसी अणु कम तापमान पर होते हैं, तो आणविक श्रृंखला पर हाइड्रोफिलिक समूहों और पानी के अणुओं के बीच हाइड्रोजन बंधन होता है, और जब तापमान बढ़ता है, तो लागू गर्मी एचपीएमसी और पानी के अणुओं के बीच बने हाइड्रोजन बंधन को नष्ट कर देती है, जिसके परिणामस्वरूप एचपीएमसी मैक्रोमोलेक्यूलर का निर्माण होता है। जंजीरें सतह पर हाइड्रोफोबिक समूह उजागर होते हैं, हाइड्रोफोबिक एसोसिएशन होता है, और एक थर्मोट्रोपिक जेल बनता है। कम द्रव्यमान अंश प्रणाली के लिए, अधिक केजीएम सामग्री जेल बना सकती है; उच्च द्रव्यमान अंश प्रणाली के लिए, अधिक एचपीएमसी सामग्री जेल बना सकती है। कम द्रव्यमान अंश प्रणाली (0.50%) में, केजीएम अणुओं की उपस्थिति एचपीएमसी अणुओं के बीच हाइड्रोजन बांड बनाने की संभावना को कम कर देती है, जिससे एचपीएमसी अणुओं में हाइड्रोफोबिक समूहों के संपर्क की संभावना बढ़ जाती है, जो थर्मोट्रोपिक जैल के निर्माण के लिए अनुकूल है। उच्च द्रव्यमान अंश प्रणाली में, यदि केजीएम की सामग्री बहुत अधिक है, तो सिस्टम की चिपचिपाहट अधिक होती है, जो एचपीएमसी और केजीएम अणुओं के बीच हाइड्रोफोबिक एसोसिएशन के लिए अनुकूल नहीं है, जो थर्मोजेनिक जेल के गठन के लिए अनुकूल नहीं है।

3. निष्कर्ष

इस पेपर में केजीएम और एचपीएमसी की यौगिक प्रणाली के रियोलॉजिकल व्यवहार का अध्ययन किया गया है। परिणाम बताते हैं कि केजीएम/एचपीएमसी की यौगिक प्रणाली एक गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थ है, और केजीएम/एचपीएमसी की यौगिक प्रणाली का द्रव प्रकार मुख्य रूप से केजीएम द्वारा निर्धारित किया जाता है। सिस्टम द्रव्यमान अंश और केजीएम सामग्री बढ़ने से यौगिक समाधान की तरलता कम हो गई और इसकी चिपचिपाहट बढ़ गई। सोल अवस्था में, केजीएम और एचपीएमसी की आणविक श्रृंखलाएं हाइड्रोफोबिक इंटरैक्शन के माध्यम से एक सघन संरचना बनाती हैं। सिस्टम में संरचना बाहरी कतरनी से नष्ट हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप सिस्टम के भंडारण मापांक में अचानक गिरावट आती है। सिस्टम द्रव्यमान अंश और केजीएम सामग्री की वृद्धि सघन संरचना की स्थिरता को बनाए रखने और संरचना को नष्ट करने वाली बाहरी आवृत्ति मान को बढ़ाने के लिए फायदेमंद है। कम द्रव्यमान अंश प्रणाली के लिए, अधिक केजीएम सामग्री जेल के निर्माण के लिए अनुकूल है; उच्च द्रव्यमान अंश प्रणाली के लिए, अधिक एचपीएमसी सामग्री जेल के निर्माण के लिए अनुकूल है।