Կոնյակ գլյուկոմանանի և հիդրօքսիպրոպիլ մեթիլցելյուլոզային միացությունների համակարգի ռեոլոգիական վարքի ուսումնասիրություն

Կոնյակ գլյուկոմանանի (KGM) և հիդրօքսիպրոպիլ մեթիլցելյուլոզայի (HPMC) բաղադրյալ համակարգը վերցվել է որպես հետազոտության օբյեկտ, իսկ կայուն վիճակի կտրվածքի, հաճախականության և ջերմաստիճանի մաքրման թեստերն իրականացվել են միացությունների համակարգի վրա պտտվող ռեոմետրով: Վերլուծվել է լուծույթի զանգվածային բաժնի և միացությունների հարաբերակցության ազդեցությունը KGM/HPMC միացությունների համակարգի մածուցիկության և ռեոլոգիական հատկությունների վրա: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ KGM/HPMC միացությունների համակարգը ոչ նյուտոնյան հեղուկ է, և համակարգի զանգվածային մասի և KGM պարունակության աճը նվազեցնում է միացությունների լուծույթի հեղուկությունը և մեծացնում մածուցիկությունը: Sol վիճակում KGM և HPMC մոլեկուլային շղթաները կազմում են ավելի կոմպակտ կառուցվածք հիդրոֆոբ փոխազդեցությունների միջոցով: Համակարգի զանգվածային մասի և KGM-ի պարունակության ավելացումը նպաստում է կառուցվածքի կայունության պահպանմանը: Ցածր զանգվածային ֆրակցիայի համակարգում KGM-ի պարունակության ավելացումը օգտակար է ջերմատրոպ գելերի ձևավորման համար. մինչդեռ բարձր զանգվածային մասի համակարգում HPMC-ի պարունակության ավելացումը նպաստում է ջերմատրոպ գելերի ձևավորմանը:

Բանալի բառեր:konjac glucomannan; հիդրօքսիպրոպիլ մեթիլցելյուլոզա; միացություն; ռեոլոգիական վարքագիծը

Բնական պոլիսախարիդները լայնորեն կիրառվում են սննդի արդյունաբերության մեջ՝ շնորհիվ խտացնող, էմուլգացնող և գելացնող հատկությունների։ Konjac glucomannan (KGM) բնական բուսական պոլիսախարիդ է, որը բաղկացած էβ-D-գլյուկոզա ևβ-D-mannose 1,6:1 հարաբերակցությամբ, երկուսը կապված ենβ-1,4 գլիկոզիդային կապեր, C-ում կա փոքր քանակությամբ ացետիլ 6-րդ դիրքում (մոտավորապես 1 ացետիլ յուրաքանչյուր 17 մնացորդի համար): Այնուամենայնիվ, KGM ջրային լուծույթի բարձր մածուցիկությունը և վատ հեղուկությունը սահմանափակում են դրա կիրառումը արտադրության մեջ: Հիդրօքսիպրոպիլ մեթիլցելյուլոզը (HPMC) մեթիլցելյուլոզայի պրոպիլեն գլիկոլ էթեր է, որը պատկանում է ոչ իոնային ցելյուլոզային եթերին: HPMC-ն թաղանթ ձևավորող, ջրում լուծվող և վերականգնվող է: HPMC-ն ունի ցածր մածուցիկություն և գելի ուժ ցածր ջերմաստիճաններում և համեմատաբար վատ մշակման կատարում, բայց կարող է ձևավորել համեմատաբար մածուցիկ պինդ նման գել բարձր ջերմաստիճանում, ուստի շատ արտադրական գործընթացներ պետք է իրականացվեն բարձր ջերմաստիճաններում, ինչը հանգեցնում է արտադրության էներգիայի բարձր սպառման: Արտադրության ծախսերը բարձր են: Գրականությունը ցույց է տալիս, որ KGM մոլեկուլային շղթայի վրա չփոխարինված մանոզայի միավորը կարող է թույլ խաչաձև կապակցված հիդրոֆոբ ասոցիացիայի շրջան ստեղծել HPMC մոլեկուլային շղթայի հիդրոֆոբ խմբի հետ՝ հիդրոֆոբ փոխազդեցության միջոցով: Այս կառուցվածքը կարող է հետաձգել և մասամբ կանխել HPMC-ի ջերմային ժելացումը և իջեցնել HPMC-ի գելի ջերմաստիճանը: Ի լրումն, հաշվի առնելով HPMC-ի ցածր մածուցիկության հատկությունները համեմատաբար ցածր ջերմաստիճաններում, կանխատեսվում է, որ դրա միացումը KGM-ի հետ կարող է բարելավել KGM-ի բարձր մածուցիկության հատկությունները և բարելավել դրա մշակման կատարումը: Հետևաբար, այս փաստաթուղթը կկառուցի KGM/HPMC միացությունների համակարգ՝ ուսումնասիրելու լուծույթի զանգվածային բաժնի և միացությունների հարաբերակցության ազդեցությունը KGM/HPMC համակարգի ռեոլոգիական հատկությունների վրա և տեսական հղում կապահովի KGM/HPMC միացությունների համակարգի կիրառման համար: սննդի արդյունաբերությունը։

1. Նյութեր և մեթոդներ

1.1 Նյութեր և ռեակտիվներ

Հիդրօքսիպրոպիլ մեթիլցելյուլոզա, KIMA CHEMICAL CO., LTD, զանգվածային բաժին 2%, մածուցիկություն 6 մՊա·s; մեթոքսի զանգվածային բաժին 28%~30%; հիդրօքսիպրոպիլ զանգվածային բաժին 7.0%~12%:

Konjac glucomannan, Wuhan Johnson Konjac Food Co., Ltd., 1 wt% ջրային լուծույթի մածուցիկություն≥28 000 մՊա·s.

1.2 Գործիքներ և սարքավորումներ

MCR92 պտտվող ռեոմետր, Anton Paar Co., Ltd., Ավստրիա; UPT-II-10T գերմաքուր ջրի մեքենա, Sichuan Youpu Ultrapure Technology Co., Ltd.; AB-50 էլեկտրոնային վերլուծական հաշվեկշիռ, շվեյցարական Mette ընկերություն; LHS-150HC մշտական ​​ջերմաստիճանի ջրի բաղնիք, Wuxi Huaze Technology Co., Ltd.; JJ-1 էլեկտրական խառնիչ, Ջինտան բժշկական գործիքների գործարան, Ցզյանսու նահանգ:

1.3 Բաղադրյալ լուծույթի պատրաստում

Քաշեք HPMC-ի և KGM-ի փոշիները որոշակի բաղադրամասային հարաբերակցությամբ (զանգվածային հարաբերակցությունը՝ 0:10, 3:7, 5:5, 7:3, 10:0), դանդաղորեն ավելացրեք դրանք դեոնացված ջրի մեջ 60 աստիճանով:°C ջրային բաղնիք և խառնեք 1,5-2 ժամ, որպեսզի այն հավասարապես ցրվի, և պատրաստեք 5 տեսակի գրադիենտ լուծույթներ՝ համապատասխանաբար 0,50%, 0,75%, 1,00%, 1,25% և 1,50% ընդհանուր պինդ զանգվածային բաժիններով:

1.4 Բաղադրյալ լուծույթի ռեոլոգիական հատկությունների փորձարկում

Կայուն վիճակի կտրվածքի փորձարկում. KGM/HPMC միացության լուծույթի ռեոլոգիական կորը չափվել է CP50 կոնի և թիթեղի միջոցով, վերին և ստորին թիթեղների միջև բացը ֆիքսվել է 0,1 մմ, չափման ջերմաստիճանը եղել է 25:°C, իսկ կտրման արագության միջակայքը եղել է 0,1-ից 100 s-1:

Լարվածության սկանավորում (գծային viscoelastic շրջանի որոշում). Օգտագործեք PP50 թիթեղը KGM/HPMC միացության լուծույթի գծային viscoelastic շրջանը և մոդուլի փոփոխության օրենքը չափելու համար, սահմանեք հեռավորությունը 1000 մմ, ֆիքսված հաճախականությունը՝ 1Hz, իսկ չափման ջերմաստիճանը՝ 25:°Գ. Լարվածության միջակայքը 0,1%~100% է:

Հաճախականության մաքրում. Օգտագործեք PP50 թիթեղ՝ KGM/HPMC միացությունների լուծույթի մոդուլի փոփոխությունը և հաճախականության կախվածությունը չափելու համար: Տարածությունը սահմանվել է 1000 մմ, լարվածությունը՝ 1%, չափման ջերմաստիճանը՝ 25°C, իսկ հաճախականության միջակայքը 0,1-100 Հց է:

Ջերմաստիճանի սկանավորում. KGM/HPMC միացության լուծույթի մոդուլը և դրա ջերմաստիճանից կախվածությունը չափվել են PP50 թիթեղով, հեռավորությունը սահմանվել է 1000 մմ, ֆիքսված հաճախականությունը՝ 1 Հց, դեֆորմացիան՝ 1%, իսկ ջերմաստիճանը՝ 25-ից: մինչև 90°C.

2. Արդյունքներ և վերլուծություն

2.1 KGM/HPMC բարդ համակարգի հոսքի կորի վերլուծություն

KGM/HPMC լուծույթների մածուցիկության և կտրվածքի արագության կորերը տարբեր զանգվածային բաժիններում միացությունների տարբեր հարաբերակցությամբ: Այն հեղուկները, որոնց մածուցիկությունը կտրվածքի արագության գծային ֆունկցիան է, կոչվում են նյուտոնյան հեղուկներ, հակառակ դեպքում՝ ոչ նյուտոնյան հեղուկներ։ Կորից երևում է, որ KGM լուծույթի և KGM/HPMC միացությունների լուծույթի մածուցիկությունը նվազում է կտրման արագության աճի հետ; որքան բարձր է KGM-ի պարունակությունը, այնքան մեծ է համակարգի զանգվածային բաժինը, և այնքան ավելի ակնհայտ է լուծույթի կտրվածքի նոսրացման երևույթը: Սա ցույց է տալիս, որ KGM և KGM/HPMC միացությունների համակարգը ոչ նյուտոնյան հեղուկներ են, և KGM/HPMC բարդ համակարգի հեղուկ տեսակը հիմնականում որոշվում է KGM-ով:

Տարբեր զանգվածային բաժիններով և տարբեր միացությունների գործակիցներով KGM/HPMC լուծույթների հոսքի ինդեքսից և մածուցիկության գործակիցից կարելի է տեսնել, որ KGM, HPMC և KGM/HPMC բարդ համակարգերի n արժեքները բոլորը 1-ից փոքր են, ինչը ցույց է տալիս, որ լուծույթները բոլոր կեղծ պլաստիկ հեղուկները: KGM/HPMC բարդ համակարգի համար համակարգի զանգվածային բաժնի ավելացումը կհանգեցնի խճճվածության և այլ փոխազդեցությունների HPMC և KGM մոլեկուլային շղթաների լուծույթում, ինչը կնվազեցնի մոլեկուլային շղթաների շարժունակությունը՝ դրանով իսկ նվազեցնելով n արժեքը: համակարգը։ Միևնույն ժամանակ, KGM-ի պարունակության ավելացման հետ մեկտեղ ուժեղանում է KGM մոլեկուլային շղթաների փոխազդեցությունը KGM/HPMC համակարգում՝ դրանով իսկ նվազեցնելով դրա շարժունակությունը և հանգեցնելով n արժեքի նվազմանը: Ընդհակառակը, KGM/HPMC միացությունների լուծույթի K արժեքը անընդհատ աճում է լուծույթի զանգվածային մասի և KGM պարունակության աճով, ինչը հիմնականում պայմանավորված է համակարգի զանգվածային բաժնի և KGM պարունակության աճով, որոնք երկուսն էլ մեծացնում են պարունակությունը: հիդրոֆիլ խմբերը համակարգում. , մեծացնելով մոլեկուլային փոխազդեցությունը մոլեկուլային շղթայի ներսում և շղթաների միջև, դրանով իսկ մեծացնելով մոլեկուլի հիդրոդինամիկ շառավիղը, դարձնելով այն ավելի քիչ հավանական կողմնորոշվելու արտաքին կտրվածքային ուժի ազդեցության տակ և մեծացնելով մածուցիկությունը:

KGM/HPMC բարդ համակարգի զրոյական կտրվածքի մածուցիկության տեսական արժեքը կարող է հաշվարկվել վերը նշված լոգարիթմական գումարման սկզբունքի համաձայն, իսկ դրա փորձարարական արժեքը կարելի է ձեռք բերել մածուցիկություն-կտրման արագության կորի Կարրենի մոնտաժային էքստրապոլացիայի միջոցով: Համեմատելով KGM/HPMC միացությունների համակարգի զրոյական կտրվածքային մածուցիկության կանխատեսված արժեքը տարբեր զանգվածային բաժիններով և տարբեր միացությունների հարաբերակցություններով փորձարարական արժեքի հետ, կարելի է տեսնել, որ KGM/HPMC միացության զրոյական կտրվածքի մածուցիկության իրական արժեքը. լուծումը փոքր է, քան տեսական արժեքը: Սա վկայում էր այն մասին, որ KGM-ի և HPMC-ի բարդ համակարգում ձևավորվել է խիտ կառուցվածքով նոր համախումբ: Գոյություն ունեցող ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ KGM մոլեկուլային շղթայի չփոխարինված մանոզի միավորները կարող են փոխազդել HPMC մոլեկուլային շղթայի հիդրոֆոբ խմբերի հետ՝ ձևավորելով թույլ խաչաձև կապակցված հիդրոֆոբ ասոցիացիայի շրջան: Ենթադրվում է, որ համեմատաբար խիտ կառուցվածքով նոր մոնտաժային կառուցվածքը հիմնականում ձևավորվում է հիդրոֆոբ փոխազդեցությունների միջոցով։ Երբ KGM հարաբերակցությունը ցածր է (HPMC > 50%), KGM/HPMC համակարգի զրոյական կտրվածքի մածուցիկության իրական արժեքը ցածր է տեսական արժեքից, ինչը ցույց է տալիս, որ KGM ցածր պարունակության դեպքում ավելի շատ մոլեկուլներ են մասնակցում ավելի խիտ նորին: կառուցվածքը։ -ի ձևավորման ժամանակ համակարգի զրոյական կտրվածքային մածուցիկությունը ավելի է նվազում:

2.2 KGM/HPMC բաղադրյալ համակարգի լարումների մաքրման կորերի վերլուծություն

KGM/HPMC լուծույթների մոդուլի և կտրվածքային լարվածության հարաբերակցության կորերից՝ տարբեր զանգվածային բաժիններով և միացությունների տարբեր հարաբերակցությամբ, կարելի է տեսնել, որ երբ կտրվածքային լարվածությունը 10%-ից պակաս է, Գ.«և Գ″բաղադրյալ համակարգի կառուցվածքը հիմնականում չի աճում կտրվածքի լարվածության հետ: Այնուամենայնիվ, դա ցույց է տալիս, որ այս կտրվածքային լարվածության միջակայքում բարդ համակարգը կարող է արձագանքել արտաքին գրգռիչներին մոլեկուլային շղթայի կոնֆորմացիայի փոփոխության միջոցով, և բարդ համակարգի կառուցվածքը չի վնասվել: Երբ կտրվածքի լարվածությունը >10%, արտաքինը Կտրող ուժի ազդեցության տակ բարդ համակարգում մոլեկուլային շղթաների անջատման արագությունն ավելի մեծ է, քան խճճման արագությունը, G.«և Գ″սկսում են նվազել, և համակարգը մտնում է ոչ գծային viscoelastic շրջան: Հետևաբար, դինամիկ հաճախականության հետագա փորձարկման ժամանակ ճեղքման լարվածության պարամետրը ընտրվել է որպես 1%՝ փորձարկման համար:

2.3 KGM/HPMC բարդ համակարգի հաճախականության ավլման կորի վերլուծություն

Պահպանման մոդուլի և կորստի մոդուլի տատանումների կորեր՝ KGM/HPMC լուծույթների համար՝ տարբեր զանգվածային ֆրակցիաների տակ միացությունների տարբեր հարաբերակցությամբ: Պահպանման մոդուլը G' ներկայացնում է էներգիան, որը կարող է վերականգնվել փորձարկման ժամանակ ժամանակավոր պահեստավորումից հետո, իսկ կորստի մոդուլը G» նշանակում է սկզբնական հոսքի համար պահանջվող էներգիա, որն անդառնալի կորուստ է և վերջապես վերածվում է կտրող ջերմության: Կարելի է տեսնել, որ տատանումների հաճախականության աճի հետ կորստի մոդուլը G″միշտ մեծ է պահեստավորման G մոդուլից«, ցույց տալով հեղուկ վարքագիծ: Փորձարկման հաճախականության միջակայքում պահպանման մոդուլը G' և կորստի մոդուլը G" մեծանում են տատանումների հաճախականության մեծացման հետ: Սա հիմնականում պայմանավորված է նրանով, որ տատանումների հաճախականության մեծացմամբ համակարգում մոլեկուլային շղթայի հատվածները ժամանակ չունեն դեֆորմացմանը կարճ ժամանակում վերականգնելու նախորդ վիճակը՝ այդպիսով ցույց տալով այն երևույթը, որ կարող է ավելի շատ էներգիա կուտակվել ( ավելի մեծ Գ«) կամ պետք է կորցնել (Գ″).

Տատանումների հաճախականության մեծացման հետ համակարգի պահեստավորման մոդուլը հանկարծակի իջնում ​​է, իսկ զանգվածային բաժնի և համակարգի KGM պարունակության մեծացման հետ հանկարծակի անկման հաճախականության կետը աստիճանաբար մեծանում է։ Հանկարծակի անկումը կարող է պայմանավորված լինել կոմպակտ կառուցվածքի քայքայմամբ, որը ձևավորվել է համակարգում KGM-ի և HPMC-ի միջև հիդրոֆոբ կապի արդյունքում արտաքին կտրվածքի միջոցով: Ավելին, համակարգի զանգվածային մասնաբաժնի և KGM-ի պարունակության ավելացումը ձեռնտու է խիտ կառուցվածքի կայունությունը պահպանելու համար և մեծացնում է արտաքին հաճախականության արժեքը, որը քայքայում է կառուցվածքը:

2.4 KGM/HPMC կոմպոզիտային համակարգի ջերմաստիճանի սկանավորման կորի վերլուծություն

Տարբեր զանգվածային բաժիններով և տարբեր միացությունների հարաբերակցությամբ KGM/HPMC լուծույթների պահեստավորման մոդուլի և կորստի մոդուլի կորերից կարելի է տեսնել, որ երբ համակարգի զանգվածային բաժինը 0,50% է, Գ.«և Գ″HPMC լուծույթը գրեթե չի փոխվում ջերմաստիճանի հետ: , և Գ″>Գ«, գերակշռում է համակարգի մածուցիկությունը. երբ զանգվածային բաժինը մեծանում է, Գ«HPMC լուծույթը սկզբում մնում է անփոփոխ, իսկ հետո կտրուկ աճում է, իսկ Գ«և Գ″հատվում են 70-ի սահմաններում°C (հատման կետի ջերմաստիճանը գելի կետն է), և համակարգը այս պահին ձևավորում է գել՝ այդպիսով ցույց տալով, որ HPMC-ն ջերմային հրահրված գել է: KGM լուծույթի համար, երբ համակարգի զանգվածային բաժինը կազմում է 0,50% և 0,75%, G.«իսկ համակարգի G-ն «ցուցաբերում է նվազման միտում. երբ զանգվածային բաժինը մեծանում է, KGM լուծույթի G-ը և G»-ը սկզբում նվազում են, այնուհետև զգալիորեն մեծանում են, ինչը ցույց է տալիս, որ KGM լուծույթը ցուցադրում է գելման հատկություններ բարձր զանգվածային ֆրակցիաների և բարձր ջերմաստիճանների դեպքում:

Ջերմաստիճանի բարձրացմամբ Գ«և Գ″KGM/HPMC համալիր համակարգի սկզբում նվազել, ապա զգալիորեն աճել է, իսկ Գ«և Գ″հայտնվեցին խաչմերուկի կետեր, և համակարգը ձևավորեց գել: Երբ HPMC մոլեկուլները ցածր ջերմաստիճանում են, ջրածնային կապը տեղի է ունենում մոլեկուլային շղթայի հիդրոֆիլ խմբերի և ջրի մոլեկուլների միջև, իսկ երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է, կիրառվող ջերմությունը ոչնչացնում է HPMC-ի և ջրի մոլեկուլների միջև ձևավորված ջրածնային կապերը, ինչի արդյունքում ձևավորվում է HPMC մակրոմոլեկուլ: շղթաներ. Մակերեւույթի հիդրոֆոբ խմբերը բացահայտվում են, առաջանում է հիդրոֆոբ ասոցիացիա և ձևավորվում է ջերմատրոպ գել։ Ցածր զանգվածային մասի համակարգի համար ավելի շատ KGM պարունակություն կարող է ձևավորել գել; բարձր զանգվածային ֆրակցիայի համակարգի համար HPMC-ի ավելի շատ պարունակությունը կարող է ձևավորել գել: Ցածր զանգվածային ֆրակցիայի համակարգում (0,50%) KGM մոլեկուլների առկայությունը նվազեցնում է HPMC մոլեկուլների միջև ջրածնային կապերի ձևավորման հավանականությունը՝ դրանով իսկ մեծացնելով HPMC մոլեկուլներում հիդրոֆոբ խմբերի բացահայտման հնարավորությունը, ինչը նպաստում է ջերմատրոպ գելերի ձևավորմանը: Բարձր զանգվածային մասնաբաժնի համակարգում, եթե KGM-ի պարունակությունը չափազանց բարձր է, համակարգի մածուցիկությունը բարձր է, ինչը չի նպաստում HPMC-ի և KGM մոլեկուլների հիդրոֆոբ կապին, ինչը չի նպաստում ջերմածին գելի ձևավորմանը:

3. Եզրակացություն

Այս աշխատանքում ուսումնասիրվում է KGM-ի և HPMC-ի բաղադրյալ համակարգի ռեոլոգիական վարքը: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ KGM/HPMC-ի բաղադրյալ համակարգը ոչ նյուտոնյան հեղուկ է, իսկ KGM/HPMC բարդ համակարգի հեղուկ տեսակը հիմնականում որոշվում է KGM-ով: Համակարգի զանգվածային մասնաբաժնի և KGM-ի պարունակության ավելացումը երկուսն էլ նվազեցրեց միացությունների լուծույթի հեղուկությունը և ավելացրեց դրա մածուցիկությունը: Sol վիճակում KGM-ի և HPMC-ի մոլեկուլային շղթաներն ավելի խիտ կառուցվածք են կազմում հիդրոֆոբ փոխազդեցությունների միջոցով։ Համակարգում կառուցվածքը քայքայվում է արտաքին կտրվածքով, ինչի արդյունքում համակարգի պահեստավորման մոդուլը հանկարծակի նվազում է: Համակարգի զանգվածային մասնաբաժնի և KGM-ի պարունակության ավելացումը ձեռնտու է խիտ կառուցվածքի կայունությունը պահպանելու և կառուցվածքը քայքայող արտաքին հաճախականության արժեքը մեծացնելու համար: Ցածր զանգվածային մասի համակարգի համար KGM-ի ավելի շատ պարունակությունը նպաստում է գելի ձևավորմանը. բարձր զանգվածային մասի համակարգի համար HPMC-ի ավելի շատ պարունակությունը նպաստում է գելի ձևավորմանը: