Rannsókn á rheological hegðun konjac glúkómannan og hýdroxýprópýl metýlsellulósa efnasambandakerfi

Samsett kerfi konjak glúkómannan (KGM) og hýdroxýprópýl metýlsellulósa (HPMC) var tekið sem rannsóknarhlutur, og stöðugt ástand klippu, tíðni og hitastigssópprófanir voru framkvæmdar á efnasambandskerfinu með snúnings rheometer. Áhrif massahlutfalls lausnar og hlutfalls efnasambanda á seigju og vefjafræðilega eiginleika KGM/HPMC efnasambandakerfisins voru greind. Niðurstöðurnar sýna að KGM/HPMC efnasambandskerfið er vökvi sem ekki er Newton og aukning á massahlutfalli og KGM innihaldi kerfisins dregur úr vökva efnasambandslausnarinnar og eykur seigju. Í sólríkinu mynda KGM og HPMC sameindakeðjur þéttari uppbyggingu með vatnsfælnum samskiptum. Aukning á massahlutfalli kerfisins og KGM innihaldi stuðlar að því að viðhalda stöðugleika uppbyggingarinnar. Í lágmassahlutakerfinu er aukning á innihaldi KGM gagnleg fyrir myndun hitabeltisgella; en í hámassahlutakerfinu er aukið innihald HPMC stuðlað að myndun hitabeltisgela.

Lykilorð:konjac glúkómannan; hýdroxýprópýl metýlsellulósa; efnasamband; gigtarhegðun

Náttúrulegar fjölsykrur eru mikið notaðar í matvælaiðnaði vegna þykknandi, ýru- og hlaupeiginleika. Konjac glucomannan (KGM) er náttúruleg plöntufjölsykra, samsett úrβ-D-glúkósa ogβ-D-mannósa í hlutfallinu 1,6:1, þessir tveir eru tengdir meðβ-1,4 glýkósíðtengi, í C- Það er lítið magn af asetýli í stöðu 6 (u.þ.b. 1 asetýl fyrir hverjar 17 leifar). Hins vegar takmarkar mikil seigja og léleg vökvi KGM vatnslausnar notkun þess í framleiðslu. Hýdroxýprópýl metýlsellulósa (HPMC) er própýlen glýkól eter úr metýlsellulósa, sem tilheyrir ójónuðum sellulósa eter. HPMC er filmumyndandi, vatnsleysanlegt og endurnýjanlegt. HPMC hefur lága seigju og hlaupstyrk við lágt hitastig og tiltölulega lélegan vinnsluárangur, en getur myndað tiltölulega seigfljótandi, fast líkt hlaup við háan hita, svo mörg framleiðsluferli verða að fara fram við háan hita, sem leiðir til mikillar framleiðsluorkunotkunar. Framleiðslukostnaður er hár. Bókmenntir sýna að óútskipt mannósaeining á KGM sameindakeðjunni getur myndað veikt krossbundið vatnsfælna tengslasvæði við vatnsfælna hópinn á HPMC sameindakeðjunni með vatnsfælinum samskiptum. Þessi uppbygging getur seinkað og að hluta komið í veg fyrir varmahlaup HPMC og lækkað hlauphitastig HPMC. Að auki, með hliðsjón af lágseigju eiginleika HPMC við tiltölulega lágt hitastig, er því spáð að samsetning þess við KGM geti bætt hárseigju eiginleika KGM og bætt vinnsluafköst þess. Þess vegna mun þessi grein smíða KGM/HPMC efnasambandskerfi til að kanna áhrif massahlutfalls lausnar og efnasambandshlutfalls á gigtareiginleika KGM/HPMC kerfisins og veita fræðilega tilvísun fyrir notkun KGM/HPMC efnasambandakerfisins í matvælaiðnaðinum.

1. Efni og aðferðir

1.1 Efni og hvarfefni

Hýdroxýprópýl metýlsellulósa, KIMA CHEMICAL CO., LTD, massahluti 2%, seigja 6 mPa·s; metoxý massahlutfall 28% ~ 30%; hýdroxýprópýl massahlutfall 7,0% ~ 12%.

Konjac glucomannan, Wuhan Johnson Konjac Food Co., Ltd., 1 wt% vatnslausn seigja≥28.000 mPa·s.

1.2 Tæki og búnaður

MCR92 snúningsmælir, Anton Paar Co., Ltd., Austurríki; UPT-II-10T ofurhreint vatnsvél, Sichuan Youpu Ultrapure Technology Co., Ltd.; AB-50 rafræn greiningarvog, svissnesk Mette fyrirtæki; LHS-150HC vatnsbað með stöðugu hitastigi, Wuxi Huaze Technology Co., Ltd.; JJ-1 rafmagnshrærivél, Jintan Medical Instrument Factory, Jiangsu héraði.

1.3 Undirbúningur efnasambandslausnar

Vigtið HPMC og KGM duft með ákveðnu blöndunarhlutfalli (massahlutfall: 0:10, 3:7, 5:5, 7:3, 10:0), bætið þeim hægt út í afjónað vatn í 60°C vatnsbað, og hrærið í 1,5 ~ 2 klst til að láta það dreifast jafnt og undirbúið 5 tegundir af hallalausnum með heildarmassahlutum á föstu formi 0,50%, 0,75%, 1,00%, 1,25% og 1,50%, í sömu röð.

1.4 Próf á gigtfræðilegum eiginleikum efnasambandslausnar

Skurprófun við stöðugt ástand: Gigtarferill KGM/HPMC efnasambandslausnarinnar var mældur með CP50 keilu og plötu, bilið á milli efri og neðri plötunnar var fest við 0,1 mm, mælihitastigið var 25°C, og skurðhraðasviðið var 0,1 til 100 s-1.

Álagsskönnun (ákvörðun á línulegu seigjuteygjusvæði): Notaðu PP50 plötu til að mæla línulega seigjuteygjusvæðið og lögmál um stuðulbreytingu KGM/HPMC efnasambandslausnar, stilltu bilið á 1.000 mm, fasta tíðni á 1Hz og mælihitastig á 25°C. Stofnsviðið er 0,1% ~ 100%.

Tíðnissóp: Notaðu PP50 plötu til að mæla stuðulbreytingu og tíðniháð KGM/HPMC efnasambandslausnarinnar. Bilið er stillt á 1.000 mm, álagið er 1%, mælihitinn er 25°C, og tíðnisviðið er 0,1-100 Hz.

Hitaskönnun: Stuðullinn og hitaháð hans af KGM/HPMC efnasambandslausninni voru mæld með PP50 plötu, bilið var stillt á 1.000 mm, fasta tíðnin var 1 Hz, aflögunin var 1% og hitinn var frá 25 til 90°C.

2. Niðurstöður og greining

2.1 Rennslisferill greining á KGM/HPMC efnasambandskerfi

Kúrfur fyrir seigju á móti skurðhraða KGM/HPMC lausna með mismunandi blöndunarhlutföllum við mismunandi massabrot. Vökvar þar sem seigja er línulegt fall af skurðhraða eru kallaðir Newtons vökvar, annars eru þeir kallaðir ekki Newtons vökvar. Það má sjá á ferlinum að seigja KGM lausnar og KGM/HPMC efnasambandslausnar minnkar með aukningu á skurðhraða; því hærra sem KGM innihaldið er, því hærra er massahlutfall kerfisins og því augljósara er fyrirbæri lausnarinnar sem þynnist með klippingu. Þetta sýnir að KGM og KGM/HPMC efnasambandskerfi eru ekki Newtons vökvar og vökvagerð KGM/HPMC efnasambanda kerfisins er aðallega ákvörðuð af KGM.

Af flæðistuðli og seigjustuðli KGM/HPMC lausna með mismunandi massahlutföllum og mismunandi efnasambandshlutföllum má sjá að n gildi KGM, HPMC og KGM/HPMC efnasambandskerfa eru öll minni en 1, sem gefur til kynna að lausnirnar séu allir gerviplastvökvar. Fyrir KGM/HPMC efnasambandskerfið mun aukning massahlutfalls kerfisins valda flækju og öðrum víxlverkunum milli HPMC og KGM sameindakeðjanna í lausninni, sem dregur úr hreyfanleika sameindakeðjanna og dregur þar með úr n gildi kerfið. Á sama tíma, með aukningu á KGM innihaldi, eykst víxlverkun milli KGM sameindakeðja í KGM/HPMC kerfinu og dregur þar með úr hreyfanleika þess og leiðir til lækkunar á n gildi. Þvert á móti eykst K gildi KGM/HPMC efnasambandslausnarinnar stöðugt með aukningu á massahlutfalli lausnarinnar og KGM innihaldi, sem er aðallega vegna hækkunar á kerfismassahlutfalli og KGM innihaldi, sem bæði auka innihald af vatnssæknir hópar í kerfinu. , eykur sameindavíxlverkun innan sameindakeðjunnar og á milli keðjanna, og eykur þar með vatnsaflsradíus sameindarinnar, sem gerir það ólíklegra að hún sé stillt undir áhrifum utanaðkomandi skurðarkrafts og aukið seigju.

Hægt er að reikna út fræðilegt gildi núll-skeru seigju KGM/HPMC efnasambandskerfisins samkvæmt ofangreindri logaritmísku samantektarreglunni og tilraunagildi þess er hægt að fá með Carren-fitting framreikningi á seigju-skurðhraðaferlinu. Með því að bera saman spáð gildi núll-skeru seigju KGM/HPMC efnasambandskerfisins með mismunandi massahlutföllum og mismunandi blöndunarhlutföllum við tilraunagildið, má sjá að raunverulegt gildi núll-shear seigju KGM/HPMC efnasambandsins lausn er minni en fræðilegt gildi. Þetta benti til þess að ný samkoma með þéttri byggingu væri mynduð í flóknu kerfi KGM og HPMC. Núverandi rannsóknir hafa sýnt að ósetnar mannósaeiningar á KGM sameindakeðjunni geta haft samskipti við vatnsfælna hópa á HPMC sameindakeðjunni til að mynda veikt krossbundið vatnsfælin tengslasvæði. Talið er að nýja samsetningarbyggingin með tiltölulega þéttri byggingu sé aðallega mynduð með vatnsfælnum samskiptum. Þegar KGM hlutfallið er lágt (HPMC > 50%) er raunverulegt gildi núll-shear seigju KGM/HPMC kerfisins lægra en fræðilega gildið, sem gefur til kynna að við lágt KGM innihald taka fleiri sameindir þátt í þéttari nýju uppbyggingu. Við myndun , minnkar núll-skera seigja kerfisins enn frekar.

2.2 Greining á stofnsópferlum KGM/HPMC efnasambandakerfis

Af tengslaferlum stuðuls og skurðþynningar KGM/HPMC lausna með mismunandi massahlutföllum og mismunandi blöndunarhlutföllum má sjá að þegar klippuþynningin er minni en 10%, þá er G"og G″efnasambandskerfisins eykst í grundvallaratriðum ekki við klippiálagið. Hins vegar sýnir það að innan þessa klippuálagssviðs getur efnasambandskerfið brugðist við utanaðkomandi áreiti með breytingu á sameindakeðjubyggingu og uppbygging efnasambandakerfisins skemmist ekki. Þegar klippuálagið er >10%, er ytra Undir virkni skurðarkraftsins er losunarhraði sameindakeðja í flóknu kerfinu meiri en flækjuhraðinn, G"og G″byrja að minnka og kerfið fer inn í ólínulega seigjateygjusvæðið. Þess vegna, í síðari kraftmiklu tíðniprófinu, var klippuþynningarbreytan valin sem 1% fyrir prófun.

2.3 Tíðnissópferilgreining á KGM/HPMC efnasambandskerfi

Breytingarferlar geymslustuðuls og tapsstuðuls með tíðni fyrir KGM/HPMC lausnir með mismunandi samsetningarhlutföllum undir mismunandi massabrotum. Geymslustuðullinn G' táknar orkuna sem hægt er að endurheimta eftir tímabundna geymslu í prófuninni og tapstuðullinn G" þýðir orkuna sem þarf fyrir upphafsflæðið, sem er óafturkræft tap og breytist að lokum í skúfhita. Það má sjá að með Eins og sveiflutíðnin eykst, tapstuðullinn G″er alltaf meiri en geymslustuðullinn G", sem sýnir vökvahegðun. Á próftíðnisviðinu eykst geymslustuðull G' og tapstuðull G" með aukningu sveiflutíðni. Þetta er aðallega vegna þess að með aukningu á sveiflutíðninni hafa sameindakeðjuhlutar kerfisins engan tíma til að jafna sig í aflögunina á stuttum tíma Fyrra ástandið, sýnir þannig það fyrirbæri að meiri orka er hægt að geyma ( stærri G") eða þarf að týnast (G″).

Með aukningu á sveiflutíðni lækkar geymslustuðull kerfisins skyndilega og með aukningu á massahlutfalli og KGM innihaldi kerfisins eykst tíðnipunktur skyndilegs falls smám saman. Skyndilega lækkunin gæti stafað af eyðileggingu á þéttri byggingu sem myndast af vatnsfælnum tengslum milli KGM og HPMC í kerfinu með ytri klippingu. Þar að auki er aukning á massahlutfalli kerfisins og KGM innihaldi gagnleg til að viðhalda stöðugleika þéttri uppbyggingu og eykur ytri tíðnigildi sem eyðileggur uppbygginguna.

2.4 Hitaskönnunarferilgreining á KGM/HPMC samsettu kerfi

Af ferlum geymslustuðuls og tapsstuðuls KGM/HPMC lausna með mismunandi massahlutföllum og mismunandi samsetningarhlutföllum má sjá að þegar massahlutfall kerfisins er 0,50% er G"og G″af HPMC lausninni breytist varla með hitastigi. , og G″> G", seigja kerfisins ræður ríkjum; þegar massahlutfallið eykst er G"af HPMC lausninni helst fyrst óbreytt og eykst síðan verulega og G"og G″skerast um 70°C (hitastig skurðpunktsins er hlauppunkturinn) og kerfið myndar hlaup á þessum tíma, sem gefur til kynna að HPMC sé hitaframkallað hlaup. Fyrir KGM lausnina, þegar massahlutfall kerfisins er 0,50% og 0,75%, er G"og G kerfisins „sýnir lækkandi þróun; þegar massahlutfallið eykst lækkar G' og G" KGM lausnarinnar fyrst og eykst síðan umtalsvert, sem bendir til þess að KGM lausnin sýnir gellíka eiginleika við há massahluti og háan hita .

Með hækkun hitastigs mun G"og G″KGM/HPMC flókna kerfisins minnkaði fyrst og jókst síðan verulega, og G"og G″komu fram skurðpunktar og kerfið myndaði hlaup. Þegar HPMC sameindir eru við lágan hita myndast vetnistengi á milli vatnssæknu hópanna á sameindakeðjunni og vatnssameindanna og þegar hitastigið hækkar eyðileggur hitinn vetnistengin sem myndast milli HPMC og vatnssameinda, sem leiðir til myndunar HPMC stórsameinda. keðjur. Vatnsfælin hópar á yfirborðinu verða fyrir áhrifum, vatnsfælin tengsl eiga sér stað og hitabeltishlaup myndast. Fyrir lágmassahlutakerfið getur meira KGM innihald myndað hlaup; fyrir hámassahlutakerfi getur meira HPMC innihald myndað hlaup. Í lágmassahlutakerfinu (0,50%) dregur tilvist KGM sameinda úr líkum á myndun vetnistengis milli HPMC sameinda og eykur þar með möguleika á útsetningu fyrir vatnsfælnum hópum í HPMC sameindum, sem stuðlar að myndun hitabeltis gela. Í hámassahlutakerfinu, ef innihald KGM er of hátt, er seigja kerfisins mikil, sem er ekki stuðlað að vatnsfælinum tengslum milli HPMC og KGM sameinda, sem ekki stuðlar að myndun hitamyndandi hlaups.

3. Niðurstaða

Í þessari grein er gigtarhegðun efnasambandakerfisins KGM og HPMC rannsökuð. Niðurstöðurnar sýna að efnasambandskerfi KGM/HPMC er vökvi sem ekki er Newton og vökvagerð efnasambandskerfis KGM/HPMC ræðst aðallega af KGM. Aukning á massahlutfalli kerfisins og KGM innihaldi minnkaði bæði vökva efnasambandslausnarinnar og jók seigju hennar. Í sólríkinu mynda sameindakeðjur KGM og HPMC þéttari uppbyggingu með vatnsfælnum samskiptum. Byggingin í kerfinu eyðileggst með ytri klippingu, sem leiðir til skyndilegrar lækkunar á geymslustuðul kerfisins. Aukning á massahlutfalli kerfisins og KGM innihaldi er gagnleg til að viðhalda stöðugleika þéttri byggingu og auka ytri tíðnigildi sem eyðileggur uppbygginguna. Fyrir lágmassahlutakerfið er meira KGM innihald stuðlað að myndun hlaups; fyrir hámassahlutakerfið er meira HPMC innihald stuðlað að myndun hlaups.