Kajian Perilaku Reologi Sistem Senyawa Konjac Glukomanan dan Hidroksipropil Metilselulosa

Sistem senyawa konjac glukomanan (KGM) lan hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) dijupuk minangka obyek panaliten, lan uji geser, frekuensi lan suhu steady-state ditindakake ing sistem senyawa kanthi rheometer rotasi. Pengaruh fraksi massa solusi lan rasio senyawa ing viskositas lan sifat rheologi sistem senyawa KGM/HPMC dianalisis. Asil nuduhake yen sistem senyawa KGM / HPMC iku adi non-Newtonian, lan Tambah ing fraksi massa lan isi KGM saka sistem nyuda fluidity saka solusi senyawa lan nambah viskositas. Ing negara sol, rantai molekul KGM lan HPMC mbentuk struktur sing luwih kompak liwat interaksi hidrofobik. Nambah fraksi massa sistem lan isi KGM kondusif kanggo njaga stabilitas struktur. Ing sistem fraksi massa sing kurang, nambah isi KGM migunani kanggo pambentukan gel termotropik; nalika ing sistem fraksi massa dhuwur, nambah isi HPMC kondusif kanggo tatanan saka gel thermotropic.

tembung kunci:konjac glukomanan; hidroksipropil metilselulosa; senyawa; prilaku rheological

Polisakarida alam akeh digunakake ing industri pangan amarga sifat thickening, emulsifying lan gelling. Konjac glukomanan (KGM) yaiku polisakarida tanduran alami, sing kasusun sakaβ-D-glukosa lanβ-D-mannose ing rasio 1,6: 1, loro disambungake deningβ-1,4 ikatan glikosidik, ing C- Ana jumlah cilik asetil ing posisi 6 (kira-kira 1 asetil kanggo saben 17 residu). Nanging, viskositas dhuwur lan fluidity miskin saka solusi banyu KGM mbatesi aplikasi ing produksi. Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) yaiku eter propilen glikol saka metilselulosa, sing kalebu eter selulosa non-ionik. HPMC nggawe film, larut ing banyu, lan bisa dianyari. HPMC nduweni viskositas lan kekuatan gel sing kurang ing suhu sing kurang, lan kinerja pangolahan sing relatif kurang, nanging bisa mbentuk gel kaya padhet sing relatif kenthel ing suhu dhuwur, mula akeh proses produksi kudu ditindakake ing suhu sing dhuwur, nyebabake konsumsi energi produksi dhuwur. Biaya produksi dhuwur. Literatur nuduhake yen unit mannose sing ora disubstitusi ing rantai molekul KGM bisa mbentuk wilayah asosiasi hidrofobik sing kurang salib karo gugus hidrofobik ing rantai molekul HPMC liwat interaksi hidrofobik. Struktur iki bisa tundha lan sebagian nyegah gelation termal HPMC lan ngedhunake suhu gel HPMC. Kajaba iku, ing tampilan saka viskositas kurang saka HPMC ing suhu relatif kurang, iku mbadek sing compounding karo KGM bisa nambah viskositas dhuwur saka KGM lan nambah kinerja Processing. Mulane, makalah iki bakal mbangun sistem senyawa KGM/HPMC kanggo njelajah pengaruh fraksi massa solusi lan rasio senyawa ing sifat rheologis sistem KGM/HPMC, lan menehi referensi teori kanggo aplikasi saka sistem senyawa KGM/HPMC ing. industri panganan.

1. Materi lan cara

1.1 Bahan lan reagen

Hydroxypropyl methylcellulose, KIMA CHEMICAL CO.,LTD, fraksi massa 2%, viskositas 6 mPa·s; fraksi massa methoxy 28% ~ 30%; fraksi massa hidroksipropil 7,0% ~ 12%.

Konjac glucomannan, Wuhan Johnson Konjac Food Co., Ltd., 1 wt% viskositas larutan banyu≥28 000 mPa·s.

1.2 Instrumen lan piranti

Rheometer rotasi MCR92, Anton Paar Co., Ltd., Austria; mesin banyu ultrapure UPT-II-10T, Sichuan Youpu Ultrapure Technology Co., Ltd.; imbangan analitik elektronik AB-50, perusahaan Swiss Mette; LHS-150HC adus banyu suhu pancet, Wuxi Huaze Technology Co., Ltd.; JJ-1 Electric Stirrer, Pabrik Instrumen Medis Jintan, Provinsi Jiangsu.

1.3 Preparation saka solusi senyawa

Timbang bubuk HPMC lan KGM kanthi rasio compounding tartamtu (rasio massa: 0:10, 3:7, 5:5, 7:3, 10:0), alon-alon ditambahake menyang banyu deionisasi ing 60°C banyu adus, lan nglakoake kanggo 1,5 ~ 2 h kanggo nggawe iku buyar roto-roto, lan nyiyapake 5 jinis solusi gradien karo total pecahan massa ngalangi saka 0,50%, 0,75%, 1,00%, 1,25%, lan 1,50%, mungguh.

1.4 Tes sipat rheologi saka solusi senyawa

Tes geser steady-state: Kurva rheologis saka solusi senyawa KGM / HPMC diukur nggunakake kerucut lan piring CP50, celah antarane piring ndhuwur lan ngisor tetep ing 0,1 mm, suhu pangukuran yaiku 25°C, lan kisaran tingkat geser yaiku 0,1 nganti 100 s-1.

Pemindaian galur (penentuan wilayah viskoelastik linier): Gunakake piring PP50 kanggo ngukur wilayah viskoelastik linier lan hukum pangowahan modulus solusi senyawa KGM/HPMC, atur jarak dadi 1.000 mm, frekuensi tetep dadi 1Hz, lan suhu pangukuran dadi 25.°C. Range galur yaiku 0,1% ~ 100%.

Sapuan frekuensi: Gunakake piring PP50 kanggo ngukur owah-owahan modulus lan katergantungan frekuensi solusi senyawa KGM / HPMC. Jarak disetel dadi 1.000 mm, galur 1%, suhu pangukuran yaiku 25.°C, lan sawetara frekuensi 0,1-100 Hz.

Pemindaian suhu: Modulus lan katergantungan suhu saka solusi senyawa KGM / HPMC diukur nggunakake piring PP50, jarak disetel dadi 1.000 mm, frekuensi tetep 1 Hz, deformasi 1%, lan suhu saka 25 kanggo 90°C.

2. Asil lan Analisis

2.1 Analisis kurva aliran sistem senyawa KGM/HPMC

Viskositas versus kurva tingkat geser saka solusi KGM/HPMC karo rasio compounding beda ing pecahan massa beda. Cairan sing viskositas minangka fungsi linier saka laju geser diarani fluida Newtonian, utawa diarani fluida non-Newtonian. Bisa dideleng saka kurva yen viskositas larutan KGM lan larutan senyawa KGM/HPMC mudhun kanthi mundhake tingkat geser; sing luwih dhuwur isi KGM, sing luwih sekedhik massa sistem, lan liyane ketok fenomena thinning geser saka solusi. Iki nuduhake yen sistem senyawa KGM lan KGM / HPMC minangka cairan non-Newtonian, lan jinis cairan sistem senyawa KGM / HPMC utamane ditemtokake dening KGM.

Saka indeks aliran lan koefisien viskositas solusi KGM / HPMC kanthi fraksi massa sing beda lan rasio senyawa sing beda, bisa dideleng yen nilai n sistem senyawa KGM, HPMC lan KGM / HPMC kabeh kurang saka 1, nuduhake yen solusi kasebut kabeh cairan pseudoplastik. Kanggo sistem senyawa KGM / HPMC, paningkatan fraksi massa sistem bakal nyebabake entanglement lan interaksi liyane antarane rantai molekul HPMC lan KGM ing solusi, sing bakal nyuda mobilitas rantai molekul, saéngga nyuda nilai n saka sistem. Ing wektu sing padha, kanthi nambah isi KGM, interaksi antarane rantai molekul KGM ing sistem KGM / HPMC saya tambah, saéngga nyuda mobilitas lan nyebabake nyuda nilai n. Kosok baline, nilai K saka solusi senyawa KGM / HPMC mundhak terus-terusan kanthi nambah fraksi massa solusi lan konten KGM, sing utamane amarga kenaikan fraksi massa sistem lan konten KGM, sing loro-lorone nambah konten gugus hidrofilik ing sistem. , nambah interaksi molekuler ing ranté molekul lan ing antarane ranté, saéngga nambah radius hidrodinamik molekul kasebut, saéngga ora bisa diorientasikan ing tumindak gaya geser njaba lan nambah viskositas.

Nilai teoritis saka viskositas nul-nyukur saka sistem senyawa KGM/HPMC bisa diwilang miturut prinsip penjumlahan logaritmik ndhuwur, lan Nilai eksperimen bisa dijupuk dening Carren ekstrapolasi pas kurva viskositas-nyukur tingkat. Mbandhingake nilai prediksi viskositas geser nol sistem senyawa KGM / HPMC kanthi fraksi massa sing beda lan rasio senyawa sing beda karo nilai eksperimen, bisa dideleng yen nilai nyata viskositas nol geser saka senyawa KGM / HPMC. solusi luwih cilik tinimbang nilai teoritis. Iki nuduhake yen perakitan anyar kanthi struktur padhet dibentuk ing sistem kompleks KGM lan HPMC. Pasinaon sing wis ana wis nuduhake yen unit mannose sing ora diganti ing rantai molekul KGM bisa sesambungan karo gugus hidrofobik ing rantai molekul HPMC kanggo mbentuk wilayah asosiasi hidrofobik sing kurang salib. Diduga struktur perakitan anyar kanthi struktur sing relatif padhet utamane dibentuk liwat interaksi hidrofobik. Nalika rasio KGM kurang (HPMC> 50%), nilai nyata viskositas nol-shear sistem KGM / HPMC luwih murah tinimbang nilai teoretis, sing nuduhake yen ing konten KGM sing kurang, luwih akeh molekul sing melu ing anyar sing luwih padhet. struktur. Ing tatanan saka , viskositas nul-nyukur saka sistem luwih suda.

2.2 Analisis kurva strain sweep sistem senyawa KGM/HPMC

Saka kurva hubungan modulus lan regangan geser solusi KGM/HPMC kanthi fraksi massa beda lan rasio compounding beda, bisa dideleng yen regangan geser kurang saka 10%, G'lan G″saka sistem senyawa Sejatine ora nambah karo galur geser. Nanging, nuduhake yen ing sawetara galur geser iki, sistem senyawa bisa nanggapi rangsangan njaba liwat owah-owahan konformasi chain molekul, lan struktur sistem senyawa ora rusak. Nalika galur geser luwih saka 10%, eksternal Ing tumindak gaya geser, kacepetan disentanglement rantai molekul ing sistem kompleks luwih gedhe tinimbang kacepetan entanglement, G'lan G″wiwit ngurangi, lan sistem lumebu ing wilayah viscoelastic nonlinear. Mulane, ing test frekuensi dinamis sakteruse, parameter galur geser dipilih minangka 1% kanggo testing.

2.3 Analisis kurva frekuensi sweep sistem senyawa KGM/HPMC

Kurva variasi saka modulus panyimpenan lan modulus mundhut kanthi frekuensi kanggo solusi KGM/HPMC kanthi rasio compounding beda ing pecahan massa beda. Modulus panyimpenan G' nggantosi energi sing bisa dibalekake sawise panyimpenan sak wentoro ing test, lan modulus mundhut G" tegese energi sing dibutuhake kanggo aliran awal, kang mundhut ora bisa dibalèkaké lan pungkasanipun rubah menyang geser panas. Bisa dideleng yen, nalika frekuensi osilasi mundhak, modulus mundhut G″tansah luwih gedhe tinimbang modulus panyimpenan G', nuduhake prilaku cair. Ing sawetara frekuensi test, modulus panyimpenan G 'lan modulus mundhut G" mundhak karo mundhak saka frekuensi osilasi. Iki utamané amarga kasunyatan sing karo Tambah saka frekuensi osilasi, bagean chain molekul ing sistem ora duwe wektu kanggo waras kanggo deformasi ing wektu cendhak negara sadurungé, mangkono nuduhake fenomena sing luwih energi bisa disimpen ( luwih gedhe G') utawa kudu ilang (G″).

Kanthi paningkatan frekuensi osilasi, modulus panyimpenan sistem tiba-tiba mudhun, lan kanthi nambah fraksi massa lan isi KGM sistem kasebut, titik frekuensi penurunan tiba-tiba mundhak. Gulung dadakan bisa uga amarga karusakan saka struktur kompak sing dibentuk dening asosiasi hidrofobik antarane KGM lan HPMC ing sistem kanthi nyukur eksternal. Menapa malih, Tambah saka bagian sekedhik massa sistem lan isi KGM ono gunane kanggo njaga stabilitas struktur kandhel, lan mundhak ing Nilai frekuensi external sing ngrusak struktur.

2.4 Analisis kurva pemindaian suhu sistem komposit KGM/HPMC

Saka kurva modulus panyimpenan lan modulus mundhut saka solusi KGM/HPMC karo fraksi massa beda lan rasio compounding beda, bisa dideleng yen fraksi massa sistem 0,50%, G'lan G″saka solusi HPMC meh ora ngganti karo suhu. , lan G″> G', viskositas sistem ndominasi; nalika fraksi massa mundhak, G'saka solusi HPMC pisanan tetep ora owah lan banjur mundhak banget, lan G'lan G″persimpangan ing sekitar 70°C (Suhu titik persimpangan minangka titik gel), lan sistem kasebut mbentuk gel ing wektu iki, saéngga nuduhake yen HPMC minangka gel sing diakibatake termal. Kanggo solusi KGM, nalika fraksi massa sistem yaiku 0,50% lan 0,75%, G'lan G saka sistem "nuduhake tren sing mudhun; nalika fraksi massa mundhak, G 'lan G" saka solusi KGM suda lan banjur mundhak Ngartekno, kang nuduhake yen solusi KGM nuduhake sifat gel-kaya ing pecahan massa dhuwur lan suhu dhuwur .

Kanthi kenaikan suhu, G'lan G″saka sistem kompleks KGM/HPMC pisanan mudhun lan banjur tambah akeh, lan G'lan G″katon TCTerms persimpangan, lan sistem kawangun gel. Nalika molekul HPMC ing suhu kurang, ikatan hidrogen dumadi ing antarane gugus hidrofilik ing rantai molekul lan molekul banyu, lan nalika suhu mundhak, panas sing ditrapake ngrusak ikatan hidrogen sing dibentuk ing antarane HPMC lan molekul banyu, sing nyebabake pembentukan makromolekul HPMC. rentengan. Klompok hidrofobik ing permukaan katon, asosiasi hidrofobik dumadi, lan gel termotropik dibentuk. Kanggo sistem fraksi massa kurang, luwih isi KGM bisa mbentuk gel; kanggo sistem fraksi massa dhuwur, isi HPMC luwih bisa mbentuk gel. Ing sistem fraksi massa sing kurang (0,50%), anané molekul KGM nyuda kemungkinan mbentuk ikatan hidrogen antarane molekul HPMC, saéngga nambah kemungkinan paparan gugus hidrofobik ing molekul HPMC, sing kondusif kanggo pambentukan gel termotropik. Ing sistem fraksi massa sing dhuwur, yen isi KGM dhuwur banget, viskositas sistem kasebut dhuwur, sing ora kondusif kanggo asosiasi hidrofobik antarane molekul HPMC lan KGM, sing ora kondusif kanggo pembentukan gel thermogenic.

3. Kesimpulan

Ing makalah iki, prilaku rheologi saka sistem senyawa KGM lan HPMC diteliti. Asil nuduhake yen sistem senyawa KGM/HPMC minangka cairan non-Newtonian, lan jinis cairan saka sistem senyawa KGM/HPMC utamane ditemtokake dening KGM. Nambah fraksi massa sistem lan isi KGM uga nyuda fluiditas solusi senyawa lan nambah viskositas. Ing negara sol, ranté molekul KGM lan HPMC mbentuk struktur sing luwih padhet liwat interaksi hidrofobik. Struktur ing sistem wis numpes dening shearing external, asil ing gulung dadakan ing modulus panyimpenan saka sistem. Peningkatan fraksi massa sistem lan isi KGM migunani kanggo njaga stabilitas struktur sing padhet lan nambah nilai frekuensi eksternal sing ngrusak struktur kasebut. Kanggo sistem fraksi massa kurang, isi KGM luwih kondusif kanggo tatanan saka gel; kanggo sistem fraksi massa dhuwur, isi HPMC luwih kondusif kanggo tatanan saka gel.