კონიაკ გლუკომანანის და ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის ნაერთების სისტემის რეოლოგიური ქცევის კვლევა

საკვლევ ობიექტად იქნა მიღებული კონიაკ გლუკომანანის (KGM) და ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის (HPMC) ნაერთი სისტემა, ხოლო სტაბილური მდგომარეობის ათვლის, სიხშირისა და ტემპერატურის სპექტაკლი ტესტები ჩატარდა ნაერთების სისტემაზე ბრუნვითი რიომეტრით. გაანალიზდა ხსნარის მასური ფრაქციისა და ნაერთების თანაფარდობის გავლენა KGM/HPMC ნაერთების სისტემის სიბლანტეზე და რეოლოგიურ თვისებებზე. შედეგები აჩვენებს, რომ KGM/HPMC ნაერთების სისტემა არის არანიუტონის სითხე და სისტემის მასის ფრაქციისა და KGM შემცველობის ზრდა ამცირებს ნაერთის ხსნარის სითხეს და ზრდის სიბლანტეს. sol მდგომარეობაში, KGM და HPMC მოლეკულური ჯაჭვები ქმნიან უფრო კომპაქტურ სტრუქტურას ჰიდროფობიური ურთიერთქმედების გზით. სისტემის მასის ფრაქციისა და KGM შემცველობის გაზრდა ხელს უწყობს სტრუქტურის სტაბილურობის შენარჩუნებას. დაბალი მასის ფრაქციის სისტემაში KGM-ის შემცველობის გაზრდა სასარგებლოა თერმოტროპული გელების ფორმირებისთვის; ხოლო მაღალი მასის ფრაქციის სისტემაში HPMC-ის შემცველობის გაზრდა ხელს უწყობს თერმოტროპული გელების წარმოქმნას.

საკვანძო სიტყვები:კონიაკი გლუკომანანი; ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზა; ნაერთი; რეოლოგიური ქცევა

ბუნებრივი პოლისაქარიდები ფართოდ გამოიყენება კვების მრეწველობაში მათი გასქელება, ემულგირება და გელის თვისებების გამო. Konjac glucomannan (KGM) არის ბუნებრივი მცენარეული პოლისაქარიდი, რომელიც შედგებაβ-D-გლუკოზა დაβ-D-მანოზა 1,6:1 თანაფარდობით, ეს ორი ერთმანეთთან არის დაკავშირებულიβ-1,4 გლიკოზიდური ბმები, C-ში არის მცირე რაოდენობით აცეტილი მე-6 პოზიციაზე (დაახლოებით 1 აცეტილი ყოველ 17 ნარჩენზე). თუმცა, KGM წყალხსნარის მაღალი სიბლანტე და ცუდი სითხე ზღუდავს მის გამოყენებას წარმოებაში. ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზა (HPMC) არის მეთილცელულოზის პროპილენგლიკოლის ეთერი, რომელიც მიეკუთვნება არაიონურ ცელულოზის ეთერს. HPMC არის ფილმის ფორმირება, წყალში ხსნადი და განახლებადი. HPMC-ს აქვს დაბალი სიბლანტე და გელის სიძლიერე დაბალ ტემპერატურაზე და შედარებით ცუდი დამუშავების შესრულება, მაგრამ შეუძლია შექმნას შედარებით ბლანტი მყარი მსგავსი გელი მაღალ ტემპერატურაზე, ამიტომ ბევრი წარმოების პროცესი უნდა განხორციელდეს მაღალ ტემპერატურაზე, რაც გამოიწვევს მაღალი წარმოების ენერგიის მოხმარებას. წარმოების ხარჯები მაღალია. ლიტერატურა აჩვენებს, რომ შეუცვლელი მანოზის ერთეულს KGM მოლეკულურ ჯაჭვზე შეუძლია შექმნას სუსტად ჯვარედინი ჰიდროფობიური ასოციაციის რეგიონი ჰიდროფობიურ ჯგუფთან HPMC მოლეკულურ ჯაჭვზე ჰიდროფობიური ურთიერთქმედების გზით. ამ სტრუქტურას შეუძლია შეანელოს და ნაწილობრივ თავიდან აიცილოს HPMC-ის თერმული გელაცია და შეამციროს HPMC-ის გელის ტემპერატურა. გარდა ამისა, შედარებით დაბალ ტემპერატურაზე HPMC-ის დაბალი სიბლანტის თვისებების გათვალისწინებით, პროგნოზირებულია, რომ მისი შეერთება KGM-თან შეიძლება გააუმჯობესოს KGM-ის მაღალი სიბლანტის თვისებები და გააუმჯობესოს მისი დამუშავების შესრულება. ამრიგად, ეს ნაშრომი ააშენებს KGM/HPMC ნაერთ სისტემას, რათა გამოიკვლიოს ხსნარის მასური ფრაქციისა და ნაერთის თანაფარდობის გავლენა KGM/HPMC სისტემის რეოლოგიურ თვისებებზე და უზრუნველყოფს თეორიულ მითითებას KGM/HPMC ნაერთის სისტემის გამოსაყენებლად. კვების მრეწველობა.

1. მასალები და მეთოდები

1.1 მასალები და რეაგენტები

ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზა, KIMA CHEMICAL CO., LTD, მასური ფრაქცია 2%, სიბლანტე 6 mPa·ს; მეთოქსი მასის ფრაქცია 28%~30%; ჰიდროქსიპროპილის მასის ფრაქცია 7.0%~12% .

Konjac glucomannan, Wuhan Johnson Konjac Food Co., Ltd., 1 wt% წყალხსნარის სიბლანტე≥28 000 მპა·s.

1.2 ინსტრუმენტები და აღჭურვილობა

MCR92 ბრუნვის რიომეტრი, Anton Paar Co., Ltd., ავსტრია; UPT-II-10T ულტრასუფთა წყლის მანქანა, Sichuan Youpu Ultrapure Technology Co., Ltd.; AB-50 ელექტრონული ანალიტიკური ბალანსი, შვეიცარიული კომპანია Mette; LHS-150HC მუდმივი ტემპერატურის წყლის აბაზანა, Wuxi Huaze Technology Co., Ltd.; JJ-1 ელექტრო ამრევი, ჯინტანის სამედიცინო ინსტრუმენტების ქარხანა, ჯიანგსუს პროვინცია.

1.3 ნაერთის ხსნარის მომზადება

აწონეთ HPMC და KGM ფხვნილები შეერთების გარკვეული თანაფარდობით (მასური თანაფარდობა: 0:10, 3:7, 5:5, 7:3, 10:0), ნელა დაამატეთ ისინი დეიონიზებულ წყალში 60°მიიღეთ წყლის აბაზანა და აურიეთ 1,5-2 საათის განმავლობაში, რომ თანაბრად გაიფანტოს და მოამზადეთ 5 სახის გრადიენტური ხსნარი ჯამური მასის ფრაქციებით 0,50%, 0,75%, 1,00%, 1,25% და 1,50%, შესაბამისად.

1.4 ნაერთის ხსნარის რეოლოგიური თვისებების გამოცდა

მყარი მდგომარეობის ათვლის ტესტი: KGM/HPMC ნაერთის ხსნარის რეოლოგიური მრუდი გაზომილი იყო CP50 კონუსისა და ფირფიტის გამოყენებით, ზედა და ქვედა ფირფიტებს შორის უფსკრული დაფიქსირდა 0,1 მმ-ზე, გაზომვის ტემპერატურა იყო 25°C და ათვლის სიჩქარის დიაპაზონი იყო 0.1-დან 100 s-1-მდე.

დაძაბულობის სკანირება (წრფივი ვისკოელასტიური რეგიონის განსაზღვრა): გამოიყენეთ PP50 ფირფიტა ხაზოვანი ვისკოელასტიური რეგიონისა და KGM/HPMC ნაერთის ხსნარის ცვლილების კანონის გასაზომად, დააყენეთ მანძილი 1000 მმ-ზე, ფიქსირებული სიხშირე 1 ჰც-ზე და გაზომვის ტემპერატურა 25-მდე.°C. დაძაბულობის დიაპაზონი არის 0.1%~100%.

სიხშირის წმენდა: გამოიყენეთ PP50 ფირფიტა KGM/HPMC ნაერთის ხსნარის მოდულის ცვლილებისა და სიხშირეზე დამოკიდებულების გასაზომად. მანძილი დაყენებულია 1000 მმ-ზე, დაძაბვა არის 1%, გაზომვის ტემპერატურა 25°C, ხოლო სიხშირის დიაპაზონი არის 0.1-100 ჰც.

ტემპერატურის სკანირება: KGM/HPMC ნაერთის ხსნარის მოდული და მისი ტემპერატური დამოკიდებულება გაზომილი იყო PP50 ფირფიტის გამოყენებით, მანძილი დაყენებული იყო 1000 მმ-ზე, ფიქსირებული სიხშირე იყო 1 ჰც, დეფორმაცია იყო 1%, ხოლო ტემპერატურა იყო 25-დან. 90-მდე°C.

2. შედეგები და ანალიზი

2.1 KGM/HPMC ნაერთი სისტემის ნაკადის მრუდის ანალიზი

KGM/HPMC ხსნარების სიბლანტის მიმართ წანაცვლების სიჩქარის მრუდები შეერთების სხვადასხვა თანაფარდობით სხვადასხვა მასის ფრაქციებში. სითხეებს, რომელთა სიბლანტე არის ათვლის სიჩქარის წრფივი ფუნქცია, ეწოდება ნიუტონის სითხეები, წინააღმდეგ შემთხვევაში მათ უწოდებენ არანიუტონის სითხეებს. მრუდიდან ჩანს, რომ KGM ხსნარის და KGM/HPMC ნაერთის ხსნარის სიბლანტე მცირდება ათვლის სიჩქარის მატებასთან ერთად; რაც უფრო მაღალია KGM შემცველობა, მით უფრო მაღალია სისტემის მასის წილი და მით უფრო აშკარაა ხსნარის ათვლის ფენომენი. ეს გვიჩვენებს, რომ KGM და KGM/HPMC ნაერთების სისტემა არის არანიუტონის სითხეები და KGM/HPMC ნაერთების სისტემის სითხის ტიპი ძირითადად განისაზღვრება KGM-ით.

KGM/HPMC ხსნარების ნაკადის ინდექსიდან და სიბლანტის კოეფიციენტიდან სხვადასხვა მასის ფრაქციებითა და სხვადასხვა ნაერთების თანაფარდობით ჩანს, რომ KGM, HPMC და KGM/HPMC ნაერთების სისტემების n მნიშვნელობები 1-ზე ნაკლებია, რაც მიუთითებს, რომ ხსნარები არის ყველა ფსევდოპლასტიკური სითხე. KGM/HPMC ნაერთების სისტემისთვის, სისტემის მასური წილის გაზრდა გამოიწვევს ჩახლართვას და სხვა ურთიერთქმედებას HPMC და KGM მოლეკულურ ჯაჭვებს შორის ხსნარში, რაც შეამცირებს მოლეკულური ჯაჭვების მობილურობას, რითაც ამცირებს n მნიშვნელობას. სისტემა. ამავდროულად, KGM შემცველობის მატებასთან ერთად, KGM/HPMC სისტემაში KGM მოლეკულურ ჯაჭვებს შორის ურთიერთქმედება გაძლიერებულია, რითაც მცირდება მისი მობილურობა და შედეგად მცირდება n მნიშვნელობა. პირიქით, KGM/HPMC ნაერთის ხსნარის K მნიშვნელობა მუდმივად იზრდება ხსნარის მასის ფრაქციისა და KGM შემცველობის მატებასთან ერთად, რაც ძირითადად განპირობებულია სისტემის მასის ფრაქციისა და KGM შემცველობის ზრდით, რაც ორივე ზრდის შიგთავსს. ჰიდროფილური ჯგუფები სისტემაში. გაზრდის მოლეკულურ ურთიერთქმედებას მოლეკულურ ჯაჭვში და ჯაჭვებს შორის, რითაც იზრდება მოლეკულის ჰიდროდინამიკური რადიუსი, რაც ნაკლებად სავარაუდოა, რომ იყოს ორიენტირებული გარე ათვლის ძალის მოქმედების ქვეშ და გაზრდის სიბლანტეს.

KGM/HPMC ნაერთების სისტემის ნულოვანი ათვლის სიბლანტის თეორიული მნიშვნელობა შეიძლება გამოითვალოს ზემოაღნიშნული ლოგარითმული შეჯამების პრინციპის მიხედვით, ხოლო მისი ექსპერიმენტული მნიშვნელობა შეიძლება მივიღოთ სიბლანტე-წნევის სიჩქარის მრუდის კარენის ფიტინგის ექსტრაპოლაციით. KGM/HPMC ნაერთის სისტემის ნულოვანი ათვლის სიბლანტის პროგნოზირებული მნიშვნელობის შედარება სხვადასხვა მასის ფრაქციებთან და სხვადასხვა შეერთების კოეფიციენტებთან ექსპერიმენტულ მნიშვნელობასთან, ჩანს, რომ KGM/HPMC ნაერთის ნულოვანი ათვლის სიბლანტის რეალური მნიშვნელობა გამოსავალი უფრო მცირეა ვიდრე თეორიული მნიშვნელობა. ეს მიუთითებს იმაზე, რომ KGM და HPMC რთულ სისტემაში ჩამოყალიბდა მკვრივი სტრუქტურის ახალი შეკრება. არსებულმა კვლევებმა აჩვენა, რომ KGM მოლეკულურ ჯაჭვზე შეუცვლელი მანოზის ერთეულებს შეუძლიათ ურთიერთქმედება ჰიდროფობიურ ჯგუფებთან HPMC მოლეკულურ ჯაჭვზე, რათა შექმნან სუსტად ჯვარედინი ჯვარედინი ჰიდროფობიური ასოციაციის რეგიონი. ვარაუდობენ, რომ ახალი შეკრების სტრუქტურა შედარებით მკვრივი სტრუქტურით ძირითადად ყალიბდება ჰიდროფობიური ურთიერთქმედებით. როდესაც KGM თანაფარდობა დაბალია (HPMC > 50%), KGM/HPMC სისტემის ნულოვანი ათვლის სიბლანტის რეალური მნიშვნელობა უფრო დაბალია ვიდრე თეორიული მნიშვნელობა, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ KGM დაბალი შემცველობისას მეტი მოლეკულა მონაწილეობს უფრო მკვრივ ახალში. სტრუქტურა. ფორმირებისას, სისტემის ნულოვანი ათვლის სიბლანტე კიდევ უფრო მცირდება.

2.2 KGM/HPMC ნაერთების სისტემის დაძაბულობის გადამრთველი მრუდების ანალიზი

KGM/HPMC ხსნარების მოდულისა და ათვლის დეფორმაციის ურთიერთობის მრუდების მიხედვით, სხვადასხვა მასის წილადებით და სხვადასხვა შეერთების შეფარდებით, ჩანს, რომ როდესაც ათვლის დაჭიმულობა 10%-ზე ნაკლებია, G''და გ″ნაერთის სისტემა ძირითადად არ იზრდება ათვლის დაძაბვისას. თუმცა, ეს გვიჩვენებს, რომ ამ ათვლის დაძაბულობის დიაპაზონში, ნაერთის სისტემას შეუძლია რეაგირება მოახდინოს გარე სტიმულებზე მოლეკულური ჯაჭვის კონფორმაციის შეცვლის გზით და ნაერთი სისტემის სტრუქტურა არ არის დაზიანებული. როდესაც ათვლის დაძაბვა არის >10%, გარეგანი ათვლის ძალის ზემოქმედებით, კომპლექსურ სისტემაში მოლეკულური ჯაჭვების განლაგების სიჩქარე აღემატება ჩახლართულ სიჩქარეს, G.''და გ″იწყებს კლებას და სისტემა შედის არაწრფივი ვიზოელასტიური რეგიონში. ამიტომ, შემდგომი დინამიური სიხშირის ტესტში, ათვლის დაძაბულობის პარამეტრი შეირჩა, როგორც 1% ტესტირებისთვის.

2.3 KGM/HPMC ნაერთების სისტემის სიხშირის სველი მრუდის ანალიზი

შენახვის მოდულის ვარიაციის მრუდები და დაკარგვის მოდულის სიხშირით KGM/HPMC ხსნარებისთვის სხვადასხვა შეერთების კოეფიციენტებით სხვადასხვა მასის ფრაქციების ქვეშ. შენახვის მოდული G' წარმოადგენს ენერგიას, რომელიც შეიძლება აღდგეს ტესტის დროს დროებითი შენახვის შემდეგ, ხოლო დანაკარგის მოდული G” ნიშნავს საწყისი ნაკადისთვის საჭირო ენერგიას, რომელიც არის შეუქცევადი დანაკარგი და საბოლოოდ გარდაიქმნება ათვლის სიცხეში. ჩანს, რომ რხევის სიხშირის მატებასთან ერთად დანაკარგის მოდული G″ყოველთვის მეტია შენახვის მოდულზე G'', აჩვენებს თხევადი ქცევას. ტესტის სიხშირის დიაპაზონში შენახვის მოდული G' და დანაკარგის მოდული G” იზრდება რხევის სიხშირის მატებასთან ერთად. ეს ძირითადად განპირობებულია იმით, რომ რხევის სიხშირის მატებასთან ერთად, სისტემაში მოლეკულური ჯაჭვის სეგმენტებს არ აქვთ დრო, რომ მოკლე დროში აღდგეს დეფორმაციამდე წინა მდგომარეობა, რაც აჩვენებს ფენომენს, რომ შეიძლება მეტი ენერგიის შენახვა ( უფრო დიდი გ'') ან უნდა დაიკარგოს (გ″).

რხევის სიხშირის მატებასთან ერთად, სისტემის შენახვის მოდული უეცრად იკლებს, ხოლო სისტემის მასის ფრაქციისა და KGM შემცველობის მატებასთან ერთად, უეცარი ვარდნის სიხშირის წერტილი თანდათან იზრდება. უეცარი ვარდნა შეიძლება გამოწვეული იყოს კომპაქტური სტრუქტურის განადგურებით, რომელიც წარმოიქმნება სისტემაში KGM-სა და HPMC-ს შორის ჰიდროფობიური კავშირის შედეგად, გარე ცურვით. უფრო მეტიც, სისტემის მასის ფრაქციისა და KGM შემცველობის გაზრდა სასარგებლოა მკვრივი სტრუქტურის სტაბილურობის შესანარჩუნებლად და ზრდის გარე სიხშირის მნიშვნელობას, რომელიც ანადგურებს სტრუქტურას.

2.4 KGM/HPMC კომპოზიტური სისტემის ტემპერატურის სკანირების მრუდის ანალიზი

შენახვის მოდულისა და დაკარგვის მოდულის KGM/HPMC ხსნარების სხვადასხვა მასის ფრაქციების და სხვადასხვა შეერთების კოეფიციენტების მრუდებიდან ჩანს, რომ როდესაც სისტემის მასური წილი არის 0,50%, G.''და გ″HPMC ხსნარი თითქმის არ იცვლება ტემპერატურასთან ერთად. და გ″>გ'', დომინირებს სისტემის სიბლანტე; როდესაც მასის წილი იზრდება, გ''HPMC ხსნარი ჯერ უცვლელი რჩება და შემდეგ მკვეთრად იზრდება და გ''და გ″იკვეთება დაახლოებით 70-ზე°C (გადაკვეთის წერტილის ტემპერატურა არის გელის წერტილი) და სისტემა ამ დროს ქმნის გელს, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ HPMC არის თერმულად გამოწვეული გელი. KGM ხსნარისთვის, როდესაც სისტემის მასური წილი არის 0,50% და 0,75%, G''და სისტემის G „გვიჩვენებს კლების ტენდენციას; როდესაც მასობრივი ფრაქცია იზრდება, KGM ხსნარის G' და G" ჯერ მცირდება და შემდეგ მნიშვნელოვნად იზრდება, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ KGM ხსნარი ავლენს გელის მსგავს თვისებებს მაღალი მასის ფრაქციებში და მაღალ ტემპერატურაზე.

ტემპერატურის მატებასთან ერთად გ''და გ″KGM/HPMC კომპლექსური სისტემის ჯერ შემცირდა, შემდეგ კი მნიშვნელოვნად გაიზარდა და გ''და გ″გამოჩნდა გადაკვეთის წერტილები და სისტემამ შექმნა ლარი. როდესაც HPMC მოლეკულები დაბალ ტემპერატურაზეა, წყალბადის კავშირი ხდება მოლეკულურ ჯაჭვზე ჰიდროფილურ ჯგუფებსა და წყლის მოლეკულებს შორის, ხოლო როდესაც ტემპერატურა იზრდება, გამოყენებული სითბო ანადგურებს HPMC-სა და წყლის მოლეკულებს შორის წარმოქმნილ წყალბადურ კავშირებს, რის შედეგადაც წარმოიქმნება HPMC მაკრომოლეკულური. ჯაჭვები. ზედაპირზე ჰიდროფობიური ჯგუფები იხსნება, ხდება ჰიდროფობიური ასოციაცია და წარმოიქმნება თერმოტროპული გელი. დაბალი მასის წილადის სისტემისთვის, KGM-ის მეტ შემცველობამ შეიძლება შექმნას გელი; მაღალი მასის ფრაქციების სისტემისთვის HPMC-ის მეტ შემცველობას შეუძლია შექმნას გელი. დაბალი მასის ფრაქციის სისტემაში (0.50%), KGM მოლეკულების არსებობა ამცირებს HPMC მოლეკულებს შორის წყალბადის ბმების წარმოქმნის ალბათობას, რითაც იზრდება HPMC მოლეკულებში ჰიდროფობიური ჯგუფების ზემოქმედების შესაძლებლობა, რაც ხელს უწყობს თერმოტროპული გელების წარმოქმნას. მაღალი მასის ფრაქციის სისტემაში, თუ KGM-ის შემცველობა ძალიან მაღალია, სისტემის სიბლანტე მაღალია, რაც არ უწყობს ხელს HPMC და KGM მოლეკულებს შორის ჰიდროფობიურ კავშირს, რაც არ უწყობს ხელს თერმოგენური გელის წარმოქმნას.

3. დასკვნა

ამ ნაშრომში შესწავლილია KGM-ისა და HPMC-ის ნაერთი სისტემის რეოლოგიური ქცევა. შედეგები აჩვენებს, რომ KGM/HPMC-ის ნაერთი სისტემა არის არანიუტონის სითხე, ხოლო KGM/HPMC-ის ნაერთი სისტემის სითხის ტიპი ძირითადად განისაზღვრება KGM-ით. სისტემის მასის ფრაქციისა და KGM შემცველობის გაზრდამ შეამცირა ნაერთის ხსნარის სითხე და გაზარდა მისი სიბლანტე. sol მდგომარეობაში, KGM და HPMC მოლეკულური ჯაჭვები ქმნიან უფრო მკვრივ სტრუქტურას ჰიდროფობიური ურთიერთქმედების გზით. სისტემაში სტრუქტურა ნადგურდება გარე თხრილით, რის შედეგადაც ხდება სისტემის შენახვის მოდულის უეცარი ვარდნა. სისტემის მასის ფრაქციისა და KGM შემცველობის გაზრდა სასარგებლოა მკვრივი სტრუქტურის სტაბილურობის შესანარჩუნებლად და გარე სიხშირის მნიშვნელობის გაზრდისთვის, რომელიც ანადგურებს სტრუქტურას. დაბალი მასის ფრაქციის სისტემისთვის, მეტი KGM შემცველობა ხელს უწყობს გელის წარმოქმნას; მაღალი მასის ფრაქციის სისტემისთვის HPMC-ის მეტი შემცველობა ხელს უწყობს გელის წარმოქმნას.