Коньяк глюкоманнан және гидроксипропил метилцеллюлоза қосылыс жүйесінің реологиялық мінез-құлқын зерттеу

Зерттеу нысаны ретінде коньяк глюкоманнан (KGM) және гидроксипропилметилцеллюлозаның (HPMC) құрамдас жүйесі алынды және айналмалы реометр арқылы қосылыс жүйесінде стационарлық күйдегі ығысу, жиілік және температуралық сыпыру сынақтары жүргізілді. ҚГМ/ГПМК қосылыс жүйесінің тұтқырлығы мен реологиялық қасиеттеріне ерітіндінің массалық үлесі мен қосылыс қатынасының әсері талданды. Нәтижелер KGM/HPMC қосылыс жүйесі Ньютондық емес сұйықтық болып табылатынын және жүйенің массалық үлесі мен ҚГМ құрамының жоғарылауы қосылыс ерітіндісінің сұйықтығын төмендетеді және тұтқырлықты арттырады. Золь күйінде KGM және HPMC молекулалық тізбектері гидрофобты әрекеттесу арқылы неғұрлым ықшам құрылымды құрайды. Жүйенің массалық үлесін және ҚГМ құрамын арттыру құрылымның тұрақтылығын сақтауға қолайлы. Төмен массалық үлестік жүйеде ҚГМ құрамын арттыру термотропты гельдердің түзілуіне пайдалы; ал жоғары массалық үлес жүйесінде HPMC мазмұнын арттыру термотропты гельдердің пайда болуына қолайлы.

Негізгі сөздер:коньяк глюкоманнан; гидроксипропилметилцеллюлоза; қосынды; реологиялық мінез-құлық

Табиғи полисахаридтер қоюландырғыш, эмульгирлеуші ​​және гельдік қасиеттеріне байланысты тамақ өнеркәсібінде кеңінен қолданылады. Коньяк глюкоманнан (КГМ) - табиғи өсімдік полисахариді, оның құрамына кіредіβ-D-глюкоза жәнеβ-Д-манноза 1,6:1 қатынасында, екеуі бір-бірімен байланыстыβ-1,4 гликозидтік байланыс, С-да- 6-позицияда аздаған ацетил бар (әр 17 қалдыққа шамамен 1 ацетил). Дегенмен, ҚГМ су ерітіндісінің жоғары тұтқырлығы мен нашар өтімділігі оның өндірісте қолданылуын шектейді. Гидроксипропилметилцеллюлоза (HPMC) – иондық емес целлюлоза эфиріне жататын метилцеллюлозаның пропиленгликоль эфирі. HPMC қабық түзетін, суда еритін және жаңартылатын. HPMC төмен температурада тұтқырлығы мен гелінің беріктігіне ие және салыстырмалы түрде төмен өңдеу өнімділігімен ерекшеленеді, бірақ жоғары температурада салыстырмалы түрде тұтқыр қатты тәрізді гель түзе алады, сондықтан көптеген өндірістік процестер жоғары температурада жүргізілуі керек, нәтижесінде өндірістің энергиясы жоғары болады. Өндіріс шығындары жоғары. Әдебиеттер ҚГМ молекулалық тізбегіндегі алмастырылмаған манноза бірлігі гидрофобты әрекеттесу арқылы HPMC молекулалық тізбегіндегі гидрофобты топпен әлсіз айқаспалы гидрофобты ассоциация аймағын құра алатынын көрсетеді. Бұл құрылым HPMC термиялық гельденуін кешіктіреді және ішінара болдырмайды және HPMC гель температурасын төмендетеді. Сонымен қатар, салыстырмалы түрде төмен температураларда HPMC-тің төмен тұтқырлық қасиеттерін ескере отырып, оны ҚГМ-мен біріктіру ҚГМ-нің жоғары тұтқырлық қасиеттерін жақсартуға және оның өңдеу өнімділігін жақсартуға мүмкіндік береді деп болжануда. Сондықтан, бұл жұмыс ерітіндінің массалық үлесі мен қосылыс қатынасының ҚГМ/ГПМК жүйесінің реологиялық қасиеттеріне әсерін зерттеу үшін ҚГМ/ГПМК қосылыстар жүйесін құрастырады және ҚГМ/ГПМК қосылыстар жүйесін қолдану үшін теориялық анықтама береді. тамақ өнеркәсібі.

1. Материалдар мен әдістер

1.1 Материалдар мен реагенттер

Гидроксипропил метилцеллюлоза, KIMA CHEMICAL CO.,LTD, массалық үлесі 2%, тұтқырлығы 6 мПа·с; метоксидің массалық үлесі 28%~30%; гидроксипропилдің массалық үлесі 7,0%~12% .

Konjac glucomannan, Wuhan Johnson Konjac Food Co., Ltd., 1 масса% сулы ерітінді тұтқырлығы≥28 000 мПа·s.

1.2 Құралдар мен жабдықтар

MCR92 айналмалы реометр, Anton Paar Co., Ltd., Австрия; UPT-II-10T өте таза су машинасы, Sichuan Youpu Ultrapure Technology Co., Ltd.; AB-50 электронды аналитикалық баланс, швейцариялық Mette компаниясы; LHS-150HC тұрақты температурадағы су ваннасы, Wuxi Huaze Technology Co., Ltd.; JJ-1 электр араластырғыш, Цзиньтан медициналық аспаптар зауыты, Цзянсу провинциясы.

1.3 Құрама ерітіндіні дайындау

HPMC және KGM ұнтақтарын белгілі бір құрамдау қатынасымен өлшеңіз (массалық қатынасы: 0:10, 3:7, 5:5, 7:3, 10:0), оларды баяу 60 градуста ионсыздандырылған суға қосыңыз.°C су моншасын құйып, біркелкі дисперсті болу үшін 1,5~ 2 сағат араластырыңыз және жалпы қатты массалық үлестері тиісінше 0,50%, 0,75%, 1,00%, 1,25% және 1,50% болатын градиент ерітінділерінің 5 түрін дайындаңыз.

1.4 Құрама ерітіндінің реологиялық қасиеттерін сынау

Тұрақты күйдегі ығысу сынағы: KGM/HPMC қосылыс ерітіндісінің реологиялық қисығы CP50 конусы мен пластинасының көмегімен өлшенді, жоғарғы және төменгі пластиналар арасындағы саңылау 0,1 мм-де бекітілді, өлшеу температурасы 25 болды.°C, ал ығысу жылдамдығы диапазоны 0,1-ден 100 с-1-ге дейін болды.

Штаммды сканерлеу (сызықтық тұтқыр серпімді аймақты анықтау): KGM/HPMC қосылыс ерітіндісінің сызықтық тұтқыр серпімді аймағын және модульді өзгерту заңын өлшеу үшін PP50 пластинасын пайдаланыңыз, аралықты 1,000 мм, бекітілген жиілікті 1 Гц және өлшеу температурасын 25 етіп орнатыңыз.°C. Деформация диапазоны 0,1%~100%.

Жиіліктерді тазалау: KGM/HPMC қосылыс ерітіндісінің модуль өзгерісін және жиілікке тәуелділігін өлшеу үшін PP50 тақтасын пайдаланыңыз. Аралық 1000 мм, деформация 1%, өлшеу температурасы 25°C, ал жиілік диапазоны 0,1-100 Гц.

Температураны сканерлеу: KGM/HPMC қосылыс ерітіндісінің модулі және оның температураға тәуелділігі PP50 пластинасының көмегімен өлшенді, аралық 1.000 мм-ге орнатылды, тіркелген жиілік 1 Гц, деформация 1% және температура 25-тен болды. 90-ға дейін°C.

2. Нәтижелер және талдау

2.1 KGM/HPMC құрама жүйесінің ағынының қисық сызығын талдау

Әртүрлі массалық үлестердегі әр түрлі қоспа қатынасы бар ҚГМ/ГПМК ерітінділерінің тұтқырлық пен ығысу жылдамдығының қисықтары. Тұтқырлығы ығысу жылдамдығының сызықтық функциясы болып табылатын сұйықтықтарды Ньютондық сұйықтықтар деп атайды, әйтпесе олар Ньютондық емес сұйықтықтар деп аталады. Қисық сызықтан ҚГМ ерітіндісінің және ҚГМ/ГПМК қосылыс ерітіндісінің тұтқырлығы ығысу жылдамдығының жоғарылауымен төмендейтінін көруге болады; ҚГМ мөлшері неғұрлым жоғары болса, жүйенің массалық үлесі соғұрлым жоғары болады және ерітіндінің ығысудың жіңішкеру құбылысы айқынырақ болады. Бұл ҚГМ және ҚГМ/ГПМК қосылыстар жүйесі Ньютондық емес сұйықтықтар екенін көрсетеді, ал ҚГМ/ГПМК қосылыс жүйесінің сұйық түрі негізінен ҚГМ анықталады.

Әртүрлі массалық үлестері мен әртүрлі қосылыс қатынасы бар ҚГМ/ГПМК ерітінділерінің ағынының индексі мен тұтқырлық коэффициентінен ҚГМ, HPMC және ҚГМ/ГПМК қосынды жүйелерінің n мәндерінің барлығы 1-ден аз екенін көруге болады, бұл ерітінділердің барлық псевдопластикалық сұйықтықтар. KGM/HPMC қосылыс жүйесі үшін жүйенің массалық үлесінің ұлғаюы ерітіндідегі HPMC және KGM молекулалық тізбектері арасында шиеленісуді және басқа өзара әрекеттесуді тудырады, бұл молекулалық тізбектердің қозғалғыштығын төмендетеді, осылайша n мәнін төмендетеді. жүйе. Сонымен қатар, ҚГМ құрамының жоғарылауымен ҚГМ/ГПМК жүйесіндегі ҚГМ молекулалық тізбектері арасындағы өзара әрекеттесу күшейеді, осылайша оның қозғалғыштығы төмендейді және нәтижесінде n мәні төмендейді. Керісінше, KGM/HPMC қосылыс ерітіндісінің K мәні ерітіндінің массалық үлесі мен ҚГМ құрамының жоғарылауымен үздіксіз артады, бұл негізінен жүйенің массалық үлесі мен ҚГМ мазмұнының жоғарылауымен байланысты, бұл екеуі де қосылыстың мазмұнын арттырады. жүйедегі гидрофильді топтар. , молекулалық тізбек ішіндегі және тізбектер арасындағы молекулалық өзара әрекеттесуді арттырады, осылайша молекуланың гидродинамикалық радиусын арттырады, сыртқы ығысу күшінің әсерінен оның бағдарлану ықтималдығын азайтады және тұтқырлықты арттырады.

KGM/HPMC қосылыс жүйесінің нөлдік ығысу тұтқырлығының теориялық мәнін жоғарыда келтірілген логарифмдік қосынды принципі бойынша есептеуге болады, ал оның тәжірибелік мәнін Каррен фитингтік тұтқырлық пен ығысу жылдамдығы қисығының экстраполяциясы арқылы алуға болады. ҚГМ/ГПМК қосылыс жүйесінің нөлдік ығысу тұтқырлығының болжамды мәнін әртүрлі массалық үлестермен және әр түрлі құрамдау коэффициенттерімен тәжірибелік мәнмен салыстыра отырып, ҚГМ/ГПМК қосылысының нөлдік ығысу тұтқырлығының нақты мәнін көруге болады. шешімі теориялық мәннен аз. Бұл ҚГМ мен ГРМК күрделі жүйесінде тығыз құрылымды жаңа жинақтың қалыптасқанын көрсетті. Қолданыстағы зерттеулер KGM молекулалық тізбегіндегі алмастырылмаған манноза бірліктері HPMC молекулалық тізбегіндегі гидрофобты топтармен өзара әрекеттесіп, әлсіз айқаспалы гидрофобты ассоциация аймағын құра алатынын көрсетті. Салыстырмалы түрде тығыз құрылымы бар жаңа құрастыру құрылымы негізінен гидрофобты әрекеттесу арқылы қалыптасады деген болжам бар. ҚГМ қатынасы төмен болғанда (HPMC > 50%), KGM/HPMC жүйесінің нөлдік ығысу тұтқырлығының нақты мәні теориялық мәннен төмен болады, бұл төмен ҚГМ құрамында жаңа тығыздыққа көбірек молекулалар қатысатынын көрсетеді. құрылымы. -ның қалыптасуында жүйенің нөлдік ығысу тұтқырлығы одан әрі төмендейді.

2.2 KGM/HPMC қосылыс жүйесінің деформациялану қисықтарын талдау

Әртүрлі массалық үлестері және әртүрлі құрамдау коэффициенттері бар KGM/HPMC ерітінділерінің модулі мен ығысу деформациясының байланыс қисықтарынан, ығысу деформациясы 10%-дан аз болғанда, G'және Г″қосылыстар жүйесі негізінен ығысу деформациясымен өспейді. Дегенмен, бұл ығысу деформациясының диапазонында қосылыс жүйесі молекулалық тізбек конформациясының өзгеруі арқылы сыртқы тітіркендіргіштерге жауап бере алатынын және қосылыс жүйесінің құрылымы бұзылмайтынын көрсетеді. Ығысу деформациясы >10% болғанда, сыртқы Ығысу күшінің әсерінен күрделі жүйедегі молекулалық тізбектердің ыдырау жылдамдығы шиеленісу жылдамдығынан үлкен болады, G.'және Г″төмендей бастайды, ал жүйе сызықты емес тұтқыр серпімді аймаққа енеді. Сондықтан, кейінгі динамикалық жиілікті сынауда ығысу деформациясы параметрі сынау үшін 1% ретінде таңдалды.

2.3 KGM/HPMC құрамдас жүйесінің жиілік қисығын талдау

Әртүрлі массалық үлестер кезінде әртүрлі құрамдау коэффициенттері бар ҚГМ/ГПМК ерітінділері үшін жиілікпен сақтау модулінің және жоғалту модулінің вариация қисықтары. Сақтау модулі G' сынақта уақытша сақтаудан кейін қалпына келтіруге болатын энергияны білдіреді, ал жоғалту модулі G» бастапқы ағынға қажетті энергияны білдіреді, ол қайтымсыз жоғалту болып табылады және ақырында ығысу жылуына айналады. Тербеліс жиілігі артқан сайын жоғалту модулі G болатынын көруге болады″әрқашан G сақтау модулінен үлкен болады', сұйық мінез-құлық көрсету. Сынақ жиілік диапазонында сақтау модулі G' және жоғалту модулі G» тербеліс жиілігінің ұлғаюымен артады. Бұл, негізінен, тербеліс жиілігінің жоғарылауымен жүйедегі молекулалық тізбек сегменттерінің деформацияға қысқа мерзімде қалпына келтіруге уақыты болмайтындығына байланысты. Алдыңғы күй, осылайша көбірек энергия сақтауға болатын құбылысты көрсетеді ( үлкенірек Г') немесе жоғалту керек (Г″).

Тербеліс жиілігінің ұлғаюымен жүйенің сақтау модулі кенет төмендейді, ал жүйенің массалық үлесі мен КГМ құрамының ұлғаюымен кенеттен түсудің жиілік нүктесі біртіндеп артады. Кенеттен құлдырау жүйедегі ҚГМ мен HPMC арасындағы гидрофобты бірлестіктен пайда болған ықшам құрылымның сыртқы қырқу арқылы бұзылуына байланысты болуы мүмкін. Сонымен қатар, жүйенің массалық үлесі мен ҚГМ құрамының ұлғаюы тығыз құрылымның тұрақтылығын сақтау үшін пайдалы және құрылымды бұзатын сыртқы жиілік мәнін арттырады.

2.4 KGM/HPMC композиттік жүйесінің температураны сканерлеу қисығын талдау

Әртүрлі массалық үлестері және әртүрлі құрамдас бөліктері бар ҚГМ/ГПМК ерітінділерінің сақтау модулі мен жоғалту модулінің қисық сызықтарынан жүйенің массалық үлесі 0,50% болғанда G.'және Г″HPMC ерітіндісі температураға байланысты өзгермейді. , және Г″>Г', жүйенің тұтқырлығы басым; массалық үлес артқанда, G'HPMC ерітіндісінің мөлшері алдымен өзгеріссіз қалады, содан кейін күрт артады және Г'және Г″70 шамасында қиылысады°C (Қиылысу нүктесінің температурасы гель нүктесі) және жүйе осы уақытта гель түзеді, осылайша HPMC термиялық индукцияланған гель екенін көрсетеді. ҚГМ ерітіндісі үшін жүйенің массалық үлесі 0,50% және 0,75% болғанда, G'және жүйенің G «төмендеу тенденциясын көрсетеді; массалық үлес ұлғайған кезде ҚГМ ерітіндісінің G' және G» алдымен азаяды, содан кейін айтарлықтай артады, бұл ҚГМ ерітіндісінің жоғары массалық үлестерде және жоғары температурада гель тәрізді қасиеттерін көрсететінін көрсетеді.

Температураның жоғарылауымен Г'және Г″ҚГМ/СЭС кешенді жүйесінің бірінші азайып, кейін айтарлықтай өсті, ал Г'және Г″қиылысу нүктелері пайда болды және жүйе гель түзді. HPMC молекулалары төмен температурада болғанда, молекулалық тізбектегі гидрофильді топтар мен су молекулалары арасында сутегі байланысы пайда болады, ал температура көтерілгенде, қолданылатын жылу HPMC және су молекулалары арасында пайда болған сутегі байланыстарын бұзады, нәтижесінде HPMC макромолекулярлы түзіледі. тізбектер. Бетіндегі гидрофобты топтар ашылып, гидрофобты ассоциация пайда болып, термотропты гель түзіледі. Төмен массалық үлестік жүйе үшін көбірек ҚГМ мазмұны гель түзе алады; жоғары массалық үлес жүйесі үшін көбірек HPMC мазмұны гель түзе алады. Төмен массалық үлестік жүйеде (0,50%) KGM молекулаларының болуы HPMC молекулалары арасында сутегі байланыстарының түзілу ықтималдығын төмендетеді, осылайша термотропты гельдердің түзілуіне қолайлы HPMC молекулаларындағы гидрофобты топтардың әсер ету мүмкіндігін арттырады. Жоғары массалық үлесті жүйеде КГМ мөлшері тым жоғары болса, жүйенің тұтқырлығы жоғары болады, бұл термогенді гельдің түзілуіне ықпал етпейтін HPMC және KGM молекулалары арасындағы гидрофобты байланысқа қолайлы емес.

3. Қорытынды

Бұл жұмыста ҚГМ және ГРМК қосынды жүйесінің реологиялық мінез-құлқы зерттеледі. Нәтижелер ҚГМ/ГПМК құрама жүйесі Ньютондық емес сұйықтық болып табылатынын және ҚГМ/ГПМК құрама жүйесінің сұйық түрі негізінен ҚГМ анықтайтынын көрсетеді. Жүйенің массалық үлесі мен ҚГМ құрамының жоғарылауы қосылыс ерітіндісінің сұйықтығын төмендетіп, оның тұтқырлығын арттырды. Золь күйінде KGM және HPMC молекулалық тізбектері гидрофобты әрекеттесу арқылы тығыз құрылымды құрайды. Жүйедегі құрылым сыртқы кесу арқылы бұзылады, нәтижесінде жүйенің сақтау модулі кенет төмендейді. Жүйенің массалық үлесі мен ҚГМ құрамының ұлғаюы тығыз құрылымның тұрақтылығын сақтау және құрылымды бұзатын сыртқы жиілік мәнін арттыру үшін пайдалы. Төмен массалық үлестік жүйе үшін KGM-нің көбірек мөлшері гельдің пайда болуына ықпал етеді; жоғары массалық үлес жүйесі үшін, гельдің пайда болуына көбірек HPMC мазмұны қолайлы.