Студија за реолошкото однесување на системот конјак глукоманнан и хидроксипропил метилцелулоза

Соединетиот систем на конјак глукоманнан (KGM) и хидроксипропил метилцелулоза (HPMC) беше земен како предмет на истражување, а тестовите за стрижење, фреквенција и температурно мерење на стабилна состојба беа спроведени на системот на соединение со ротационен реометар. Анализирано е влијанието на масената фракција на растворот и односот на соединението врз вискозноста и реолошките својства на системот на соединенија KGM/HPMC. Резултатите покажуваат дека системот на соединенија KGM/HPMC е не-Њутнова течност, а зголемувањето на масениот удел и содржината на KGM во системот ја намалува флуидноста на растворот на соединението и ја зголемува вискозноста. Во солена состојба, молекуларните синџири KGM и HPMC формираат покомпактна структура преку хидрофобни интеракции. Зголемувањето на масениот удел на системот и содржината на KGM е погодно за одржување на стабилноста на структурата. Во системот со ниска масена фракција, зголемувањето на содржината на KGM е корисно за формирање на термотропни гелови; додека во системот со висока масена фракција, зголемувањето на содржината на HPMC е погодно за формирање на термотропни гелови.

Клучни зборови:конјак глукоманан; хидроксипропил метилцелулоза; соединение; реолошко однесување

Природните полисахариди се широко користени во прехранбената индустрија поради нивните својства на згуснување, емулгирање и желатинирање. Konjac glucomannan (KGM) е природен растителен полисахарид, составен одβ-Д-гликоза иβ-Д-маноза во сооднос 1,6:1, двете се поврзани соβ-1,4 гликозидни врски, во C- Има мала количина на ацетил на позиција 6 (приближно 1 ацетил на секои 17 остатоци). Сепак, високиот вискозитет и слабата флуидност на водениот раствор на KGM ја ограничуваат неговата примена во производството. Хидроксипропил метилцелулоза (HPMC) е пропилен гликол етер од метилцелулоза, кој припаѓа на нејонски целулзен етер. HPMC е филм-формирање, растворлив во вода и обновлив. HPMC има низок вискозитет и јачина на гел при ниски температури и релативно слаби перформанси на обработка, но може да формира релативно вискозен гел сличен на цврсти температури на високи температури, така што многу производни процеси мора да се изведуваат на високи температури, што резултира со висока производна потрошувачка на енергија. Трошоците за производство се високи. Литературата покажува дека единицата со несупституирана маноза на молекуларниот синџир KGM може да формира слабо вкрстено поврзан хидрофобен асоцијациски регион со хидрофобната група на молекуларниот синџир HPMC преку хидрофобна интеракција. Оваа структура може да го одложи и делумно да го спречи термичкото гелирање на HPMC и да ја намали температурата на гелот на HPMC. Дополнително, со оглед на својствата со низок вискозитет на HPMC при релативно ниски температури, се предвидува дека неговото соединување со KGM може да ги подобри својствата со висок вискозност на KGM и да ги подобри неговите перформанси на обработка. Затоа, овој труд ќе конструира систем на соединенија KGM/HPMC за да го истражи влијанието на масената фракција на растворот и односот на соединението врз реолошките својства на системот KGM/HPMC и ќе обезбеди теоретска референца за примена на системот на соединенија KGM/HPMC во прехранбената индустрија.

1. Материјали и методи

1.1 Материјали и реагенси

Хидроксипропил метилцелулоза, KIMA CHEMICAL CO.,LTD, масен дел 2%, вискозитет 6 mPa·s; метокси масена фракција 28%~30%; масена фракција на хидроксипропил 7,0%~12%.

Konjac glucomannan, Wuhan Johnson Konjac Food Co., Ltd., 1 wt% вискозитет на воден раствор≥28 000 mPa·s.

1.2 Инструменти и опрема

MCR92 ротационен реометар, Anton Paar Co., Ltd., Австрија; UPT-II-10T машина за ултрачиста вода, Сечуан Јупу Ултрачиста технологија Co., Ltd.; AB-50 електронски аналитички биланс, швајцарска компанија Mette; LHS-150HC водена бања со константна температура, Wuxi Huaze Technology Co., Ltd.; JJ-1 Електрична мешалка, фабрика за медицински инструменти Џинтан, провинција Џиангсу.

1.3 Подготовка на соединен раствор

Измерете ги HPMC и KGM прашоците со одреден сооднос на мешање (масен сооднос: 0:10, 3:7, 5:5, 7:3, 10:0), полека додајте ги во дејонизирана вода во 60°C водена бања и промешајте 1,5-2 часа за да се распрсне рамномерно и подгответе 5 вида градиентни раствори со вкупни масивни фракции од 0,50%, 0,75%, 1,00%, 1,25% и 1,50%, соодветно.

1.4 Тест на реолошките својства на растворот на соединението

Тест на смолкнување во стабилна состојба: Реолошката крива на растворот на соединението KGM/HPMC беше измерена со помош на конус и плоча CP50, јазот помеѓу горните и долните плочи беше фиксиран на 0,1 mm, температурата на мерење беше 25°C, а опсегот на брзина на смолкнување беше од 0,1 до 100 s-1.

Скенирање на напрегање (одредување на линеарна вискоеластична област): Користете PP50 плоча за мерење на линеарниот вискоеластичен регион и законот за промена на модулот на растворот на соединението KGM/HPMC, поставете го растојанието на 1.000 mm, фиксната фреквенција на 1Hz и температурата на мерење на 25°В. Опсегот на напрегање е 0,1%~100%.

Метање на фреквенција: Користете плоча PP50 за да ја измерите промената на модулот и зависноста од фреквенцијата на растворот на соединението KGM/HPMC. Растојанието е поставено на 1.000 mm, напрегањето е 1%, температурата на мерење е 25°C, а опсегот на фреквенција е 0,1-100 Hz.

Температурно скенирање: Модулот и неговата температурна зависност на растворот на соединението KGM/HPMC беа измерени со помош на плоча PP50, растојанието беше поставено на 1.000 mm, фиксната фреквенција беше 1 Hz, деформацијата беше 1%, а температурата беше од 25 до 90°C.

2. Резултати и анализи

2.1 Анализа на кривата на проток на соединениот систем KGM/HPMC

Криви на вискозност наспроти брзина на смолкнување на растворите KGM/HPMC со различни соодноси на мешање при различни масени фракции. Течностите чија вискозност е линеарна функција на брзината на смолкнување се нарекуваат Њутнови флуиди, инаку се нарекуваат не-Њутнови течности. Од кривата може да се види дека вискозноста на растворот KGM и растворот на соединението KGM/HPMC се намалува со зголемувањето на брзината на смолкнување; колку е поголема содржината на KGM, толку е поголема масената фракција на системот и поочигледен е феноменот на разредување со смолкнување на растворот. Ова покажува дека системот на соединенија KGM и KGM/HPMC се не-Њутнови течности, а типот на течност на соединениот систем KGM/HPMC главно се одредува од KGM.

Од индексот на проток и коефициентот на вискозност на растворите KGM/HPMC со различни масени фракции и различни соединенија, може да се види дека n вредностите на сложените системи KGM, HPMC и KGM/HPMC се помали од 1, што покажува дека растворите се сите псевдопластични течности. За системот со соединенија KGM/HPMC, зголемувањето на масениот удел на системот ќе предизвика заплеткување и други интеракции помеѓу молекуларните синџири HPMC и KGM во растворот, што ќе ја намали подвижноста на молекуларните синџири, а со тоа ќе ја намали n вредноста на системот. Во исто време, со зголемувањето на содржината на KGM, интеракцијата помеѓу молекуларните синџири на KGM во системот KGM/HPMC се подобрува, со што се намалува неговата подвижност и резултира со намалување на n вредноста. Напротив, вредноста К на растворот на соединението KGM/HPMC се зголемува континуирано со зголемувањето на масената фракција на растворот и содржината на KGM, што главно се должи на зголемувањето на масениот удел на системот и содржината на KGM, кои обете ја зголемуваат содржината на хидрофилни групи во системот. , зголемувајќи ја молекуларната интеракција во рамките на молекуларниот синџир и помеѓу синџирите, со што се зголемува хидродинамичкиот радиус на молекулата, што ја прави помала веројатност да биде ориентирана под дејство на надворешна сила на смолкнување и зголемување на вискозноста.

Теоретската вредност на вискозитетот на нулта смолкнување на системот со соединенија KGM/HPMC може да се пресмета според горенаведениот принцип на логаритамско собирање, а неговата експериментална вредност може да се добие со екстраполација на Карен-фитинг на кривата вискозност-брзина на смолкнување. Споредувајќи ја предвидената вредност на вискозноста на нулта смолкнување на системот со соединенија KGM/HPMC со различни фракции на маса и различни соодноси на мешање со експерименталната вредност, може да се види дека вистинската вредност на вискозноста на нулта смолкнување на соединението KGM/HPMC решението е помало од теоретската вредност. Ова укажа дека е формиран нов склоп со густа структура во сложениот систем на KGM и HPMC. Постоечките студии покажаа дека единиците на несупституирана маноза на молекуларниот синџир на KGM можат да комуницираат со хидрофобните групи на молекуларниот ланец HPMC за да формираат слабо вкрстено поврзан хидрофобен асоцијациски регион. Се шпекулира дека новата склопна структура со релативно густа структура главно се формира преку хидрофобни интеракции. Кога односот KGM е низок (HPMC > 50%), вистинската вредност на вискозноста на нулта смолкнување на системот KGM/HPMC е помала од теоретската вредност, што покажува дека при ниска содржина на KGM, повеќе молекули учествуваат во погустата нова структура. При формирањето на , вискозноста на нулта смолкнување на системот дополнително се намалува.

2.2

Од кривите на односот на модулот и напрегањето на смолкнување на растворите KGM/HPMC со различни масени фракции и различни соодноси на мешање, може да се види дека кога деформираноста на смолкнување е помала од 10%, G"и Г″на сложениот систем во основа не се зголемуваат со напрегањето на смолкнување. Сепак, тоа покажува дека во рамките на овој опсег на напрегање на смолкнување, системот на соединение може да одговори на надворешните дразби преку промена на конформацијата на молекуларниот синџир, а структурата на сложениот систем не е оштетена. Кога напрегањето на смолкнување е >10%, надворешниот Под дејство на силата на смолкнување, брзината на расплетување на молекуларните синџири во сложениот систем е поголема од брзината на заплеткување, G"и Г″почнуваат да се намалуваат, а системот влегува во нелинеарниот вискоеластичен регион. Затоа, во последователниот тест за динамичка фреквенција, параметарот на напрегање на смолкнување беше избран како 1% за тестирање.

2.3 Анализа на кривата на фреквенција на соединението KGM/HPMC

Криви на варијација на модулот на складирање и модул на загуба со фреквенција за раствори KGM/HPMC со различни соодноси на мешање при различни масени фракции. Модулот за складирање G' ја претставува енергијата што може да се поврати по привремено складирање во тестот, а модулот на загуба G“ значи енергија потребна за почетниот проток, што е неповратна загуба и конечно се трансформира во топлина на смолкнување. Може да се види дека, со како што се зголемува фреквенцијата на осцилации, модулот на загуба Г″секогаш е поголем од модулот за складирање G", покажувајќи течно однесување. Во опсегот на фреквенција за тестирање, модулот за складирање G' и модулот на загуба G“ се зголемуваат со зголемувањето на фреквенцијата на осцилација. Ова главно се должи на фактот што со зголемувањето на фреквенцијата на осцилација, сегментите на молекуларниот синџир во системот немаат време да се вратат на деформација за кратко време Претходната состојба, со што се покажува феноменот дека може да се складира повеќе енергија ( поголем Г") или треба да се изгуби (Г″).

Со зголемување на фреквенцијата на осцилација, модулот за складирање на системот нагло опаѓа, а со зголемувањето на масениот удел и содржината на KGM на системот, фреквенциската точка на наглиот пад постепено се зголемува. Ненадејниот пад може да се должи на уништувањето на компактната структура формирана од хидрофобната асоцијација помеѓу KGM и HPMC во системот со надворешно стрижење. Покрај тоа, зголемувањето на масениот удел на системот и содржината на KGM е корисно за одржување на стабилноста на густата структура и ја зголемува вредноста на надворешната фреквенција што ја уништува структурата.

2.4 Анализа на кривата за скенирање на температурата на композитниот систем KGM/HPMC

Од кривите на модулот на складирање и модулот на загуба на растворите KGM/HPMC со различни масени фракции и различни соодноси на мешање, може да се види дека кога масениот удел на системот е 0,50%, G"и Г″на HPMC растворот тешко се менува со температурата. , и Г″> Г", доминира вискозноста на системот; кога се зголемува масениот удел, Г"на растворот HPMC прво останува непроменет, а потоа нагло се зголемува, а Г"и Г″се вкрстуваат на околу 70°C (Температурата на пресечната точка е точката на гелот), а системот во тоа време формира гел, што покажува дека HPMC е термички индуциран гел. За растворот KGM, кога масениот удел на системот е 0,50% и 0,75%, G"и G од системот „покажува тренд на намалување; кога масениот удел се зголемува, G' и G“ на растворот KGM прво се намалуваат, а потоа значително се зголемуваат, што покажува дека растворот KGM покажува својства слични на гел при високи масени фракции и високи температури.

Со зголемувањето на температурата, Г"и Г″на комплексниот систем KGM/HPMC прво се намали, а потоа значително се зголеми, а Г"и Г″се појавија пресечни точки, а системот формираше гел. Кога HPMC молекулите се на ниска температура, се јавува водородна врска помеѓу хидрофилните групи на молекуларниот синџир и молекулите на водата, а кога температурата се зголемува, применетата топлина ги уништува водородните врски формирани помеѓу HPMC и молекулите на водата, што резултира со формирање на HPMC макромолекуларна синџири. Хидрофобните групи на површината се изложени, се јавува хидрофобна асоцијација и се формира термотропен гел. За системот со ниска масена фракција, повеќе содржина на KGM може да формира гел; за систем со висока маса, повеќе содржина на HPMC може да формира гел. Во системот со ниска масена фракција (0,50%), присуството на молекули KGM ја намалува веројатноста за формирање на водородни врски помеѓу HPMC молекулите, а со тоа ја зголемува можноста за изложување на хидрофобни групи во молекулите на HPMC, што е погодно за формирање на термотропни гелови. Во системот со висока маса на фракции, ако содржината на KGM е превисока, вискозноста на системот е висока, што не е погодно за хидрофобната поврзаност помеѓу HPMC и KGM молекулите, што не е погодно за формирање на термоген гел.

3. Заклучок

Во овој труд се проучува реолошкото однесување на сложениот систем на KGM и HPMC. Резултатите покажуваат дека сложениот систем на KGM/HPMC е не-Њутнова течност, а флуидниот тип на сложениот систем на KGM/HPMC главно се одредува со KGM. Зголемувањето на масениот удел на системот и содржината на KGM ја намалија флуидноста на растворот на соединението и ја зголемија неговата вискозност. Во солена состојба, молекуларните синџири на KGM и HPMC формираат погуста структура преку хидрофобни интеракции. Структурата во системот се уништува со надворешно стрижење, што резултира со ненадеен пад на модулот за складирање на системот. Зголемувањето на масениот удел на системот и содржината на KGM е корисно за одржување на стабилноста на густата структура и зголемување на вредноста на надворешната фреквенција што ја уништува структурата. За системот со ниска масена фракција, поголема содржина на KGM е погодна за формирање на гел; за системот со висока маса, поголема содржина на HPMC придонесува за формирање на гел.