Коньяк глюкоманнан ба гидроксипропил метилцеллюлозын нэгдлийн системийн реологийн төлөв байдлын судалгаа

Коньяк глюкоманнан (KGM) ба гидроксипропил метилцеллюлоз (HPMC)-ийн нийлмэл системийг судалгааны объект болгон авч, эргэлтийн реометрээр нийлмэл системд тогтворжсон төлөвийн зүсэлт, давтамж, температурын шүүрэлтийн туршилтыг хийсэн. KGM/HPMC нэгдлийн системийн зуурамтгай чанар, реологийн шинж чанарт уусмалын массын хувь хэмжээ болон нэгдлийн харьцааны нөлөөнд дүн шинжилгээ хийсэн. Үр дүнгээс харахад KGM/HPMC нийлмэл систем нь Ньютоны бус шингэн бөгөөд системийн массын хэсэг болон KGM-ийн агууламж ихсэх нь нэгдлийн уусмалын шингэнийг бууруулж, зуурамтгай чанарыг нэмэгдүүлдэг. Sol төлөвт KGM ба HPMC молекулын гинж нь гидрофобик харилцан үйлчлэлээр дамжуулан илүү нягт бүтэц үүсгэдэг. Системийн массын хувь хэмжээ болон KGM-ийн агууламжийг нэмэгдүүлэх нь бүтцийн тогтвортой байдлыг хадгалахад тустай. Бага массын фракцын системд KGM-ийн агууламжийг нэмэгдүүлэх нь термотроп гель үүсэхэд тустай; өндөр массын фракцын системд HPMC-ийн агууламжийг нэмэгдүүлэх нь термотроп гель үүсэхэд тусалдаг.

Түлхүүр үгс:коняк глюкоманнан; гидроксипропил метилцеллюлоз; нэгдэл; реологийн зан үйл

Байгалийн полисахаридууд нь өтгөрүүлэх, эмульсжүүлэх, гельжүүлэх шинж чанартай тул хүнсний үйлдвэрлэлд өргөн хэрэглэгддэг. Конжак глюкоманнан (KGM) нь байгалийн ургамлын полисахарид бөгөөд үүнээс бүрддэгβ-D-глюкоз баβ-1.6:1 харьцаатай D-манноз, энэ хоёрыг холбосонβ-1,4 гликозидын холбоо, С-д- 6-р байрлалд бага хэмжээний ацетил байдаг (17 үлдэгдэл тутамд ойролцоогоор 1 ацетил). Гэсэн хэдий ч KGM усан уусмалын өндөр зуурамтгай чанар, шингэн чанар муу нь түүнийг үйлдвэрлэлд хэрэглэхийг хязгаарладаг. Гидроксипропил метилцеллюлоз (HPMC) нь ион бус целлюлозын эфирт хамаарах метилцеллюлозын пропилен гликолын эфир юм. HPMC нь хальс үүсгэдэг, усанд уусдаг, нөхөн сэргээгддэг. HPMC нь бага температурт зуурамтгай чанар, гельний хүч чадал багатай, боловсруулалтын гүйцэтгэл харьцангуй муу боловч өндөр температурт харьцангуй наалдамхай хатуу гель үүсгэж чаддаг тул үйлдвэрлэлийн олон процессыг өндөр температурт хийх шаардлагатай байдаг тул үйлдвэрлэлийн эрчим хүчний өндөр зарцуулалт үүсдэг. Үйлдвэрлэлийн зардал өндөр. Уран зохиолоос харахад KGM молекулын гинжин хэлхээнд орлоогүй маннозын нэгж нь гидрофобик харилцан үйлчлэлээр HPMC молекулын гинжин хэлхээний гидрофобик бүлэгтэй сул хөндлөн холбоос бүхий гидрофобик холбооны бүсийг үүсгэж болохыг харуулж байна. Энэ бүтэц нь HPMC-ийн дулааны гелацийг удаашруулж, хэсэгчлэн сэргийлж, HPMC-ийн гель температурыг бууруулдаг. Нэмж дурдахад, HPMC-ийн харьцангуй бага температурт зуурамтгай чанар багатай шинж чанарыг харгалзан түүнийг KGM-тэй нэгтгэх нь KGM-ийн өндөр зуурамтгай чанарыг сайжруулж, боловсруулалтын гүйцэтгэлийг сайжруулах боломжтой гэж таамаглаж байна. Иймд энэхүү бүтээл нь KGM/HPMC системийн реологийн шинж чанарт уусмалын массын фракц ба нэгдлийн харьцааны нөлөөг судлах зорилгоор KGM/HPMC нэгдлийн системийг барьж, KGM/HPMC нэгдлийн системийг ашиглах онолын лавлагаа өгөх болно. хүнсний үйлдвэр.

1. Материал ба арга

1.1 Материал ба урвалж

Гидроксипропил метилцеллюлоз, KIMA CHEMICAL CO.,LTD, массын хувь 2%, зуурамтгай чанар 6 мПа·s; метокси массын фракц 28% ~ 30%; гидроксипропилийн массын хэсэг 7.0%~12% .

Konjac glucomannan, Wuhan Johnson Konjac Food Co., Ltd., 1% усан уусмалын зуурамтгай чанар≥28 000 мПа·s.

1.2 Багаж хэрэгсэл, тоног төхөөрөмж

MCR92 эргэлтийн реометр, Anton Paar Co., Ltd., Австри; UPT-II-10T хэт цэвэр усны машин, Сичуан Youpu Ultrapure Technology Co., Ltd.; AB-50 цахим аналитик баланс, Швейцарийн Метте компани; LHS-150HC тогтмол температурт усан ванн, Wuxi Huaze Technology Co., Ltd.; Жянсу мужийн Жинтан эмнэлгийн багажийн үйлдвэрийн JJ-1 цахилгаан хутгуур.

1.3 Нийлмэл уусмал бэлтгэх

HPMC болон KGM нунтагыг тодорхой хольцын харьцаатай (массын харьцаа: 0:10, 3:7, 5:5, 7:3, 10:0) жинлэн авч, ионгүйжүүлсэн усанд 60 хэмд аажмаар хийнэ.°С усан ваннд хийж, жигд тараахын тулд 1.5~2 цагийн турш хутгаж, нийт хатуу массын эзлэх хувь 0.50%, 0.75%, 1.00%, 1.25%, 1.50% тус тус 5 төрлийн градиент уусмал бэлтгэнэ.

1.4 Нийлмэл уусмалын реологийн шинж чанарыг шалгах

Тогтвортой төлөвийн зүсэлтийн туршилт: KGM/HPMC нийлмэл уусмалын реологийн муруйг CP50 конус ба хавтанг ашиглан хэмжиж, дээд ба доод хавтангийн хоорондох зайг 0.1 мм-ээр тогтоон, хэмжилтийн температур 25 хэм байна.°C ба зүсэлтийн хурдны хүрээ нь 0.1-ээс 100 с-1 хүртэл байв.

Тариа сканнер (шугаман наалдамхай уян хатан бүсийг тодорхойлох): PP50 хавтанг ашиглан KGM/HPMC нэгдлийн уусмалын шугаман наалдамхай бүс ба модулийн өөрчлөлтийн хуулийг хэмжиж, хоорондын зайг 1.000 мм, тогтмол давтамжийг 1 Гц, хэмжилтийн температурыг 25 болгож тохируулна уу.°C. Даралтын хүрээ 0.1%~100% байна.

Давтамжийг шүүрдэх: KGM/HPMC нийлмэл уусмалын модулийн өөрчлөлт болон давтамжаас хамаарлыг хэмжихийн тулд PP50 хавтанг ашиглана. Зайг 1.000 мм, омог 1%, хэмжилтийн температур 25 байна.°C, давтамжийн хүрээ нь 0.1-100 Гц байна.

Температурын сканнер: KGM/HPMC нийлмэл уусмалын модуль ба түүний температурын хамаарлыг PP50 хавтангаар хэмжиж, хоорондын зайг 1.000 мм, тогтмол давтамж 1 Гц, деформаци 1%, температурыг 25 хэмээс хэмжсэн. 90 хүртэл°C.

2. Үр дүн ба шинжилгээ

2.1 KGM/HPMC нийлмэл системийн урсгалын муруй шинжилгээ

KGM/HPMC уусмалуудын зуурамтгай чанар ба шилжилтийн хурдны муруй нь янз бүрийн массын фракцууд дээр өөр өөр хольцын харьцаатай. Зуурамтгай чанар нь шилжилтийн хурдны шугаман функц болох шингэнийг Ньютоны шингэн гэж нэрлэдэг ба бусад тохиолдолд Ньютоны бус шингэн гэж нэрлэдэг. KGM уусмал ба KGM/HPMC нэгдлийн уусмалын зуурамтгай чанар нь зүсэлтийн хурд нэмэгдэх тусам буурч байгааг муруйгаас харж болно; KGM-ийн агууламж өндөр байх тусам системийн массын хувь хэмжээ их байх ба уусмалын зүсэлтийн сийрэгжилтийн үзэгдэл илүү тодорхой болно. Үүнээс үзэхэд KGM болон KGM/HPMC нийлмэл систем нь Ньютоны бус шингэн бөгөөд KGM/HPMC нийлмэл системийн шингэний төрлийг KGM голлон тодорхойлдог.

Янз бүрийн массын фракц, өөр өөр нэгдлийн харьцаатай KGM/HPMC уусмалуудын урсгалын индекс ба зуурамтгай байдлын коэффициентээс харахад KGM, HPMC болон KGM/HPMC нэгдлийн системийн n утга нь бүгд 1-ээс бага байгаа нь уусмалууд бүх псевдопластик шингэн. KGM/HPMC нийлмэл системийн хувьд системийн массын эзлэх хувь нэмэгдэх нь уусмал дахь HPMC болон KGM молекулын гинжин хэлхээний хооронд орооцолдох болон бусад харилцан үйлчлэлийг үүсгэх бөгөөд энэ нь молекулын гинжин хэлхээний хөдөлгөөнийг бууруулж, улмаар n утгыг бууруулна. систем. Үүний зэрэгцээ, KGM-ийн агууламж нэмэгдэхийн хэрээр KGM/HPMC систем дэх KGM молекулын гинж хоорондын харилцан үйлчлэл сайжирч, улмаар түүний хөдөлгөөнийг бууруулж, n-ийн үнэ цэнийг бууруулдаг. Эсрэгээр, KGM/HPMC нэгдлийн уусмалын K утга нь уусмалын массын фракц болон KGM-ийн агууламж нэмэгдэхийн хэрээр тасралтгүй өсдөг бөгөөд энэ нь үндсэндээ системийн массын фракц болон KGM-ийн агууламж нэмэгдэж байгаатай холбоотой. систем дэх гидрофиль бүлгүүд. , молекулын гинжин хэлхээ ба гинж хоорондын молекулын харилцан үйлчлэлийг нэмэгдүүлж, улмаар молекулын гидродинамик радиусыг нэмэгдүүлж, гадны зүсэлтийн хүчний нөлөөн дор чиглэгдэх магадлал багасч, зуурамтгай чанарыг нэмэгдүүлнэ.

KGM/HPMC нийлмэл системийн тэг зүсэлтийн зуурамтгай чанарын онолын утгыг дээрх логарифмын нийлбэрийн зарчмын дагуу тооцоолж, түүний туршилтын утгыг наалдамхай чанар-хэсгэлтийн хурдны муруйн Каррен фитинг экстраполяцаар олж авч болно. KGM/HPMC-ийн нэгдлийн системийн тэг зүсэлтийн зуурамтгай чанарыг урьдчилан таамагласан утгыг өөр өөр массын фракцтай, өөр өөр хольцын харьцаатай туршилтын утгатай харьцуулж үзэхэд KGM/HPMC нэгдлийн тэг зүсэлтийн зуурамтгай чанарын бодит утгыг харж болно. шийдэл нь онолын утгаас бага байна. Энэ нь KGM болон HPMC-ийн цогц системд нягт бүтэцтэй шинэ угсралт үүссэнийг харуулж байна. Одоо байгаа судалгаагаар KGM молекулын гинжин хэлхээнд орлоогүй маннозын нэгжүүд нь HPMC молекулын гинжин хэлхээний гидрофобик бүлгүүдтэй харилцан үйлчилж, сул хөндлөн холбоос бүхий гидрофобик холбооны бүсийг үүсгэж болохыг харуулсан. Харьцангуй нягт бүтэцтэй шинэ угсралтын бүтэц нь голчлон гидрофобик харилцан үйлчлэлээр үүсдэг гэж таамаглаж байна. KGM харьцаа бага (HPMC > 50%) үед KGM/HPMC системийн тэг зүсэлтийн зуурамтгай чанарын бодит утга нь онолын утгаас бага байгаа нь KGM-ийн бага агууламжтай үед илүү олон молекулууд илүү нягт шинэ найрлагад оролцдог болохыг харуулж байна. бүтэц. үүсэх үед системийн тэг зүсэлтийн зуурамтгай чанар улам багасна.

2.2 KGM/HPMC нийлмэл системийн суналтын муруйн шинжилгээ

Өөр өөр массын фракцтай, өөр өөр хольцын харьцаатай KGM/HPMC уусмалуудын модуль ба шилжилтийн деформацийн хамаарлын муруйгаас харахад зүсэлтийн деформаци 10%-иас бага үед G'болон Г″нийлмэл системийн хэмжээ нь үндсэндээ шилжилтийн суналтын үед нэмэгддэггүй. Гэсэн хэдий ч энэ нь шилжилтийн суналтын хязгаарт нийлмэл систем нь молекулын гинжин хэлхээний хэлбэрийг өөрчлөх замаар гадны өдөөлтөд хариу үйлдэл үзүүлэх боломжтой бөгөөд нийлмэл системийн бүтэц гэмтээгүй болохыг харуулж байна. Шилжилтийн суналт >10% байх үед гаднах Таслах хүчний үйлчлэлээр нийлмэл систем дэх молекулын гинжийг задлах хурд нь орооцолдох хурдаас их, G.'болон Г″буурч эхэлдэг бөгөөд систем нь шугаман бус наалдамхай бүсэд ордог. Тиймээс дараагийн динамик давтамжийн туршилтанд зүсэлтийн суналтын параметрийг туршилтанд зориулж 1% гэж сонгосон.

2.3 KGM/HPMC нийлмэл системийн давтамжийн шүүрэлтийн муруйн шинжилгээ

Янз бүрийн массын фракцын дор өөр өөр хольцын харьцаатай KGM/HPMC уусмалын давтамжтай хадгалах модуль ба алдагдлын модулийн өөрчлөлтийн муруй. Хадгалах модуль G' нь туршилтанд түр хадгалсны дараа нөхөж болох энергийг, алдагдлын модуль G” нь эргэлт буцалтгүй алдагдал бөгөөд эцэст нь зүсэлтийн дулаан болж хувирдаг анхны урсгалд шаардагдах энергийг илэрхийлнэ. Эндээс харахад хэлбэлзлийн давтамж нэмэгдэх тусам алдагдлын модуль G″хадгалах модуль G-ээс үргэлж их байна', шингэн зан чанарыг харуулж байна. Туршилтын давтамжийн мужид хадгалалтын модуль G' ба алдагдлын модуль G” хэлбэлзлийн давтамж нэмэгдэх тусам нэмэгддэг. Энэ нь голчлон хэлбэлзлийн давтамж нэмэгдэхийн хэрээр систем дэх молекулын гинжин хэлхээний сегментүүд өмнөх төлөв байдалд богино хугацаанд хэв гажилтанд орох хугацаа байхгүй болсонтой холбоотой бөгөөд ингэснээр илүү их энерги хуримтлуулж болох үзэгдлийг харуулж байна ( том Г') эсвэл алдах шаардлагатай (Г″).

Хэлбэлзлийн давтамж нэмэгдэхийн хэрээр системийн хадгалах модуль гэнэт буурч, системийн массын хэсэг болон KGM-ийн агууламж нэмэгдэх тусам гэнэтийн уналтын давтамжийн цэг аажмаар нэмэгддэг. Гэнэтийн уналт нь систем дэх KGM ба HPMC-ийн хоорондох гидрофобик холбооноос үүссэн авсаархан бүтцийг гадны зүсэлтээр устгасантай холбоотой байж болно. Түүнчлэн, системийн массын фракц болон KGM-ийн агууламжийг нэмэгдүүлэх нь нягт бүтцийн тогтвортой байдлыг хадгалахад тустай бөгөөд бүтцийг устгадаг гадаад давтамжийн утгыг нэмэгдүүлдэг.

2.4 KGM/HPMC нийлмэл системийн температурын сканнерийн муруйн шинжилгээ

Өөр өөр массын фракцтай, өөр өөр хольцын харьцаатай KGM/HPMC уусмалуудын хадгалалтын модуль ба алдагдлын модулийн муруйгаас харахад системийн массын хувь 0.50% байх үед G.'болон Г″HPMC уусмалын температурын өөрчлөлт бараг өөрчлөгддөггүй. , мөн Г″>Г', системийн зуурамтгай чанар давамгайлдаг; массын хэсэг нэмэгдэхэд G'HPMC уусмалын хэмжээ эхлээд өөрчлөгдөөгүй, дараа нь огцом нэмэгддэг ба Г'болон Г″70 орчимд огтлолцоно°C (Уулзвар цэгийн температур нь гель цэг) бөгөөд систем нь энэ үед гель үүсгэдэг тул HPMC нь дулаанаар өдөөгдсөн гель гэдгийг харуулж байна. KGM уусмалын хувьд системийн массын хувь 0.50% ба 0.75% байх үед G'ба системийн G нь “буурах хандлагыг харуулж байна; массын хэсэг ихсэх үед KGM уусмалын G' ба G" нь эхлээд буурч, дараа нь ихээхэн нэмэгддэг нь KGM уусмал нь өндөр массын фракц, өндөр температурт гель шинж чанартай болохыг харуулж байна.

Температур нэмэгдэхийн хэрээр Г'болон Г″KGM/HPMC цогцолборын системийн хэмжээ эхлээд буурч, дараа нь ихээхэн нэмэгдэж, Г'болон Г″уулзвар цэгүүд гарч ирэн систем нь гель үүсгэв. HPMC молекулууд бага температурт байх үед молекулын гинжин хэлхээний гидрофилик бүлгүүд болон усны молекулуудын хооронд устөрөгчийн холбоо үүсч, температур нэмэгдэхэд хэрэглэсэн дулаан нь HPMC ба усны молекулуудын хооронд үүссэн устөрөгчийн холбоог устгаж, HPMC макромолекул үүсдэг. гинж. Гадаргуу дээрх гидрофобик бүлгүүд ил гарч, гидрофобик холбоо үүсч, термотроп гель үүсдэг. Бага массын фракцын системийн хувьд илүү KGM агууламж нь гель үүсгэж болно; өндөр массын фракцын системийн хувьд илүү HPMC агууламж нь гель үүсгэдэг. Бага массын фракцын системд (0.50%) KGM молекулууд байгаа нь HPMC молекулуудын хооронд устөрөгчийн холбоо үүсэх магадлалыг бууруулж, улмаар термотроп гель үүсэхэд хувь нэмэр оруулдаг HPMC молекул дахь гидрофобик бүлгүүдэд өртөх боломжийг нэмэгдүүлдэг. Өндөр массын фракцын системд KGM-ийн агууламж хэт өндөр байвал системийн зуурамтгай чанар өндөр байдаг нь HPMC ба KGM молекулуудын хооронд гидрофобик холбоо үүсэхэд тохиромжгүй бөгөөд энэ нь термоген гель үүсэхэд тохиромжгүй юм.

3. Дүгнэлт

Энэхүү нийтлэлд KGM ба HPMC-ийн нийлмэл системийн реологийн төлөв байдлыг судалсан болно. Үр дүнгээс үзэхэд KGM/HPMC-ийн нийлмэл систем нь Ньютоны бус шингэн бөгөөд KGM/HPMC-ийн нийлмэл системийн шингэний төрлийг голчлон KGM тодорхойлдог. Системийн массын фракц болон KGM-ийн агууламжийг нэмэгдүүлэх нь нийлмэл уусмалын шингэнийг бууруулж, зуурамтгай чанарыг нэмэгдүүлсэн. Sol төлөвт KGM ба HPMC-ийн молекулын гинж нь гидрофобик харилцан үйлчлэлээр илүү нягт бүтэц үүсгэдэг. Систем дэх бүтэц нь гаднах зүсэлтээр устаж, улмаар системийн хадгалалтын модуль гэнэт унадаг. Системийн массын фракц болон KGM-ийн агууламжийг нэмэгдүүлэх нь нягт бүтцийн тогтвортой байдлыг хадгалах, бүтцийг эвдэж буй гадаад давтамжийн утгыг нэмэгдүүлэхэд ашигтай байдаг. Бага массын фракцын системийн хувьд илүү их KGM агууламж нь гель үүсэхэд тусалдаг; өндөр массын фракцын системийн хувьд илүү HPMC агууламж нь гель үүсэхэд тустай.