Studju dwar l-imġiba reoloġika tas-sistema komposta ta' konjac glucomannan u hydroxypropyl methylcellulose

Is-sistema kompost ta 'konjac glucomannan (KGM) u hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) ittieħdet bħala l-oġġett ta' riċerka, u t-testijiet ta 'shear, frekwenza u temperatura ta' sweep fi stat stabbli twettqu fuq is-sistema kompost permezz ta 'rheometer rotazzjonali. Ġiet analizzata l-influwenza tal-frazzjoni tal-massa tas-soluzzjoni u l-proporzjon tal-kompost fuq il-viskożità u l-proprjetajiet reoloġiċi tas-sistema kompost KGM/HPMC. Ir-riżultati juru li s-sistema kompost KGM/HPMC hija fluwidu mhux Newtonjan, u ż-żieda fil-frazzjoni tal-massa u l-kontenut KGM tas-sistema tnaqqas il-fluwidità tas-soluzzjoni kompost u żżid il-viskożità. Fl-istat sol, il-ktajjen molekulari KGM u HPMC jiffurmaw struttura aktar kompatta permezz ta 'interazzjonijiet idrofobiċi. Iż-żieda tal-frazzjoni tal-massa tas-sistema u l-kontenut tal-KGM twassal biex tinżamm l-istabbiltà tal-istruttura. Fis-sistema ta 'frazzjoni ta' massa baxxa, iż-żieda tal-kontenut ta 'KGM hija ta' benefiċċju għall-formazzjoni ta 'ġels termotropiċi; filwaqt li fis-sistema ta 'frazzjoni ta' massa għolja, iż-żieda tal-kontenut ta 'HPMC twassal għall-formazzjoni ta' ġellijiet termotropiċi.

Kliem ewlieni:konjac glucomannan; idrossipropil metilċelluloża; kompost; imġieba reoloġika

Il-polisakkaridi naturali jintużaw ħafna fl-industrija tal-ikel minħabba l-proprjetajiet ta 'tħaxxin, emulsifikazzjoni u ġelling tagħhom. Konjac glucomannan (KGM) huwa polisakkarid tal-pjanti naturali, magħmul minnβ-D-glukosju uβ-D-mannose fi proporzjon ta '1.6:1, it-tnejn huma marbuta minnβ-1,4 bonds glycosidic, fis-C- Hemm ammont żgħir ta 'acetyl fil-pożizzjoni 6 (madwar 1 acetyl għal kull 17-il residwu). Madankollu, il-viskożità għolja u l-fluwidità fqira tas-soluzzjoni akwea KGM jillimitaw l-applikazzjoni tagħha fil-produzzjoni. Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) huwa propylene glycol etere ta 'methylcellulose, li jappartjeni għal etere taċ-ċelluloża mhux joniku. HPMC huwa li jifforma film, jinħall fl-ilma, u jiġġedded. HPMC għandu viskożità baxxa u saħħa tal-ġel f'temperaturi baxxi, u prestazzjoni tal-ipproċessar relattivament fqira, iżda jista 'jifforma ġel simili solidu relattivament viskuż f'temperaturi għoljin, għalhekk ħafna proċessi ta' produzzjoni għandhom jitwettqu f'temperaturi għoljin, li jirriżultaw f'konsum għoli ta 'enerġija ta' produzzjoni. L-ispejjeż tal-produzzjoni huma għoljin. Il-letteratura turi li l-unità mannose mhux sostitwita fuq il-katina molekulari KGM tista 'tifforma reġjun ta' assoċjazzjoni idrofobika dgħajjef inkroċjat mal-grupp idrofobiku fuq il-katina molekulari HPMC permezz ta 'interazzjoni idrofobika. Din l-istruttura tista 'tittardja u tipprevjeni parzjalment il-ġelazzjoni termali ta' HPMC u tnaqqas it-temperatura tal-ġell ta 'HPMC. Barra minn hekk, fid-dawl tal-proprjetajiet ta 'viskożità baxxa ta' HPMC f'temperaturi relattivament baxxi, huwa mbassar li t-taħlit tiegħu ma 'KGM jista' jtejjeb il-proprjetajiet ta 'viskożità għolja ta' KGM u jtejjeb il-prestazzjoni tal-ipproċessar tiegħu. Għalhekk, dan id-dokument se jibni sistema kompost KGM/HPMC biex tesplora l-influwenza tal-frazzjoni tal-massa tas-soluzzjoni u l-proporzjon tal-kompost fuq il-proprjetajiet reoloġiċi tas-sistema KGM/HPMC, u tipprovdi referenza teoretika għall-applikazzjoni tas-sistema kompost KGM/HPMC f' l-industrija tal-ikel.

1. Materjali u metodi

1.1 Materjali u reaġenti

Hydroxypropyl methylcellulose, KIMA CHEMICAL CO.,LTD, frazzjoni tal-massa 2%, viskożità 6 mPa·s; frazzjoni tal-massa methoxy 28% ~ 30%; frazzjoni tal-massa hydroxypropyl 7.0% ~ 12% .

Konjac glucomannan, Wuhan Johnson Konjac Food Co., Ltd., 1 wt% viskożità ta 'soluzzjoni milwiema≥28 000 mPa·s.

1.2 Strumenti u tagħmir

Reometru rotazzjonali MCR92, Anton Paar Co., Ltd., Awstrija; Magna ta 'l-ilma ultrapur UPT-II-10T, Sichuan Youpu Ultrapure Technology Co., Ltd.; Bilanċ analitiku elettroniku AB-50, kumpanija Svizzera Mette; LHS-150HC banju ta 'l-ilma b'temperatura kostanti, Wuxi Huaze Technology Co., Ltd.; JJ-1 Electric Stirrer, Jintan Medical Instrument Factory, Provinċja ta 'Jiangsu.

1.3 Preparazzjoni ta 'soluzzjoni kompost

Iżen trab HPMC u KGM b'ċertu proporzjon ta' kompost (proporzjon tal-massa: 0:10, 3:7, 5:5, 7:3, 10:0), żidhom bil-mod f'ilma dejonizzat f'60°Banju ta 'l-ilma C, u ħawwad għal 1.5 ~ 2 h biex tagħmilha mxerrda b'mod uniformi, u pprepara 5 tipi ta' soluzzjonijiet gradjent bi frazzjonijiet totali ta 'massa solida ta' 0.50%, 0.75%, 1.00%, 1.25%, u 1.50%, rispettivament.

1.4 Test tal-proprjetajiet reoloġiċi tas-soluzzjoni kompost

Test ta 'shear fi stat fiss: Il-kurva reoloġika tas-soluzzjoni kompost KGM/HPMC ġiet imkejla bl-użu ta' kon u pjanċa CP50, id-distakk bejn il-pjanċi ta 'fuq u t'isfel kien iffissat f'0.1 mm, it-temperatura tal-kejl kienet 25°C, u l-firxa tar-rata ta 'shear kienet 0.1 sa 100 s-1.

Skennjar tar-razza (determinazzjoni tar-reġjun viscoelastiku lineari): Uża pjanċa PP50 biex tkejjel ir-reġjun viscoelastiku lineari u l-liġi tal-bidla tal-modulu tas-soluzzjoni kompost KGM/HPMC, issettja l-ispazjar għal 1.000 mm, frekwenza fissa għal 1Hz, u t-temperatura tal-kejl għal 25°C. Il-firxa tar-razza hija 0.1% ~ 100%.

Knis tal-frekwenza: Uża pjanċa PP50 biex tkejjel il-bidla fil-modulu u d-dipendenza fuq il-frekwenza tas-soluzzjoni kompost KGM/HPMC. L-ispazjar huwa ssettjat għal 1.000 mm, ir-razza hija 1%, it-temperatura tal-kejl hija 25°C, u l-firxa tal-frekwenza hija 0.1-100 Hz.

Skennjar tat-temperatura: Il-modulu u d-dipendenza tat-temperatura tiegħu tas-soluzzjoni kompost KGM/HPMC ġew imkejla bl-użu ta 'pjanċa PP50, l-ispazjar kien issettjat għal 1.000 mm, il-frekwenza fissa kienet 1 Hz, id-deformazzjoni kienet 1%, u t-temperatura kienet minn 25 sa 90°C.

2. Riżultati u Analiżi

2.1 Analiżi tal-kurva tal-fluss tas-sistema komposta KGM/HPMC

Il-kurvi tal-viskożità kontra r-rata ta 'shear ta' soluzzjonijiet KGM/HPMC bi proporzjonijiet ta 'taħlit differenti fi frazzjonijiet ta' massa differenti. Fluwidi li l-viskożità tagħhom hija funzjoni lineari ta 'shear rate jissejħu fluwidi Newtonjani, inkella jissejħu fluwidi mhux Newtonjani. Jista 'jidher mill-kurva li l-viskożità tas-soluzzjoni KGM u s-soluzzjoni kompost KGM/HPMC tonqos biż-żieda tar-rata ta' shear; iktar ma jkun għoli l-kontenut tal-KGM, iktar ikun għoli l-frazzjoni tal-massa tas-sistema, u iktar ikun ovvju l-fenomenu ta 'shear thinning tas-soluzzjoni. Dan juri li s-sistema kompost KGM u KGM/HPMC huma fluwidi mhux Newtonjani, u t-tip ta 'fluwidu tas-sistema kompost KGM/HPMC huwa ddeterminat prinċipalment minn KGM.

Mill-indiċi tal-fluss u l-koeffiċjent tal-viskożità tas-soluzzjonijiet KGM/HPMC bi frazzjonijiet tal-massa differenti u proporzjonijiet komposti differenti, wieħed jista’ jara li l-valuri n tas-sistemi komposti KGM, HPMC u KGM/HPMC huma kollha inqas minn 1, li jindika li s-soluzzjonijiet huma il-fluwidi psewdoplastiki kollha. Għas-sistema kompost KGM/HPMC, iż-żieda tal-frazzjoni tal-massa tas-sistema tikkawża tħabbil u interazzjonijiet oħra bejn il-ktajjen molekulari HPMC u KGM fis-soluzzjoni, li tnaqqas il-mobilità tal-ktajjen molekulari, u b'hekk tnaqqas il-valur n ta ' is-sistema. Fl-istess ħin, biż-żieda tal-kontenut KGM, l-interazzjoni bejn il-ktajjen molekulari KGM fis-sistema KGM/HPMC tissaħħaħ, u b'hekk tnaqqas il-mobilità tagħha u tirriżulta fi tnaqqis fil-valur n. Għall-kuntrarju, il-valur K tas-soluzzjoni kompost KGM/HPMC jiżdied kontinwament maż-żieda tal-frazzjoni tal-massa tas-soluzzjoni u l-kontenut KGM, li hija prinċipalment dovuta għaż-żieda tal-frazzjoni tal-massa tas-sistema u l-kontenut KGM, li t-tnejn iżidu l-kontenut ta ' gruppi idrofiliċi fis-sistema. , tiżdied l-interazzjoni molekulari fi ħdan il-katina molekulari u bejn il-ktajjen, u b'hekk tiżdied ir-raġġ idrodinamiku tal-molekula, li jagħmilha inqas probabbli li tkun orjentata taħt l-azzjoni ta 'shear force esterna u tiżdied il-viskożità.

Il-valur teoretiku tal-viskożità zero-shear tas-sistema kompost KGM/HPMC jista 'jiġi kkalkulat skont il-prinċipju tas-somma logaritmika ta' hawn fuq, u l-valur sperimentali tiegħu jista 'jinkiseb bl-estrapolazzjoni tat-twaħħil Carren tal-kurva tar-rata tal-viskożità-shear. Meta tqabbel il-valur previst tal-viskożità zero-shear tas-sistema kompost KGM/HPMC bi frazzjonijiet ta 'massa differenti u proporzjonijiet ta' komposti differenti mal-valur sperimentali, wieħed jista 'jara li l-valur attwali tal-viskożità zero-shear tal-kompost KGM/HPMC soluzzjoni hija iżgħar mill-valur teoretiku. Dan indika li assemblaġġ ġdid bi struttura densa ġie ffurmat fis-sistema kumplessa ta 'KGM u HPMC. Studji eżistenti wrew li l-unitajiet mannose mhux sostitwiti fuq il-katina molekulari KGM jistgħu jinteraġixxu mal-gruppi idrofobiċi fuq il-katina molekulari HPMC biex jiffurmaw reġjun ta 'assoċjazzjoni idrofobiku dgħajjef inkroċjat. Huwa spekulat li l-istruttura l-ġdida ta 'assemblaġġ bi struttura relattivament densa hija ffurmata prinċipalment permezz ta' interazzjonijiet idrofobiċi. Meta l-proporzjon KGM huwa baxx (HPMC> 50%), il-valur attwali tal-viskożità zero-shear tas-sistema KGM/HPMC huwa aktar baxx mill-valur teoretiku, li jindika li f'kontenut baxx ta 'KGM, aktar molekuli jipparteċipaw fil-ġdid aktar dens. struttura. Fil-formazzjoni ta ' , il-viskożità zero-shear tas-sistema titnaqqas aktar.

2.2 Analiżi tal-kurvi tal-knis tar-razza tas-sistema komposta KGM/HPMC

Mill-kurvi tar-relazzjoni tal-modulu u s-shear strain tas-soluzzjonijiet KGM/HPMC bi frazzjonijiet tal-massa differenti u proporzjonijiet differenti ta' komposti, wieħed jista' jara li meta s-shear strain tkun inqas minn 10%, il-G′u G″tas-sistema kompost bażikament ma jiżdiedx mal-shear strain. Madankollu, juri li fi ħdan din il-firxa ta 'shear strain, is-sistema komposta tista' tirrispondi għal stimuli esterni permezz tal-bidla tal-konformazzjoni tal-katina molekulari, u l-istruttura tas-sistema komposta ma ssirx ħsara. Meta s-shear strain tkun> 10%, l-estern Taħt l-azzjoni tal-shear force, il-veloċità tad-diżintanglement tal-ktajjen molekulari fis-sistema kumplessa hija akbar mill-veloċità tat-tħabbil, G′u G″jibdew jonqsu, u s-sistema tidħol fir-reġjun viscoelastic mhux lineari. Għalhekk, fit-test tal-frekwenza dinamika sussegwenti, il-parametru ta 'shear strain ġie magħżul bħala 1% għall-ittestjar.

2.3 Analiżi tal-kurva tal-knis tal-frekwenza tas-sistema komposta KGM/HPMC

Kurvi ta 'varjazzjoni ta' modulu ta 'ħażna u modulu ta' telf bi frekwenza għal soluzzjonijiet KGM / HPMC bi proporzjonijiet ta 'taħlit differenti taħt frazzjonijiet ta' massa differenti. Il-modulu tal-ħażna G' jirrappreżenta l-enerġija li tista' tiġi rkuprata wara ħażna temporanja fit-test, u l-modulu tat-telf G” tfisser l-enerġija meħtieġa għall-fluss inizjali, li hija telf irriversibbli u finalment tiġi ttrasformata f'shear heat. Wieħed jista 'jara li, bil Hekk kif tiżdied il-frekwenza tal-oxxillazzjoni, il-modulu tat-telf G″huwa dejjem akbar mill-modulu tal-ħażna G′, li juri mġiba likwida. Fil-medda tal-frekwenza tat-test, il-modulu tal-ħażna G' u l-modulu tat-telf G” jiżdiedu biż-żieda tal-frekwenza tal-oxxillazzjoni. Dan huwa prinċipalment minħabba l-fatt li biż-żieda tal-frekwenza tal-oxxillazzjoni, is-segmenti tal-katina molekulari fis-sistema m'għandhomx ħin biex jirkupraw għad-deformazzjoni fi żmien qasir L-istat preċedenti, u b'hekk juri l-fenomenu li tista 'tinħażen aktar enerġija ( akbar G′) jew jeħtieġ li jintilef (G″).

Biż-żieda tal-frekwenza tal-oxxillazzjoni, il-modulu tal-ħażna tas-sistema jinżel f'daqqa, u biż-żieda tal-frazzjoni tal-massa u l-kontenut KGM tas-sistema, il-punt tal-frekwenza tal-waqgħa f'daqqa tiżdied gradwalment. Il-waqgħa f'daqqa tista 'tkun dovuta għall-qerda tal-istruttura kompatta ffurmata mill-assoċjazzjoni idrofobika bejn KGM u HPMC fis-sistema permezz ta' shearing estern. Barra minn hekk, iż-żieda tal-frazzjoni tal-massa tas-sistema u l-kontenut tal-KGM hija ta 'benefiċċju biex tinżamm l-istabbiltà tal-istruttura densa, u żżid il-valur tal-frekwenza esterna li teqred l-istruttura.

2.4 Analiżi tal-kurva tal-iskannjar tat-temperatura tas-sistema komposta KGM/HPMC

Mill-kurvi tal-modulu tal-ħażna u l-modulu tat-telf ta 'soluzzjonijiet KGM/HPMC bi frazzjonijiet ta' massa differenti u proporzjonijiet ta 'taħlit differenti, wieħed jista' jara li meta l-frazzjoni tal-massa tas-sistema hija 0.50%, il-G′u G″tas-soluzzjoni HPMC bilkemm tinbidel mat-temperatura. , u G″> G′, il-viskożità tas-sistema tiddomina; meta l-frazzjoni tal-massa tiżdied, il-G′tas-soluzzjoni HPMC l-ewwel tibqa’ mhux mibdula u mbagħad tiżdied f’daqqa, u G′u G″jaqsmu għal madwar 70°C (It-temperatura tal-punt ta 'intersezzjoni hija l-punt tal-ġel), u s-sistema tifforma ġel f'dan il-ħin, u b'hekk tindika li HPMC huwa ġel indott termalment. Għas-soluzzjoni KGM, meta l-frazzjoni tal-massa tas-sistema hija 0.50% u 0.75%, il-G′u G tas-sistema “turi xejra ta’ tnaqqis; meta l-frazzjoni tal-massa tiżdied, il-G' u G" tas-soluzzjoni KGM l-ewwel jonqsu u mbagħad jiżdiedu b'mod sinifikanti, li jindika li s-soluzzjoni KGM turi proprjetajiet bħal ġel fi frazzjonijiet ta 'massa għolja u temperaturi għoljin.

Biż-żieda fit-temperatura, il-G′u G″tas-sistema kumplessa KGM/HPMC l-ewwel naqas u mbagħad żdied b'mod sinifikanti, u G′u G″dehru punti ta 'intersezzjoni, u s-sistema ffurmat ġel. Meta l-molekuli HPMC ikunu f'temperatura baxxa, it-twaħħil tal-idroġenu jseħħ bejn il-gruppi idrofiliċi fuq il-katina molekulari u l-molekuli tal-ilma, u meta t-temperatura togħla, is-sħana applikata teqred ir-rabtiet tal-idroġenu ffurmati bejn l-HPMC u l-molekuli tal-ilma, li tirriżulta fil-formazzjoni ta 'HPMC makromolekulari. ktajjen. Il-gruppi idrofobiċi fuq il-wiċċ huma esposti, isseħħ assoċjazzjoni idrofobika, u jiġi ffurmat ġel termotropiku. Għas-sistema ta 'frazzjoni ta' massa baxxa, aktar kontenut ta 'KGM jista' jifforma ġel; għal sistema ta ' frazzjoni ta ' massa għolja, aktar kontenut HPMC jistgħu jiffurmaw ġel. Fis-sistema ta 'frazzjoni ta' massa baxxa (0.50%), il-preżenza ta 'molekuli KGM tnaqqas il-probabbiltà li jiffurmaw bonds ta' idroġenu bejn molekuli HPMC, u b'hekk tiżdied il-possibbiltà ta 'espożizzjoni ta' gruppi idrofobiċi f'molekuli HPMC, li twassal għall-formazzjoni ta 'ġels termotropiċi. Fis-sistema ta 'frazzjoni ta' massa għolja, jekk il-kontenut ta 'KGM huwa għoli wisq, il-viskożità tas-sistema hija għolja, li ma twassalx għall-assoċjazzjoni idrofobika bejn HPMC u molekuli KGM, li ma twassalx għall-formazzjoni ta' ġel termoġeniku.

3. Konklużjoni

F'dan id-dokument, l-imġieba reoloġika tas-sistema komposta ta 'KGM u HPMC hija studjata. Ir-riżultati juru li s-sistema komposta ta 'KGM/HPMC hija fluwidu mhux Newtonjan, u t-tip ta' fluwidu tas-sistema kompost ta 'KGM/HPMC huwa ddeterminat prinċipalment minn KGM. Iż-żieda tal-frazzjoni tal-massa tas-sistema u l-kontenut ta 'KGM it-tnejn naqqset il-fluwidità tas-soluzzjoni komposta u żiedet il-viskożità tagħha. Fl-istat sol, il-ktajjen molekulari ta 'KGM u HPMC jiffurmaw struttura aktar densa permezz ta' interazzjonijiet idrofobiċi. L-istruttura fis-sistema tinqered minn shearing estern, li jirriżulta f'waqgħa f'daqqa fil-modulu tal-ħażna tas-sistema. Iż-żieda tal-frazzjoni tal-massa tas-sistema u l-kontenut KGM hija ta 'benefiċċju biex tinżamm l-istabbiltà tal-istruttura densa u żżid il-valur tal-frekwenza esterna li teqred l-istruttura. Għas-sistema ta 'frazzjoni ta' massa baxxa, aktar kontenut ta 'KGM iwassal għall-formazzjoni ta' ġel; għas-sistema ta 'frazzjoni ta' massa għolja, aktar kontenut ta 'HPMC iwassal għall-formazzjoni ta' ġel.