konjac glucomannan र hydroxypropyl methylcellulose यौगिक प्रणाली को rheological व्यवहार मा अध्ययन

कोन्जाक ग्लुकोमनन (KGM) र हाइड्रोक्साइप्रोपाइल मिथाइलसेल्युलोज (HPMC) को कम्पाउन्ड प्रणालीलाई अनुसन्धान वस्तुको रूपमा लिइएको थियो, र स्थिर-स्थिति कतरनी, फ्रिक्वेन्सी र तापमान स्वीप परीक्षणहरू कम्पाउन्ड प्रणालीमा रोटेशनल रियोमिटरद्वारा गरिएको थियो। KGM/HPMC कम्पाउन्ड प्रणालीको चिपचिपापन र rheological गुणहरूमा समाधान जन अंश र यौगिक अनुपातको प्रभावको विश्लेषण गरिएको थियो। नतिजाहरूले देखाउँछन् कि KGM/HPMC कम्पाउन्ड प्रणाली एक गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थ हो, र प्रणालीको जन अंश र KGM सामग्रीमा वृद्धिले कम्पाउन्ड समाधानको तरलता कम गर्छ र चिपचिपापन बढाउँछ। सोल राज्यमा, KGM र HPMC आणविक चेनहरूले हाइड्रोफोबिक अन्तरक्रियाहरू मार्फत थप कम्प्याक्ट संरचना बनाउँछन्। प्रणाली मास अंश र KGM सामग्री बढाउनु संरचनाको स्थिरता कायम राख्न अनुकूल छ। कम द्रव्यमान अंश प्रणालीमा, KGM को सामग्री बढाउने थर्मोट्रोपिक जेलको गठनको लागि लाभदायक हुन्छ; जबकि उच्च मास अंश प्रणालीमा, HPMC को सामग्री बढाउने थर्मोट्रोपिक जेलको गठनको लागि अनुकूल छ।

मुख्य शब्दहरू:konjac glucomannan; hydroxypropyl methylcellulose; यौगिक; rheological व्यवहार

प्राकृतिक पोलिसेकराइडहरू खाद्य उद्योगमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ तिनीहरूको मोटोपन, इमल्सिफाइङ्ग र जेलिङ गुणहरूको कारण। Konjac glucomannan (KGM) एक प्राकृतिक बिरुवा polysaccharide हो, बनेकोβ-डी-ग्लुकोज रβ-D-mannose 1.6:1 को अनुपात मा, दुई द्वारा लिङ्क गरिएको छβ-1,4 ग्लाइकोसिडिक बन्डहरू, C मा - स्थिति 6 मा एसिटाइलको सानो मात्रा हुन्छ (प्रत्येक 17 अवशेषहरूको लागि लगभग 1 एसिटाइल)। यद्यपि, KGM जलीय समाधानको उच्च चिपचिपापन र कमजोर तरलताले उत्पादनमा यसको प्रयोगलाई सीमित गर्दछ। Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) मिथाइलसेलुलोजको प्रोपाइलीन ग्लाइकोल ईथर हो, जुन गैर-आयनिक सेलुलोज ईथरसँग सम्बन्धित छ। HPMC फिल्म निर्माण, पानी-घुलनशील, र नवीकरणीय छ। HPMC को कम तापमानमा कम चिपचिपापन र जेल शक्ति छ, र अपेक्षाकृत कमजोर प्रशोधन प्रदर्शन, तर उच्च तापमान मा एक अपेक्षाकृत चिपचिपा ठोस-जस्तै जेल बनाउन सक्छ, त्यसैले धेरै उत्पादन प्रक्रियाहरू उच्च तापमान मा पूरा गर्नुपर्छ, उच्च उत्पादन ऊर्जा खपत को परिणामस्वरूप। उत्पादन लागत उच्च छ। साहित्यले देखाउँछ कि KGM आणविक चेनमा प्रतिस्थापित mannose एकाइले हाइड्रोफोबिक अन्तरक्रिया मार्फत HPMC आणविक श्रृंखलामा हाइड्रोफोबिक समूहसँग कमजोर रूपमा क्रस-लिंक गरिएको हाइड्रोफोबिक एसोसिएसन क्षेत्र बनाउन सक्छ। यो संरचनाले HPMC को थर्मल गेलेसनलाई ढिलाइ र आंशिक रूपमा रोक्न सक्छ र HPMC को जेल तापमान कम गर्न सक्छ। थप रूपमा, तुलनात्मक रूपमा कम तापक्रममा HPMC को कम चिपचिपापन गुणहरूलाई ध्यानमा राख्दै, KGM सँग यसको कम्पाउन्डिङले KGM को उच्च-भिस्कोसिटी गुणहरू सुधार गर्न र यसको प्रशोधन कार्यसम्पादन सुधार गर्न सक्छ भन्ने भविष्यवाणी गरिएको छ। तसर्थ, यस पेपरले KGM/HPMC प्रणालीको rheological गुणहरूमा समाधान जन अंश र यौगिक अनुपातको प्रभाव अन्वेषण गर्न KGM/HPMC कम्पाउन्ड प्रणाली निर्माण गर्नेछ, र KGM/HPMC कम्पाउन्ड प्रणालीको प्रयोगको लागि सैद्धान्तिक सन्दर्भ प्रदान गर्नेछ। खाद्य उद्योग।

1. सामग्री र विधिहरू

१.१ सामग्री र अभिकर्मकहरू

Hydroxypropyl methylcellulose, KIMA CEMICAL CO., LTD, मास फ्र्याक्सन 2%, चिपचिपापन 6 mpa·s; मेथोक्सी मास अंश 28% ~ 30%; hydroxypropyl मास अंश 7.0% ~ 12%।

Konjac glucomannan, Wuhan Johnson Konjac Food Co., Ltd., 1 wt% जलीय समाधान चिपचिपापन≥28 000 mpa·s.

1.2 उपकरण र उपकरण

MCR92 रोटेशनल rheometer, Anton Paar Co., Ltd., Austria; UPT-II-10T अल्ट्राप्योर वाटर मेसिन, सिचुआन यूपु अल्ट्राप्युर टेक्नोलोजी कं, लिमिटेड; AB-50 इलेक्ट्रोनिक विश्लेषणात्मक ब्यालेन्स, स्विस मेट कम्पनी; LHS-150HC स्थिर तापमान पानी स्नान, Wuxi Huaze टेक्नोलोजी कं, लिमिटेड; JJ-1 इलेक्ट्रिक stirrer, Jintan चिकित्सा उपकरण कारखाना, Jiangsu प्रान्त।

1.3 मिश्रित समाधान को तयारी

HPMC र KGM पाउडरहरूलाई निश्चित कम्पाउन्डिङ अनुपात (द्रव्यमान अनुपात: 0:10, 3:7, 5:5, 7:3, 10:0) सँग तौल्नुहोस्, तिनीहरूलाई बिस्तारै 60 मा विआयनीकृत पानीमा थप्नुहोस्।°C पानी नुहाउनुहोस्, र यसलाई समान रूपमा फैलाउन 1.5 ~ 2 घन्टा सम्म हलचल गर्नुहोस्, र क्रमशः 0.50%, 0.75%, 1.00%, 1.25%, र 1.50% को कुल ठोस मास अंशहरू सहित 5 प्रकारका ग्रेडियन्ट समाधानहरू तयार गर्नुहोस्।

1.4 यौगिक समाधान को rheological गुण को परीक्षण

स्थिर-स्थिति कतरनी परीक्षण: KGM/HPMC कम्पाउन्ड समाधानको rheological वक्र CP50 कोन र प्लेट प्रयोग गरी मापन गरिएको थियो, माथिल्लो र तल्लो प्लेटहरू बीचको अन्तर 0.1 मिमी मा निश्चित गरिएको थियो, मापन तापमान 25 थियो।°C, र कातर दर दायरा 0.1 देखि 100 s-1 थियो।

स्ट्रेन स्क्यानिङ (रैखिक भिस्कोइलास्टिक क्षेत्रको निर्धारण): रैखिक भिस्कोइलास्टिक क्षेत्र र KGM/HPMC कम्पाउन्ड समाधानको मोड्युलस परिवर्तन कानून मापन गर्न PP50 प्लेट प्रयोग गर्नुहोस्, स्पेसिङ 1.000 मिमी, निश्चित फ्रिक्वेन्सी 1Hz मा, र मापन तापमान 25 मा सेट गर्नुहोस्।°C. तनाव दायरा 0.1% ~ 100% हो।

फ्रिक्वेन्सी स्वीप: KGM/HPMC कम्पाउन्ड समाधानको मोडुलस परिवर्तन र आवृत्ति निर्भरता मापन गर्न PP50 प्लेट प्रयोग गर्नुहोस्। स्पेसिङ 1.000 मिमी मा सेट गरिएको छ, तनाव 1% छ, मापन तापमान 25 छ°C, र आवृत्ति दायरा 0.1-100 Hz छ।

तापमान स्क्यानिङ: KGM/HPMC कम्पाउन्ड समाधानको मोड्युलस र यसको तापमान निर्भरता PP50 प्लेट प्रयोग गरेर मापन गरिएको थियो, स्पेसिङ 1.000 mm मा सेट गरिएको थियो, निश्चित आवृत्ति 1 Hz थियो, विरूपण 1% थियो, र तापमान 25 बाट थियो। 90 सम्म°C.

2. परिणाम र विश्लेषण

2.1 KGM/HPMC कम्पाउन्ड प्रणालीको प्रवाह वक्र विश्लेषण

भिस्कोसिटी बनाम शियर रेट कर्भहरू KGM/HPMC समाधानहरूको बिभिन्न द्रव्यमान अंशहरूमा विभिन्न मिश्रित अनुपातहरूको साथ। तरल पदार्थ जसको चिपचिपापन कतरनी दरको एक रेखीय कार्य हो, न्युटोनियन तरल पदार्थ भनिन्छ, अन्यथा तिनीहरूलाई गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थ भनिन्छ। यो कर्भबाट देख्न सकिन्छ कि KGM समाधान र KGM/HPMC कम्पाउन्ड समाधानको चिपचिपाहट शियर दरको वृद्धि संग घट्छ; KGM सामग्री जति उच्च हुन्छ, प्रणाली मास अंश जति उच्च हुन्छ, र समाधानको शियर पातलो हुने घटना त्यति नै स्पष्ट हुन्छ। यसले देखाउँछ कि KGM र KGM/HPMC कम्पाउन्ड प्रणाली गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थ हो, र KGM/HPMC कम्पाउन्ड प्रणालीको तरल प्रकार मुख्यतया KGM द्वारा निर्धारण गरिन्छ।

विभिन्न मास फ्र्याक्सन र बिभिन्न कम्पाउन्ड रेसियोहरू भएका KGM/HPMC समाधानहरूको प्रवाह सूचकांक र चिपचिपापन गुणांकबाट, यो देख्न सकिन्छ कि KGM, HPMC र KGM/HPMC कम्पाउन्ड प्रणालीहरूको n मानहरू सबै 1 भन्दा कम छन्, यो संकेत गर्दछ कि समाधानहरू छन्। सबै स्यूडोप्लास्टिक तरल पदार्थ। KGM/HPMC कम्पाउन्ड प्रणालीको लागि, प्रणालीको द्रव्यमान अंशको वृद्धिले समाधानमा HPMC र KGM आणविक चेनहरू बीच उलझाव र अन्य अन्तरक्रियाहरू निम्त्याउनेछ, जसले आणविक चेनहरूको गतिशीलतालाई कम गर्नेछ, जसले गर्दा n मान घटाउनेछ। प्रणाली। एकै समयमा, KGM सामग्रीको वृद्धिको साथ, KGM/HPMC प्रणालीमा KGM आणविक चेनहरू बीचको अन्तरक्रिया बढाइन्छ, जसले गर्दा यसको गतिशीलता कम हुन्छ र n मानमा कमी आउँछ। यसको विपरित, KGM/HPMC कम्पाउन्ड समाधानको K मान समाधान मास अंश र KGM सामग्रीको बृद्धिसँगै लगातार बढ्छ, जुन मुख्यतया प्रणाली मास अंश र KGM सामग्रीको वृद्धिको कारण हो, जसले दुबैको सामग्री बढाउँछ। प्रणालीमा हाइड्रोफिलिक समूहहरू। , आणविक चेन भित्र र चेनहरू बीचको आणविक अन्तरक्रिया बढ्दै, जसले गर्दा अणुको हाइड्रोडायनामिक त्रिज्या बढ्छ, यसले बाह्य कतरन बलको कार्य अन्तर्गत उन्मुख हुने सम्भावना कम बनाउँछ र चिपचिपापन बढाउँछ।

KGM/HPMC कम्पाउन्ड प्रणालीको शून्य-शियर चिपचिपाहटको सैद्धान्तिक मूल्य माथिको लोगारिदमिक योग सिद्धान्त अनुसार गणना गर्न सकिन्छ, र यसको प्रयोगात्मक मूल्य चिपचिपापन-शियर दर वक्रको क्यारेन फिटिंग एक्स्ट्रापोलेसनद्वारा प्राप्त गर्न सकिन्छ। KGM/HPMC कम्पाउन्ड प्रणालीको शून्य-शियर चिपचिपाहटको अनुमानित मानलाई प्रयोगात्मक मानको साथ बिभिन्न द्रव्यमान अंशहरू र विभिन्न कम्पाउन्डिङ अनुपातहरूको साथ तुलना गर्दा, यो KGM/HPMC कम्पाउन्डको शून्य-शियर चिपचिपापनको वास्तविक मूल्य देख्न सकिन्छ। समाधान सैद्धान्तिक मूल्य भन्दा सानो छ। यसले केजीएम र एचपीएमसीको जटिल प्रणालीमा घना संरचना भएको नयाँ असेम्ब्ली गठन भएको संकेत गर्छ। अवस्थित अध्ययनहरूले देखाएको छ कि KGM आणविक श्रृंखलामा प्रतिस्थापित mannose एकाइहरूले HPMC आणविक श्रृंखलामा हाइड्रोफोबिक समूहहरूसँग एक कमजोर क्रस-लिङ्क गरिएको हाइड्रोफोबिक एसोसिएशन क्षेत्र बनाउन सक्छ। यो अनुमान गरिएको छ कि एक अपेक्षाकृत घने संरचना संग नयाँ विधानसभा संरचना मुख्यतया हाइड्रोफोबिक अन्तरक्रिया मार्फत गठन गरिएको छ। जब KGM अनुपात कम हुन्छ (HPMC > 50%), KGM/HPMC प्रणालीको शून्य-शियर चिपचिपाहटको वास्तविक मान सैद्धान्तिक मान भन्दा कम हुन्छ, जसले कम KGM सामग्रीमा, थप अणुहरू सघन नयाँमा भाग लिन्छन्। संरचना। को गठन मा, प्रणाली को शून्य-कतरनी चिपचिपापन थप कम छ।

2.2 KGM/HPMC कम्पाउन्ड प्रणालीको स्ट्रेन स्वीप कर्भहरूको विश्लेषण

बिभिन्न मास फ्र्याक्सन र बिभिन्न कम्पाउन्डिङ रेसियो सहितको मोड्युलस र शियर स्ट्रेनको मोड्युलस र बिभिन्न कम्पाउन्डिङ रेसियोहरूबाट, यो देख्न सकिन्छ कि जब शियर स्ट्रेन १०% भन्दा कम हुन्छ, G′र जी"कम्पाउन्ड प्रणालीको मूलतया शियर स्ट्रेनको साथ बढ्दैन। यद्यपि, यसले देखाउँछ कि यस कतरनी तनाव दायरा भित्र, यौगिक प्रणालीले आणविक चेन कन्फर्मेसनको परिवर्तन मार्फत बाह्य उत्तेजनालाई प्रतिक्रिया दिन सक्छ, र यौगिक प्रणालीको संरचनालाई क्षति पुगेको छैन। जब शियर स्ट्रेन >10% हुन्छ, बाह्य कतरण बलको कार्य अन्तर्गत, जटिल प्रणालीमा आणविक चेनहरूको डिसेन्टाङ्गलमेन्ट गति उलझन गति भन्दा ठूलो हुन्छ, G′र जी"घट्न थाल्छ, र प्रणाली ननलाइनर भिस्कोइलास्टिक क्षेत्रमा प्रवेश गर्छ। त्यसकारण, पछिको गतिशील फ्रिक्वेन्सी परीक्षणमा, शियर स्ट्रेन प्यारामिटरलाई परीक्षणको लागि 1% को रूपमा चयन गरिएको थियो।

2.3 KGM/HPMC कम्पाउन्ड प्रणालीको फ्रिक्वेन्सी स्वीप कर्भ विश्लेषण

KGM/HPMC समाधानहरूको लागि फ्रिक्वेन्सीको साथ भण्डारण मोड्युलस र घाटा मोड्युलसको भिन्नता कर्भहरू विभिन्न सामूहिक अंशहरू अन्तर्गत विभिन्न मिश्रित अनुपातहरू। भण्डारण मोड्युलस G' ले परीक्षणमा अस्थायी भण्डारण पछि पुन: प्राप्त गर्न सकिने ऊर्जालाई प्रतिनिधित्व गर्दछ, र घाटा मोड्युलस G" भनेको प्रारम्भिक प्रवाहको लागि आवश्यक ऊर्जा हो, जुन अपरिवर्तनीय क्षति हो र अन्ततः शियर तापमा परिणत हुन्छ। यो देख्न सकिन्छ कि, दोलन आवृत्ति बढ्दै जाँदा, हानि मोड्युलस G"भण्डारण मोड्युलस G भन्दा सधैं ठूलो हुन्छ′तरल व्यवहार देखाउँदै। परीक्षण फ्रिक्वेन्सी दायरामा, भण्डारण मोड्युलस G' र घाटा मोड्युलस G" दोलन आवृत्तिको वृद्धिसँगै बढ्छ। यो मुख्यतया यस तथ्यको कारणले गर्दा हो कि दोलन आवृत्तिको वृद्धि संग, प्रणालीमा आणविक चेन खण्डहरू छोटो समयमा विरूपणमा पुन: प्राप्ति गर्न कुनै समय छैन अघिल्लो अवस्था, यसरी घटना देखाउँदछ कि अधिक ऊर्जा भण्डारण गर्न सकिन्छ ( ठूलो जी′वा हराउन आवश्यक छ (जी").

दोलन फ्रिक्वेन्सीको वृद्धि संग, प्रणाली को भण्डारण मोडुलस अचानक खस्छ, र प्रणाली को मास अंश र KGM सामग्री को वृद्धि संग, अचानक गिरावट को आवृत्ति बिन्दु बिस्तारै बढ्छ। यो अचानक घट्नुको कारणले प्रणालीमा KGM र HPMC बीचको हाइड्रोफोबिक एसोसिएसनले बाह्य कतर्नबाट बनाइएको कम्प्याक्ट संरचनाको विनाश हुन सक्छ। यसबाहेक, प्रणाली मास अंश र KGM सामग्रीको वृद्धि घने संरचनाको स्थिरता कायम राख्न लाभदायक छ, र संरचनालाई नष्ट गर्ने बाह्य आवृत्ति मान बढाउँछ।

2.4 KGM/HPMC कम्पोजिट प्रणालीको तापमान स्क्यानिङ कर्भ विश्लेषण

भण्डारण मोडुलसको कर्भहरू र KGM/HPMC समाधानहरूको नोक्सान मोड्युलसबाट विभिन्न द्रव्यमान अंशहरू र विभिन्न मिश्रित अनुपातहरू, यो देख्न सकिन्छ कि जब प्रणालीको द्रव्यमान अंश 0.50% हुन्छ, G′र जी"HPMC समाधान को तापमान संग शायदै परिवर्तन। , र जी"> जी′प्रणालीको चिपचिपापन हावी हुन्छ; जब द्रव्यमान अंश बढ्छ, G′HPMC समाधानको पहिले अपरिवर्तित रहन्छ र त्यसपछि तीव्र रूपमा बढ्छ, र G′र जी"लगभग 70 मा प्रतिच्छेदन°C (इंटरसेक्शन बिन्दुको तापमान जेल बिन्दु हो), र प्रणालीले यस समयमा जेल बनाउँछ, यसैले HPMC थर्मल रूपमा प्रेरित जेल हो भनेर संकेत गर्दछ। KGM समाधानको लागि, जब प्रणालीको द्रव्यमान अंश 0.50% र 0.75% हुन्छ, G′र प्रणालीको G "घट्दो प्रवृत्ति देखाउँछ; जब द्रव्यमान अंश बढ्छ, KGM समाधानको G' र G" पहिले घट्छ र त्यसपछि उल्लेखनीय रूपमा बढ्छ, जसले केजीएम समाधानले उच्च द्रव्यमान अंश र उच्च तापमानमा जेल-जस्तै गुणहरू प्रदर्शन गर्दछ।

तापक्रम बढेसँगै जी′र जी"KGM/HPMC जटिल प्रणालीको पहिले घट्यो र त्यसपछि उल्लेखनीय रूपमा बढ्यो, र G′र जी"प्रतिच्छेदन बिन्दुहरू देखा पर्यो, र प्रणालीले जेल बनायो। जब HPMC अणुहरू कम तापक्रममा हुन्छन्, आणविक चेन र पानीका अणुहरूमा हाइड्रोफिलिक समूहहरू बीच हाइड्रोजन बन्धन हुन्छ, र जब तापक्रम बढ्छ, लागू गरिएको तापले HPMC र पानीका अणुहरू बीचको हाइड्रोजन बन्धनलाई नष्ट गर्दछ, परिणामस्वरूप HPMC macromolecular को गठन हुन्छ। चेनहरू। सतहमा हाइड्रोफोबिक समूहहरू उजागर हुन्छन्, हाइड्रोफोबिक एसोसिएशन हुन्छ, र थर्मोट्रोपिक जेल बनाइन्छ। कम द्रव्यमान अंश प्रणालीको लागि, थप KGM सामग्रीले जेल बनाउन सक्छ; उच्च मास अंश प्रणालीको लागि, थप HPMC सामग्री जेल बनाउन सक्छ। कम द्रव्यमान अंश प्रणाली (०.५०%) मा, KGM अणुहरूको उपस्थितिले HPMC अणुहरू बीच हाइड्रोजन बन्डहरू बन्ने सम्भावनालाई कम गर्छ, जसले गर्दा HPMC अणुहरूमा हाइड्रोफोबिक समूहहरूको जोखिमको सम्भावना बढ्छ, जुन थर्मोट्रोपिक जेलको गठनको लागि अनुकूल हुन्छ। उच्च द्रव्यमान अंश प्रणालीमा, यदि KGM को सामग्री धेरै उच्च छ भने, प्रणालीको चिपचिपाहट उच्च छ, जुन HPMC र KGM अणुहरू बीचको हाइड्रोफोबिक सम्बन्धको लागि अनुकूल छैन, जुन थर्मोजेनिक जेलको गठनको लागि अनुकूल छैन।

3. निष्कर्ष

यस पेपरमा, KGM र HPMC को मिश्रित प्रणालीको rheological व्यवहार अध्ययन गरिएको छ। नतिजाहरूले देखाउँछन् कि KGM/HPMC को कम्पाउन्ड प्रणाली एक गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थ हो, र KGM/HPMC को कम्पाउन्ड प्रणालीको तरल प्रकार मुख्यतया KGM द्वारा निर्धारण गरिन्छ। प्रणाली मास अंश र KGM सामग्री बढाउँदा यौगिक समाधानको तरलता घट्यो र यसको चिपचिपापन बढ्यो। सोल स्टेटमा, KGM र HPMC को आणविक चेनहरूले हाइड्रोफोबिक अन्तरक्रियाहरू मार्फत घन संरचना बनाउँछन्। प्रणालीको संरचना बाह्य कतरण द्वारा नष्ट हुन्छ, जसको परिणामस्वरूप प्रणालीको भण्डारण मोड्युलसमा अचानक गिरावट आउँछ। प्रणाली मास अंश र KGM सामग्रीको वृद्धि घने संरचनाको स्थिरता कायम राख्न र संरचनालाई नष्ट गर्ने बाह्य फ्रिक्वेन्सी मान बढाउन लाभदायक हुन्छ। कम जन अंश प्रणाली को लागी, अधिक KGM सामग्री जेल को गठन को लागी अनुकूल छ; उच्च मास अंश प्रणाली को लागी, अधिक HPMC सामग्री जेल को गठन को लागी अनुकूल छ।