Студија реолошког понашања коњак глукоманана и система једињења хидроксипропил метилцелулозе

За објекат истраживања узет је систем једињења коњац глукоманана (КГМ) и хидроксипропил метилцелулозе (ХПМЦ), а на систему једињења ротационим реометром су спроведени тестови смицања, фреквенције и температуре у стабилном стању. Анализиран је утицај масеног удела раствора и односа једињења на вискозитет и реолошка својства КГМ/ХПМЦ система једињења. Резултати показују да је систем једињења КГМ/ХПМЦ нењутновска течност, а повећање масеног удела и садржаја КГМ система смањује флуидност раствора једињења и повећава вискозитет. У солном стању, КГМ и ХПМЦ молекуларни ланци формирају компактнију структуру кроз хидрофобне интеракције. Повећање масеног удела система и садржаја КГМ погодује одржавању стабилности структуре. У систему мале масене фракције, повећање садржаја КГМ је корисно за формирање термотропних гелова; док у систему високе масене фракције повећање садржаја ХПМЦ погодује формирању термотропних гелова.

Кључне речи:коњац глуцоманнан; хидроксипропил метилцелулоза; спој; реолошко понашање

Природни полисахариди се широко користе у прехрамбеној индустрији због својих својстава згушњавања, емулгирања и желирања. Коњац глукоманан (КГМ) је природни биљни полисахарид, састављен одβ-Д-глукоза иβ-Д-маноза у односу 1,6:1, две су повезанеβ-1,4 гликозидне везе, у Ц- Постоји мала количина ацетила на позицији 6 (приближно 1 ацетил на сваких 17 остатака). Међутим, висок вискозитет и лоша течност КГМ воденог раствора ограничавају његову примену у производњи. Хидроксипропил метилцелулоза (ХПМЦ) је пропилен гликол етар метилцелулозе, који припада нејонском етру целулозе. ХПМЦ ствара филм, растворљив је у води и обновљив. ХПМЦ има ниску вискозност и чврстоћу гела на ниским температурама и релативно лоше перформансе обраде, али може формирати релативно вискозан чврсти гел налик на високим температурама, тако да се многи производни процеси морају изводити на високим температурама, што резултира високом потрошњом енергије у производњи. Трошкови производње су високи. Литература показује да несупституисана јединица манозе на КГМ молекулском ланцу може да формира слабо умрежени хидрофобни асоцијацијски регион са хидрофобном групом на ХПМЦ молекуларном ланцу кроз хидрофобну интеракцију. Ова структура може да одложи и делимично спречи термичку гелацију ХПМЦ и снизи температуру гела ХПМЦ. Поред тога, имајући у виду својства ниске вискозности ХПМЦ-а на релативно ниским температурама, предвиђа се да његово мешање са КГМ-ом може побољшати својства високог вискозитета КГМ-а и побољшати његове перформансе обраде. Стога ће овај рад конструисати систем једињења КГМ/ХПМЦ да би се истражио утицај масеног удела раствора и односа једињења на реолошка својства КГМ/ХПМЦ система и пружиће теоријску референцу за примену КГМ/ХПМЦ система једињења у прехрамбена индустрија.

1. Материјали и методе

1.1 Материјали и реагенси

Хидроксипропил метилцелулоза, КИМА ЦХЕМИЦАЛ ЦО.,ЛТД, масени удео 2%, вискозитет 6 мПа·с; метокси масени удео 28%~30%; хидроксипропил масени удео 7,0%~12% .

Коњац глукоманан, Вухан Јохнсон Коњац Фоод Цо., Лтд., 1 теж.% вискозитет воденог раствора≥28 000 мПа·s.

1.2 Инструменти и опрема

МЦР92 ротациони реометар, Антон Паар Цо., Лтд., Аустрија; УПТ-ИИ-10Т машина за ултрачисту воду, Сицхуан Иоупу Ултрапуре Тецхнологи Цо., Лтд.; Електронска аналитичка вага АБ-50, швајцарска компанија Метте; ЛХС-150ХЦ водено купатило са константном температуром, Вуки Хуазе Тецхнологи Цо., Лтд.; ЈЈ-1 Електрична мешалица, Фабрика медицинских инструмената Јинтан, провинција Ђангсу.

1.3 Припрема раствора једињења

Одмерите ХПМЦ и КГМ прах са одређеним односом мешања (масени однос: 0:10, 3:7, 5:5, 7:3, 10:0), полако их додајте у дејонизовану воду у 60°Ц водено купатило, и мешати 1,5 ~ 2 х да се равномерно диспергује и припремити 5 врста градијентних раствора са укупним масеним уделом чврсте материје од 0,50%, 0,75%, 1,00%, 1,25% и 1,50%, респективно.

1.4 Испитивање реолошких својстава раствора једињења

Тест смицања у стабилном стању: Реолошка крива раствора КГМ/ХПМЦ једињења је мерена коришћењем ЦП50 конуса и плоче, размак између горње и доње плоче је фиксиран на 0,1 мм, температура мерења је била 25°Ц, а опсег брзине смицања је био од 0,1 до 100 с-1.

Скенирање деформација (одређивање линеарног вискоеластичног региона): Користите плочу ПП50 да измерите линеарну вискоеластичну област и закон промене модула раствора КГМ/ХПМЦ једињења, поставите размак на 1.000 мм, фиксну фреквенцију на 1Хз и температуру мерења на 25°Ц. Опсег деформације је 0,1%~100%.

Промена фреквенције: Користите плочу ПП50 да измерите промену модула и зависност од фреквенције раствора КГМ/ХПМЦ једињења. Размак је подешен на 1.000 мм, деформација је 1%, температура мерења је 25°Ц, а опсег фреквенција је 0,1-100 Хз.

Скенирање температуре: Модул и његова температурна зависност раствора КГМ/ХПМЦ једињења мерени су помоћу плоче ПП50, размак је постављен на 1.000 мм, фиксна фреквенција је била 1 Хз, деформација је била 1%, а температура је била од 25 до 90°C.

2. Резултати и анализа

2.1 Анализа криве протока КГМ/ХПМЦ система једињења

Криве вискозитета у односу на брзину смицања КГМ/ХПМЦ раствора са различитим односима мешања при различитим масеним фракцијама. Флуиди чија је вискозност линеарна функција брзине смицања називају се њутновске течности, иначе се називају нењутновске течности. Из криве се може видети да вискозност раствора КГМ и раствора КГМ/ХПМЦ једињења опада са повећањем брзине смицања; што је већи садржај КГМ, већи је масени удео система и очигледнији је феномен смичног стањивања раствора. Ово показује да су КГМ и КГМ/ХПМЦ сложени систем не-њутновске течности, а тип флуида КГМ/ХПМЦ сложеног система углавном је одређен КГМ-ом.

Из индекса протока и коефицијента вискозитета КГМ/ХПМЦ раствора са различитим масеним уделима и различитим односима једињења, може се видети да су н вредности КГМ, ХПМЦ и КГМ/ХПМЦ система једињења све мање од 1, што указује да су раствори све псеудопластичне течности. За систем једињења КГМ/ХПМЦ, повећање масеног удела у систему ће изазвати преплитање и друге интеракције између ХПМЦ и КГМ молекулских ланаца у раствору, што ће смањити мобилност молекуларних ланаца, чиме ће се смањити вредност н систем. Истовремено, са повећањем садржаја КГМ, појачава се интеракција између КГМ молекулских ланаца у КГМ/ХПМЦ систему, чиме се смањује његова мобилност и резултира смањењем вредности н. Напротив, К вредност раствора једињења КГМ/ХПМЦ континуирано расте са повећањем масеног удела раствора и садржаја КГМ, што је углавном последица повећања масеног удела у систему и садржаја КГМ, који оба повећавају садржај хидрофилне групе у систему. , повећавајући молекуларну интеракцију унутар молекулског ланца и између ланаца, чиме се повећава хидродинамички радијус молекула, чинећи га мање вероватним да ће бити оријентисан под дејством спољне силе смицања и повећавајући вискозитет.

Теоријска вредност вискозитета нултог смицања система једињења КГМ/ХПМЦ може се израчунати према горе наведеном принципу логаритамског сумирања, а њена експериментална вредност се може добити екстраполацијом криве брзине смицања по Царрен фитингу. Упоређујући предвиђену вредност вискозитета нултог смицања система једињења КГМ/ХПМЦ са различитим масеним уделима и различитим односима мешања са експерименталном вредношћу, може се видети да је стварна вредност вискозитета нултог смицања једињења КГМ/ХПМЦ решење је мање од теоријске вредности. Ово је указало на то да је у сложеном систему КГМ и ХПМЦ формиран нови склоп са густом структуром. Постојеће студије су показале да несупституисане јединице манозе на КГМ молекуларном ланцу могу да интерагују са хидрофобним групама на ХПМЦ молекуларном ланцу да би формирале слабо умрежени хидрофобни асоцијацијски регион. Спекулише се да се нова структура склопа са релативно густом структуром углавном формира кроз хидрофобне интеракције. Када је однос КГМ низак (ХПМЦ > 50%), стварна вредност вискозитета нултог смицања КГМ/ХПМЦ система је нижа од теоријске вредности, што указује да при ниском садржају КГМ више молекула учествује у гушћем новом структура. У формирању , вискозност система нултог смицања се даље смањује.

2.2 Анализа кривуља деформације система једињења КГМ/ХПМЦ

Из кривих односа модула и смичне деформације КГМ/ХПМЦ раствора са различитим масеним уделима и различитим односима мешања, може се видети да када је смична деформација мања од 10%, Г′и Г″сложеног система у основи се не повећавају са смичном деформацијом. Међутим, показује да у оквиру овог опсега смичућих деформација, систем једињења може да одговори на спољашње стимулусе кроз промену конформације молекулског ланца, а структура система једињења није оштећена. Када је смична деформација >10%, спољашња Под дејством силе смицања, брзина расплета молекуларних ланаца у сложеном систему је већа од брзине заплетања, Г′и Г″почињу да опадају, а систем улази у нелинеарну вискоеластичну област. Због тога је у следећем тесту динамичке фреквенције параметар смичне деформације изабран као 1% за испитивање.

2.3 Анализа криве фреквенције за КГМ/ХПМЦ систем једињења

Криве варијације модула складиштења и модула губитка са фреквенцијом за КГМ/ХПМЦ решења са различитим односима мешања под различитим масеним уделима. Модул складиштења Г' представља енергију која се може повратити након привременог складиштења у тесту, а модул губитка Г" означава енергију потребну за почетни проток, који је неповратан губитак и коначно се трансформише у топлоту смицања. Може се видети да, са Како се фреквенција осциловања повећава, модул губитака Г″је увек већи од модула складиштења Г′, показујући течно понашање. У опсегу тестних фреквенција, модул меморије Г' и модул губитака Г” се повећавају са повећањем фреквенције осциловања. Ово је углавном због чињенице да са повећањем фреквенције осциловања, сегменти молекуларног ланца у систему немају времена да се опораве до деформације за кратко време. Претходно стање, показујући тако феномен да се више енергије може ускладиштити ( већи Г′) или треба да се изгуби (Г″).

Са повећањем фреквенције осциловања, модул складиштења система нагло опада, а са повећањем масеног удела и садржаја КГМ система, тачка фреквенције наглог пада постепено расте. Изненадни пад може бити последица уништења компактне структуре формиране хидрофобном асоцијацијом између КГМ и ХПМЦ у систему спољним смицањем. Штавише, повећање масеног удела система и садржаја КГМ је корисно за одржавање стабилности густе структуре и повећава вредност спољашње фреквенције која уништава структуру.

2.4 Анализа криве температурног скенирања КГМ/ХПМЦ композитног система

Из кривих модула складиштења и модула губитка КГМ/ХПМЦ раствора са различитим масеним уделима и различитим односима мешања, може се видети да када је масени удео система 0,50%, Г′и Г″ХПМЦ раствора се једва мења са температуром. , и Г″>Г′, вискозност система доминира; када се масени удео повећава, Г′ХПМЦ раствора прво остаје непромењена, а затим нагло расте, а Г′и Г″секу на око 70°Ц (температура пресечне тачке је тачка гела), а систем у овом тренутку формира гел, што указује да је ХПМЦ термички индуковани гел. За решење КГМ, када је масени удео система 0,50% и 0,75%, Г′и Г система „показује опадајући тренд; када се масени удео повећа, Г' и Г” раствора КГМ се прво смањују, а затим значајно повећавају, што указује да КГМ раствор испољава својства слична гелу при високим масеним уделима и високим температурама.

Са повећањем температуре, Г′и Г″комплексног система КГМ/ХПМЦ се прво смањио, а затим значајно повећао, а Г′и Г″појавиле су се тачке пресека, а систем је формирао гел. Када су ХПМЦ молекули на ниској температури, долази до водоничне везе између хидрофилних група на молекулском ланцу и молекула воде, а када температура порасте, примењена топлота уништава водоничне везе формиране између ХПМЦ и молекула воде, што доводи до формирања ХПМЦ макромолекула ланцима. Хидрофобне групе на површини су изложене, долази до хидрофобне асоцијације и формира се термотропни гел. За систем мале масене фракције, више садржаја КГМ може да формира гел; за систем велике масене фракције, више садржаја ХПМЦ може да формира гел. У систему мале масене фракције (0,50%), присуство КГМ молекула смањује вероватноћу формирања водоничних веза између ХПМЦ молекула, чиме се повећава могућност излагања хидрофобних група у ХПМЦ молекулима, што погодује формирању термотропних гелова. У систему велике масене фракције, ако је садржај КГМ превисок, вискозност система је висока, што не погодује хидрофобној асоцијацији између ХПМЦ и КГМ молекула, што није погодно за формирање термогеног гела.

3. Закључак

У овом раду се проучава реолошко понашање система једињења КГМ и ХПМЦ. Резултати показују да је сложени систем КГМ/ХПМЦ не-њутновска течност, а тип флуида сложеног система КГМ/ХПМЦ углавном је одређен КГМ. Повећање масеног удела у систему и садржаја КГМ-а смањило је флуидност раствора једињења и повећало његов вискозитет. У солном стању, молекуларни ланци КГМ и ХПМЦ формирају гушћу структуру кроз хидрофобне интеракције. Структура у систему је уништена спољним смицањем, што доводи до наглог пада модула складиштења система. Повећање масеног удела система и садржаја КГМ је корисно за одржавање стабилности густе структуре и повећање вредности спољашње фреквенције која уништава структуру. За систем мале масене фракције, већи садржај КГМ погодује формирању гела; за систем високе масене фракције, већи садржај ХПМЦ погодује формирању гела.