Ulikan ngeunaan paripolah rheologis konjac glukomanan sareng sistem sanyawa hidroksipropil metilselulosa

Sistem sanyawa konjac glukomanan (KGM) sareng hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) dicandak salaku objék panalungtikan, sareng uji geser, frékuénsi sareng suhu sapuan ajeg dilaksanakeun dina sistem sanyawa ku rheometer rotasi. Pangaruh fraksi massa solusi sareng rasio sanyawa dina viskositas sareng sipat rhéologis sistem sanyawa KGM/HPMC dianalisis. Hasilna nunjukkeun yén sistem sanyawa KGM / HPMC mangrupikeun cairan non-Newtonian, sareng kanaékan fraksi massa sareng eusi KGM sistem ngirangan fluiditas solusi sanyawa sareng ningkatkeun viskositas. Dina kaayaan sol, ranté molekul KGM jeung HPMC ngabentuk struktur leuwih kompak ngaliwatan interaksi hidrofobik. Ngaronjatkeun fraksi massa sistem sareng eusi KGM kondusif pikeun ngajaga stabilitas struktur. Dina sistem fraksi massa low, ngaronjatna eusi KGM mangpaat pikeun formasi gél thermotropic; sedengkeun dina sistem fraksi massa luhur, ngaronjatna eusi HPMC kondusif pikeun formasi gél thermotropic.

kecap konci:konjac glukomanan; hidroksipropil métilselulosa; sanyawa; kabiasaan rheological

Polisakarida alam loba dipaké dina industri pangan alatan thickening maranéhanana, emulsifying sarta sipat gelling. Konjac glucomannan (KGM) nyaéta polisakarida tutuwuhan alam, diwangun kuβ-D-glukosa jeungβ-D-mannose dina nisbah 1,6: 1, dua numbu kuβ-1,4 beungkeut glikosidik, dina C- Aya jumlah leutik asetil dina posisi 6 (kira-kira 1 asetil pikeun unggal 17 résidu). Sanajan kitu, viskositas tinggi na fluidity goréng leyuran cai KGM ngawatesan aplikasi na dina produksi. Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) mangrupikeun éter propiléna glikol tina métilselulosa, anu kalebet éter selulosa non-ionik. HPMC mangrupikeun ngabentuk pilem, larut cai, sareng tiasa diperbaharui. HPMC boga viskositas lemah sareng kakuatan gél dina suhu low, sarta kinerja processing rélatif goréng, tapi bisa ngabentuk gél solid-kawas rélatif kentel dina suhu luhur, jadi loba prosés produksi kudu dilaksanakeun dina suhu luhur, hasilna konsumsi énergi produksi tinggi. Biaya produksi luhur. Literatur nunjukeun yen unit mannose unsubstituted dina ranté molekul KGM bisa ngabentuk wewengkon pakaitna hidrofobik lemah cross-numbu jeung grup hidrofobik dina ranté molekul HPMC ngaliwatan interaksi hidrofobik. Struktur ieu bisa reureuh jeung sawaréh nyegah gelation termal of HPMC jeung nurunkeun suhu gél of HPMC. Sajaba ti éta, dina panempoan sipat viskositas low of HPMC dina hawa rélatif low, eta diprediksi yén compounding na kalawan KGM bisa ngaronjatkeun sipat viskositas luhur KGM sarta ngaronjatkeun kinerja processing na. Ku alatan éta, makalah ieu bakal ngawangun sistem sanyawa KGM/HPMC pikeun neuleuman pangaruh fraksi massa solusi jeung rasio sanyawa dina sipat rheological sistem KGM/HPMC, sarta nyadiakeun rujukan téoritis pikeun aplikasi sistem sanyawa KGM/HPMC dina. industri pangan.

1. Bahan jeung métode

1.1 Bahan jeung réagen

Hydroxypropyl methylcellulose, KIMA CHEMICAL CO.,LTD, fraksi massa 2%, viskositas 6 mPa·s; fraksi massa methoxy 28% ~ 30%; fraksi massa hidroksipropil 7,0% ~ 12%.

Konjac glucomannan, Wuhan Johnson Konjac Food Co., Ltd., viskositas larutan cai 1 wt%≥28 000 mPa·s.

1.2 Instrumén jeung alat

rheometer rotasi MCR92, Anton Paar Co., Ltd., Austria; UPT-II-10T mesin cai ultrapure, Sichuan Youpu Ultrapure Téhnologi Co., Ltd.; AB-50 kasaimbangan analitik éléktronik, Swiss Mette parusahaan; LHS-150HC suhu konstan mandi cai, Wuxi Huaze Téhnologi Co., Ltd.; JJ-1 Electric Stirrer, Jintan Médis Instrumén Factory, Propinsi Jiangsu.

1.3 Nyiapkeun solusi sanyawa

Timbang bubuk HPMC sareng KGM kalayan rasio gabungan anu tangtu (rasio massa: 0:10, 3:7, 5:5, 7:3, 10:0), tambahkeun lalaunan kana cai deionisasi dina 60°C cai mandi, sarta aduk pikeun 1,5 ~ 2 h sangkan eta dispersed merata, sarta nyiapkeun 5 rupa solusi gradién kalawan total fraksi massa padet 0,50%, 0,75%, 1,00%, 1,25%, sarta 1,50%, mungguh.

1.4 Uji sipat rhéologis leyuran sanyawa

Uji geser kaayaan ajeg: Kurva rhéologis larutan sanyawa KGM/HPMC diukur maké congcot jeung pelat CP50, celah antara pelat luhur jeung handap dibereskeun dina 0,1 mm, suhu pangukuran 25°C, sarta rentang laju geser éta 0,1 nepi ka 100 s-1.

Panyeken galur (penentuan wilayah viscoelastic linier): Anggo piring PP50 pikeun ngukur wilayah viscoelastic linier sareng hukum parobahan modulus solusi sanyawa KGM / HPMC, atur jarak ka 1.000 mm, frekuensi tetep ka 1Hz, sareng suhu pangukuran ka 25°C. Rentang galur nyaéta 0,1% ~ 100%.

Sapuan frékuénsi: Paké pelat PP50 pikeun ngukur parobahan modulus jeung gumantungna frékuénsi solusi sanyawa KGM / HPMC. Jarakna disetel ka 1.000 mm, galurna 1%, suhu pangukuranna 25°C, sarta rentang frékuénsi nyaéta 0.1-100 Hz.

Suhu scanning: The modulus jeung gumantungna hawa na tina solusi sanyawa KGM / HPMC diukur maké plat PP50, spasi disetel ka 1.000 mm, frékuénsi tetep éta 1 Hz, deformasi éta 1%, sarta hawa éta ti 25. nepi ka 90°C.

2. Hasil jeung Analisis

2.1 Analisis kurva aliran sistem sanyawa KGM / HPMC

Viskositas versus kurva laju geser solusi KGM/HPMC kalawan babandingan compounding béda dina fraksi massa béda. Cairan anu viskositasna mangrupa fungsi linier laju geser disebut fluida Newtonian, lain disebut fluida non-Newtonian. Ieu bisa ditempo ti kurva yén viskositas solusi KGM jeung solusi sanyawa KGM / HPMC nurun kalawan ngaronjatna laju geser; nu leuwih luhur eusi KGM, nu leuwih luhur fraksi massa sistem, sarta leuwih atra fenomena thinning geser leyuran. Ieu nunjukkeun yén sistem sanyawa KGM sareng KGM / HPMC mangrupikeun cairan non-Newtonian, sareng jinis cairan sistem sanyawa KGM / HPMC utamina ditangtukeun ku KGM.

Tina indéks aliran sareng koefisien viskositas solusi KGM / HPMC kalayan fraksi massa anu béda sareng babandingan sanyawa anu béda, tiasa ditingali yén nilai n sistem sanyawa KGM, HPMC sareng KGM / HPMC sadayana kirang ti 1, nunjukkeun yén solusina sadaya cairan pseudoplastik. Pikeun sistem sanyawa KGM/HPMC, kanaékan fraksi massa sistem bakal ngabalukarkeun entanglement sarta interaksi séjén antara ranté molekuler HPMC na KGM dina leyuran, nu bakal ngurangan mobilitas ranté molekular, kukituna ngurangan nilai n tina sistem. Dina waktos anu sami, kalayan paningkatan eusi KGM, interaksi antara ranté molekular KGM dina sistem KGM / HPMC ningkat, sahingga ngirangan mobilitasna sareng nyababkeun panurunan dina nilai n. Sabalikna, nilai K tina solusi sanyawa KGM/HPMC naek terus jeung ngaronjatna fraksi massa solusi jeung eusi KGM, nu utamana alatan kanaékan fraksi massa sistem jeung eusi KGM, nu duanana ngaronjatkeun eusi gugus hidrofilik dina sistem. , ngaronjatkeun interaksi molekular dina ranté molekular jeung antara ranté, kukituna ngaronjatkeun radius hidrodinamika molekul, sahingga kurang kamungkinan kana jadi berorientasi dina aksi gaya geser éksternal sarta ngaronjatkeun viskositas nu.

Nilai téoritis viskositas enol-geser tina sistem sanyawa KGM/HPMC bisa diitung nurutkeun prinsip summation logaritmik di luhur, sarta nilai eksperimen na bisa diala ku Carren pas extrapolation kurva laju viskositas-geser. Ngabandingkeun nilai diprediksi viskositas enol-geser sistem sanyawa KGM/HPMC kalawan fraksi massa béda jeung babandingan compounding béda jeung nilai eksperimen, bisa ditempo yén nilai sabenerna viskositas enol-geser sanyawa KGM/HPMC. solusina leuwih leutik batan nilai téoritis. Ieu nunjukkeun yén hiji assembly anyar kalawan struktur padet kabentuk dina sistem kompléks KGM na HPMC. Panalitian anu aya parantos nunjukkeun yén unit mannose anu teu disubstitusi dina ranté molekul KGM tiasa berinteraksi sareng gugus hidrofobik dina ranté molekul HPMC pikeun ngabentuk daérah asosiasi hidrofobik silang anu lemah. Diperkirakeun yén struktur assembly anyar kalawan struktur rélatif padet utamana kabentuk ngaliwatan interaksi hidrofobik. Nalika rasio KGM low (HPMC> 50%), nilai sabenerna viskositas enol-geser tina sistem KGM/HPMC leuwih handap tina nilai teoritis, nu nunjukkeun yén dina eusi KGM low, leuwih molekul milu dina denser anyar. struktur. Dina formasi , viskositas nol-geser tina sistem ieu salajengna ngurangan.

2.2 Analisis kurva sapuan galur sistem sanyawa KGM/HPMC

Tina kurva hubungan modulus sareng galur geser solusi KGM/HPMC kalayan fraksi massa anu béda sareng babandingan sanyawa anu béda, tiasa ditingali yén nalika galur geser kirang ti 10%, G'jeung G″tina sistem sanyawa dasarna teu nambahan jeung galur geser. Sanajan kitu, eta nunjukeun yen dina rentang galur geser ieu, sistem sanyawa bisa ngabales rangsangan éksternal ngaliwatan parobahan konformasi ranté molekular, sarta struktur sistem sanyawa teu ruksak. Nalika galur geser nyaéta> 10%, éksternal Dina aksi gaya geser, laju disentanglement ranté molekular dina sistem kompléks leuwih badag batan laju entanglement, G'jeung G″mimiti ngurangan, sarta sistem asup kana wewengkon viscoelastic nonlinier. Ku alatan éta, dina uji frékuénsi dinamis saterusna, parameter galur geser dipilih salaku 1% pikeun nguji.

2.3 Analisis kurva nyapu frékuénsi sahiji sistem sanyawa KGM / HPMC

Kurva variasi modulus gudang jeung modulus leungitna kalawan frékuénsi pikeun KGM / solusi HPMC kalawan babandingan compounding béda dina fraksi massa béda. Modulus panyimpen G 'ngalambangkeun énergi anu tiasa pulih saatos neundeun samentawis dina tés, sareng modulus leungitna G" hartosna énergi anu diperyogikeun pikeun aliran awal, anu mangrupikeun leungitna anu teu tiasa dibalikkeun sareng tungtungna dirobih janten panas geser. Ieu tiasa katingali yén, nalika frékuénsi osilasi ningkat, modulus leungitna G″sok leuwih gede dibandingkeun modulus gudang G', némbongkeun kabiasaan cair. Dina rentang frékuénsi uji, modulus gudang G' jeung modulus leungitna G" ningkat kalawan ngaronjatna frékuénsi osilasi. Ieu utamana alatan kanyataan yén kalawan ngaronjatna frékuénsi osilasi, bagéan ranté molekular dina sistem teu boga waktu pikeun cageur deformasi dina waktu anu singget. gedé G') atawa kudu leungit (G″).

Kalayan kanaékan frékuénsi osilasi, modulus panyimpen sistem turun ngadadak, sareng kalayan paningkatan fraksi massa sareng eusi KGM sistem, titik frékuénsi turunna ngadadak laun-laun ningkat. Turunna ngadadak bisa jadi alatan karuksakan struktur kompak dibentuk ku pakaitna hidrofobik antara KGM na HPMC dina sistem ku shearing éksternal. Leuwih ti éta, kanaékan fraksi massa sistem jeung eusi KGM mangpaatna pikeun ngajaga stabilitas struktur padet, sarta ngaronjatkeun nilai frékuénsi éksternal anu ngancurkeun struktur.

2.4 Analisis kurva scanning suhu sistem komposit KGM / HPMC

Tina kurva modulus panyimpenan sareng modulus leungitna solusi KGM/HPMC kalayan fraksi massa anu béda sareng babandingan sanyawa anu béda, tiasa ditingali yén nalika fraksi massa sistem nyaéta 0,50%, G'jeung G″tina solusi HPMC boro robah kalawan suhu. , jeung G″> G', viskositas sistem ngadominasi; Nalika fraksi massa nambahan, G'tina solusi HPMC mimitina tetep unchanged lajeng naek sharply, sarta G'jeung G″simpang kira-kira 70°C (Suhu titik simpang nyaéta titik gél), sarta sistem ngabentuk gél dina waktos ieu, sahingga nunjukkeun yén HPMC mangrupakeun gél ngainduksi thermally. Pikeun solusi KGM, nalika fraksi massa sistem nyaéta 0,50% sareng 0,75%, G'jeung G tina sistem "nembongkeun trend nurun; nalika fraksi massa naek, G 'jeung G" solusi KGM mimiti ngurangan lajeng ngaronjat sacara signifikan, nu nunjukkeun yén solusi KGM némbongkeun sipat gél-kawas dina fraksi massa tinggi na suhu luhur.

Kalayan paningkatan suhu, G'jeung G″sistem kompléks KGM/HPMC mimitina turun lajeng ngaronjat sacara signifikan, sarta G'jeung G″mucunghul titik simpang, sarta sistem kabentuk gél a. Nalika molekul HPMC aya dina suhu anu handap, beungkeutan hidrogén lumangsung antara gugus hidrofilik dina ranté molekular sareng molekul cai, sareng nalika suhu naék, panas anu diterapkeun ngancurkeun beungkeut hidrogén anu kabentuk antara HPMC sareng molekul cai, nyababkeun formasi makromolekul HPMC. ranté. Gugus hidrofobik dina beungeut cai kakeunaan, asosiasi hidrofobik lumangsung, sarta gél termotropik kabentuk. Pikeun sistem fraksi massa low, eusi KGM leuwih bisa ngabentuk gél; pikeun sistem fraksi massa luhur, eusi HPMC leuwih bisa ngabentuk gél. Dina sistem fraksi massa low (0,50%), ayana molekul KGM ngurangan kamungkinan ngabentuk beungkeut hidrogén antara molekul HPMC, kukituna ngaronjatkeun kamungkinan paparan gugus hidrofobik dina molekul HPMC, nu kondusif pikeun formasi gél thermotropic. Dina sistem fraksi massa tinggi, lamun eusi KGM teuing tinggi, viskositas sistem anu luhur, nu teu kondusif kana pakaitna hidrofobik antara HPMC jeung molekul KGM, nu teu kondusif pikeun formasi gél thermogenic.

3. Kacindekan

Dina makalah ieu, paripolah rheologis sistem sanyawa KGM sareng HPMC ditalungtik. Hasilna nunjukkeun yén sistem sanyawa KGM / HPMC mangrupikeun cairan non-Newtonian, sareng jinis cairan tina sistem sanyawa KGM / HPMC utamina ditangtukeun ku KGM. Ngaronjatkeun fraksi massa sistem sareng eusi KGM duanana ngirangan fluiditas solusi sanyawa sareng ningkatkeun viskositasna. Dina kaayaan sol, ranté molekular KGM sareng HPMC ngabentuk struktur anu langkung padet ngaliwatan interaksi hidrofobik. Struktur dina sistem ancur ku shearing éksternal, hasilna serelek dadakan dina modulus gudang sistem. Paningkatan fraksi massa sistem sareng eusi KGM mangpaat pikeun ngajaga stabilitas struktur padet sareng ningkatkeun nilai frekuensi éksternal anu ngancurkeun struktur. Pikeun sistem fraksi massa low, eusi KGM langkung kondusif pikeun formasi gél; pikeun sistem fraksi massa luhur, eusi HPMC langkung kondusif pikeun formasi gél.