Utafiti juu ya tabia ya rheological ya konjac glucomannan na mfumo wa kiwanja wa hydroxypropyl methylcellulose

Mfumo wa kiwanja wa konjac glucomannan (KGM) na hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) ulichukuliwa kama kitu cha utafiti, na majaribio ya hali ya uthabiti ya kukata, frequency na joto yalifanywa kwenye mfumo wa kiwanja kwa rheomita ya mzunguko. Ushawishi wa sehemu ya wingi wa suluhisho na uwiano wa kiwanja juu ya mnato na mali ya rheological ya mfumo wa kiwanja wa KGM/HPMC ilichambuliwa. Matokeo yanaonyesha kuwa mfumo wa kiwanja wa KGM/HPMC ni giligili isiyo ya Newtonian, na ongezeko la sehemu ya molekuli na maudhui ya KGM ya mfumo hupunguza fluidity ya ufumbuzi wa kiwanja na huongeza mnato. Katika hali ya jua, minyororo ya Masi ya KGM na HPMC huunda muundo wa kompakt zaidi kupitia mwingiliano wa haidrofobu. Kuongeza sehemu ya molekuli ya mfumo na maudhui ya KGM yanafaa kwa kudumisha uthabiti wa muundo. Katika mfumo wa sehemu ya chini ya molekuli, kuongeza maudhui ya KGM ni manufaa kwa malezi ya gel thermotropic; wakati katika mfumo wa sehemu ya molekuli ya juu, kuongeza maudhui ya HPMC ni mazuri kwa uundaji wa gel za thermotropic.

Maneno muhimu:konjac glucomannan; hydroxypropyl methylcellulose; kiwanja; tabia ya rheological

Polysaccharides asili hutumiwa sana katika tasnia ya chakula kwa sababu ya unene wao, emulsifying na mali ya gelling. Konjac glucomannan (KGM) ni mmea wa asili wa polysaccharide, unaojumuishaβ-D-glucose naβ-D-mannose kwa uwiano wa 1.6: 1, hizo mbili zimeunganishwa naβ-1,4 vifungo vya glycosidic, katika C- Kuna kiasi kidogo cha asetili kwenye nafasi ya 6 (takriban asetili 1 kwa kila mabaki 17). Hata hivyo, mnato wa juu na unyevu duni wa mmumunyo wa maji wa KGM hupunguza matumizi yake katika uzalishaji. Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) ni etha ya propylene glikoli ya methylcellulose, ambayo ni ya etha ya selulosi isiyo ya ionic. HPMC inatengeneza filamu, mumunyifu katika maji na inaweza kutumika tena. HPMC ina mnato wa chini na nguvu ya gel katika joto la chini, na utendaji duni wa usindikaji, lakini inaweza kuunda gel kiasi cha viscous-kama kwenye joto la juu, hivyo michakato mingi ya uzalishaji lazima ifanyike kwa joto la juu, na kusababisha matumizi ya juu ya nishati ya uzalishaji. Gharama za uzalishaji ni kubwa. Maandiko yanaonyesha kuwa kitengo cha mannose ambacho hakijabadilishwa kwenye mnyororo wa molekuli ya KGM kinaweza kuunda eneo la muungano la haidrofobi lenye uhusiano hafifu na kundi la haidrofobi kwenye mnyororo wa molekuli ya HPMC kupitia mwingiliano wa haidrofobu. Muundo huu unaweza kuchelewesha na kuzuia kwa kiasi ugeushaji wa joto wa HPMC na kupunguza joto la gel ya HPMC. Zaidi ya hayo, kwa kuzingatia sifa za mnato wa chini wa HPMC kwa viwango vya chini vya joto, inatabiriwa kuwa kuchanganya kwake na KGM kunaweza kuboresha sifa za mnato wa juu wa KGM na kuboresha utendaji wake wa usindikaji. Kwa hivyo, karatasi hii itaunda mfumo wa kiwanja wa KGM/HPMC ili kuchunguza ushawishi wa sehemu ya wingi wa suluhu na uwiano wa kiwanja kwenye sifa za rheolojia za mfumo wa KGM/HPMC, na kutoa marejeleo ya kinadharia ya matumizi ya mfumo wa kiwanja wa KGM/HPMC katika sekta ya chakula.

1. Nyenzo na mbinu

1.1 Nyenzo na vitendanishi

Hydroxypropyl methylcellulose, KIMA CHEMICAL CO.,LTD, sehemu ya molekuli 2%, mnato 6 mPa·s; sehemu ya molekuli ya methoxy 28% ~ 30%; sehemu ya molekuli ya haidroksipropili 7.0%~12%.

Konjac glucomannan, Wuhan Johnson Konjac Food Co., Ltd., mnato 1 wt% wa mmumunyo wa maji≥28 000 mPa·s.

1.2 Vyombo na vifaa

MCR92 rheometer ya mzunguko, Anton Paar Co., Ltd., Austria; mashine ya maji ya UPT-II-10T, Sichuan Youpu Ultrapure Technology Co., Ltd.; AB-50 usawa wa uchambuzi wa elektroniki, kampuni ya Uswisi Mette; umwagaji wa maji wa halijoto ya kila mara wa LHS-150HC, Wuxi Huaze Technology Co., Ltd.; JJ-1 Electric Stirrer, Kiwanda cha Vifaa vya Tiba cha Jintan, Mkoa wa Jiangsu.

1.3 Maandalizi ya suluhisho la kiwanja

Pima poda za HPMC na KGM kwa uwiano fulani wa kuchanganya (uwiano wa wingi: 0:10, 3:7, 5:5, 7:3, 10:0), ongeza polepole kwenye maji yaliyotolewa kwa 60.°C umwagaji wa maji, na koroga kwa 1.5 ~ 2 h kufanya hivyo kutawanywa sawasawa, na kuandaa aina 5 ya miyeyusho gradient na jumla ya sehemu ya molekuli imara ya 0.50%, 0.75%, 1.00%, 1.25%, na 1.50%, kwa mtiririko huo.

1.4 Mtihani wa mali ya rheological ya ufumbuzi wa kiwanja

Mtihani wa hali ya kung'aa wa hali ya uthabiti: Mviringo wa rheological wa myeyusho wa kiwanja wa KGM/HPMC ulipimwa kwa kutumia koni na sahani ya CP50, pengo kati ya bamba la juu na la chini liliwekwa 0.1 mm, joto la kipimo lilikuwa 25°C, na kiwango cha kukatwakatwa kilikuwa 0.1 hadi 100 s-1.

Uchanganuzi wa matatizo (uamuzi wa eneo la mnato la mstari): Tumia bati la PP50 kupima eneo la mstari wa mnato na sheria ya mabadiliko ya moduli ya myeyusho wa kiwanja wa KGM/HPMC, weka nafasi iwe 1.000 mm, masafa yasiyobadilika hadi 1Hz, na joto la kipimo hadi 25.°C. Aina ya matatizo ni 0.1%~100%.

Kufagia mara kwa mara: Tumia bati la PP50 kupima mabadiliko ya moduli na utegemezi wa marudio wa suluhu ya kiwanja cha KGM/HPMC. Nafasi imewekwa hadi 1.000 mm, shida ni 1%, joto la kipimo ni 25.°C, na masafa ya masafa ni 0.1-100 Hz.

Uchanganuzi wa halijoto: Moduli na utegemezi wake wa halijoto ya suluhu ya kiwanja ya KGM/HPMC ilipimwa kwa kutumia sahani ya PP50, nafasi iliwekwa kuwa 1.000 mm, masafa ya kudumu yalikuwa 1 Hz, deformation ilikuwa 1%, na joto lilikuwa kutoka 25. kwa 90°C.

2. Matokeo na Uchambuzi

2.1 Uchambuzi wa curve ya mtiririko wa mfumo wa kiwanja wa KGM/HPMC

Mnato dhidi ya mikondo ya kiwango cha mkavu wa miyeyusho ya KGM/HPMC yenye uwiano tofauti wa kuchanganya katika sehemu mbalimbali za molekuli. Maji ambayo mnato wake ni kazi ya mstari wa kiwango cha shear huitwa maji ya Newtonian, vinginevyo huitwa maji yasiyo ya Newtonian. Inaweza kuonekana kutoka kwa curve kwamba mnato wa ufumbuzi wa KGM na ufumbuzi wa kiwanja wa KGM/HPMC hupungua kwa ongezeko la kiwango cha kukata; jinsi maudhui ya KGM yalivyo juu, ndivyo sehemu ya molekuli ya mfumo inavyoongezeka, na ndivyo inavyoonekana wazi zaidi hali ya upunguzaji wa suluhu. Hii inaonyesha kuwa mfumo wa kiwanja wa KGM na KGM/HPMC ni vimiminika visivyo vya Newtonian, na aina ya umajimaji wa mfumo wa kiwanja wa KGM/HPMC huamuliwa zaidi na KGM.

Kutoka kwa faharasa ya mtiririko na mgawo wa mnato wa suluhu za KGM/HPMC zenye sehemu tofauti za wingi na uwiano tofauti wa kiwanja, inaweza kuonekana kuwa thamani za n za mifumo ya kiwanja ya KGM, HPMC na KGM/HPMC zote ni chini ya 1, ikionyesha kuwa suluhu ni maji yote ya pseudoplastic. Kwa mfumo wa kiwanja wa KGM/HPMC, ongezeko la sehemu kubwa ya mfumo itasababisha mshikamano na mwingiliano mwingine kati ya minyororo ya molekuli ya HPMC na KGM katika suluhisho, ambayo itapunguza uhamaji wa minyororo ya molekuli, na hivyo kupunguza thamani ya n. mfumo. Wakati huo huo, kwa kuongezeka kwa maudhui ya KGM, mwingiliano kati ya minyororo ya molekuli ya KGM katika mfumo wa KGM/HPMC huimarishwa, na hivyo kupunguza uhamaji wake na kusababisha kupungua kwa thamani ya n. Kinyume chake, thamani ya K ya suluhisho la kiwanja cha KGM/HPMC huongezeka mara kwa mara na ongezeko la sehemu ya misa ya suluhu na maudhui ya KGM, ambayo ni kutokana na ongezeko la sehemu ya molekuli ya mfumo na maudhui ya KGM, ambayo yote huongeza maudhui ya vikundi vya hydrophilic katika mfumo. , kuongeza mwingiliano wa molekuli ndani ya mnyororo wa molekuli na kati ya minyororo, na hivyo kuongeza radius ya hidrodynamic ya molekuli, na kuifanya uwezekano mdogo wa kuelekezwa chini ya hatua ya nguvu ya nje ya SHEAR na kuongeza mnato.

Thamani ya kinadharia ya mnato wa sifuri-shear wa mfumo wa kiwanja wa KGM/HPMC inaweza kukokotwa kulingana na kanuni ya majumuisho ya logarithmic hapo juu, na thamani yake ya majaribio inaweza kupatikana kwa upanuzi wa Carren unaofaa wa mkunjo wa kiwango cha mnato. Ikilinganisha thamani iliyotabiriwa ya mnato wa sifuri-shear wa mfumo wa kiwanja wa KGM/HPMC na sehemu tofauti za wingi na uwiano tofauti wa kuchanganya na thamani ya majaribio, inaweza kuonekana kuwa thamani halisi ya mnato wa sifuri wa kiwanja cha KGM/HPMC. suluhisho ni ndogo kuliko thamani ya kinadharia. Hii ilionyesha kuwa kusanyiko jipya lenye muundo mnene liliundwa katika mfumo mgumu wa KGM na HPMC. Uchunguzi uliopo umeonyesha kuwa vitengo vya mannose ambavyo havijabadilishwa kwenye mnyororo wa molekuli ya KGM vinaweza kuingiliana na vikundi vya haidrofobi kwenye mnyororo wa molekuli ya HPMC kuunda eneo la muungano dhaifu la haidrofobi. Inakisiwa kuwa muundo mpya wa mkusanyiko wenye muundo mnene kiasi unaundwa kupitia mwingiliano wa haidrofobu. Wakati uwiano wa KGM ni wa chini (HPMC> 50%), thamani halisi ya mnato wa sifuri-shear wa mfumo wa KGM/HPMC ni wa chini kuliko thamani ya kinadharia, ambayo inaonyesha kuwa katika maudhui ya chini ya KGM, molekuli nyingi hushiriki katika mpya mnene. muundo. Katika malezi ya , mnato wa zero-shear wa mfumo hupunguzwa zaidi.

2.2 Uchanganuzi wa mikondo ya kufagia aina ya mfumo wa KGM/HPMC

Kutoka kwa mikondo ya uhusiano ya moduli na aina ya shear ya miyeyusho ya KGM/HPMC yenye visehemu tofauti vya wingi na uwiano tofauti wa kuchanganya, inaweza kuonekana kuwa wakati mvuto wa kukata ni chini ya 10%, G."na G″ya mfumo wa kiwanja kimsingi usiongeze na shida ya shear. Hata hivyo, inaonyesha kwamba ndani ya aina hii ya matatizo ya SHEAR, mfumo wa kiwanja unaweza kukabiliana na msukumo wa nje kupitia mabadiliko ya upatanisho wa mnyororo wa molekuli, na muundo wa mfumo wa kiwanja hauharibiki. Wakati shida ya shear ni> 10%, ya nje Chini ya hatua ya nguvu ya kukata, kasi ya kutenganisha ya minyororo ya Masi katika mfumo tata ni kubwa kuliko kasi ya kukamata, G."na G″kuanza kupungua, na mfumo huingia katika mkoa wa viscoelastic usio na mstari. Kwa hivyo, katika jaribio la masafa ya nguvu lililofuata, kigezo cha kukatwa kwa shear kilichaguliwa kama 1% kwa majaribio.

2.3 Uchambuzi wa curve sweep curve ya mfumo wa kiwanja wa KGM/HPMC

Mikondo tofauti ya moduli ya uhifadhi na moduli ya upotevu yenye marudio ya miyeyusho ya KGM/HPMC yenye uwiano tofauti wa kuchanganya chini ya sehemu tofauti za wingi. Moduli ya hifadhi G' inawakilisha nishati inayoweza kurejeshwa baada ya uhifadhi wa muda katika jaribio, na moduli ya hasara G” inamaanisha nishati inayohitajika kwa mtiririko wa awali, ambayo ni hasara isiyoweza kutenduliwa na hatimaye kubadilishwa kuwa joto la kung'arisha. Inaweza kuonekana kuwa, pamoja na Kadiri masafa ya oscillation yanavyoongezeka, moduli ya upotezaji G″daima ni kubwa kuliko moduli ya hifadhi G", kuonyesha tabia ya kioevu. Katika safu ya masafa ya majaribio, moduli ya hifadhi G' na moduli ya hasara G” huongezeka kwa kuongezeka kwa masafa ya msisimko. Hii ni hasa kutokana na ukweli kwamba pamoja na ongezeko la mzunguko wa oscillation, makundi ya mnyororo wa Masi katika mfumo hawana muda wa kurejesha kwa deformation kwa muda mfupi Hali ya awali, na hivyo kuonyesha jambo ambalo nishati zaidi inaweza kuhifadhiwa. kubwa zaidi G") au inahitaji kupotea (G″).

Kwa kuongezeka kwa mzunguko wa oscillation, moduli ya uhifadhi wa mfumo hupungua ghafla, na kwa ongezeko la sehemu ya molekuli na maudhui ya KGM ya mfumo, hatua ya mzunguko wa kushuka kwa ghafla huongezeka kwa hatua. Kushuka kwa ghafla kunaweza kuwa kwa sababu ya uharibifu wa muundo wa kompakt iliyoundwa na ushirika wa haidrofobi kati ya KGM na HPMC kwenye mfumo kwa kukata manyoya kwa nje. Zaidi ya hayo, ongezeko la sehemu ya molekuli ya mfumo na maudhui ya KGM ni ya manufaa kudumisha uthabiti wa muundo mnene, na huongeza thamani ya mzunguko wa nje ambayo huharibu muundo.

2.4 Uchambuzi wa curve ya kupima halijoto ya mfumo wa mchanganyiko wa KGM/HPMC

Kutoka kwa mikondo ya moduli ya uhifadhi na moduli ya upotevu ya suluhu za KGM/HPMC zilizo na sehemu tofauti za wingi na uwiano tofauti wa kuchanganya, inaweza kuonekana kuwa wakati sehemu kubwa ya mfumo ni 0.50%, G."na G″ya ufumbuzi wa HPMC vigumu kubadilika na joto. , na G″>G", mnato wa mfumo unatawala; wakati sehemu ya wingi inapoongezeka, G"ya suluhisho la HPMC kwanza inabaki bila kubadilika na kisha kuongezeka kwa kasi, na G"na G″pita karibu 70°C (Kiwango cha joto cha sehemu ya makutano ni sehemu ya gel), na mfumo huunda gel kwa wakati huu, na hivyo kuonyesha kwamba HPMC ni gel inayotokana na joto. Kwa suluhisho la KGM, wakati sehemu kubwa ya mfumo ni 0.50% na 0.75%, G."na G ya mfumo “inaonyesha mwelekeo unaopungua; sehemu ya wingi inapoongezeka, G' na G” ya suluhu ya KGM hupungua kwanza na kisha kuongezeka kwa kiasi kikubwa, ambayo inaonyesha kuwa suluhu ya KGM huonyesha sifa zinazofanana na jeli katika sehemu zenye wingi wa juu na joto la juu .

Pamoja na ongezeko la joto, G"na G″ya mfumo changamano wa KGM/HPMC kwanza ulipungua na kisha kuongezeka kwa kiasi kikubwa, na G"na G″alionekana pointi za makutano, na mfumo uliunda gel. Wakati molekuli za HPMC ziko kwenye joto la chini, kuunganisha kwa hidrojeni hutokea kati ya vikundi vya haidrofili kwenye mnyororo wa molekuli na molekuli za maji, na wakati joto linapoongezeka, joto linalotumiwa huharibu vifungo vya hidrojeni vilivyoundwa kati ya HPMC na molekuli za maji, na kusababisha kuundwa kwa macromolecular ya HPMC. minyororo. Makundi ya hydrophobic juu ya uso yanafunuliwa, ushirika wa hydrophobic hutokea, na gel ya thermotropic huundwa. Kwa mfumo wa sehemu ya chini ya molekuli, maudhui zaidi ya KGM yanaweza kuunda gel; kwa mfumo wa sehemu kubwa ya molekuli, maudhui zaidi ya HPMC yanaweza kuunda gel. Katika mfumo wa sehemu ya chini ya molekuli (0.50%), uwepo wa molekuli za KGM hupunguza uwezekano wa kutengeneza vifungo vya hidrojeni kati ya molekuli za HPMC, na hivyo kuongeza uwezekano wa kufichuliwa kwa vikundi vya haidrofobu katika molekuli za HPMC, ambayo inafaa kwa uundaji wa geli za thermotropiki. Katika mfumo wa sehemu ya molekuli ya juu, ikiwa maudhui ya KGM ni ya juu sana, mnato wa mfumo ni wa juu, ambayo haifai kwa ushirikiano wa hydrophobic kati ya molekuli za HPMC na KGM, ambayo haifai kuunda gel ya thermogenic.

3. Hitimisho

Katika karatasi hii, tabia ya rheological ya mfumo wa kiwanja wa KGM na HPMC inasomwa. Matokeo yanaonyesha kuwa mfumo wa kiwanja wa KGM/HPMC ni kiowevu kisicho cha Newtonian, na aina ya umajimaji wa mfumo wa kiwanja wa KGM/HPMC huamuliwa zaidi na KGM. Kuongeza sehemu ya molekuli ya mfumo na maudhui ya KGM vyote vilipunguza umiminiko wa suluhu ya kiwanja na kuongeza mnato wake. Katika hali ya sol, minyororo ya Masi ya KGM na HPMC huunda muundo mnene kupitia mwingiliano wa hydrophobic. Muundo katika mfumo unaharibiwa na kukatwa kwa nje, na kusababisha kushuka kwa ghafla kwa moduli ya uhifadhi wa mfumo. Ongezeko la sehemu ya molekuli ya mfumo na maudhui ya KGM ni ya manufaa kudumisha uthabiti wa muundo mnene na kuongeza thamani ya mzunguko wa nje ambayo huharibu muundo. Kwa mfumo wa sehemu ya chini ya molekuli, maudhui zaidi ya KGM yanafaa kwa uundaji wa gel; kwa mfumo wa sehemu ya molekuli ya juu, maudhui zaidi ya HPMC yanafaa kwa uundaji wa gel.