Омӯзиши рафтори реологии глюкоманнани коняк ва системаи пайвастагии гидроксипропил метилцеллюлоза

Системаи мураккаби коняк глюкоманнан (KGM) ва гидроксипропил метилселлюлоза (HPMC) ҳамчун объекти тадқиқот гирифта шуда, дар системаи пайвастагӣ тавассути реометри гардиш санҷиши ҳолати муътадил, ҷараён, басомад ва ҳарорат гузаронида шуд. Таъсири фраксияи массаи мањлул ва таносуби пайвастагињо ба часпакї ва хосиятњои реологии системаи пайвастагии KGM/HPMC тањлил карда шуд. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки системаи мураккаби KGM/HPMC моеъи ғайринютонӣ аст ва афзоиши фраксияи масса ва таркиби KGM дар система моеъи маҳлули пайвастагиро коҳиш медиҳад ва часпакро зиёд мекунад. Дар ҳолати сол, занҷирҳои молекулавии KGM ва HPMC тавассути таъсири мутақобилаи гидрофобӣ сохтори зичтарро ташкил медиҳанд. Баланд бардоштани фраксияи массаи система ва мундариҷаи KGM барои нигоҳ доштани устувории сохтор мусоидат мекунад. Дар системаи фраксияи пасти масса зиёд кардани таркиби KGM барои ташаккули гелҳои термотропӣ муфид аст; дар ҳоле ки дар системаи фраксияи массаи баланд, зиёд кардани мундариҷаи HPMC ба ташаккули гелҳои термотропӣ мусоидат мекунад.

Калимаҳои калидӣ:коняк глюкоманнан; гидроксипропил метилцеллюлоза; мураккаб; рафтори реологӣ

Полисахаридҳои табиӣ аз сабаби хосиятҳои ғафскунанда, эмульсия ва гелоскунӣ дар саноати хӯрокворӣ васеъ истифода мешаванд. Konjac glucomannan (KGM) полисахариди табиии растанӣ мебошад, ки аз он иборат астβ-D-глюкоза ваβ-D-mannose дар таносуби 1,6: 1, ҳарду аз ҷониби пайвандандβ-1,4 пайвандҳои гликозидӣ, дар C- Дар мавқеи 6 миқдори ками ацетил мавҷуд аст (тақрибан 1 ацетил барои ҳар 17 боқимонда). Бо вуҷуди ин, часпакии баланд ва моеъи пасти маҳлули обии KGM истифодаи онро дар истеҳсолот маҳдуд мекунад. Гидроксипропил метилцеллюлоза (HPMC) як эфири пропиленгликоли метилцеллюлоза мебошад, ки ба эфири ғайриионии селлюлоза тааллуқ дорад. HPMC филмсозанда, об ҳалшаванда ва барқароршаванда аст. HPMC дорои часпак ва қувваи гел дар ҳарорати паст аст ва иҷрои нисбатан пасти коркард, аммо метавонад дар ҳарорати баланд як гели нисбатан часпаки сахти монандро ташкил диҳад, аз ин рӯ бисёр равандҳои истеҳсолӣ бояд дар ҳарорати баланд анҷом дода шаванд, ки боиси истеъмоли баланди энергияи истеҳсолӣ мегардад. Харочоти истехсолот баланд аст. Адабиёт нишон медиҳад, ки воҳиди маннозаи ивазнашаванда дар занҷири молекулавии KGM метавонад тавассути таъсири мутақобилаи гидрофобӣ бо гурӯҳи гидрофобӣ дар занҷири молекулавии HPMC як минтақаи ассотсиатсияи сусти гидрофобиро ташкил кунад. Ин сохтор метавонад гелатсияи гармии HPMC-ро таъхир ва қисман пешгирӣ кунад ва ҳарорати гели HPMC-ро паст кунад. Илова бар ин, бо дарназардошти хосиятҳои часпакии пасти HPMC дар ҳарорати нисбатан паст, пешгӯӣ карда мешавад, ки пайвастагии он бо KGM метавонад хосиятҳои часпакии KGM-ро беҳтар кунад ва нишондиҳандаҳои коркарди онро беҳтар кунад. Аз ин рӯ, ин мақола як системаи мураккаби KGM/HPMC-ро барои омӯхтани таъсири фраксияи массаи маҳлул ва таносуби пайвастагиҳо ба хосиятҳои реологии системаи KGM/HPMC месозад ва истинодҳои назариявӣ барои татбиқи системаи мураккаби KGM/HPMC дар саноати хурокворй.

1. Маводҳо ва усулҳо

1.1 Маводҳо ва реактивҳо

Гидроксипропил метилцеллюлоза, KIMA CHEMICAL CO.,LTD, фраксияи масса 2%, часпак 6 мПа·с; фраксияи массаи метокси 28% ~ 30%; Ҳиссаи массаи гидроксипропил 7,0% ~ 12%.

Konjac glucomannan, Wuhan Johnson Konjac Food Co., Ltd., 1 ват% часпакии маҳлули обӣ≥28 000 мПа·s.

1.2 Асбобҳо ва таҷҳизот

Реометри гардиши MCR92, Anton Paar Co., Ltd., Австрия; UPT-II-10T мошини оби ултрасаф, Sichuan Youpu Ultrapure Technology Co., Ltd.; Тавозуни таҳлилии электронии AB-50, ширкати Swiss Mette; LHS-150HC ҳарорати доимии ванна об, Wuxi Huaze Technology Co., Ltd.; Мошини электрикии JJ-1, заводи асбобхои тиббии Цинтан, музофоти Цзянсу.

1.3 Тайёр кардани маҳлули мураккаб

Хокаҳои HPMC ва KGM-ро бо таносуби муайяни таркиб (таносуби масса: 0:10, 3:7, 5:5, 7:3, 10:0) вазн кунед, онҳоро оҳиста ба оби деионизатсияшуда дар 60 дараҷа илова кунед.°C ванна об кунед ва 1,5 ~ 2 соат омехта кунед, то он баробар пароканда шавад ва 5 намуди маҳлулҳои градиентиро бо фраксияҳои умумии массаи сахти мутаносибан 0,50%, 0,75%, 1,00%, 1,25% ва 1,50% омода кунед.

1.4 Санҷиши хосиятҳои реологии маҳлули мураккаб

Санҷиши муътадил кӯчиш: Каҷи реологии маҳлули пайвастагии KGM/HPMC бо истифода аз конус ва плитаи CP50 чен карда шуд, фосилаи байни плитаҳои болоӣ ва поёнӣ дар 0,1 мм муқаррар карда шуд, ҳарорати андозагирӣ 25 буд.°C ва диапазони суръати ҳаракат аз 0,1 то 100 с-1 буд.

Сканкунии штамм (муайян кардани минтақаи часпакии хатӣ): Барои чен кардани минтақаи часпакии хатӣ ва қонуни тағирёбии модули маҳлули таркибии KGM/HPMC аз лавҳаи PP50 истифода баред, фосиларо ба 1.000 мм, басомади собит ба 1 Гц ва ҳарорати ченкунӣ то 25 муқаррар кунед.°C. Диапазони шиддат 0,1% ~ 100% аст.

Тозакунии басомадҳо: Барои чен кардани тағирёбии модул ва вобастагии басомади маҳлули мураккаби KGM/HPMC аз лавҳаи PP50 истифода баред. Фосила ба 1000 мм муқаррар карда шудааст, шиддат 1%, ҳарорати андозагирӣ 25°C ва диапазони басомад 0,1-100 Гц аст.

Сканкунии ҳарорат: Модул ва вобастагии ҳарорати он аз маҳлули мураккаби KGM/HPMC бо истифода аз лавҳаи PP50 чен карда шуд, фосила ба 1.000 мм муқаррар карда шуд, басомади собит 1 Гц, деформатсия 1% ва ҳарорат аз 25 буд. ба 90°C.

2. Натиҷаҳо ва таҳлил

2.1 Таҳлили каҷи ҷараёни системаи мураккаби KGM/HPMC

Часпакӣ ва қубурҳои суръати гардиши маҳлулҳои KGM/HPMC бо таносуби гуногуни пайвастагӣ дар фраксияҳои гуногуни оммавӣ. Моеъҳое, ки часпакиашон функсияи хаттии суръати ҳаракат аст, моеъҳои Нютонӣ номида мешаванд, вагарна моеъҳои ғайринютонӣ номида мешаванд. Аз хатти каљ дидан мумкин аст, ки часпакии мањлули КГМ ва мањлули таркибии KGM/HPMC бо афзоиши суръати буриш кам мешавад; ки мазмуни KGM баландтар бошад, фраксияи массаи система баландтар аст ва ходисаи борикшавии махлул хамон кадар аёнтар мешавад. Ин нишон медиҳад, ки системаи мураккаби KGM ва KGM/HPMC моеъҳои ғайри Нютонӣ мебошанд ва навъи моеъи системаи пайвастаи KGM/HPMC асосан аз ҷониби KGM муайян карда мешавад.

Аз индекси ҷараён ва коэффисиенти часпакии маҳлулҳои KGM/HPMC бо фраксияҳои гуногуни масса ва таносуби гуногуни пайвастагӣ, дидан мумкин аст, ки n арзишҳои системаҳои мураккаби KGM, HPMC ва KGM/HPMC ҳама аз 1 камтаранд, ки ин нишон медиҳад, ки маҳлулҳо ҳама моеъҳои псевдопластикӣ. Барои системаи мураккаби KGM/HPMC, афзоиши фраксияи массаи система боиси печидан ва дигар таъсироти мутақобила байни занҷирҳои молекулавии HPMC ва KGM дар маҳлул мегардад, ки ҳаракати занҷирҳои молекулавиро коҳиш медиҳад ва ба ин васила арзиши n-ро коҳиш медиҳад. система. Дар баробари ин, бо афзоиши таркиби KGM, таъсири мутақобилаи занҷирҳои молекулавии KGM дар системаи KGM/HPMC такмил дода мешавад ва ба ин васила ҳаракати онро коҳиш медиҳад ва боиси коҳиши арзиши n мегардад. Баръакс, арзиши К-и маҳлули пайвастагии KGM/HPMC бо афзоиши фраксияи массаи маҳлул ва мундариҷаи KGM пайваста меафзояд, ки ин асосан аз ҳисоби афзоиши фраксияи массаи система ва мундариҷаи KGM мебошад, ки ҳарду таркиби онро зиёд мекунанд. гурӯҳҳои гидрофиликӣ дар система. , баланд бардоштани таъсири мутақобилаи молекулавӣ дар дохили занҷири молекулавӣ ва байни занҷирҳо, ба ин васила радиуси гидродинамикии молекуларо зиёд мекунад ва эҳтимолияти он дар зери таъсири қувваи буриши беруна нигаронида шуда, часпакиро зиёд мекунад.

Қимати назариявии часпакии сифрии системаи мураккаби KGM/HPMC-ро мувофиқи принсипи ҷамъбасти логарифмикии боло ҳисоб кардан мумкин аст ва арзиши таҷрибавии онро бо роҳи экстраполяцияи мувофиқи Каррен аз хати каҷшавии суръати часпак ба даст овардан мумкин аст. Муқоисаи арзиши пешбинишудаи часпакии сифрии системаи таркибии KGM/HPMC бо фраксияҳои гуногуни масса ва таносуби гуногуни омехта бо арзиши таҷрибавӣ, дидан мумкин аст, ки арзиши воқеии часпакии сифрии таркиби KGM/HPMC ҳалли он аз арзиши назариявӣ хурдтар аст. Ин нишон дод, ки дар системам мураккаби КГМ ва ХПМК монтажи нави дорой структурам зич ташкил карда шудааст. Тадқиқотҳои мавҷуда нишон доданд, ки воҳидҳои ивазнашавандаи манноза дар занҷири молекулавии KGM метавонанд бо гурӯҳҳои гидрофобӣ дар занҷири молекулавии HPMC мутақобила карда, як минтақаи ассотсиатсияи гидрофобикии суст алоқамандро ташкил кунанд. Тахмин карда мешавад, ки сохтори нави монтажи дорои сохтори нисбатан зич асосан тавассути таъсири мутақобилаи гидрофобӣ ташаккул меёбад. Вақте ки таносуби KGM паст аст (HPMC > 50%), арзиши воқеии часпакии сифрии системаи KGM/HPMC аз арзиши назариявӣ пасттар аст, ки ин нишон медиҳад, ки дар миқдори ками KGM молекулаҳои бештар дар зичтари нав иштирок мекунанд. сохтор. Дар ташаккули , часпакии сифрии система боз хам кам мешавад.

2.2 Таҳлили каҷҳои тозакунии шиддати системаи мураккаби KGM/HPMC

Аз хати каҷҳои муносибати модулҳо ва шиддати ҷудошавии маҳлулҳои KGM/HPMC бо фраксияҳои гуногуни масса ва таносуби гуногуни пайвастагӣ, дидан мумкин аст, ки вақте ки шиддат аз 10% камтар аст, G'ва Г″системаи мураккаб асосан бо шиддати қаҳва зиёд намешавад. Бо вуҷуди ин, он нишон медиҳад, ки дар доираи ин диапазони шиддати кӯза, системаи мураккаб метавонад ба ангезаҳои беруна тавассути тағир додани конформатсияи занҷири молекулавӣ ҷавоб диҳад ва сохтори системаи мураккаб осеб надиҳад. Вақте ки шиддати буриш >10% аст, берунӣ Дар зери таъсири қувваи буриш суръати ҷудошавии занҷирҳои молекулавӣ дар системаи мураккаб аз суръати печидан зиёд аст, G'ва Г″ба кам шудан оғоз мекунад ва система ба минтақаи ғайрихаттӣ часпакӣ медарояд. Аз ин рӯ, дар озмоиши минбаъдаи басомади динамикӣ, параметри шиддати қаҳва ҳамчун 1% барои санҷиш интихоб карда шуд.

2.3 Таҳлили каҷкунии басомади системаи мураккаби KGM/HPMC

Каҷҳои тағирёбии модули нигоҳдорӣ ва модули талафот бо басомад барои ҳалли KGM/HPMC бо таносуби гуногуни пайвастагӣ дар фраксияҳои гуногуни масса. Модули нигаҳдории G' энергияеро, ки пас аз нигоҳдории муваққатӣ дар озмоиш барқарор кардан мумкин аст, ифода мекунад ва модули талафоти G” энергияи заруриро барои ҷараёни ибтидоӣ ифода мекунад, ки талафоти бебозгашт аст ва дар ниҳоят ба гармии қаҳваранг мубаддал мешавад. Мумкин аст, ки бо зиёд шудани басомади ларзиш, модули талафоти G″ҳамеша аз модули нигоҳдории G зиёдтар аст', рафтори моеъ нишон дода. Дар диапазони басомади озмоиш модули нигоҳдории G' ва модули талафоти G» бо афзоиши басомади ларзиш меафзояд. Ин асосан аз он иборат аст, ки бо зиёд шудани басомади ларзиш, сегментҳои занҷири молекулавӣ дар система вақт надоранд, то деформатсияро дар муддати кӯтоҳ барқарор кунанд Ҳолати қаблӣ ва ҳамин тавр падидаеро нишон медиҳад, ки энергияи бештарро нигоҳ доштан мумкин аст ( калонтар Г') ё гум шудан лозим аст (Г″).

Бо зиёд шудани басомади ларзиш модули нигоҳдории система ногаҳон коҳиш меёбад ва бо афзоиши фраксияи масса ва таркиби KGM дар система, нуқтаи басомади пастшавии ногаҳонӣ тадриҷан меафзояд. Камшавии ногаҳонӣ метавонад аз вайрон шудани сохтори паймоне, ки дар натиҷаи ассотсиатсияи гидрофобӣ байни KGM ва HPMC дар система тавассути буридани беруна ба вуҷуд омадааст, бошад. Ғайр аз он, афзоиши фраксияи массаи система ва мундариҷаи KGM барои нигоҳ доштани устувории сохтори зич муфид аст ва арзиши басомади берунаро, ки сохторро вайрон мекунад, зиёд мекунад.

2.4 Таҳлили каҷи сканкунии ҳарорат аз системаи таркибии KGM/HPMC

Аз каҷҳои модули нигоҳдорӣ ва модули талафоти маҳлулҳои KGM/HPMC бо фраксияҳои гуногуни масса ва таносуби гуногуни пайвастагӣ, дидан мумкин аст, ки вақте ки фраксияи массаи система 0,50% аст, G'ва Г″маҳлули HPMC бо ҳарорати базӯр тағйир меёбад. , ва Г″>Г', часпакии система бартарй дорад; вақте ки фраксияи масса зиёд мешавад, Г'махлули HPMC аввал бетағйир мемонад ва баъд якбора зиёд мешавад ва Г'ва Г″дар атрофи 70 бурида мешавад°C (Ҳарорати нуқтаи буриш нуқтаи гел аст) ва система дар ин вақт гелро ташкил медиҳад ва ҳамин тавр нишон медиҳад, ки HPMC гели аз ҷиҳати термикӣ тавлидшуда мебошад. Барои ҳалли KGM, вақте ки фраксияи массаи система 0,50% ва 0,75% аст, G'ва Г система« тамоюли камшавиро нишон медихад; вакте ки фракцияи масса зиёд мешавад, Г' ва Г»-и махлули КГМ аввал кам шуда, баъд хеле зиёд мешавад, ки ин нишон медихад, ки махлули KGM дар фраксияхои масса ва харорати баланд хосиятхои гелмонанд дорад.

Бо баланд шудани харорат Г'ва Г″системаи комплексии КГМ/ГПМК аввал кам шуда, баъд хеле афзуд ва Г'ва Г″нуқтаҳои буриш пайдо шуданд ва система гелро ташкил дод. Вақте ки молекулаҳои HPMC дар ҳарорати паст қарор доранд, пайванди гидроген дар байни гурӯҳҳои гидрофиликӣ дар занҷири молекулавӣ ва молекулаҳои об ба амал меояд ва вақте ки ҳарорат баланд мешавад, гармии истифодашаванда пайвандҳои гидрогени байни HPMC ва молекулаҳои обро вайрон мекунад ва дар натиҷа макромолекулаҳои HPMC ба вуҷуд меояд. занҷирҳо. Гурўњњои гидрофобї дар рўи сатњ ошкор мешаванд, ассотсиатсияи гидрофобї ба амал меояд ва гели термотропї ба вуљуд меояд. Барои системаи фраксияи массаи кам, мундариҷаи бештари KGM метавонад гелро ташкил диҳад; барои системаи фраксияи баланд, мундариҷаи бештари HPMC метавонад гелро ташкил диҳад. Дар системаи фраксияи пасти масса (0,50%) мавҷудияти молекулаҳои KGM эҳтимолияти ба вуҷуд омадани пайвандҳои гидрогенро дар байни молекулаҳои HPMC коҳиш медиҳад ва ба ин васила имкони таъсири гурӯҳҳои гидрофобиро дар молекулаҳои HPMC зиёд мекунад, ки ба ташаккули гелҳои термотропӣ мусоидат мекунад. Дар системаи фраксияи массаи баланд, агар таркиби KGM аз ҳад зиёд бошад, часпакии система баланд аст, ки ин ба ассотсиатсияи гидрофобии байни молекулаҳои HPMC ва KGM мусоидат намекунад, ки ба ташаккули гели термогенӣ мусоидат намекунад.

3. Хулоса

Дар ин мақола рафтори реологии системаи мураккаби KGM ва HPMC омӯхта шудааст. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки системаи мураккаби KGM/HPMC моеъи ғайри Нютонӣ аст ва навъи моеъи системаи мураккаби KGM/HPMC асосан аз ҷониби KGM муайян карда мешавад. Баланд бардоштани фраксияи массаи система ва таркиби KGM ҳам моеъи маҳлули мураккабро коҳиш дод ва ҳам часпакии онро зиёд кард. Дар ҳолати сол, занҷирҳои молекулавии KGM ва HPMC тавассути таъсири мутақобилаи гидрофобӣ сохтори зичтарро ташкил медиҳанд. Сохтор дар система тавассути буридани беруна вайрон мешавад, ки дар натиҷа модули нигоҳдории система якбора коҳиш меёбад. Афзоиши фраксияи массаи система ва мундариҷаи KGM барои нигоҳ доштани устувории сохтори зич ва баланд бардоштани арзиши басомади беруна, ки сохторро вайрон мекунад, муфид аст. Барои системаи фраксияи массаи кам, миқдори бештари KGM ба ташаккули гел мусоидат мекунад; барои системаи фраксияи массаи баланд, мундариҷаи бештари HPMC ба ташаккули гел мусоидат мекунад.