Konýak glýukomannanyň we gidroksipropil metilseluloza birleşme ulgamynyň reologiki häsiýetini öwrenmek

Gözleg obýekti hökmünde konýak glýukomannan (KGM) we gidroksipropil metilseluloza (HPMC) birleşme ulgamy kabul edildi we aýlawly reometr bilen birleşme ulgamynda durnukly gyrkma, ýygylyk we temperaturany arassalamak synaglary geçirildi. KGM / HPMC birleşme ulgamynyň ergin köpçülikleýin fraksiýasynyň we birleşme gatnaşygynyň ýapyşyklygyna we reologiki aýratynlyklaryna täsiri seljerildi. Netijeler, KGM / HPMC birleşme ulgamynyň Nýuton däl suwuklykdygyny görkezýär we ulgamyň köpçülikleýin bölekleriniň we KGM düzüminiň köpelmegi birleşme ergininiň suwuklygyny peseldýär we ýapyşygyny ýokarlandyrýar. Sol ýagdaýynda KGM we HPMC molekulýar zynjyrlary gidrofobiki täsirleşmeler arkaly has ykjam gurluş emele getirýär. Ulgamyň köpçülikleýin fraksiýasyny we KGM mazmunyny köpeltmek gurluşyň durnuklylygyny saklamaga amatlydyr. Pes massa fraksiýa ulgamynda KGM-iň düzümini köpeltmek termotrop jelleriniň emele gelmegine peýdalydyr; massokary massa fraksiýa ulgamynda bolsa, HPMC-iň düzümini köpeltmek termotrop jelleriniň emele gelmegine amatlydyr.

Açar sözler:konýak glýukomannan; gidroksipropil metilseluloza; birleşme; reologiki häsiýet

Tebigy polisakaridler galyňlaşma, emulsiýa we jelleşmek aýratynlyklary sebäpli azyk senagatynda giňden ulanylýar. Konjac glukomannan (KGM), tebigy ösümlik polisakarididirβ-D-glýukoza weβ-D-mannoza 1,6: 1 nisbatynda, ikisi baglanyşýarβ-1,4 glikozid baglanyşyklary, C-de 6-njy ýerde az mukdarda asetil bar (her 17 galyndy üçin takmynan 1 asetil). Şeýle-de bolsa, KGM suw ergininiň ýokary ýapyşyklygy we pes suwuklygy onuň önümçilikde ulanylmagyny çäklendirýär. Gidroksipropil metilseluloza (HPMC), ion däl sellýuloza efirine degişli bolan metilselulozanyň propilen glikol efiridir. HPMC film emele getirýän, suwda erän we täzelenip bilýän. HPMC pes temperaturada ýelimliligi we jel güýji pes we gaýtadan işlemegiň pesligi, ýöne ýokary temperaturada gaty ýelmeşýän gaty jel emele getirip biler, şonuň üçin köp önümçilik prosesi ýokary temperaturada amala aşyrylmalydyr, netijede ýokary energiýa sarp ediler. Önüm çykdajylary gaty ýokary. Edebiýat, KGM molekulýar zynjyryndaky çalşylmadyk mannoz birliginiň, gidrofobiki täsiri arkaly HPMC molekulýar zynjyryndaky gidrofob topary bilen gowşak biri-birine bagly gidrofob birleşme sebitini emele getirip biljekdigini görkezýär. Bu gurluş HPMC-iň ýylylyk jelasiýasyny gijikdirip we bölekleýin öňüni alyp biler we HPMC-iň jel temperaturasyny peseldip biler. Mundan başga-da, has pes temperaturada HPMC-iň pes ýapyşykly häsiýetlerini göz öňünde tutup, onuň KGM bilen birleşmeginiň KGM-iň ýokary ýapyşyklyk häsiýetlerini gowulaşdyryp we gaýtadan işleýiş işini gowulandyryp biljekdigi çaklanylýar. Şol sebäpden bu kagyz, KGM / HPMC ulgamynyň reologiki aýratynlyklaryna ergin köpçülik fraksiýasynyň we birleşme gatnaşygynyň täsirini öwrenmek üçin KGM / HPMC birleşme ulgamyny gurar we KGM / HPMC birleşme ulgamynyň ulanylmagy üçin teoretiki salgylanma berer. azyk senagaty.

1. Materiallar we usullar

1.1 Materiallar we reagentler

Gidroksipropil metilseluloza, KIMA HIMIKA CO., LTD, köpçülik bölegi 2%, ýapyşyklygy 6 mPa·s; metoksi massa fraksiýasy 28% ~ 30%; gidroksipropil massa fraksiýasy 7.0% ~ 12%.

Konjac glukomannan, Wuhan Johnson Konjac Food Co., Ltd., 1 wt% suwly ergin ýapyşyklygy≥28 000 mPa·s.

1.2 Gurallar we enjamlar

MCR92 aýlaw reometri, Anton Paar Co., Awstriýa; UPT-II-10T ultrapura suw enjamy, Siçuan Youpu Ultrapure Technology Co., Ltd.; AB-50 elektron seljeriş balansy, Şweýsariýanyň Mette kompaniýasy; LHS-150HC hemişelik temperatura suw wannasy, Wuxi Huaze Technology Co., Ltd.; JJ-1 Elektrik gyjyndyryjy, Jiangsu welaýatynyň Jintan lukmançylyk gurallary zawody.

1.3 Goşma ergin taýýarlamak

Belli birleşme gatnaşygy bolan HPMC we KGM poroşoklaryny ölçäň (köpçülik gatnaşygy: 0:10, 3: 7, 5: 5, 7: 3, 10: 0), ýuwaş-ýuwaşdan 60-da deionizirlenen suwa goşuň.°C suw wannasy we deň derejede ýaýramagy üçin 1,5 ~ 2 sagadyň dowamynda garmaly we degişlilikde 0,50%, 0.75%, 1.00%, 1.25% we 1,50% deň bolan gaty massa fraksiýalary bilen 5 görnüşli gradient erginleri taýýarlaň.

1.4 Goşma erginiň reologiki aýratynlyklaryny barlamak

Durnukly gyrkym synagy: KGM / HPMC birleşme ergininiň reologiki egrisi CP50 konusy we plastinka bilen ölçenildi, ýokarky we aşaky plastinalaryň arasyndaky boşluk 0,1 mm, ölçeg temperaturasy 25 boldy°C, gyrkymyň derejesi 0,1 - 100 s-1 boldy.

Dartyş skaneri (çyzykly viskoelastik sebiti kesgitlemek): Çyzykly viskoelastik sebiti we KGM / HPMC birleşme ergininiň modul üýtgetmek kanunyny ölçemek üçin PP50 plastinkasyny ulanyň, aralygy 1.000 mm, kesgitlenen ýygylygy 1Hz, ölçeg temperaturasy 25-e çenli ulanyň.°C. Dartyş aralygy 0,1% ~ 100%.

Quygylygy süpürmek: KGM / HPMC birleşme ergininiň modulyň üýtgemegini we ýygylygyna baglylygyny ölçemek üçin PP50 plastinkasyny ulanyň. Aralyk 1.000 mm, ştamm 1%, ölçeg temperaturasy 25°C we ýygylyk aralygy 0,1-100 Hz.

Temperaturany skanirlemek: KGM / HPMC birleşme ergininiň modulyna we temperatura baglylygy PP50 plastinka bilen ölçenildi, aralyk 1.000 mm, kesgitlenen ýygylyk 1 Hz, deformasiýa 1%, temperatura 25-den 90-a çenli°C.

2. Netijeler we derňew

2.1 KGM / HPMC birleşme ulgamynyň akym egri derňewi

Dürli köpçülik fraksiýalarynda dürli birleşme gatnaşygy bolan KGM / HPMC erginleriniň gyrkym egri egri egri egrileri. Capyşyklygy gyrkym tizliginiň çyzykly funksiýasy bolan suwuklyklara Nýuton suwuklyklary diýilýär, ýogsam Nýuton däl suwuklyklar diýilýär. Egrilikden KGM ergininiň we KGM / HPMC birleşme ergininiň ýelimliliginiň gyrkymyň ýokarlanmagy bilen azalýandygyny görmek bolýar; KGM mazmuny näçe ýokary bolsa, ulgamyň massa bölegi şonça-da ýokarydyr we erginiň gyrkylýan inçe hadysasy has aýdyňdyr. Bu, KGM we KGM / HPMC birleşme ulgamynyň Nýuton däl suwuklyklardygyny we KGM / HPMC birleşme ulgamynyň suwuk görnüşiniň esasan KGM tarapyndan kesgitlenýändigini görkezýär.

Dürli massa fraksiýalary we dürli birleşme gatnaşygy bolan KGM / HPMC çözgütleriniň akym indeksinden we ýapyşyklyk koeffisiýentinden, çözgütleriň bardygyny görkezýän KGM, HPMC we KGM / HPMC birleşme ulgamlarynyň n bahalarynyň 1-den pesdigini görmek bolýar. ähli pseudoplastiki suwuklyklar. KGM / HPMC birleşme ulgamy üçin ulgamyň köpçülikleýin bölekleriniň köpelmegi, HPMC we KGM molekulalar zynjyrlarynyň arasynda çözülmegine we beýleki täsirleşmegine sebäp bolar, bu molekulýar zynjyrlaryň hereketini peselder we şeýlelik bilen n bahasyny peselder. ulgamy. Şol bir wagtyň özünde, KGM mazmunynyň köpelmegi bilen, KGM / HPMC ulgamyndaky KGM molekulýar zynjyrlarynyň özara täsiri güýçlenýär, şeýlelik bilen hereketini peseldýär we n bahasynyň peselmegine sebäp bolýar. Munuň tersine, KGM / HPMC birleşme ergininiň K bahasy, erginiň köpçülikleýin fraksiýasynyň we KGM mazmunynyň köpelmegi bilen yzygiderli ýokarlanýar, bu esasan ulgamyň köpçülikleýin bölekleriniň we KGM mazmunynyň köpelmegi bilen baglanyşyklydyr, bularyň ikisi hem mazmuny artdyrýar. ulgamdaky gidrofil toparlary. , molekulalar zynjyrynyň içinde we zynjyrlaryň arasyndaky molekulýar täsirini artdyrmak, şeýlelik bilen molekulanyň gidrodinamiki radiusyny ýokarlandyrmak, daşarky gyrkym güýjüniň täsirine gönükdirilmezligi we ýelimliligini ýokarlandyrmak.

KGM / HPMC birleşme ulgamynyň nol gyrkymly ýelimliliginiň teoretiki gymmaty ýokardaky logarifmiki jemleme ýörelgesine görä hasaplanyp bilner we synag synag bahasy Karreniň ýapyşyk-gyrkylyk egrisiniň ekstrapolýasiýasyna laýyk bolup biler. KGM / HPMC birleşme ulgamynyň nol gyrkymly ýelimliliginiň çak edilýän bahasyny dürli massa fraksiýalary we synag bahasy bilen dürli birleşme gatnaşygy bilen deňeşdireniňde, KGM / HPMC birleşmesiniň nol gyrkymly ýapyşygynyň hakyky bahasyny görmek bolýar. çözgüdi teoretiki bahadan has kiçi. Bu, KGM we HPMC çylşyrymly ulgamynda dykyz gurluşly täze ýygnagyň emele gelendigini görkezdi. Bar bolan gözlegler, KGM molekulýar zynjyryndaky çalşylmadyk mannoz birlikleriniň, HPMC molekulýar zynjyryndaky gidrofob toparlary bilen täsirleşip, gowşak biri-birine bagly gidrofob birleşme sebitini emele getirip biljekdigini görkezdi. Has dykyz gurluşy bolan täze gurnama gurluşynyň esasan gidrofobiki täsirleşmeler arkaly emele gelýändigi çak edilýär. KGM gatnaşygy pes bolanda (HPMC> 50%), KGM / HPMC ulgamynyň nol gyrkymly ýapyşygynyň hakyky bahasy teoretiki bahadan pesdir, bu pes KGM mazmunynda has köp molekulanyň has dykyzlyga gatnaşýandygyny görkezýär gurluşy. Döredilende ulgamyň nol gyrkymly ýapyşygy hasam azalýar.

2.2 KGM / HPMC birleşme ulgamynyň dartyş süpüriş egrileriniň derňewi

Dürli köpçülik fraksiýalary we dürli birleşme gatnaşygy bolan KGM / HPMC erginleriniň modul we gyrkym ştamlaryndan, gyrkym ştamynyň 10% -den az bolanda, G′we G.″goşma ulgamyň esasan gyrkym ştammy bilen köpelmeýär. Şeýle-de bolsa, bu gyrkym süzgüçleriniň çäginde birleşme ulgamynyň molekulalar zynjyrynyň üýtgemegi arkaly daşarky gyjyndyrmalara jogap berip biljekdigini we birleşme ulgamynyň gurluşyna zeper ýetmändigini görkezýär. Gyrkym ştammy> 10% bolanda, daşky gyrkym güýjüniň täsiri bilen, çylşyrymly ulgamdaky molekulýar zynjyrlaryň kesilme tizligi, G tizliginden has uly, G′we G.″peselip başlaýar we ulgam çyzykly viskoelastik sebite girýär. Şonuň üçin indiki dinamiki ýygylyk synagynda gyrkym ştamynyň parametri synag üçin 1% hökmünde saýlandy.

2.3 KGM / HPMC birleşme ulgamynyň ýygylyk süpüriş egri derňewi

KGM / HPMC çözgütleri üçin ýygylykly saklaýyş modulynyň üýtgeýän egrileri we dürli massa fraksiýalarynda dürli birleşme gatnaşygy bar. Saklaýyş moduly G 'synagda wagtlaýyn saklanandan soň dikeldilip bilinjek energiýany aňladýar we ýitgi moduly G ”başlangyç akym üçin zerur bolan energiýany, yzyna gaýtaryp bolmajak ýitgini we ahyrsoňy gyrkym yssysyna öwrülmegini aňladýar. Yrgyldama ýygylygynyň artmagy bilen ýitgi modulynyň G bolandygyny görmek bolýar″elmydama G saklaýyş modulyndan ulydyr′, suwuk häsiýeti görkezýär. Synag ýygylygy diapazonynda yrgyldama ýygylygynyň ýokarlanmagy bilen G 'saklaýyş moduly we ýitgi moduly G ýokarlanýar. Bu esasan yrgyldama ýygylygynyň köpelmegi bilen ulgamdaky molekulýar zynjyr segmentleriniň gysga wagtyň içinde deformasiýa dikelip bilmejekdigi bilen baglanyşyklydyr, şeýlelik bilen has köp energiýa saklanyp bilinjek hadysany görkezýär ( has uly G.′) ýa-da ýitirilmeli (G.″).

Yrgyldama ýygylygynyň köpelmegi bilen ulgamyň saklaýyş moduly birden peselýär we ulgamyň köpçülikleýin fraksiýasynyň we KGM mazmunynyň köpelmegi bilen duýdansyz düşmegiň ýygylygy nokady kem-kemden ýokarlanýar. Duýdansyz aşak düşmek, KGM bilen HPMC arasynda gidrofob birleşiginiň daşarky gyrkmak arkaly emele gelen ykjam gurluşynyň ýok edilmegi sebäpli bolup biler. Mundan başga-da, ulgamyň köpçülikleýin bölekleriniň we KGM mazmunynyň köpelmegi dykyz gurluşyň durnuklylygyny saklamak üçin peýdalydyr we gurluşy ýok edýän daşarky ýygylyk bahasyny ýokarlandyrýar.

2.4 KGM / HPMC birleşme ulgamynyň temperaturany skanerlemek egri derňewi

Dürli massa fraksiýalary we dürli birleşme gatnaşygy bolan KGM / HPMC çözgütleriniň saklaýyş modulynyň we ýitgi modulynyň egrilerinden ulgamyň massa bölegi 0,50% bolanda, G′we G.″HPMC ergininiň temperatura bilen üýtgemegi gaty kyn. we G.″> G.′, ulgamyň ýapyşyklygy agdyklyk edýär; massa bölegi artanda, G.′HPMC çözgüdi ilki üýtgewsiz galýar, soň bolsa birden ýokarlanýar we G.′we G.″70 töweregi kesişýär°C (Kesiş nokadynyň temperaturasy gel nokadydyr) we ulgam şu wagt jel emele getirýär, şeýlelik bilen HPMC-iň termiki induksion jelidigini görkezýär. KGM çözgüdi üçin ulgamyň köpçülik bölegi 0,50% we 0.75% bolanda, G.′we ulgamyň G “azalýan tendensiýany görkezýär; massa bölegi ýokarlananda, KGM ergininiň G 'we G ”ilki azalýar we soňra ep-esli ýokarlanýar, bu bolsa KGM ergininiň ýokary massa fraksiýalarynda we ýokary temperaturalarda jele meňzeş häsiýetleri görkezýändigini görkezýär.

Temperaturanyň ýokarlanmagy bilen G.′we G.″KGM / HPMC çylşyrymly ulgamynyň ilki azaldy, soň ep-esli ýokarlandy we G.′we G.″kesiş nokatlary peýda boldy we ulgam jel emele getirdi. HPMC molekulalary pes temperaturada bolanda, molekulýar zynjyrdaky gidrofil toparlaryň we suw molekulalarynyň arasynda wodorod baglanyşygy ýüze çykýar we temperatura ýokarlananda ulanylýan ýylylyk HPMC bilen suw molekulalarynyň arasynda emele gelen wodorod baglanyşyklaryny ýok edýär, netijede HPMC makromolekulýar emele gelýär. zynjyrlar. Surfaceer ýüzündäki gidrofob toparlary ýüze çykýar, gidrofob birleşmesi ýüze çykýar we termotrop jeli emele gelýär. Pes massa fraksiýa ulgamy üçin has köp KGM mazmuny jel emele getirip biler; ýokary massa fraksiýa ulgamy üçin has köp HPMC mazmuny jel emele getirip biler. Pes massa fraksiýa ulgamynda (0.50%), KGM molekulalarynyň bolmagy HPMC molekulalarynyň arasynda wodorod baglanyşyklarynyň döremek ähtimallygyny peseldýär, şeýlelik bilen termotrop jelleriniň emele gelmegine amatly HPMC molekulalarynda gidrofob toparlarynyň täsir etmek mümkinçiligini ýokarlandyrýar. Massokary massa fraksiýa ulgamynda, KGM-iň düzümi gaty ýokary bolsa, termogen jeliň emele gelmegine HPMC we KGM molekulalarynyň arasyndaky gidrofob birleşmesine amatly bolmadyk ulgamyň ýapyşyklygy ýokarydyr.

3. Netije

Bu kagyzda, KGM we HPMC birleşme ulgamynyň reologiki häsiýeti öwrenilýär. Netijeler, KGM / HPMC birleşme ulgamynyň Nýuton däl suwuklykdygyny we KGM / HPMC birleşme ulgamynyň suwuk görnüşiniň esasan KGM tarapyndan kesgitlenýändigini görkezýär. Ulgamyň köpçülikleýin fraksiýasyny we KGM düzümini köpeltmek, ikisiniňem ergininiň suwuklygyny peseltdi we ýelimliligini ýokarlandyrdy. Sol ýagdaýynda KGM we HPMC molekulýar zynjyrlary gidrofobiki täsirleşmeler arkaly has dykyz gurluşy emele getirýär. Ulgamdaky gurluş daşarky gyrkymlar bilen ýok edilýär, netijede ulgamyň saklaýyş modulynyň birden peselmegine sebäp bolýar. Ulgam massasynyň bölekleriniň we KGM mazmunynyň köpelmegi dykyz gurluşyň durnuklylygyny saklamak we gurluşy ýok edýän daşarky ýygylyk bahasyny ýokarlandyrmak üçin peýdalydyr. Pes massa fraksiýa ulgamy üçin has köp KGM düzümi jeliň emele gelmegine amatlydyr; massokary massa fraksiýa ulgamy üçin has köp HPMC düzümi jeliň emele gelmegine amatlydyr.