Konjak glyukomannan va gidroksipropil metiltsellyuloza birikma tizimining reologik xulq-atvorini o'rganish

Tadqiqot ob'ekti sifatida konyak glyukomannan (KGM) va gidroksipropil metiltsellyuloza (HPMC) birikmalar tizimi olindi va aylanish reometri yordamida birikma tizimida barqaror holatdagi kesish, chastota va haroratni o'lchash sinovlari o'tkazildi. KGM/HPMC birikmalar tizimining yopishqoqligi va reologik xususiyatlariga eritmaning massa ulushi va birikma nisbatining ta'siri tahlil qilindi. Natijalar shuni ko'rsatadiki, KGM/HPMC birikmalar tizimi Nyuton bo'lmagan suyuqlikdir va tizimning massa ulushi va KGM tarkibining ortishi aralashma eritmasining suyuqligini pasaytiradi va yopishqoqlikni oshiradi. Sol holatida KGM va HPMC molekulyar zanjirlari hidrofobik o'zaro ta'sirlar orqali yanada ixcham tuzilish hosil qiladi. Tizimning massa ulushini va KGM tarkibini oshirish strukturaning barqarorligini saqlashga yordam beradi. Kam massali ulush tizimida KGM tarkibini oshirish termotropik jellarning hosil bo'lishi uchun foydalidir; yuqori massa ulushi tizimida esa, HPMC tarkibini oshirish termotropik jellarning shakllanishiga yordam beradi.

Kalit so'zlar:konyak glyukomannan; gidroksipropil metiltsellyuloza; birikma; reologik xatti-harakatlar

Tabiiy polisaxaridlar quyuqlashtiruvchi, emulsifikatsiya qiluvchi va jelleştiruvchi xususiyatlari tufayli oziq-ovqat sanoatida keng qo'llaniladi. Konjak glyukomannan (KGM) - tabiiy o'simlik polisaxaridi, tarkibiga kiradiβ-D-glyukoza vaβ-D-mannoz 1,6:1 nisbatda, ikkalasi bilan bog'langanβ-1,4 glikozid bog'lari, C da- 6-holatda oz miqdorda asetil (har 17 qoldiq uchun taxminan 1 asetil) mavjud. Biroq, KGM suvli eritmasining yuqori viskozitesi va yomon suyuqligi ishlab chiqarishda qo'llanilishini cheklaydi. Gidroksipropil metiltsellyuloza (HPMC) - ion bo'lmagan tsellyuloza efiriga tegishli bo'lgan metilselülozaning propilen glikol efiridir. HPMC plyonka hosil qiluvchi, suvda eriydi va yangilanishi mumkin. HPMC past haroratlarda past viskozite va jel kuchiga ega va nisbatan past ishlov berish ko'rsatkichlariga ega, lekin yuqori haroratlarda nisbatan yopishqoq qattiq jelga o'xshash jel hosil qilishi mumkin, shuning uchun ko'plab ishlab chiqarish jarayonlari yuqori haroratlarda amalga oshirilishi kerak, natijada yuqori ishlab chiqarish energiya sarfi. Ishlab chiqarish xarajatlari yuqori. Adabiyot shuni ko'rsatadiki, KGM molekulyar zanjiridagi almashtirilmagan mannoz birligi hidrofobik o'zaro ta'sir orqali HPMC molekulyar zanjiridagi hidrofobik guruh bilan zaif o'zaro bog'langan hidrofobik assotsiatsiya hududini hosil qilishi mumkin. Ushbu struktura HPMC ning termal gelatsiyasini kechiktirishi va qisman oldini olishi va HPMC ning jel haroratini pasaytirishi mumkin. Bundan tashqari, nisbatan past haroratlarda HPMC ning past yopishqoqlik xususiyatlarini hisobga olgan holda, uning KGM bilan birikmasi KGM ning yuqori yopishqoqlik xususiyatlarini yaxshilashi va uni qayta ishlash samaradorligini oshirishi mumkinligi taxmin qilinmoqda. Shu sababli, ushbu maqola eritmaning massa ulushi va birikmalar nisbatining KGM / HPMC tizimining reologik xususiyatlariga ta'sirini o'rganish uchun KGM / HPMC birikma tizimini yaratadi va KGM / HPMC birikmalar tizimini qo'llash uchun nazariy ma'lumot beradi. oziq-ovqat sanoati.

1. Materiallar va usullar

1.1 Materiallar va reaktivlar

Gidroksipropil metiltsellyuloza, KIMA CHEMICAL CO.,LTD, massa ulushi 2%, yopishqoqlik 6 mPa·s; metoksi massa ulushi 28% ~ 30%; gidroksipropil massa ulushi 7,0% ~ 12%.

Konjac glucomannan, Wuhan Jonson Konjac Food Co., Ltd., 1 og'irlikdagi suvli eritmaning yopishqoqligi≥28 000 mPa·s.

1.2 Asboblar va jihozlar

MCR92 aylanish reometri, Anton Paar Co., Ltd., Avstriya; UPT-II-10T ultra toza suv mashinasi, Sichuan Youpu Ultrapure Technology Co., Ltd.; AB-50 elektron analitik balansi, Shveytsariyaning Mette kompaniyasi; LHS-150HC doimiy haroratli suv hammomi, Wuxi Huaze Technology Co., Ltd.; JJ-1 elektr aralashtirgich, Jintan tibbiy asboblar fabrikasi, Jiangsu viloyati.

1.3 Murakkab eritma tayyorlash

HPMC va KGM kukunlarini ma'lum aralashma nisbati bilan torting (massa nisbati: 0:10, 3:7, 5:5, 7:3, 10:0), ularni asta-sekin 60 gradusda deionlangan suvga qo'shing.°C suv hammomiga soling va uni bir tekis taqsimlash uchun 1,5 ~ 2 soat davomida aralashtiring va jami qattiq massa ulushlari mos ravishda 0,50%, 0,75%, 1,00%, 1,25% va 1,50% bo'lgan 5 turdagi gradient eritmalarini tayyorlang.

1.4 Murakkab eritmaning reologik xossalarini tekshirish

Barqaror holatdagi kesish sinovi: KGM / HPMC birikma eritmasining reologik egri chizig'i CP50 konus va plastinka yordamida o'lchandi, yuqori va pastki plitalar orasidagi bo'shliq 0,1 mm da o'rnatildi, o'lchov harorati 25 ga teng edi.°C, va kesish tezligi diapazoni 0,1 dan 100 s-1 gacha bo'lgan.

Deformatsiyani skanerlash (chiziqli viskoelastik hududni aniqlash): KGM/HPMC birikma eritmasining chiziqli viskoelastik mintaqasi va modul o'zgarish qonunini o'lchash uchun PP50 plitasidan foydalaning, masofani 1,000 mm ga, belgilangan chastotani 1 Gts ga va o'lchash haroratini 25 ga o'rnating.°C. Deformatsiya diapazoni 0,1% ~ 100%.

Chastotani tozalash: KGM/HPMC birikma eritmasining modul o'zgarishini va chastotaga bog'liqligini o'lchash uchun PP50 plastinkasidan foydalaning. Bo'shliq 1000 mm ga o'rnatiladi, kuchlanish 1%, o'lchov harorati 25°C va chastota diapazoni 0,1-100 Hz.

Haroratni skanerlash: KGM/HPMC birikma eritmasining moduli va uning haroratga bog'liqligi PP50 plitasi yordamida o'lchandi, oraliq 1000 mm ga o'rnatildi, belgilangan chastota 1 Hz, deformatsiya 1% va harorat 25 dan edi. 90 ga°C.

2. Natijalar va tahlillar

2.1 KGM/HPMC birikma tizimining oqim egri tahlili

KGM/HPMC eritmalarining qovushqoqlik va kesish tezligi egri chiziqlari, har xil massa ulushlarida turli birikma nisbatlari. Yopishqoqligi siljish tezligining chiziqli funktsiyasi bo'lgan suyuqliklar Nyuton suyuqliklari deb ataladi, aks holda ular Nyuton suyuqliklari deb ataladi. Egri chiziqdan ko'rinib turibdiki, KGM eritmasi va KGM/HPMC birikma eritmasining viskozitesi kesish tezligi oshishi bilan kamayadi; KGM tarkibi qanchalik yuqori bo'lsa, tizimning massa ulushi shunchalik yuqori bo'ladi va eritmaning kesish yupqalash hodisasi aniqroq bo'ladi. Bu shuni ko'rsatadiki, KGM va KGM / HPMC birikmalar tizimi Nyuton bo'lmagan suyuqliklardir va KGM / HPMC birikma tizimining suyuqlik turi asosan KGM tomonidan aniqlanadi.

Har xil massa ulushlari va turli birikma nisbatlariga ega KGM/HPMC eritmalarining oqim indeksi va yopishqoqlik koeffitsientidan ko‘rinib turibdiki, KGM, HPMC va KGM/HPMC birikma tizimlarining n qiymati 1 dan kichik bo‘lib, eritmalar barcha psevdoplastik suyuqliklar. KGM/HPMC birikmalar tizimi uchun tizimning massa ulushining ortishi eritmadagi HPMC va KGM molekulyar zanjirlari o'rtasida chalkashlik va boshqa o'zaro ta'sirlarga olib keladi, bu molekulyar zanjirlarning harakatchanligini kamaytiradi va shu bilan n qiymatini kamaytiradi. tizim. Shu bilan birga, KGM tarkibining ortishi bilan KGM/HPMC tizimidagi KGM molekulyar zanjirlari o'rtasidagi o'zaro ta'sir kuchayadi va shu bilan uning harakatchanligini pasaytiradi va n qiymatining pasayishiga olib keladi. Aksincha, KGM/HPMC birikma eritmasining K qiymati eritmaning massa ulushi va KGM tarkibining oshishi bilan doimiy ravishda oshib boradi, bu asosan tizimning massa ulushi va KGM tarkibining ortishi bilan bog‘liq bo‘lib, ikkalasi ham tarkibni oshiradi. tizimdagi gidrofil guruhlar. , molekulyar zanjir ichidagi va zanjirlar orasidagi molekulyar o'zaro ta'sirni kuchaytiradi, shu bilan molekulaning gidrodinamik radiusini oshiradi, tashqi siljish kuchi ta'sirida yo'naltirish ehtimoli kamroq va yopishqoqlikni oshiradi.

KGM/HPMC birikmalar tizimining nol-siljish qovushqoqligining nazariy qiymatini yuqoridagi logarifmik yig‘ish prinsipi bo‘yicha hisoblash mumkin va uning eksperimental qiymatini qovushqoqlik-kesish tezligi egri chizig‘ining Karren fitting ekstrapolyatsiyasi orqali olish mumkin. KGM/HPMC birikmalar tizimining nol-kesish viskozitesining prognoz qilingan qiymatini turli massa ulushlari va turli birikma nisbatlari bilan tajriba qiymati bilan solishtirganda, KGM/HPMC birikmasining nol kesish yopishqoqligining haqiqiy qiymatini ko'rish mumkin. yechim nazariy qiymatdan kichikroq. Bu KGM va HPMC kompleks tizimida zich tuzilishga ega yangi yig'in shakllanganligini ko'rsatdi. Mavjud tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, KGM molekulyar zanjiridagi almashtirilmagan mannoz birliklari zaif o'zaro bog'langan hidrofobik assotsiatsiya hududini hosil qilish uchun HPMC molekulyar zanjiridagi hidrofobik guruhlar bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkin. Taxminlarga ko'ra, nisbatan zich tuzilishga ega bo'lgan yangi yig'ish strukturasi asosan hidrofobik o'zaro ta'sirlar orqali hosil bo'ladi. KGM nisbati past (HPMC> 50%) bo'lsa, KGM/HPMC tizimining nol kesish yopishqoqligining haqiqiy qiymati nazariy qiymatdan past bo'ladi, bu past KGM tarkibida ko'proq molekulalar zichroq yangi tarkibida ishtirok etishini ko'rsatadi. tuzilishi. ning hosil bo'lishida tizimning nol-siljish yopishqoqligi yanada kamayadi.

2.2 KGM/HPMC birikmalar tizimining deformatsiyaning egri chiziqlarini tahlil qilish

Har xil massa ulushlari va turli birikma nisbatlariga ega KGM/HPMC eritmalarining modul va siljish deformatsiyasining o‘zaro bog‘liqlik egri chizig‘idan shuni ko‘rish mumkinki, kesish deformatsiyasi 10% dan kam bo‘lsa, G.'va G″Murakkab tizimning massasi asosan siljish deformatsiyasi bilan oshmaydi. Biroq, bu siljish deformatsiyasi oralig'ida birikma tizimi molekulyar zanjir konformatsiyasini o'zgartirish orqali tashqi stimullarga javob berishi mumkinligini ko'rsatadi va birikma tizimining tuzilishi buzilmaydi. Kesish deformatsiyasi >10% bo'lsa, tashqi Kesish kuchi ta'sirida murakkab tizimdagi molekulyar zanjirlarning parchalanish tezligi chalkashlik tezligidan kattaroq bo'ladi, G.'va G″kamayishni boshlaydi va tizim chiziqli bo'lmagan viskoelastik mintaqaga kiradi. Shuning uchun, keyingi dinamik chastota testida, kesish deformatsiyasi parametri sinov uchun 1% sifatida tanlangan.

2.3 KGM/HPMC birikma tizimining chastotali egri chizig'ini tahlil qilish

Turli xil massa ulushlari ostida turli birikma nisbatlariga ega KGM/HPMC eritmalari uchun chastotali saqlash moduli va yo'qotish modulining o'zgaruvchan egri chiziqlari. Saqlash moduli G' sinovda vaqtinchalik saqlashdan keyin tiklanishi mumkin bo'lgan energiyani ifodalaydi va yo'qotish moduli G" dastlabki oqim uchun zarur bo'lgan energiyani bildiradi, bu qaytarib bo'lmaydigan yo'qotishdir va nihoyat kesish issiqligiga aylanadi. Ko'rinib turibdiki, tebranish chastotasi ortishi bilan yo'qotish moduli G″har doim saqlash moduli G dan katta', suyuqlik xatti-harakatini ko'rsatadi. Sinov chastotasi diapazonida saqlash moduli G' va yo'qotish moduli G" tebranish chastotasining ortishi bilan ortadi. Bu, asosan, tebranish chastotasining oshishi bilan tizimdagi molekulyar zanjir segmentlarining qisqa vaqt ichida deformatsiyaga qaytish uchun vaqtlari yo'qligi bilan bog'liq bo'lib, oldingi holat, bu ko'proq energiya saqlanishi mumkin bo'lgan hodisani ko'rsatadi ( kattaroq G') yoki yo'qolishi kerak (G″).

Tebranish chastotasining oshishi bilan tizimning saqlash moduli birdan pasayadi va tizimning massa ulushi va KGM tarkibining oshishi bilan to'satdan pasayish chastotasi nuqtasi asta-sekin o'sib boradi. To'satdan pasayish tizimdagi KGM va HPMC o'rtasidagi hidrofobik assotsiatsiya natijasida hosil bo'lgan ixcham strukturaning tashqi kesish orqali yo'q qilinishi bilan bog'liq bo'lishi mumkin. Bundan tashqari, tizimning massa ulushi va KGM tarkibining ortishi zich strukturaning barqarorligini saqlab qolish uchun foydalidir va strukturani buzadigan tashqi chastota qiymatini oshiradi.

2.4 KGM/HPMC kompozit tizimining haroratni skanerlash egri tahlili

Har xil massa ulushlari va turli birikma nisbatlariga ega KGM/HPMC eritmalarining saqlash moduli va yo‘qotish modulining egri chiziqlaridan shuni ko‘rish mumkinki, tizimning massa ulushi 0,50% bo‘lganda, G.'va G″HPMC eritmasi harorat bilan deyarli o'zgarmaydi. , va G″>G', tizimning viskozitesi ustunlik qiladi; massa ulushi oshganda, G'HPMC eritmasining miqdori avval o'zgarishsiz qoladi va keyin keskin ortadi va G'va G″70 atrofida kesishadi°C (kesishish nuqtasi harorati jel nuqtasi) va tizim bu vaqtda jel hosil qiladi, bu HPMC termal induktsiyalangan jel ekanligini ko'rsatadi. KGM eritmasi uchun tizimning massa ulushi 0,50% va 0,75% bo'lsa, G.'va tizimning G "pasayish tendentsiyasini ko'rsatadi; massa ulushi oshganda, KGM eritmasining G' va G” lari avval kamayadi, keyin esa sezilarli darajada oshadi, bu esa KGM eritmasining yuqori massa ulushlari va yuqori haroratlarda jelga o'xshash xususiyatlarini ko'rsatishini ko'rsatadi.

Haroratning oshishi bilan G'va G″KGM/HPMC kompleks tizimining birinchi marta kamaydi, keyin esa sezilarli darajada oshdi va G'va G″kesishish nuqtalari paydo bo'ldi va tizim jel hosil qildi. HPMC molekulalari past haroratda bo'lganda, molekulyar zanjirdagi gidrofil guruhlar va suv molekulalari o'rtasida vodorod bog'lanishi sodir bo'ladi va harorat ko'tarilganda, qo'llaniladigan issiqlik HPMC va suv molekulalari o'rtasida hosil bo'lgan vodorod aloqalarini buzadi, natijada HPMC makromolekulyar hosil bo'ladi. zanjirlar. Sirtdagi hidrofobik guruhlar ochilib, hidrofobik assotsiatsiya yuzaga keladi va termotropik gel hosil bo'ladi. Kam massa ulushi tizimi uchun ko'proq KGM tarkibi jel hosil qilishi mumkin; yuqori massa ulushi tizimi uchun ko'proq HPMC tarkibi jel hosil qilishi mumkin. Kam massali ulush tizimida (0,50%) KGM molekulalarining mavjudligi HPMC molekulalari o'rtasida vodorod aloqalarini hosil qilish ehtimolini kamaytiradi va shu bilan HPMC molekulalarida hidrofobik guruhlarning ta'sir qilish imkoniyatini oshiradi, bu termotropik jellarning shakllanishiga yordam beradi. Yuqori massali ulush tizimida, agar KGM ning tarkibi juda yuqori bo'lsa, tizimning yopishqoqligi yuqori bo'lib, bu termojenik jel hosil bo'lishiga yordam bermaydigan HPMC va KGM molekulalari o'rtasidagi hidrofobik bog'lanishga yordam bermaydi.

3. Xulosa

Ushbu ishda KGM va HPMC birikmalar tizimining reologik harakati o'rganiladi. Natijalar shuni ko'rsatadiki, KGM/HPMC ning birikma tizimi Nyuton bo'lmagan suyuqlikdir va KGM/HPMC birikma tizimining suyuqlik turi asosan KGM tomonidan aniqlanadi. Tizimning massa ulushini va KGM tarkibini oshirish aralash eritmaning suyuqligini pasaytirdi va uning yopishqoqligini oshirdi. Sol holatida KGM va HPMC ning molekulyar zanjirlari hidrofobik o'zaro ta'sirlar orqali zichroq tuzilish hosil qiladi. Tizimdagi struktura tashqi kesish orqali vayron bo'ladi, natijada tizimning saqlash moduli keskin pasayadi. Tizimning massa ulushi va KGM tarkibining ortishi zich strukturaning barqarorligini saqlash va strukturani buzadigan tashqi chastota qiymatini oshirish uchun foydalidir. Kam massa ulushi tizimi uchun ko'proq KGM tarkibi jel shakllanishiga yordam beradi; yuqori massa ulushi tizimi uchun ko'proq HPMC tarkibi jel shakllanishiga yordam beradi.