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您当前位置:创联食用胶网 » 行业快讯 » pH值对海藻酸丙二醇酯溶液流变特性的影响

  • pH值对海藻酸丙二醇酯溶液流变特性的影响
  • 来源:爱学术        2019-08-08         2965
【摘要】

pH值影响海藻酸丙二醇酯溶液的流变特性,溶液pH值的不同使海藻酸丙二醇酯溶液的氢键等作用力发生解离,改变其链段密度,甚至使酯键发生水解,改变空间位阻,从而影响溶液的黏度和剪切稀化性能,影响溶液的弹性模量、黏性模量、黏弹性比值及复合动态黏度。另外,海藻酸丙二醇酯溶液具有明显的温度依赖性,pH值同样影响溶液的黏度和黏弹性随温度的变化情况。

藻酸丙二醇酯也称藻酸丙二醇酯或藻酸丙二酯,是一种从褐藻中提取并经酯化处理的新型增稠剂。海藻酸丙二醇酯主链由a-L-古洛糖醛酸和B-D-甘露糖醛酸组成,这2种糖醛酸在海藻酸丙二醇酯分子中的比例和位置决定着海藻酸丙二醇酯的黏度、胶凝性和对离子的选择性等特性,尤其是对有钙离子存在时的胶凝作用,其分子中的丙二醇基为亲脂端,可以与脂肪球结合;糖醛酸为亲水端,含有大量羟基和部分羧基,可以和蛋白质结合。

海藻酸丙二醇酯是食品用稳定胶体中唯一具有稳定和乳化双重作用的天然稳定剂,因此,海藻酸丙二醇酯常用作食品添加剂,不仅应用于面条等食品的工业生产中,也因其强耐酸性而被广泛应用于pH3-5的酸性环境中,如乳制品行业,因其具有很好的乳化能力,能够赋予酸乳产品良好的质地和口感,且可提高酸乳黏度、防止蛋白质沉淀和乳清上浮。pH值会影响海藻酸丙二醇酯溶液的流变学特性。

pH值对海藻酸丙二醇酯溶液流变特性的影响

pH值对海藻酸丙二醇酯溶液流变特性的影响

海藻酸丙二醇酯溶液的稳态流动

配制不同pH值的质量浓度为1g/100mL的海藻酸丙二醇酯溶液,对其进行稳态流动扫描。选取剪切速率10s-1时的黏度测试值作为黏度,剪切稀化程度则用黏度衰减值进行表示,用剪切速率63s-1时的黏度与6.3s-1时的黏度比值来表示黏度衰减情况。

从微观结构可以推断,高分子链在溶液中解缠结以及分子链在流动方向上取向,使得重新排列的速率小于挤压变形速率,出现剪切稀化现象。随着pH值的增加,海藻酸丙二醇酯溶液的黏度逐渐降低,原因可能是链段之间形成的氢键及范德华力等发生解离,聚集程度减弱,从而使溶液黏度明显减小,此时黏度衰减程度减弱,表明形成的酯键未发生水解,空间位阻仍存在,溶液不易剪切变稀。当pH值达到7(即NaOH添加量为0.20g,下同)左右后,酯键开始发生水解,空间位阻减弱,使得剪切黏度值进一步降低,但黏度衰减程度增大,解离后的羧酸型链段更易顺着流动方向重新排列,溶液越易剪切稀化。

海藻酸丙二醇酯溶液的应变扫描

质量浓度为1g/100mL的海藻酸丙二醇酯溶液在线性黏弹性区域内的弹性模量均小于黏性模量,随着pH值的增加,溶液的黏弹性比值即损耗正切值明显增加。一般而言,损耗正切值越大,体系耗散能量的能力越强,其内耗或内磨擦力越大。pH值较低的海藻酸丙二醇酯水溶液具有较低的损耗正切值,表明该体系中链段运动的内磨擦阻力较小,但体系的弹性响应仍明显弱于黏性响应。当pH值达到7左右时,由于酯键的水解,溶液的弹性模量变得非常小。

pH值越高,体系的弹性和黏性越弱,表明pH值影响体系的黏弹性能。在pH值较低时,大部分羧基被酯化,增加了分子的空间体积,容易借助静电排斥、空间位阻及其他分子间相互作用形成彼此缠绕的空间网络结构,从而导致体系的黏弹性增强。随着pH值的升高,氢键等作用力发生水解,使得链段密度降低,当pH值进一步升高时,所形成的酯键发生水解,导致黏弹性进一步降低。另外,复合黏度值逐步降低,将该黏度值与稳态流动时剪切速率为6.3s-1时的黏度值进行对比,动态黏度值与稳态黏度值基本一致,说明溶液中不存在超分子结构。

海藻酸丙二醇酯溶液的频率扫描

在相同的测定频率下,体系的弹性模量与黏性模量均随海藻酸丙二醇酯溶液pH值的升高而减小,即pH值越高,体系的弹性和黏性越弱。在不同的频率范围内,弹性模量与黏性模量均具有明显的频率依赖性,不同pH值的海藻酸丙二醇酯溶液始终表现为弹性模量<黏性模量,即以黏性为主要特征,二者不存在相交点。

海藻酸丙二醇酯溶液的动态點弹性温度扫描

随着温度的升高,海藻酸丙二醇酯溶液的黏性模量与弹性模量逐步降低,同时pH值影响着黏弹性的温度效应。pH值低于7时,当温度升高至一定温度后,弹性模量开始增加,该温度点随着pH值的增加而增加,当pH值为3.83、5.10、6.36、6.90时,温度分别为86.2、89.4、91.5、92.0C。对于黏弹性比值,黏弹性出现明显降低之前存在一段平台区,此时黏弹性不随温度变化,pH值在3.83、5.10、6.36时分别为70.0-86.2、72.0-89.4、83.1-91.5℃。在pH值大于7后,海藻酸丙二醇酯溶液表现出黏性模量随温度降低,而弹性模量则无明显变化的现象。

海藻酸丙二醇酯溶液的动态黏度温度扫描

随着温度的升高,海藻酸丙二醇酯溶液黏度持续下降,当到达一定温度后,黏度开始上升,pH值影响黏度开始升高时的温度。另外,比较了在不同pH值下由动态黏度温度扫描得到的黏度值与动态黏弹性温度扫描得到的复合黏度值之间的差异情况。

未添加NaOH时(pH值为3.83),温度较低段的剪切黏度大于动态黏度,温度较高段的剪切黏度和动态黏度基本一致。随着pH值的增加,动态黏度温度扫描曲线整体下移,出现剪切黏度小于动态黏度的情况,在80℃后剪切黏度明显高于动态黏度,而当pH值达到10.82时,剪切黏度在80℃后仍低于动态黏度,其原因有待于做进-步的研究。


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