海藻酸钠与亚麻籽胶复配体系流变学性质研究

陈昌威1,沈祥皓1,付靖雯1,杨柳莺1,杜静1,谢箭2,王灵昭1*,盘赛昆1*

1(江苏海洋大学 食品科学与工程学院,江苏 连云港,222000) 2(江苏省连云港新爱食品科技有限公司,江苏 连云港,222000)

摘 要 为探究海藻酸钠(sodium alginate,SA)和亚麻籽胶(flaxseed gum,FG)复配胶体在食品工业中的应用潜力,该文着重研究SA和FG复配胶体的静态流变性、动态黏弹性和触变性,并对复配体系溶液的黏度影响因素进行了单因素和响应面试验。结果表明,质量分数1.0% SA/FG复配体系不同比例均为非牛顿流体,流动特性符合Herschel-Bulkley模型方程。随SA/FG复配体系中FG含量的提高,体系溶液以弹性(固体性质)为主,且复合黏度随着角频率的增大而减小。SA与FG复配质量比例为2∶8时体系黏度最大,且触变环面积最大,抗剪切能力弱。各因素对SA/FG复配体系溶液黏度的影响顺序为:pH值>温度>搅拌时间。在pH 6.80、39.5 ℃和搅拌2.0 h的条件下,SA/FG复配体系溶液黏度最高。SA和FG复配比例对其流变特性和黏度影响显著,在实际应用中可按实际情况选择合适的复配比。

关键词 海藻酸钠;亚麻籽胶;流变特性;黏度;响应面

海藻酸钠(sodium alginate,SA)是一种天然高分子多糖类化合物,由β-D-甘露糖醛酸(M-单元)和α-L-古洛糖醛酸(G-单位)通过(1,4)-糖苷键连接而成的无支线性二元共聚物[1]。SA具有良好的流变性质,了解流变特性是设计优化产品和确保稳定流动的基础,研究SA流变性质有助于其在各种应用中的表现[2-3]。SA具有高稳定性、增稠性、固化性和防止食品干燥的能力而广泛应用于食品工业和医药行业[4-6]

亚麻籽胶(flaxseed gum,FG)是一种杂多糖,由80%的中性和酸性多糖以及9%的蛋白质组成。酸性多糖由L-鼠李糖、L-岩藻糖、L-半乳糖和D-半乳糖醛酸组成,中性多糖主要由L-阿拉伯糖、D-木糖和D-半乳糖组成[7-8]。FG是从亚麻籽中提取的亲水胶体[9-12],具有黏稠、乳化、胶凝、抗氧化等特点[11-14],且良好的流变性[13-16],它可以与食品中的其他成分相互作用,以改善加工特性,广泛应用于食品工业、制药工业等行业[17-20]。目前,FG的研究主要集中在提取工艺和制备复合膜方面,对其在食品中改善产品质构特性等方面的研究少有报道[21-22]

研究发现,随着亲水胶体的广泛应用,多糖之间存在协同作用,于是复配胶应运而生。复合胶是通过将2种或多种食用胶以特定比例复合而成。通过复配,可以发挥各种单一食用胶的互补作用,从而扩大食用胶的应用范围并提高其功能特性,同时降低生产成本,增加经济效益[23]。LIN等[24]研究了黄原胶和魔芋胶对绿豆抗性淀粉的影响,结果发现黄原胶和魔芋胶提高了绿豆抗性淀粉的峰值黏度和终黏度,在含有黄原胶和魔芋胶的情况下,绿豆抗性淀粉的储能模量(G′)和损耗模量(G″)均升高。此外,马彩霞等[25]探究了盐离子对结冷胶与卡拉胶、魔芋胶复配的成胶机制研究,结果发现KCl可显著促进结冷胶卡拉胶与魔芋胶的凝胶强度,而NaCl则相对弱,可能与其离子半径有关。

目前,国内外对SA/FG复配水溶液流变特性的研究未见报道。本文通过静态流变性、动态黏弹性和触变性实验,探讨复配比例对SA/FG复合胶的流变学特性的影响,及pH、温度和搅拌时间对SA-FG复配体系黏度的影响,为复配胶体系在食品工业中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

SA(食品级、乳白色粒状),连云港天天海藻工业有限公司;FG(食品级、乳白色粉末)、柠檬酸(食品级),河南万邦实业有限公司;NaOH(食品级),河南佳味源实业有限公司。

1.2 仪器与设备

85-2数显恒温磁力搅拌器,常州苏瑞仪器有限公司;BSA224S-CW电子天平,赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;NDJ-5S型数显黏度计,德卡精密量仪(深圳)有限公司;MCR102振动流变仪,奥地利安东帕有限公司;DZS-708L多参数分析pH计,上海仪电科学仪器有限公司。

1.3 实验设计及方法

采用流变仪对质量分数(下同)为1.0%的不同比例SA/FG水溶液进行流变学特性分析,采用数显黏度计测量1.0%的SA/FG水溶液在不同比例、温度、搅拌时间、pH条件下的黏度。

1.3.1 SA/FG复配体系流变特性测定

1.3.1.1 不同比例SA/FG复配体系的制备

1.0%的SA/FG复配体系溶液按照质量比为10∶0、9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7、2∶8、1∶9、0∶10进行复配。称取2.0 g复配后的固体混合物,加入到198 g,25 ℃,pH值为7.00的蒸馏水中,恒温搅拌1 h,静置过夜后测定其静态流变特性、动态黏弹性、触变性和黏度。

1.3.1.2 静态流变特性分析

采用流变仪的平板椎板PP50系统。板间距为1 mm,测量温度为25 ℃,剪切速率变化范围为0.1~100 s-1,考察在25 ℃,1.0%不同比例SA/FG复配体系溶液的流动曲线的变化趋势。利用Corss模型和Herschel-Bulkley模型拟合对复配体系溶液的流动曲线进行拟合分析。Cross模型方程如公式(1)所示:

(1)

式中:η,表观黏度,Pa·s;η0,零切黏度,Pa·s;η,无穷大剪切黏度,Pa·s;a,稠度系数;x,剪切速率,s-1;p,流体指数。

Herschel-Bulkley模型方程如公式(2)所示:

τ=τ0+k·γn

(2)

式中:τ,剪切应力,Pa;τ0,屈服应力,Pa;k,黏稠系数,Pa·s;γ,剪切速率,s-1;n,流动行为指数。

1.3.1.3 动态黏弹性分析

采用流变仪的平板椎板PP50系统。板间距为1 mm,测量温度为25 ℃,频率范围为0.1~100 rad/s,固定振荡应变为0.5%,1.0%不同比例SA/FG复配体系溶液内G′和G″随振荡频率的变化,即复配体系溶液黏性和弹性之间变化的趋势。

1.3.1.4 触变性分析

采用流变仪的平板椎板PP50系统。板间距为1 mm,测量温度为20 ℃,剪切速率变化范围为0.1~100、100、100~0.1 s-1,对1.0%不同比例SA/FG复配体系溶液进行触变性扫描,记录整个过程的变化情况。

1.3.2 不同pH SA/FG复配体系黏度的测定

1.0%的SA/FG复配体系溶液按照质量比为2∶8复配,用2.0 g/L柠檬酸溶液和2.0 g/L NaOH溶液调其pH值为(3.00、4.00、5.00、6.00、7.00、8.00、9.00、10.00)置于25 ℃的恒温磁力搅拌器中搅拌1 h,静置过夜后测定其黏度。

1.3.3 不同温度SA/FG复配体系黏度的测定

配制pH 7、1.0%的SA/FG复配体系溶液,按照质量比为2∶8复配,置于(15、20、25、30、35、40、45 ℃)的恒温磁力搅拌器中搅拌1 h,静置过夜后测定其黏度。

1.3.4 不同搅拌时间SA/FG复配体系黏度的测定

1.0%的SA/FG复配体系溶液按照质量比为2∶8复配,置于25 ℃、pH值为7的恒温磁力搅拌器中搅拌(1、2、3、4、5 h),静置过夜后测定其黏度。

1.4 响应面优化试验设计

以pH、温度和搅拌时间为变量,黏度为响应值,应用Design-Expert软件设计四因素三水平响应面试验(见表1),研究1.0%SA/FG复配体系溶液的黏度影响因素优化条件。

表1 响应面试验设计
Table 1 Design of response surface test

因素设计水平-101A(pH)678B(温度)/℃354045C(搅拌时间)/h123

1.5 验证试验

利用单因素试验和响应面优化试验确定的最佳因素制备较高黏度的SA/FG复配溶液,测定其黏度。

1.6 数据处理

试验指标平行测定3次,结果以“平均值±标准差”表示。采用Origin软件作图,并采用SPSS和Design-Expert 软件对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 SA/FG复配体系溶液的静态流变特性

静态流变特性是溶液受到线性规律的稳态剪切速率,得到剪切应力和黏度随剪切速率变化而变化的规律。剪切应力和黏度分别与剪切速率的关系曲线见图1、图2。并利用Cross模型和Herschel-Bulkley模型对不同比例SA/FG复配体系溶液的流动行为进行拟合分析,所得参数如表2、表3所示。由图1、图2可以看出,剪切应力随着剪切速率的增加均呈现上升趋势,黏度随着剪切速率的增加而降低,原因是剪切时SA/FG复配体系中分子链结构遭到破坏,分子间的氢键、范德华力等被剪切时相互作用被削弱,分子间缠结减弱,以及分子链在流动方向上发生定向取向而导致的黏度降低,表现出明显的剪切变稀现象[26],是一种明显的非牛顿流体现象,说明SA/FG复配体系溶液均为非牛顿流体。由表2、表3结果参数可知,Cross模型对SA/FG复配体系溶液的拟合效果一般,而Herschel-Bulkley模型对SA/FG复配体系溶液的拟合效果非常好,R2均大于0.98,具有一定的指导意义。其中SA∶FG=2∶8拟合效果最好,稠度系数b表示体系的稠度大小,b值越大表明液体越稠,与试验结果一致。Herschel-Bulkley模型流动指数p均小于1,进一步证明SA/FG复配体系溶液为假塑性流体,和图1、图2结果一致。在食品加工中,剪切变稀有利于液体食品的运输,从而减少机器运行过程中的机械能损失和能耗。不同比例之间的SA/FG复配体系溶液没有明显的规律变化,说明不同比例SA/FG溶液会产生不同的影响,在食品加工中可以根据自身需求选择合适的配比。

图1 不同比例SA/FG复配体系剪切速率与剪切应力的关系曲线
Fig.1 Relationship curve between shear rate and shear stress in SA/FG composite systems with different proportions

图2 不同比例SA/FG复配体系剪切速率与黏度的关系曲线
Fig.2 Relationship curves between shear rate and viscosity of SA/FG composite systems with different proportions

表2 不同比例SA/FG复配体系溶液的Cross模型拟合参数
Table 2 Cross model fitting parameters for solutions in SA/FG complex systems at different proportions

复配体系(SA∶FG)零切黏度(η0)/(Pa·s)无穷大剪切黏度(η∞)/(Pa·s)稠度系数(a)流体指数(P)S(x-)/PaR20∶101.763 23.002 7E-080.000 290 251∶91.851 63.726 0E-080.000 358 352∶82.038 24.055 6E-080.000 428 783∶71.477 42.413 1E-080.000 858 834∶61.847 13.717 8E-080.000 713 295∶51.016 08.888 1E-090.001 467 46∶40.937 441.145 1E-080.001 846 17∶30.956 881.278 2E-080.001 974 58∶20.633 861.074 2E-090.002 839 19∶10.581 253.963 6E-090.003 235 310∶00.457 595.361 9E-090.003 808 20.012.360 50.927 972.569 80.933 112.928 70.937 402.620 30.948 523.022 90.947 432.402 30.950 082.603 00.949 282.807 20.948 622.638 90.943 282.832 50.939 522.749 70.935 27

表3 不同比例SA/FG复配体系溶液的Herschel-Bulkley模型拟合参数
Table 3 Herschel-Bulkley model fitting parameters for different proportions of SA/FG complex system solutions

续表3

复配体系(SA∶FG)屈服应力(a)/Pa稠度系数(b)/(Pa·s)流动指数(p)S(x-)/PaR24∶611.02329.9960.211 060.510 950.998 505∶52.996 212.8870.311 310.716 290.995 566∶42.027 610.8250.353 750.865 070.994 407∶31.853 410.6940.368 150.969 010.993 888∶20.660 825.685 60.464 401.078 30.990 539∶10.410 084.655 50.510 351.228 10.988 6310∶00.168 803.080 10.578 941.245 40.986 72

2.2 SA/FG复配体系溶液的动态黏弹性

在扫频范围内,所有复配体系的G′和G″均随着频率的增加而增大。从图3中可以看出,同一频率条件下,SA∶FG=10∶0到SA∶FG=5∶5这6个复配体系中,随着复配体系中FG比例的增加,G′增大,而且SA∶FG=4∶6到SA∶FG=0∶10这5个复配体系的G′与其余比例的SA/FG复配体系的G′相比显著增加。因此FG在响应外部频率刺激方面起着重要的能量储存作用。SA∶FG=10∶0复配体系在整个频率扫描下始终是G″>G′,说明此时溶液是以黏性(流体性质)为主导地位。其余复配体系在0.1~50 rad/s均会出现交点,交点前G″>G′,复配体系以黏性为主导地位,交点后G″<G′,复配体系溶液呈弱凝胶形态,其弹性较大。不同复配体系出现凝胶点的角频率不同,随着FG的添加量增加,出现凝胶点的角频率减小,说明SA/FG复配体系的凝胶性对FG的依赖性较强。由图3、图4可以看出SA∶FG=2∶8和SA∶FG =4∶6复配体系具有最大的G′和G″,说明SA∶FG =2∶8和SA∶FG =4∶6复配体系展现出最大的动态黏弹性行为,这与流动性和触变性分析结果相一致。由图5看出随着FG的增多,损耗系数减小,也表明随着FG的增多,复配体系溶液以弹性(固体性质)为主导地位的现象越强烈[27]。由图6可以得出,在整个频率扫描范围内,SA/FG复配体系的复合黏度随着振荡频率的增大而减小,表现出剪切变稀的特性,与静态流变性测定的结果相符。

图3 不同比例SA/FG复配体系G′与角频率的关系曲线
Fig.3 Relationship curve between storage modulus and frequency of SA/FG complex system with different proportions

图4 不同比例SA/FG复配体系G′与角频率的关系曲线
Fig.4 Relationship curve between loss modulus and frequency of SA/FG complex system with different proportions

图5 不同比例SA/FG复配体系损耗系数与角频率的关系曲线
Fig.5 Relationship curve between loss coefficient and angular frequency of SA/FG complex system with different proportions

图6 不同比例SA/FG复配体系复合黏度与角频率的关系曲线
Fig.6 Relationship curve between composite viscosity and angular frequency of SA/FG composite systems with different proportions

2.3 SA/FG复配体系溶液的触变性

触变性是复配体系溶液在线性规律的剪切速率下,溶液对剪切力的反应规律。图7所形成的闭合曲线称为触变环,也称为滞后环。触变环面积(图8)能反映复配体系溶液的触变性和抗剪切能力的强弱。

图7 不同比例SA/FG复配体系触变扫描图
Fig.7 Thixotropic scanning of SA/FG complex systems at different ratios

图8 不同比例SA/FG复配体系的滞后环面积
Fig.8 Hysteresis loop area of SA/FG composite system with different proportions

注:不同小写字母表示存在显著性差异(P<0.05)(下同)。

如图8所示,滞后环面积对复配比例没有依赖性,其面积主要是由SA和FG之间相互作用影响。SA∶FG=2∶8触变面积最小,说明该比例下溶液抗剪切能力较强,经外力作用后黏度变化不大,且恢复能力较强,即表观黏度恢复的较快。而SA∶FG =2∶8和SA∶FG=4∶6的触变环面积最大,说明SA∶FG=2∶8和SA∶FG=4∶6复配体系的触变性最大,黏度越大,表明结构受到破坏的程度大,恢复时间长[28]。该结果与流动性分析结果一致。

2.4 不同比例SA/FG复配体系溶液的黏度结果

由图9可知,随着FG比例的增加,复配体系溶液黏度呈先上升后下降的趋势。当SA/FG复配比例为3∶7、2∶8和1∶9时,复配体系黏度高于复配比例为10∶0 和0∶10的黏度,三者的黏度呈现协同增稠效应。在质量分数相同的SA/FG复配体系内,当SA∶FG=2∶8时,其体系的黏度最大,究其原因可能是SA/FG复配体系溶液中羧基与水分子结合形成氢键结构,SA和FG分子间互相穿插,同时SA分子与FG分子本身也存在相互作用,分子间的范德华力和分子间缠结都导致复配体系交联作用增大,从而黏度显著增加[29-30]。因此,根据应用需求可以在选择不同比例的SA和FG进行复配,遵循合理平衡的原则,以获得最佳的协同效果。选择黏度最高的SA∶FG=2∶8比例进行响应面优化试验。

图9 不同SA/FG比例溶液的黏度影响
Fig.9 Influence of viscosity of solutions with different SA/FG ratios

2.5 不同pH SA/FG复配体系溶液的黏度结果

由图10可知,随着pH上升,SA/FG复配体系溶液黏度呈先上升后下降趋势。在整个SA/FG复配体系溶液中,pH值为3~6时黏度升高, 并在pH值为7时黏度达到最高,pH值超过8时显著下降。这可能是随pH降低,一方面SA/FG复配体系表面的功能基团趋于负离子化,带负电荷的分子之间发生静电斥力,导致分子之间的碰撞次数减少,黏度下降[31],另一方面复配体系溶液在酸的作用下发生降解,SA/FG复配体系中分子质量下降,黏度下降[32-33]。当pH较高时,SA/FG复配体系溶液在碱性作用下导致氢键断裂,分子间距增大,同时促进SA/FG溶液分解,从而降低黏度[34-37]。说明过酸和过碱能显著降低SA/FG复配体系的黏度。

图10 pH对SA/FG复配体系溶液的黏度影响
Fig.10 Effect of pH on the viscosity of solution in SA/FG compounding system

2.6 不同温度SA/FG复配体系溶液的黏度结果

由图11可知,SA/FG复配体系溶液随着温度的升高,其黏度缓慢上升,当温度达到40 ℃时,体系黏度显著上升,并达到顶峰,继续升温黏度呈下降趋势。表明适当加热直至40 ℃时促进了复配体系溶液分子间的相互作用,分子缠结。且复配体系溶液溶解更加完全,SA/FG缔合逐渐饱和,黏度呈上升趋势[38]。继续升温,促进SA/FG分子的热运动,分子做无规则热运动的剧烈程度加强,导致分子间距增大,减弱分子间的相互作用,黏度降低[34]。另外,由于高温引起复配体系结构的松弛,使其内聚能力降低,大分子聚合结构被拆散,液体流动阻力减小,分子间的交联作用减弱及分子间解缠结作用[39],在加热条件下,分子链可能发生一定的断裂,从而导致分子质量减小[9],从而导致SA/FG复配体系溶液黏度负增长。因此,需要根据使用需求确定合适的温度范围,以保证复配体系的黏度稳定性和使用效果。

图11 温度对SA/FG复配体系溶液的黏度影响
Fig.11 Effect of temperature on viscosity of solution in SA/FG compounding system

2.7 不同搅拌时间SA/FG复配体系溶液的黏度结果

如图12所示,在搅拌过程中,SA和FG不仅会增加分子间缠结和分子间作用力,还会发生物理交联作用,形成网络结构,黏度升高[40]。随着搅拌时间的增加,SA/FG复配体系黏度持续增加,并在2 h时达到极值,随后黏度开始下降。原因在初期搅拌过程中,SA/FG复配体系形成的交联结构会更加完整和牢固,空间越来越紧,导致体系的流动性变差,黏度显著升高[41]。而且进行搅拌有利于SA/FG体系分子吸水溶胀,SA/FG体系分子链得到进一步伸展,从而形成一个稳定的体系,复配体系持续增稠直至黏度达到顶峰。此后,增加搅拌时间,体系黏度开始下降。一方面是因为长时间的搅拌会破坏复配体系分子链之间的相互作用力,分子间解缠,从而黏度降低[42]。另一方面长时间的搅拌导致了大量的剪切应力作用,这些剪切应力会破坏部分的交错结构,导致SA/FG复配体系中的链段自由移动,从而使体系的流动性得以改善,体系稳定性被破坏,溶液变稀,黏度逐渐降低[43]。这一结果与静态流变性结果一致,均说明了SA/FG复配体系是一种假塑性流体。因此,SA和FG复配体系的黏度需要在一定的搅拌时间范围内进行控制,以获得最佳的黏度性能。

图12 搅拌时间对SA/FG复配体系溶液的黏度影响
Fig.12 Effect of stirring time on viscosity of solution of SA/FG compounding system

2.8 响应面结果和分析

2.8.1 响应面试验设计方案及结果

采用Design-Expert的Box-Behnken中心组合来设计实验方案,结果见表4。利用Design-Expert软件分析得到:以黏度为响应值,温度(A)、pH值(B)、搅拌时间(C)的二次回归模型方程如下:黏度=+22 712.36-766.45A-472.75B-130.70C-156.95AB+243.85AC+136.75BC-2 076.21A2-1 926.91B2-1 955.00C2

表4 响应面试验设计和结果
Table 4 Response surface test design and results

试验号A pHB 温度/℃C 搅拌时间/h黏度/(mPa·s)1845217 309.32635219 795.33640119 895.34735319 103.75745118 283.76740222 601.47745318 440.78840117 873.39640319 001.310740222 890.711740222 707.712735119 493.713840317 954.714740222 652.315740222 709.716645219 154.717835218 577.7

2.8.2 黏度试验方差分析

利用Design-Expert软件,得到SA/FG复配体系溶液黏度试验方差分析结果(表5)。响应面方差分析得到回归模型系数R2为0.998 6,R2Adj为0.996 7,表明99.67%试验数据变异性可用该回归模型来解释。变异系数=0.57%,说明试验比较精确;模型信噪比Adeq Precisior=62.116,说明模型的响应信号足够强,可以用来拟合试验结果。由F值大小可知,各因素对黏度的影响顺序为:pH>温度>搅拌时间。模型P值<0.000 1,表明模型极显著性;失拟项P值为0.423 1,表明不显著。因此,模型拟合度较好,能反映响应面变化并能描述出本试验的结果。

表5 黏度试验方差分析
Table 5 Variance analysis of viscosity test

来源平方和自由度均方F值P值显著性模型6.277E+00796.975E+006543.00<0.000 1∗∗A4.700E+00614.700E+006365.88<0.000 1∗∗B1.788E+00611.788E+006139.20<0.000 1∗∗C1.367E+00511.367E+00510.640.013 8∗AB98 533.21198 533.217.670.027 7∗AC2.379E+00512.379E+00518.520.003 6∗∗BC74 802.25174 802.255.820.046 6∗A21.815E+00711.815E+0071 413.06<0.000 1∗∗B21.563E+00711.563E+0071 217.14<0.000 1∗∗C21.609E+00711.609E+0071 252.90<0.000 1∗∗残差89 911.21712 844.46失拟项42 157.94314 052.651.180.423 1#纯误差47 753.27411 938.32总和6.286E+00716

注:“*”表示差异显著(0.01<P<0.05),“**”表示差异极显著(P<0.01),“#”表示差异不显著(P>0.05)。

2.8.3 响应面曲面图分析

响应曲面图可以反映特定因素值下其他2个因素的交互作用对SA/FG复配体系溶液黏度影响。响应曲面图及等高线图见图13,可直观反映各参数对响应值的影响。由图13可知,ABACBC之间响应面曲面较陡,等高线图呈椭圆形且数值较大时较密,表明温度、pH、搅拌时间各两因素间对SA/FG复配体系溶液黏度影响较大,交互作用显著,这与方差分析结果一致。

图13 各两因素交互作用对SA/FG复配体系溶液黏度的影响
Fig.13 Effect of interaction of two factors on solution viscosity of SA/FG compounding system

2.9 验证试验

响应面试验结果分析表明,各因素的最佳条件为:pH 6.82,温度39.41 ℃,搅拌时间1.95 h,此时SA/FG复配体系溶液黏度为22 813.30 mPa·s。为验证其结果准确性,结合实际适当修改条件:pH 6.80,温度39.5 ℃,搅拌时间2.0 h,以此条件做3组平行试验,得到的SA/FG复配体系溶液黏度结果为22 844.55 mPa·s,相对误差为0.14%,说明模型可靠。

3 结论

采用流变仪研究了质量分数为1.0%SA/FG复配体系溶液的流变学特性,并对复配体系溶液的黏度影响因素进行了单因素和响应面试验。结果表示:随着剪切速率的增加,SA/FG复配体系溶液的剪切应力呈现上升趋势,黏度呈下降趋势,表现为假塑性,说明SA/FG复配体系溶液为非牛顿流体,且溶液体系拟合Herschel-Bulkley模型效果比Cross模型效果要好。在0.1~100 rad/s条件下,不同比例复配体系溶液随不同的角频率处理表现的动态黏弹性行为也不同,随着FG的增多,复配体系溶液以弹性(固体性质)为主导地位就更加明显。SA∶FG=2∶8和SA∶FG=4∶6复配体系展现出最大的动态黏弹性行为。且复配体系的复合黏度随着角频率的增大而减小,有着明显的依赖性。SA∶FG=2∶8和SA∶FG=4∶6的触变环面积最大,说明两者的触变性最大,抗剪切能力较弱。在1.0% SA/FG复配体系内,SA∶FG=2∶8时,其体系的黏度最大,有协同增稠效应。影响黏度因素为pH、温度和搅拌时间,SA/FG复配体系溶液黏度均随pH、温度和搅拌时间的升高先上升后下降,且各因素对黏度的影响顺序为:pH值>温度>搅拌时间。在pH 6.80、39.5 ℃、搅拌2.0 h的条件下,SA/FG复配体系溶液黏度较高。

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Rheological properties of sodium alginate and flaxseed gum compounding system

CHEN Changwei1, SHEN Xianghao1, FU Jingwen1, YANG Liuying1, DU Jing1, XIE Jian2, WANG Lingzhao1*, PAN Saikun1*

1(School of Food Science and Engineering, Jiangsu Ocean University, Lianyungang 222000, China) 2(Lianyungang Xinai Food Technology Co.Ltd., Lianyungang 222000, China)

ABSTRACT To investigate the potential application of sodium alginate (SA) and linseed gum (FG) compound colloids in the food industry, this paper focused on the static rheological, dynamic viscoelastic and thixotropic properties of the SA and FG compound colloids, and one-way and response surface experiments were carried out to investigate the factors affecting the viscosity of the solutions of the compound systems.Results showed that the different proportions of the 1.0% SA/FG complex system were non-Newtonian fluids, and the flow characteristics conformed to the Herschel-Bulkley model equation.With the increase of FG content in the SA/FG compound system, the system solution was mainly elastic (solid nature), and the compound viscosity decreased with the increase of angular frequency.The system viscosity was the largest when the mass ratio of SA and FG compound was 2∶8, the thixotropic ring area was the largest, and the shear resistance was weak.The effect of each factor on the solution viscosity of the SA/FG complex system was in the order of pH>temperature>stirring time.The viscosity of the SA/FG compound system was the highest at pH 6.80, 39.5 ℃, and a stirring time of 2.0 h.The ratio of SA and FG had a significant effect on the rheological properties and viscosity, and the suitable ratio could be selected according to the actual situation in the practical application.

Key words sodium alginate;flaxseed gum;rheological properties;viscosity;response surface

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.038098

引用格式:陈昌威,沈祥皓,付靖雯,等.海藻酸钠与亚麻籽胶复配体系流变学性质研究[J].食品与发酵工业,2024,50(23):132-140.CHEN Changwei, SHEN Xianghao, FU Jingwen, et al.Rheological properties of sodium alginate and flaxseed gum compounding system[J].Food and Fermentation Industries,2024,50(23):132-140.

第一作者:硕士研究生(王灵昭教授和盘赛昆教授为共同通信作者,E-mail:wanglz@jou.edu.cn;pskgx@163.com)

基金项目:连云港新爱食品科技有限公司委托开发项目(JOUH22173);连云港市“海燕计划”项目(2019-QD-005);江苏省产学研合作项目(BY2018212)

收稿日期:2023-11-28,改回日期:2024-01-08