Реологические свойства водных растворов агара, желатина и их смеси для желейных изделий

Abstract

Экспериментально с помощью ротационного вискозиметра методом температурного сканирования определены зависимости величин напряжения сдвига от скорости сдвига и рассчитаны эффективные динамические вязкости систем вода-0.5% агара (ВА), вода-2% желатина (ВЖ) и вода-0.5% агара-2.0% желатина (ВАЖ) в диапазоне скоростей сдвига 17-1021 c-1 и интервале температур 298-323 К. Полученные экспериментальные кривые течения были аппроксимированы уравнениями степенной модели Оствальда, модели Гершеля-Балкли и модели Кэссона. Установлено, что экспериментальные результаты с хорошей точностью могут быть описаны уравнением Гершеля-Балкли. Рассчитанные с помощью этого уравнения величины предельного напряжения сдвига и индекса текучести позволили классифицировать системы ВА и ВАЖ в области температур 298-310 К как нелинейно-пластичные с частичным переходом к псевдопластическому течению. Добавление желатина к системе ВА приводит к ее «разжижению» во всем интервале температур. Анализ температурных зависимостей вязкости с позиций активационной теории вязкого течения показал отклонение от линейности кривой зависимости логарифма вязкости от обратной температуры с понижением температуры. Данный факт с позиций положений о структурной вязкости свидетельствует о существовании перехода золь-гель. Полученные таким образом температуры гелеобразования уменьшаются в ряду систем ВА-ВАЖ-ВЖ. В рамках структурного подхода реологические данные были проанализированы на основе обобщенной реологической модели Кэссона. Рассчитанные из экспериментальных данных вклады в процесс вязкого течения от интегральных характеристик ассоциатов макромолекул и отдельных частиц при их гидродинамическом взаимодействии позволили объяснить эффект понижения вязкости системы ВА при добавлении желатина разрушением структурных элементов исходной системы. Експериментально за допомоги ротаційного візкозиметра методом температурного сканування визначені залежності величин напруги зсуву від швидкості зсуву та розраховані ефективні динамічні в'язкості систем вода-0.5% агару (ВА), вода-2% желатину (ВЖ) і вода-0.5% агару-2.0% желатину (ВАЖ) в діапазоні швидкостей зсуву 17-1021 c-1 і інтервалі температур 298-323 К. Отримані експериментальні криві течії були апроксимовані рівняннями степенної моделі Оствальда, моделі Гершеля-Балклі та моделі Кэссона. Встановлено, що експериментальні результати з гарною точністю можуть бути описані рівнянням Гершеля-Балклі. Розраховані за допомоги цього рівняння величини граничного напруження зсуву та індексу плинності дозволили класифікувати системи ВА і ВАЖ в області температур 298-310 к як нелінійно-пластичні з частковим переходом до псевдопластичної течії. Додавання желатину до системи ВА призводить до її «розрідження» у всьому інтервалі температур. Аналіз температурної залежності в'язкості з позицій активаційної теорія в'язкої течії показав відхилення від лінійності залежності логарифма в’язкості від зворотної температури зі зниженням температури, що з позицій положень про структурну в’язкість свідчить про існування переходу золь-гель. Отримані таким чином температури гелеутворення зменшуються в ряду систем ВА-ВАЖ-ВЖ. В рамках структурного підходу реологічні дані були проаналізовані на основі узагальненої реологічні мо- делі Кессона. Розраховані з експериментальних даних вклади в процес в'язкої течії від інтегральних характеристик асоціатів макромолекул і окремих часток при їх гідродинамічній взаємодії дозволили пояснити ефект зниження в’язкості системи ВА при додаванні желатину руйнуванням структурних елементів вихідної системи. Experimentally by using the rotational viscometer and the temperature scan method the dependence of shear stress on shear rate were determined and the effective dynamic viscosity of the systems water-0.5% agar (WA), water-2% gelatin (WG) and water-0.5% agar-2.0% gelatin (WAG) in the range of shear rates 17-1021 s -1 and temperature range of 298-323 K were calculated. The obtained experimental flow curves were approximated by the equations of the Ostwald power-law model, the Herschel-Bulkley model, and the Kasson model. It is estab lished that the experimental results with good accuracy can be described by the Herschel-Bulkley equation. The values of the yield shear stress and yield index calculated using this equation made it possible to classify the systems WA and WAG in the temperature range 298-310 K as nonlinear plastic with partial transition to pseudoplastic flow. Analysis of the temperature dependence of viscosity from the viewpoint of the activation theory of viscous flow showed a deviation from linearity of the dependence of the logarithm of viscosity on the inverse temperature with decreasing temperature, which suggests the existence of a sol-gel transition from the standpoint of the structural viscosity. The gelation temperatures thus obtained are reduced in a series of WA-WAG-WG systems. Within the framework of the structural approach, the rheological data were analyzed on the basis of the general ized rheological model of Kasson. The contributions to the viscous flow from the integral characteristics of the associates of macromolecules and individual particles calculated from experimental data during their hydrody namic interaction allowed us to explain an effect of decreasing of viscosity WA system due to adding of gelatin by ruin of the elements of initial system.