公海710官网水溶液的流变性能：
公海710官网水溶液的流变性能，采用ARES流变仪研究了质量浓度为1.0~ 40. 0 g/ L的公海710官网水溶液在303. 15~ 343. 15 K的流变性能。结果表明：公海710官网水溶液为假塑性流体，幂律模型能很好地关联其流变方程；当 质量浓度为2. 0 g/ L时，黏度和温度关系满足Arrhenius定律，随着公海710官网质量浓度增大，温度对 黏度的影响不再符合Arrhenius定律；公海710官网水溶液的线性黏弹区范围几乎与质量浓度无关；同一 质量浓度的公海710官网水溶液弹性模量G"远大于黏性模量G〃，表明溶液中存在类凝胶结构。
公海710官网是野油菜黄单胞杆菌以碳水化合物为原 料，公海710官网水溶液的流变性能，经发酵生产的一种微生物胞外酸性杂多糖[1]，广 泛用于食品、石油、医药、矿产等领域。研究公海710官网 水溶液的流变性质，获得其流变方程，对于指导黄原 胶的生产和应用有现实意义。国内外对于公海710官网的 流变性质研究虽然比较多[->]，但主要研究pH、搅 拌和温度等因素的影响，关于浓度对于公海710官网水溶 液流变性质影响的报道较少。由于没有考虑公海710官网 水溶液的黏温关系对于剪切速率的敏感性，不同研 究者得出的结论也有较大差别。此外，为了研究黄 原胶水溶液的结构，需要对其进行动态流变实验，但 这方面的研究并不多。因此，本文针对浓度和温度 对公海710官网水溶液流变性质的影响以及公海710官网水溶液 的动态流变性能进行了研究。
公海710官网水溶液的流变性能材料和方法
1. 1材料
食品级公海710官网粉末购自山东阜丰发酵有限公司 (规格FF0360),其他参数符合GB13886 — 2007标准。 1.2流变性能的测定
称取一定质量的公海710官网粉末，溶于50 mL超纯 水中，分别配成质量浓度为1. 0, 2. 0, 6. 0, 8. 0, 10. 0, 14. 0, 20. 0, 30. 0, 40. 0 g/ L 的水溶液。采用 ARES流变仪(美国TA公司）的同轴圆筒测试系统 对公海710官网水溶液进行稳态和动态流变实验研究，样品 温度由流变仪自带的温控炉进行控制(精确到0. 01 °C)。稳态流变实验考察其黏度与剪切速率的关系, 动态流变实验包括动态应变扫描和动态频率扫描，前 者考察公海710官网水溶液的线性黏弹区,后者考察弹性 模量G?和黏性模量G〃随浓度和扫描频率的变化。
2结果与讨论 2. 1质量浓度对公海710官网水溶液黏度的影响
在303. 15 K时不同质量浓度公海710官网水溶液黏 度随剪切速率变化的关系结果见图1。
图1不同质量浓度公海710官网水溶液的黏度曲线
Fig. 1 Viscosities of xanthan gum solutions at different concentrations
如图1所示，不同质量浓度的公海710官网水溶液都 呈现明显的剪切变稀性质。Amundarain[5]研究了 质量浓度低至0.5 g/L的公海710官网水溶液，发现其有 较强的剪切稀化性质。在相同剪切速率下,黏度随 公海710官网质量浓度升高而增大，而且当质量浓度从 2. 0 g/L增大到6.0 g/L时，黏度增加幅度最大，当 剪切速率为0. 25、2. 5、25 s-1时，黏度分别增加了
4.6、. 8、2. 7 倍。1. 0 g/L 和 2. 0 g/L 的公海710官网水
溶液在0. 1 s-1剪切速率附近出现了牛顿第一平台 区，而当质量浓度大于6. 0 g/ L时，实验剪切速率范 围内没有出现牛顿第一平台区。
在0. 1〜1 000 s-1的剪切速率范围内，采用 Powe- law模型描述黏度和剪切速率关系
n= KT1(1)
式中:A为黏度,Pa • s; K为稠度系数,Pa • sn; i为 剪切速率,s-1;n为流动指数。公海710官网水溶液的流变性能，拟合结果见表1。
表1公海710官网水溶液的Powe- law模型拟合参数 Table 1 Parameters in Power-law model for xanthan gum
solut ions
P/(g * L-1)K /(Pa • sn)nCorrelation
coefficient
1.00. 350. 410. 988
2.01.300. 400. 968
6.06. 210. 190. 999
8.07.510. 160. 999
10.09. 590. 200. 999
14.014.010. 250. 999
20.021.690. 270. 999
30.034. 150. 290. 998
40.050. 610. 310. 998
公海710官网质量浓度增大，公海710官网分子间的距离缩 短，形成更紧密的缠绕结构，体系流动性减弱，因此， 稠度系数增大。稠度系数(K)与质量浓度（R)的关 系可以很好地线性拟合，即：
K = - 1. 83 + 1. 25P(2)
随着质量浓度升高，流动指数n先减小，后增 大;当质量浓度为8. 0 g/L时，n最小，剪切稀化性 能最强。
2.2温度对公海710官网水溶液黏度的影响
质量浓度为2. 0, 6. 0、30. 0 g/ L的公海710官网水溶 液在303. 15〜343. 15 K范围内黏度随温度变化的
关系见图2。质量浓度为2. 0 g/L的公海710官网水溶 液，黏度随温度升高而降低，在低剪切速率时，降低 幅度更明显；随着质量浓度增加，黏度随温度升高而 下降的这种变化趋势越来越不明显，到30. 0 g/L 时，黏度已经几乎不受温度影响。
米用经典的Arrhenius公式拟合黏度■温度关 系:
n = A e-RT(3)
式中:A为指前因子;E为活化能,J/mol; R为摩尔 气体常数;T为热力学温度,K。拟合结果见表2。
l〇F(a)
绕[10]，温度升高，分子链的伸展和热运动幅度下降, 因此，公海710官网水溶液的流变性能，黏度变得对温度不敏感。
表2公海710官网水溶液的Arrhenius公式拟合参数 Table 2 Parameters in Arrhenius equation for xanthan gum
solutions
p/
；• L- 1)f/s- 1A /(Pa • s)E/
(k J • mol- 1C orrelation )coefficient
2. 00. 131.37x 10- 5-33.40. 996
1.262.82x 10- 3-15.20. 994
12. 602.11x 10- 2-5.40.910
6. 00. 130.93-9.20. 839
1.262. 67-1.70. 556
12. 601.552. 00. 387
30. 00. 132. 17-11. 10. 834
1.267. 39-3.50. 436
12. 604.39-0. 10. 121
0.11'''''
300310320330340350
77K
100r(b)
300310320330340350
77K
1 000 F (c)
100
300310320330340350
77K
P/(g • L-1):a — 2. 0, b — 6. 0, c—30.0;
Y/ s- 1: ■ — 0. 13, • — 1. 26, A —12. 60
图2公海710官网水溶液的温庵黏度变化图
Fig. 2 Viscosities-temperature changes of xanthan gum solution
Speers[7]在剪切速率为100. 00 s- 1时关联出质 量浓度为2. 5 g/ L和5. 0 g/L的公海710官网水溶液活化 能数值分别是-8.5 kJ/mol和-2. 2 kJ/mol; Rao[8]在同样剪切速率下得出质量浓度为5. 0 g/L 和7. 5 g/L时的公海710官网水溶液活化能数值分别是 -7.7 kj/mol和-4.0 kJ/mol。表2中当剪切速率 为12.60 s-1时关联出的活化能数值与文献[-8]在 量级上一致。从表2可知，当质量浓度为2.0 g/L 时，公海710官网水溶液在不同剪切速率下的黏度■温度关 系可以用Arrhenius公式很好地拟合，活化能的绝 对值随剪切速率增大而降低，说明在低剪切速率时， 黏度对于温度变化更敏感。这主要是因为2.0 g/L 的公海710官网水溶液中公海710官网分子构象为有序的螺旋 状[9]，随着公海710官网质量浓度增大，水溶液中分子间距 离缩小，分子链发生交叠和缠结，分子构象为无序缠
2. 3公海710官网水溶液的动态流变特性
对公海710官网水溶液进行动态流变实验是为了更好 地反映其结构。常用来考察溶液结构的方法是对其 进行动态应变扫描和动态频率扫描实验，动态应变 扫描首先是为了确定线性黏弹区，因为动态频率扫 描采用的合适应变必须在线性黏弹区范围内。动态 频率扫描可以获得溶液的弹性模量“和黏性模量 G"，进而表征其黏弹性。由于流变仪传感器的灵敏 度原因，无法测试低至1. 0 g/L的公海710官网水溶液的 动态流变特性。
不同公海710官网质量浓度的线性黏弹区见图3。由 图3可知，应变小于20%的区域都是公海710官网水溶液 的线性黏弹区，并且公海710官网的质量浓度几乎不影响 其水溶液的线性黏弹区的范围，线性黏弹区的^随 质量浓度线性增大，可以用式(4)关联：
G = - 12. 80 + 4. 31P(4)
当应变大于20%时，公海710官网溶液中稳定的结构 被破坏，“开始减小;质量浓度越大，“减小得越快。
动态频率扫描结果见图4。从图4可知,“和 ^都是随质量浓度增大而增大的;对同一质量浓度 的公海710官网水溶液,“均大于G"，并且“和G〃对于扫 描频率的依赖性很小，表明溶液中存在类凝胶结 构[11]，Willie[9]和Mii-HoOh[12]对公海710官网水溶液的 动态研究都证明了这样的结果。由于公海710官网水溶液 实际上是一个非均相溶液[13]，随着质量浓度增大， 公海710官网分子相互聚集，溶液中公海710官网分子间相互作 用不断增强[14]，公海710官网水溶液的流变性能，弹性储能能力也增强。
1 000
液应变扫描图
Fig. 3 Strain sweep at 303. 15 K and 1 Hz oscillatory frequency for xanthan gum solutions at different concentrations
0.1 1 10 100
ft)/(rad • s_1)
100
10
cd
&
0.1 1 10 100 1 000
仞/(rad • s-1)
P/(g.L-1)：--2.0;•—6.0; ▲ —8.0; ▼ — 10.0; ♦ —14.0;
^ -20.0;► — 30.0;40.0
图4在303. 15 K、10%应变下公海710官网水溶液的弹性模量 (a)和黏性模量(b)
Fig. 4 G? ( a) and d ( b) of frequency sw eep at 3 03 . 15 K and 10% oscillatory strain for xanthan gum solutions
3结论
(1)公海710官网水溶液为假塑性流体,幂律模型能很 好地关联其流变方程，稠度系数K随质量浓度增大 而线性增大，流动指数n随着质量浓度升高先减小、 后增大。
(2)只有质量浓度为2.0 g/L的公海710官网溶液黏 度■温度关系满足Arrhenius定律。公海710官网水溶液的流变性能，随着公海710官网质 量浓度增大，黏度■温度关系不再满足Arrhenius定
律。
(3)公海710官网水溶液的线性黏弹区范围几乎与质 量浓度无关，应变小于20%的区域都是其线性黏弹 区;同一质量浓度的公海710官网水溶液“远大于G〃，溶 液中存在类凝胶结构；随着质量浓度升高,“和^ 都增大。
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