黃原膠是一種微生物多糖，由D-葡萄糖、 D-甘露糖和D-葡萄糖醛酸，以及丙酮酸和乙

酸所組成的“重復(fù)單元”以P-1，4糖苷鍵聚合 成的高分子多糖聚合物00。一價(jià)離子對(duì)黃原膠溶液流變特性的影響研究，黃原膠的相對(duì)分子質(zhì) 量非常大（>3 X106)，其水溶液黏度也非常高。 

分子側(cè)鏈上的羥基使其易形成鈉、鉀和鈣等金屬 鹽，分子間可形成雙螺旋結(jié)構(gòu)0。黃原膠的鏈的 剛硬特性增加了剪切稀化流變性質(zhì)H。本文通過(guò) 穩(wěn)態(tài)流動(dòng)曲線、應(yīng)變掃描、頻率掃描、動(dòng)態(tài)黏彈 性溫度掃描以及動(dòng)態(tài)黏度溫度掃描等實(shí)驗(yàn)詳細(xì)研 究了不同鹽（NaCl和KCl)及不同離子強(qiáng)度對(duì) 〇. 3%黃原膠溶液流變特性的影響，并從微觀結(jié)構(gòu) 上進(jìn)行詳細(xì)解析。

1材料與方法 1.1材料與儀器

黃原膠：市售食品級(jí)；NaCl:分析純；KCl: 分析純。

AR - G2高級(jí)旋轉(zhuǎn)流變儀：美國(guó)TA儀器有限 公司（測(cè)試夾具：60mm平行板）；攪拌器：德國(guó) IKA數(shù)顯歐洲之星；分析天平：Mettler-Toledo, 感量 0.001g;烘箱：FED115，德國(guó) Binder。

1.2方法

1. 2.1不同鹽濃度的0. 3%黃原膠溶液配置方法 烘箱干燥法得到黃原膠水分含量，在600mL 高型燒杯中稱取加入干基質(zhì)量為1.5g的黃原膠。 分別稱取NaCl或KCl，使Na+或K+濃度分別為 0%、0.1%、0.2%、0.4%、0.8%、1.0%。加 水浸潤(rùn)過(guò)液（其中水的質(zhì)量為500 -稱取的黃原 膠質(zhì)量）。700轉(zhuǎn)/分?900轉(zhuǎn)/分下攪拌分散 2h?3h,取下后用保鮮膜封口，冷藏并放置過(guò)夜。 1.2.2黃原膠溶液流變測(cè)試方法

穩(wěn)態(tài)流動(dòng)：間距750^m;溫度：25°C; 100s-1預(yù)剪切3min;剪切后平衡15min;掃描范 圍：0.001s-1 ?100s-1

應(yīng)變掃描：間距：500pm;溫度：25°C;上 樣后平衡5min;頻率：1Hz;掃描范圍：0. 1%? 1000%

頻率掃描：間距：500pm;溫度：25°C;上 樣后平衡5min;應(yīng)變：5%;掃描范圍：0. 1Hz? 100 Hz

動(dòng)態(tài)黏彈性溫度掃描：間距：1000pm;上樣 后平衡5min;應(yīng)變：5%;頻率：1Hz;掃描速 率：2C /min

動(dòng)態(tài)黏度溫度掃描：間距：1000pm;上樣后平 衡5min;剪切速度：0.01s-1;掃描速率：1C/min

2結(jié)果與分析

2.1穩(wěn)態(tài)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)

在低剪切速率范圍內(nèi)，取剪切速率0.01s-1 時(shí)黏度為零剪切黏度（n。）。另外，選取剪切速 率10s-1時(shí)的黏度測(cè)試值作為黏度值（n)。本文 應(yīng)用 Cross 方程對(duì)0. 1S-1 -100S-1區(qū)間進(jìn)行擬合， 得到剪切稀化指數(shù)，另外，對(duì)于黏度衰減，則通 過(guò)63s-1時(shí)黏度值與6. 3s-1時(shí)黏度值之間的比值 來(lái)表達(dá)。不同鹽添加量的黃原膠溶液分別進(jìn)行穩(wěn) 態(tài)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，相應(yīng)進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)，結(jié)果取其平 均值，如表1。 

表1不同鹽濃度的黃原膠溶液的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)

n0，Pa. sn，cP剪切稀化指數(shù)黏度衰減

鹽添加量K +Na +K +Na +K +Na +K +Na +

0%5. 8665. 866256. 8256. 80. 69470. 69470. 2050. 205

0.1%7.3047. 366257. 8252. 40. 68910. 6880. 20580. 2057

0.2%7. 077. 26246. 4244. 10. 68090. 68170. 20980. 2092

0.4%6. 6055. 074226. 3199. 50. 67370. 64750. 21350. 2282

0.8%4.2293. 859163. 5168. 80. 62280. 62340. 24070. 2424

1%3. 62. 461163. 1146. 90. 620. 60750. 24370. 2548

 

 

添加少量的離子可促使零剪切黏度增大，但 隨著鹽添加量繼續(xù)加大，一價(jià)陽(yáng)離子對(duì)黃原膠溶液流變特性的影響研究，零剪切黏度隨之出現(xiàn)明 顯下降。0.1%添加量對(duì)黏度、剪切稀化指數(shù)及黏 度衰減無(wú)明顯影響，但隨著鹽添加量加大，黏度 出現(xiàn)下降，剪切稀化指數(shù)減少及黏度衰減加大， 表明黃原膠溶液越不易被剪切稀化。鹽分子直接 或間接地與黃原膠分子發(fā)生相互作用，進(jìn)而影響 了后者在溶液中的行為，此影響也會(huì)反映在黃原 子分子之間以及與水分子的相互作用上，即改變 了體系流變性質(zhì)。帶有正電荷的離子與黃原膠分 子鏈上陰離子基團(tuán)結(jié)合，導(dǎo)致其分子鏈上陰離子 之間排斥力被屏蔽，使得高分子鏈不能充分伸展 而呈收縮狀態(tài)，因而溶液黏度降低。或者由于通 過(guò)影響黃原膠分子的水化而改變了后者的分子構(gòu) 象和鏈的相互作用，進(jìn)而改變了體系流變性。另 外，鹽濃度高時(shí)Na+對(duì)黃原膠溶液的影響比K + 大。以Na+為例，不同鹽離子添加量的0.3%黃 原膠溶液穩(wěn)態(tài)流動(dòng)曲線如圖1。

圖1不同Na +添加量的黃原膠溶液的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)曲線 2. 2應(yīng)變掃描

_價(jià)陽(yáng)離子不同濃度的黃原膠溶液分別進(jìn)行 應(yīng)變掃描實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表2。鹽的影響也反映在 對(duì)體系模量的改變上。鹽含量低時(shí)對(duì)黏彈性影響 不明顯，但隨著鹽添加量的增加，彈性模量、黏 性模量出現(xiàn)降低，損耗正切出現(xiàn)增加。同樣，鹽 濃度高時(shí)Na+對(duì)黃原膠溶液的影響比K+大。不 同Na+離子添加量對(duì)0. 3%黃原膠溶液應(yīng)變掃描 曲線的影響如圖2。

表2不同鹽濃度的黃原膠溶液的應(yīng)變掃描實(shí)驗(yàn)

G'PaG”，Pa損耗正切

鹽添加量K +Na +K +Na +K +Na +

0%2. 222. 221. 511. 510. 680. 68

0.1%2.322. 231. 571. 530. 6780. 687

0.2%2.371. 811.621. 340. 6840. 746

0.4%1.951. 351. 431. 140. 7320. 847

0.8%1. 141. 011. 040. 970. 9150. 955

1%1. 040. 850. 990. 880. 9521. 03

從圖2看出，鹽添加量低時(shí)，彈性模量明顯 大于黏性模量，但隨著鹽添加量增大，一價(jià)陽(yáng)離子對(duì)黃原膠溶液流變特性的影響研究，彈性模量 下降幅度大于黏性模量，甚至Na+1%時(shí)出現(xiàn)彈 性模量小于黏性模量的現(xiàn)象。另外，鹽濃度加大 時(shí)，損耗正切值亦相應(yīng)增加，表明體系耗散能量 的能力越強(qiáng)，其內(nèi)耗或內(nèi)磨擦力越大，體系的粘 性響應(yīng)行為增加。

圖2不同Na +添加量的黃原膠溶液的應(yīng)變掃描 2.3頻率掃描

_價(jià)陽(yáng)離子不同濃度的黃原膠溶液分別進(jìn)行 頻率掃描實(shí)驗(yàn)。不同Na+濃度的頻率掃描結(jié)果如 圖3。在很寬的頻率范圍內(nèi)，G’與G'具有明 顯的頻率依賴性。添加0%及0. 1% Na+的溶液在 整個(gè)掃描范圍G’始終大于G’’，兩者沒(méi)有相交 點(diǎn)，差不多完全顯示了固態(tài)的黏彈性質(zhì)。隨著鹽 濃度加大，使得G’’在一定的低頻區(qū)內(nèi)大于 G'體系表現(xiàn)為液態(tài)的黏性，掃描頻率加大后 G’與G'出現(xiàn)相交。G’與G'隨頻率變化 

 

曲線的交匯點(diǎn)位置反映了體系黏彈性能的特點(diǎn)。 交匯點(diǎn)處頻率越低，體系的固態(tài)性質(zhì)越顯著。因 此，鹽的加入對(duì)體系流變性質(zhì)的影響也反映在對(duì) 這些交匯點(diǎn)位置的移動(dòng)趨勢(shì)上。由表3可以看出， 對(duì)于Na+，鹽濃度為0.2%時(shí)相交點(diǎn)位置隨濃度 增大越來(lái)越往頻率高的方向移動(dòng)。對(duì)于K+，添 加0%、0.1%、0.2%及0.4%的溶液在整個(gè)掃描 范圍內(nèi)彈性模量始終大于黏性模量，兩者沒(méi)有相 交點(diǎn)，而0.8%及1%的溶液出現(xiàn)相交點(diǎn)，但差異 性不明顯。另外，G’與G'曲線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)頻 率值的倒數(shù)可以近似作為該體系的特征松馳時(shí)間 tm，可以用來(lái)表征體系中活性聯(lián)結(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度，由 表3可以看出，隨著鹽濃度加大，tm值減小，使 得在體系分子間不斷接觸和重組過(guò)程中不易形成 比較穩(wěn)定的聯(lián)結(jié)，活性聯(lián)結(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度降低，從而 使溶液結(jié)構(gòu)變得不太穩(wěn)定。

表3不同鹽濃度的黃原膠溶液頻率掃描

交點(diǎn)處頻率，Hz松馳時(shí)間tm，s

鹽添加量K +Na +K +Na +

0%////

0.1%////

0.2%/0.1261/7. 93

0.4%/0.3662/2. 73

0.8%0.45760.69742. 181. 43

1%0. 48861.1262. 050. 89

10.00-

10.00

2.4動(dòng)態(tài)黏彈性溫度掃描

一價(jià)陽(yáng)離子不同濃度的黃原膠溶液分別進(jìn)行 動(dòng)態(tài)黏彈性溫度掃描，一價(jià)陽(yáng)離子對(duì)黃原膠溶液流變特性的影響研究，結(jié)果如圖4及表4。根據(jù) 曲線中G’與G'相交點(diǎn)，確定凝膠點(diǎn)溫度。 低于凝膠點(diǎn)溫度時(shí)，溶液多表現(xiàn)為凝膠狀態(tài)，彈 性行為大于黏性行為，而高于凝膠點(diǎn)溫度時(shí)，溶 液多表現(xiàn)出黏性行為。結(jié)果表明：總體上隨著鹽 濃度的加大，凝膠點(diǎn)溫度降低，說(shuō)明黃原膠溶液 由凝膠狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z狀態(tài)的溫度出現(xiàn)降低，即 隨著鹽濃度的增加，較低溫度即可使分子間的各 種纏繞結(jié)構(gòu)被打斷而出現(xiàn)無(wú)規(guī)則的線團(tuán)結(jié)構(gòu)。

黃原膠溶液的黏度隨溫度升高的變化情況。一 價(jià)陽(yáng)離子不同濃度的黃原膠溶液分別進(jìn)行動(dòng)態(tài)黏 度溫度掃描實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖5及表4。黃原膠在 溶液中具有的分子構(gòu)象和黃原膠溶液的熱處理溫 度是否高于其溶液的構(gòu)象轉(zhuǎn)變溫度（熱轉(zhuǎn)變溫 度，Tm)有關(guān)。黃原膠溶液的Tm大小和溶液中電 解質(zhì)的種類和濃度有關(guān)。無(wú)機(jī)鹽引起黃原膠熱轉(zhuǎn) 變溫度升高，可能是從聚合物-水表面吸附和排 除離子，從而影響界面能。由表4可以看出, Na+添加量在0.2%以內(nèi)時(shí)Tm基本上不變，而添

圖5不同Na +添加量對(duì)黃原膠溶液動(dòng) 態(tài)黏度溫度掃描的影響

加量繼續(xù)增加時(shí)Tm明顯提高，這可能與黃原膠本 身含有較高的Na含量（5. 12%)有關(guān)，因此， 添加量少時(shí)不會(huì)對(duì)Tm值產(chǎn)生大的影響，只有添加 量達(dá)到_定程度才會(huì)有明顯的提高；對(duì)于K+， 添加量0. 1%時(shí)Tm即有較大幅度的提高，隨著添 加量繼續(xù)增加，并沒(méi)有呈現(xiàn)有規(guī)律的升高，這可 能與黃原膠本身含有較低的K含量（0.12%)有關(guān), 因此，添加少量時(shí)即會(huì)對(duì)Tm值產(chǎn)生較大的影響。

3結(jié)論

鹽直接或間接地與黃原膠發(fā)生作用，從而影 響黃原膠溶液的體系流變性質(zhì)。一價(jià)陽(yáng)離子對(duì)黃原膠溶液流變特性的影響研究，同樣，鹽的種類 及濃度亦對(duì)黃原膠溶液的黏度、黏彈性、凝膠點(diǎn) 溫度、松馳時(shí)間及構(gòu)象轉(zhuǎn)變溫度等特性有著不同 的影響與作用。另外，在考慮鹽的作用時(shí)，需結(jié) 合考慮黃原膠本身所含有的鉀、鉀、鈣、鎂等離 子的含量。