黃原膠是野油菜黃單胞桿菌以碳水化合物為原料，經(jīng)發(fā)酵生產(chǎn)的一種微生物胞外酸性 雜多糖[1]。黃原膠廣泛用于食品、石油、醫(yī)藥、礦產(chǎn)等領(lǐng)域，而且常被用于生物（質(zhì)）反應(yīng) 器研究的粘性非牛頓流體模擬介質(zhì)。研究黃原膠水溶液的流變性質(zhì)，獲得其流變方程，對(duì)于 指導(dǎo)黃原膠的生產(chǎn)和應(yīng)用有現(xiàn)實(shí)意義。國內(nèi)外對(duì)于黃原膠的流變性質(zhì)研究雖然比較多[2-6]， 但主要研究pH值、攪拌和溫度等因素的影響，關(guān)于濃度對(duì)于黃原膠水溶液流變性質(zhì)的影響 的報(bào)道較少，對(duì)于黃原膠水溶液粘度和溫度的關(guān)系，由于沒有考慮剪切速率對(duì)于粘度影響的 原因，不同研究者得出的結(jié)論也有較大差別，此外，對(duì)于黃原膠水溶液的動(dòng)態(tài)流變性質(zhì)，鮮 有研究報(bào)道。因此，本文對(duì)濃度和溫度對(duì)于黃原膠水溶液流變性質(zhì)的影響以及黃原膠水溶液 的動(dòng)態(tài)流變進(jìn)行了研究。
1實(shí)驗(yàn)材料和方法
1.1材料
食品級(jí)黃原膠粉末購自山東阜豐發(fā)酵有限公司，規(guī)格為FF0360,粒度為80-120目，其 它參數(shù)符合GB13886-2007標(biāo)準(zhǔn)。
1.2流變性能的測定
稱取一定量的黃原膠粉末，溶于50mL超純水中，配成濃度為1, 2, 6, 8, 10，14， 20, 30, 40g/L的水溶液。采用ARES流變儀（美國TA公司）的同軸圓筒測試系統(tǒng)對(duì)黃原 膠水溶液進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)流變實(shí)驗(yàn)研究，樣品溫度由流變儀自帶的溫控爐進(jìn)行控制(精確到
0.01°C)。穩(wěn)態(tài)流變實(shí)驗(yàn)考察其粘度與剪切速率的關(guān)系；動(dòng)態(tài)流變實(shí)驗(yàn)包括動(dòng)態(tài)應(yīng)變掃描和 動(dòng)態(tài)頻率掃描，前者考察黃原膠水溶液的線性粘彈區(qū)，后者考察彈性模量和粘性模量隨濃度 和掃描頻率的變化。
2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1濃度對(duì)黃原膠水溶液粘度的影響
303.15K時(shí)不同濃度黃原膠水溶液粘度隨剪切速率變化的關(guān)系結(jié)果見圖1。
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圖1不同濃度黃原膠水溶液的粘度曲線
不論是低濃度還是高濃度，黃原膠水溶液都呈現(xiàn)明顯的剪切變稀性質(zhì)。Amundaram[5]研究了 濃度低至500ppm的黃原膠水溶液，發(fā)現(xiàn)其就有較強(qiáng)的剪切稀化性質(zhì)。在相同剪切速率下， 粘度隨黃原膠濃度升高而増大，而且濃度從2g/L増大到6g/L，粘度増加幅度最大，0.25/s、 2.5/s和25/s剪切速率時(shí)粘度分別増加了 4.6倍、3.8倍和2.7倍。1g/L和2g/L的黃原膠水溶 液在0.1/s剪切速率附近出現(xiàn)了牛頓第一平臺(tái)區(qū)，而濃度大于6g/L，實(shí)驗(yàn)剪切速率范圍內(nèi)沒 有出現(xiàn)牛頓第一平臺(tái)區(qū)。
黃原膠水溶液活化能數(shù)值分別是-7.7 kJ/mol和-4.0 kJ/mol。表2中12.6/s時(shí)關(guān)聯(lián)出 的活化能數(shù)值與他們的結(jié)果在量級(jí)上一致。從表2中可知，只有2g/L的黃原膠水溶液在不 同剪切速率下的粘度-溫度關(guān)系可以用Arrhenius公式很好地?cái)M合，活化能的絕對(duì)值隨剪切速 率増大而降低，說明在低剪切速率時(shí)，粘度對(duì)于溫度變化更敏感，這主要是由于弱剪切沒有 破壞黃原膠水溶液中黃原膠分子間相互纏繞形成的弱空間結(jié)構(gòu)，溫度升高，黃原膠分子伸展， 并且熱運(yùn)動(dòng)加劇，該空間結(jié)構(gòu)逐步解體，因此表現(xiàn)為粘度下降。隨著黃原膠濃度増大，水溶 液中分子間距離縮小，分子鏈發(fā)生交疊和纏結(jié)并最終形成凝膠，受分子間越來越強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)制約，溫度升高，分子鏈的伸展和熱運(yùn)動(dòng)幅度下降，因此，粘度變得對(duì)溫度不敏感。
2.3黃原膠水溶液的動(dòng)態(tài)流變特性
不同黃原膠濃度的線性粘彈區(qū)見圖5。
3結(jié)論
(1)黃原膠水溶液為假塑性流體，冪律模型能很好地關(guān)聯(lián)其流變方程，稠度系數(shù)K隨濃度 増大而線性増大，流動(dòng)指數(shù)n隨著濃度升高先減小、后増大；
(2)只有2g/L的黃原膠水溶液粘度-溫度關(guān)系滿足Arrhenius定律，隨著黃原膠濃度増大， 粘度-溫度關(guān)系不再滿足Arrhenius定律；
(3)黃原膠水溶液的線性粘彈區(qū)范圍幾乎與濃度無關(guān)，應(yīng)變小于20%的區(qū)域都是其線性粘 彈區(qū)；同一濃度的黃原膠水溶液彈性模量遠(yuǎn)大于粘性模量，隨著濃度升高，粘性模量和彈性 模量都?jí)埓蟆?/div>