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黃原膠在牙膏中的應用及流變學研究

發布日期:2015-03-26 11:27:58
牙膏
黃原膠是一種由黃單孢桿菌發酵葡萄糖、蔗糖 或乳糖而成的多糖膠,可用于食品添加劑和流變性 能改良劑[1]。黃原膠具有很高的黏度、流動觸變性 和穩定的理化性質,且無毒,故作為添加劑在日用化 學領域具有廣闊的市場前景,廣泛應用于食品、醫 藥、采油、紡織、陶瓷、印染、香料、日用化學及消 防等領域[2]。黃原膠在日用化學行業中的最重要 用途是作為粘合劑應用于牙膏中,具有較好的抗酶 性、耐鹽性、對熱及酸堿的穩定性,且能提供優良的 水合能力和卓越的配方耐用力以適合不同的牙膏配 方??梢詥为毷褂靡部梢耘c其他膠體復合使用。牙膏的許多性質取決于其流變性能,因此,對牙膏流變 學的研究可為牙膏的研制、生產、運輸、貯存提供重 要參考依據?5]。
目前有很多黃原膠在食品中應用的報道[64], 也有針對黃原膠的流變性能研究[94°]。主要選擇幾 種不同的黃原膠,采用HAAKE RheoStressl流變儀 研究其假塑性及觸變性,并與纖維素膠復配使用,考 察不同黃原膠在牙膏中的應用,測試各牙膏樣品的 流變性能,分析流變學數據,反映各黃原膠應用于牙 膏的性能。
1實驗部分
1.1實驗樣品
試驗樣品均來自丹尼斯克公司格林斯德系列黃
原膠,見表1。
1.2實驗用牙膏配方
將黃原膠與纖維素膠復配使用,其含量比例為 0.6/0.1,具體配方見表2。
氟化鈉NaF0.24
憐酸三納 Trisodium phosphate0.01
聚乙二醇PEG0.40
糖精納 Soluble saccharin0.20
山梨醇 Sorbitol (70% )66.00
黃原膠 Xanthan Gum0.60
纖維素膠CMC0,10
二氧化硅Si0217.5
珍珠亮粉 Pearly Luster Power0.05
KJ2 Sodium lauryl sulfate2.00
香精Flavor0.9
水 Water .left
不同黃原膠制得的牙膏樣品編號見表3。
對各黃原膠進行粘度測試:稱取黃原膠,溶于 1%KC1溶液,配置1%黃原膠:1%KC1溶液,采用 Brookfield LVT (DV- II + pro)粘度計,25 °C,S63/ 30rpmo
(2)牙膏粘度測試方法
將剛制備好的牙膏、25 °C保存24h后、25 °C 保存一周的牙膏分別進行粘度測試,采用Brookfield type (DV-1 Ultra)粘度計,25 °C,T-F(95#)/ 5rpm〇
1.3.2流變性能測試
配制1 %黃原膠水溶液,進行流變性能測試,并 按照配方制得各牙膏,進行流變學測試。測試條件 如下:采用HAAKE RS1可控應力流變儀,C60/2TI 錐板測量系統,測定溫度控制在24 ± 1.0°C。
(1)假塑性
測試模式:CR Lin 0• 00 1/s - 100. 00 1/s,t 60s, #100, T24.0T:
控制剪切速率,線性取點。
(2)觸變性
測試模式:CR Lin 0. 00 1/s - 100. 00 1/s,t 90.00s,100#,T 24. OOX:
CR Un 100.00 1/s-0.00 1/s, 190.00s, 100#, T 24. OOt:
控制剪切速率,線性取點。
(3)屈服應力
測試模式:CS Lin 0. 00 Pa - 100. 00 Pa,t 90. 00s,100#,T 24.航
控制剪切應力,線性取點。
(4)蠕變和恢復
測試模式:CS 1.00 Pa, t 300.00s, 100#,T 24.
4種黃原膠溶液的粘度隨剪切速率而發生明顯 降低,是典型的假塑性流體。在低剪切速率范圍內, 具有明顯的剪切變稀現象;在高剪切速率下,黃原膠 的分子結構解聚為無規則線團結構,使粘度迅速降 低。
2.1.3觸變性
觸變是時間依賴性的粘度變化,它表現為當剪 切后放置一段時間其粘度增加。在某些情況下,此 溶液發展成為有某種凝膠強度或甚至發展成幾乎是 固體凝膠,假設一種足夠的力(剪切應力)作用于該 觸變溶液,則其結構可被破壞而使表觀粘度降低。 將剪切速率連續增加到某一值,然后逐漸減少,剪切 應力的變化會形成一個滯后曲線,觸變結構的破壞 需要增加應力以減少其對流動的阻礙作用。見圖 2〇
圖2中各黃原膠溶液的觸變性較相近,由于滯 后曲線中形成支弧形,表示溶液有凝膠強度,因破壞 凝膠結構需要的應力,使溶液恢復正常表觀粘度。
-周
24h
0.1
«~TP1. xanthanHITE X80 •-TP2. xanthan80 A"-TP3. xanthan80HS ▼-TP4. xanthan clear80
40~~60~80~""loo
剪切速率(1/s)
2.2牙膏樣品
2.2.1牙膏樣品的粘度
詳見圖3。
180000-1 160000 140000 ^120000 Jl00000 ^ 80000 ^ 60000 40000 20000
即時
圖3不同黃原膠制得牙裔樣品的粘度結果
由圖3可知,不同黃原膠制得的牙膏樣品粘度 順序:TP1 - xanthan HITEX80 > TP3 - xanthan 80 HS > TP2 -xanthan80 > TP4 - xanthan clear80〇 2.2.2牙膏樣品的假塑性 牙膏必須有較好的流動性,在制備時容易通過 管道輸送。牙膏的流動性為可由流動曲線或粘度曲 線表現[3]。圖4采用對數坐標,顯示了不同牙膏樣 品的粘度曲線。
2.2.3牙膏樣品的觸變性 牙膏的觸變性反映了膏體的擠壓分散性能,且 對牙膏香精迸發和口感有重要作用。觸變性越大, 牙膏容易從管中擠出,很快恢復原來的流變狀態,在 牙刷上不會下陷,且洗刷時分散性、香精迸發性及口 感好[5]。觸變環的面積表示了在去除負荷后,樣品 結構恢復的快慢,其面積大小表示了觸變性的大小。 見圖5。
0204060*80100
剪切速率(i/s)
圖5不同黃原膠制得牙裔樣品的觸變曲線
由圖5可見,各牙膏樣品的觸變性大小順序為: TP1 >TP2/TP3 >TP4,說明不同黃原膠與CMC復配 應用于牙膏體系能帶來不一樣的觸變效果。
2.2.4牙膏樣品的屈服應力
測量屈服應力一般有3種方法[11]:
①控制形變模式,一般用粘度計來測量,在得到 的應力-時間曲線中,應力值最大的那個就是屈服 應力;
②控制速率模式,一般用Casson模型外推方法 來計算屈服應力;
③控制應力模式,找到形變與應力曲線的拐點, 即屈服應力對應的點。見圖6。
圖6采用了控制應力模式,屈服應力大小為: TP1>TP2/TP3> TP4。屈服應力越小,在一定的剪 切應力作用下更容易流動,說明在實際生產中,4 - xanthan clear80表現為樣品更容易運輸,洗刷分散 性更好,更容易從牙膏管中擠出。
存穩定性和剪切后 結構的可恢復性。在這個過程中,越低的變形量,分 散體系就越穩定。見圖7。
圖7不同黃黡膠制得牙裔樣品的蠕變和恢復曲線
在很短的時間內樣品顯示出瞬間很大的形變, 表明膏體具有彈性,在試驗時間內顯示出最小量的 變形,這兩點揭示樣品在貯存期間內膠水收縮作用 較小,顯示了更好的穩定性。由圖7可知,當剪切應 力消除時,四個樣品都未能恢復至原始水平。形變 量越小,則體系越穩定,牙膏體系穩定性:TP1 >TP2 > TP4> TP3〇
3結論
(1)4種黃原膠的粘度大小為:2 - xanthan 80 > 1 - xanthan HITEX80 > 3 - xanthan 80HS > 4 - xam- than Clear80。4種黃原膠1%水溶液的假塑性和觸 變性相近。
萬方數據#黃原購CMC細細,聰娜隨
變性能的膏體,牙膏假塑性和觸變性大小為:1?1- xanthan HITEX80 > TP3 - xanthan 80HS/TP2 - xnathan 80 >TP4 -xnathan clearSO。說明黃原膠 HI- TEX80與CMC有更好的協同性,可以制作較好流動 性,站立性和分散性的牙膏。
(3)屈服應力可體現牙膏的制造和包裝容易 性,4 - xanthan clear80更容易運輸,洗刷分散性更 好,更容易從牙膏管中擠出。
(4)蠕變和恢復性能曲線可以反映牙膏的穩定 性,牙膏體系穩定性:TP1 - xanthan HITEX80 >TP2 -xanthan 80 > TP4 - xanthan clear80 > TP3 TP3 - xanthan 80HS。這些數據體現了不同黃原膠的性能 及其在牙膏中的應用情況,同時也能為我們在配方 開發,黃原膠的選擇配伍,提供了有效的分析手段, 能非常有效地知道4種黃原膠產品的牙膏應用研究 工作。
 
 
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