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黄原胶在牙膏中的应用及流变学研究

发布日期:2015-03-26 11:27:58
牙膏
黄原胶是一种由黄单孢杆菌发酵葡萄糖蔗糖 或乳糖而成的多糖胶,可用于食品添加剂流变性 能改良剂[1]。黄原胶具有很高的黏度、流动触变性 和稳定的理化性质,且无毒,故作为添加剂在日用化 学领域具有广阔的市场前景,广泛应用于食品、医 药、采油、纺织、陶瓷、印染、香料、日用化学及消 防等领域[2]。黄原胶在日用化学行业中的最重要 用途是作为粘合剂应用牙膏中,具有较好的抗酶 性、耐盐性、对热及酸碱的稳定性,且能提供优良的 水合能力和卓越的配方耐用力以适合不同的牙膏配 方。可以单独使用也可以与其他胶体复合使用。牙膏的许多性质取决于其流变性能,因此,对牙膏流变 学的研究可为牙膏的研制、生产、运输、贮存提供重 要参考依据〜5]。
目前有很多黄原胶在食品中应用的报道[64], 也有针对黄原胶的流变性能研究[94°]。主要选择几 种不同的黄原胶,采用HAAKE RheoStressl流变仪 研究其假塑性及触变性,并与纤维素胶复配使用,考 察不同黄原胶在牙膏中的应用,测试各牙膏样品的 流变性能分析流变学数据,反映各黄原胶应用于牙 膏的性能。
1实验部分
1.1实验样品
试验样品均来自丹尼斯克公司格林斯德系列黄
原胶,见表1。
1.2实验用牙膏配方
将黄原胶与纤维素胶复配使用,其含量比例为 0.6/0.1,具体配方见表2。
氟化钠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
黄原胶 Xanthan Gum0.60
纤维素胶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
不同黄原胶制得的牙膏样品编号见表3。
对各黄原胶进行粘度测试:称取黄原胶,溶于 1%KC1溶液,配置1%黄原胶:1%KC1溶液,采用 Brookfield LVT (DV- II + pro)粘度计,25 °C,S63/ 30rpmo
(2)牙膏粘度测试方法
将刚制备好的牙膏、25 °C保存24h后、25 °C 保存一周的牙膏分别进行粘度测试,采用Brookfield type (DV-1 Ultra)粘度计,25 °C,T-F(95#)/ 5rpm〇
1.3.2流变性能测试
配制1 %黄原胶水溶液,进行流变性能测试,并 按照配方制得各牙膏,进行流变学测试。测试条件 如下:采用HAAKE RS1可控应力流变仪,C60/2TI 锥板测量系统,测定温度控制在24 ± 1.0°C。
(1)假塑性
测试模式:CR Lin 0• 00 1/s - 100. 00 1/s,t 60s, #100, T24.0T:
控制剪切速率,线性取点。
(2)触变性
测试模式: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,线性取点。
(3)屈服应力
测试模式:CS Lin 0. 00 Pa - 100. 00 Pa,t 90. 00s,100#,T 24.航
控制剪切应力,线性取点。
(4)蠕变和恢复
测试模式:CS 1.00 Pa, t 300.00s, 100#,T 24.
4种黄原胶溶液的粘度随剪切速率而发生明显 降低,是典型的假塑性流体。在低剪切速率范围内, 具有明显的剪切变稀现象;在高剪切速率下,黄原胶 的分子结构解聚为无规则线团结构,使粘度迅速降 低。
2.1.3触变性
触变是时间依赖性的粘度变化,它表现为当剪 切后放置一段时间其粘度增加。在某些情况下,此 溶液发展成为有某种凝胶强度或甚至发展成几乎是 固体凝胶,假设一种足够的力(剪切应力)作用于该 触变溶液,则其结构可被破坏而使表观粘度降低。 将剪切速率连续增加到某一值,然后逐渐减少,剪切 应力的变化会形成一个滞后曲线,触变结构的破坏 需要增加应力以减少其对流动的阻碍作用。见图 2〇
图2中各黄原胶溶液的触变性较相近,由于滞 后曲线中形成支弧形,表示溶液有凝胶强度,因破坏 凝胶结构需要的应力,使溶液恢复正常表观粘度。
-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牙膏样品
2.2.1牙膏样品的粘度
详见图3。
180000-1 160000 140000 ^120000 Jl00000 ^ 80000 ^ 60000 40000 20000
即时
图3不同黄原胶制得牙裔样品的粘度结果
由图3可知,不同黄原胶制得的牙膏样品粘度 顺序:TP1 - xanthan HITEX80 > TP3 - xanthan 80 HS > TP2 -xanthan80 > TP4 - xanthan clear80〇 2.2.2牙膏样品的假塑性 牙膏必须有较好的流动性,在制备时容易通过 管道输送。牙膏的流动性为可由流动曲线或粘度曲 线表现[3]。图4采用对数坐标,显示了不同牙膏样 品的粘度曲线。
2.2.3牙膏样品的触变性 牙膏的触变性反映了膏体的挤压分散性能,且 对牙膏香精迸发和口感有重要作用。触变性越大, 牙膏容易从管中挤出,很快恢复原来的流变状态,在 牙刷上不会下陷,且洗刷时分散性、香精迸发性及口 感好[5]。触变环的面积表示了在去除负荷后,样品 结构恢复的快慢,其面积大小表示了触变性的大小。 见图5。
0204060*80100
剪切速率(i/s)
图5不同黄原胶制得牙裔样品的触变曲线
由图5可见,各牙膏样品的触变性大小顺序为: TP1 >TP2/TP3 >TP4,说明不同黄原胶与CMC复配 应用于牙膏体系能带来不一样的触变效果。
2.2.4牙膏样品的屈服应力
测量屈服应力一般有3种方法[11]:
①控制形变模式,一般用粘度计来测量,在得到 的应力-时间曲线中,应力值最大的那个就是屈服 应力;
②控制速率模式,一般用Casson模型外推方法 来计算屈服应力;
③控制应力模式,找到形变与应力曲线的拐点, 即屈服应力对应的点。见图6。
图6采用了控制应力模式,屈服应力大小为: TP1>TP2/TP3> TP4。屈服应力越小,在一定的剪 切应力作用下更容易流动,说明在实际生产中,4 - xanthan clear80表现为样品更容易运输,洗刷分散 性更好,更容易从牙膏管中挤出。
存稳定性和剪切后 结构的可恢复性。在这个过程中,越低的变形量,分 散体系就越稳定。见图7。
图7不同黄黡胶制得牙裔样品的蠕变和恢复曲线
在很短的时间内样品显示出瞬间很大的形变, 表明膏体具有弹性,在试验时间内显示出最小量的 变形,这两点揭示样品在贮存期间内胶水收缩作用 较小,显示了更好的稳定性。由图7可知,当剪切应 力消除时,四个样品都未能恢复至原始水平。形变 量越小,则体系越稳定,牙膏体系稳定性:TP1 >TP2 > TP4> TP3〇
3结论
(1)4种黄原胶的粘度大小为:2 - xanthan 80 > 1 - xanthan HITEX80 > 3 - xanthan 80HS > 4 - xam- than Clear80。4种黄原胶1%水溶液的假塑性和触 变性相近。
万方数据#黄原购CMC細細,聰娜隨
变性能的膏体,牙膏假塑性和触变性大小为:1?1- xanthan HITEX80 > TP3 - xanthan 80HS/TP2 - xnathan 80 >TP4 -xnathan clearSO。说明黄原胶 HI- TEX80与CMC有更好的协同性,可以制作较好流动 性,站立性和分散性的牙膏。
(3)屈服应力可体现牙膏的制造和包装容易 性,4 - xanthan clear80更容易运输,洗刷分散性更 好,更容易从牙膏管中挤出。
(4)蠕变和恢复性能曲线可以反映牙膏的稳定 性,牙膏体系稳定性:TP1 - xanthan HITEX80 >TP2 -xanthan 80 > TP4 - xanthan clear80 > TP3 TP3 - xanthan 80HS。这些数据体现了不同黄原胶的性能 及其在牙膏中的应用情况,同时也能为我们在配方 开发,黄原胶的选择配伍,提供了有效的分析手段, 能非常有效地知道4种黄原胶产品的牙膏应用研究 工作。
 
 
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