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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃煒惞
研究生(外文):Huang Wei-Xin
論文名稱:三仙膠/關豆膠水溶液之流變性質
論文名稱(外文):Rheological Properties of Xanthan/Guar Gum Solutions
指導教授:毛慶豐
指導教授(外文):Mao Ching-Feng
學位類別:碩士
校院名稱:南台科技大學
系所名稱:化學工程與材枓工程系
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:44
中文關鍵詞:三仙膠關豆膠搖變性質反搖變剪切稀薄
外文關鍵詞:XanthanGuar Gumthixotropicanti-thixotropic
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三仙膠(XG)及關豆膠(GG)為常見的食品用多醣。三仙膠與低半乳醣含量之聚半乳甘露醣(如刺槐豆膠)混合,可增進三仙膠之流變性質,形成凝膠。對高半乳醣含量之聚半乳甘露醣(如關豆膠),則需添加鹽類才能形成凝膠。前者凝膠生成機構係來自於聚半乳甘露醣中不含半乳醣的甘露醣段與三仙膠之間的鍵結,而後者的凝膠機構則尚未十分明瞭。本研究之目的為使用流變量測方法來檢測XG/GG系統,觀察XG/GG水溶液在添加鹽類後流變性質的改變。
研究結果顯示XG水溶液及XG/GG水溶液黏度分別可呈現搖變及反搖變性質,GG水溶液則無明顯搖變性質。XG水溶液之搖變性質可以結構破壞動力模型分析。結構破壞動力模型分析係假設溶液中原先存在一結構,而此結構在剪切力作用下遭破壞,表現出之巨觀現象為黏度隨著時間遞減。此一程序可假設與化學基本反應類似,實驗數據可用推導出的動力學模型,配合分析得到黏度曲線,來得到結構破壞之速率常數及初始黏度對平衡黏度比。
分析結果顯示,XG水溶液結構破壞存在兩種模式:快速破壞與緩慢破壞。而緩慢破壞模式的速率常數與溫度關係符合Arrhenius關係式,且與剪切率之關係可以簡單指數方式表示。反之,快速破壞模式的速率常數無法以Arrhenius關係式描述。此兩類結構在溶液靜置一段時間皆無法再生,表示這些結構與溶液之製備程序有關。添加鹽類(KCl)與蔗醣於XG水溶液會明顯改變溶液的搖變性質,加速剪應力對結構的破壞。
對XG/GG溶液而言,反搖變行為為主要的特性。但在添加鹽類之後,反搖變性質逐漸轉變成搖變性質。
Xanthan (XG) and Guar gum (GG) are widely used polysaccharides in food industry. Mixing of XG and galactomannan with low galactose content (for example, LBG) leads to an enhancement in rheological properties and the formation of gels due to the interaction between XG and the galactose free segment. On the other hand, when mixing XG and high-galactose-content galactomannan, such as GG, gelation occurs in the presence of salts, but its mechanism is still unknown. The aim of this study is thus to examine the XG/GG solution in different salt concentrations by measuring the rheological properties.
The results indicate that the XG and XG/GG solutions exhibit thixotropic and anti-thixotropic behavior, respectively, while GG solutions show no thixotropic behavior. The thixotropic behavior can be described by a structure-breakdown kinetics model, which assumes the structure in the solution is gradually ruptured in a shear field, resulting in a decrease in viscosity with time. The transient viscosity data were thus analyzed according to the structure-breakdown kinetics model using a curve-fitting method. Two parameters, the rate constant and the initial to equilibrium viscosity ratio, were then obtained.
The analysis shows that there are two modes in the structure breakdown of XG solutions under shear. The rate constant of the slow mode is found to obey the Arrhenius relationship and its dependence on shear rate can be described by a simple rate law. On the contrary, the rate constant associated with the fast mode does not follow the Arrhenius relationship. The structure associated with these two modes can not be recovered after setting for a period time after shear, indicating that the structure is generated during the preparation of the solutions. Furthermore, it is also found that the addition of salts (KCl) or sucrose can significantly reduce their thixotropic properties.
For XG/GG solutions, anti-thixotropic behavior was observed; however, distinct thixotropic behavior was otherwise observed in the presence of salts.
中文摘要…………………………………………………………………………..…Ⅰ
英文摘要…………………………………………………………………………..…Ⅱ
致 謝……………………………………………………………………..…………III
目 錄……………………………………………………………………..…………IV
表目錄……………………………………………………………………..…………V
圖目錄……………………………………………………………………..…………VI

第一章 前言……………………………...……………………………………….1 1-1、三仙膠/關豆膠溶液系統…………………………….…………………….1
1-2、剪切稀薄及搖變現象…………..………………..….…………………..…3
1-3、結構動力模型…….…………………….………..….……….…...…......…4
第二章 研究材料與方法……….……...……………………………………….….....8
2-1、材料與藥品………………………………….……...……………………...8
2-2、實驗儀器…………………………………...……………………………....8
2-3、實驗方法……………………………………...…………………............…9
2-3-1、聚半乳甘露醣組成成分分析……………………………...……......…9
2-3-2、流變性質量測…………………………………..…………….....……..9
第三章 結果與討論………...……………………………….……...…………….…10
3-1、聚半乳甘露醣組成成分分析………...………………………...……….…10
3-2、溶液流變性質……………………….…….…..…………………….......…10
3-2-1、三仙膠水溶液………………….…….…..…………………….......…10
3-2-2、添加鹽類對三仙膠水溶液的影響…….…..…………….......………14
3-2-3、添加蔗醣對三仙膠水溶液的影響…….…..…………….......………14
3-2-4、三仙膠/關豆膠水溶液…….…..…………………………......………15
3-2-5、添加鹽類對三仙膠/關豆膠水溶液的影響………………………….15
第四章 結論…………….…..…….…………….......……………………………….42
第五章 參考文獻…………….…..…….…………….......………………………….43

表目錄
表3-1、各種單糖標準品經衍生化生成糖醇乙酸酯衍生物之氣相層析數據表….17
表3-2、三仙膠水溶液(4%)剪切結構破壞活化能(緩慢破壞模式)表….…..…...…17
表3-3(a)、三仙膠水溶液(4%)結構破壞動力模型 值(緩慢破壞模式)表…17
表3-3(b)、三仙膠水溶液(4%)結構破壞動力模型 值(快速破壞模式)表…17
表3-4、三仙膠水溶液(4%)穩態流變圖Ostwald de Waele方程式參數Kc值表.…18
表3-5、三仙膠水溶液(4%)穩態流變圖Ostwald de Waele方程式參數nf值表.…18
表3-6、三仙膠水溶液(4%)在25℃下,添加不同濃度蔗醣的穩態流變圖Ostwald de
Waele方程式參數Kc值與nf值表…………………………………………..18








圖目錄

圖1-1、三仙膠化學結構圖……………………………………………….…….…..…7圖1-2 關豆膠化學結構圖…………………………………………….…….………7圖3-1、各種單醣標準品經衍生化生成醣醇乙酸酯衍生物之氣相層析圖……….19
圖3-2、GG之氣相層析圖…………………………………………….…………….19
圖3-3(a)、三仙膠水溶液(4%)搖變行為( = 20 s-1,25℃)…………………………20
圖3-3(b)、三仙膠水溶液(4%)搖變行為( = 40 s-1,5℃)…………………………20
圖3-4 (a)、三仙膠水溶液(4%)不同剪切率下黏度隨時間變化圖(5℃)…………..21
圖3-4 (b)、三仙膠水溶液(4%)不同剪切率下黏度隨時間變化圖(15℃) ….……..21
圖3-4 (c)、三仙膠水溶液(4%)不同剪切率下黏度隨時間變化圖(25℃) ….……..22
圖3-4 (d)、三仙膠水溶液(4%)不同剪切率下黏度隨時間變化圖(35℃) ….……..22
圖3-4 (e)、三仙膠水溶液(4%)不同剪切率下黏度隨時間變化圖(45℃) ….……..23
圖3-5、三仙膠水溶液(4%)不同的溫度下黏度隨時間變化圖(剪切率20 s-1) …....23
圖3-6 (a)、結構破壞動力學模型(n = 0)數據分析圖(三仙膠水溶液(4%)在剪切率120 s-1與溫度45℃) ……………………………..……….…………….24
圖3-6 (b)、結構破壞動力學模型(n = 1)數據分析圖(三仙膠水溶液(4%)在剪切率120 s-1與溫度45℃) ……………………………..……….…………….24
圖3-6 (c)、結構破壞動力學模型(n = 2)數據分析圖(三仙膠水溶液(4%)在剪切率 120 s-1與溫度45℃) ……………………………..……….…………….25
圖3-7、結構破壞動力學模型單結構破壞模式(式1-8c)及雙結構破壞模式(式3-2
之比較圖(三仙膠水溶液(4%)在剪切率80 s-1與溫度5℃) ……….…….25
圖3-8、速率常數(緩慢破壞模式)與剪切率關係圖(三仙膠水溶液(4%)在不同溫
度)…….....………...………..……….………………………………..……..26
圖3-9、速率常數(緩慢破壞模式)Arrhenius圖(三仙膠水溶液(4%)在不同剪切
率) ...........……….………………………………..………………………....26
圖3-10、速率常數(快速破壞模式)與剪切率關係圖(三仙膠水溶液(4%)).……….27圖3-11、速率常數(快速破壞模式)Arrhenius圖(三仙膠水溶液(4%)在不同剪切
率)... …………...……………….….………………………………..……..27
圖3-12、結構破壞動力模型黏度比與剪切率關係圖(三仙膠水溶液(4%))……….28
圖3-13(a)、三仙膠水溶液(4%)黏度對剪切率關係圖……………………….…….28
圖3-13(b)、三仙膠水溶液(4%)剪應力對剪切率關係圖…………………….…….29
圖3-14(a)、三仙膠水溶液(4%)添加0.01M KCl在固定剪切率80 s-1下,不同溫度下黏度隨時間變化圖…………………….……………………………..29
圖3-14(b)、三仙膠水溶液(4%)添加0.05M KCl在固定剪切率80 s-1下,不同溫度下黏度隨時間變化圖…………………….……………………………..30
圖3-14(c)、三仙膠水溶液(4%)添加0.1M KCl在固定剪切率80 s-1下,不同溫度下黏度隨時間變化圖…………………….……………………………..30
圖3-15(a)、三仙膠水溶液(4%)添加0.01M KCl黏度對剪切率關係圖………….31
圖3-15(b)、三仙膠水溶液(4%)添加0.05M KCl黏度對剪切率關係圖………….31
圖3-15(c)、三仙膠水溶液(4%)添加0.1M KCl黏度對剪切率關係圖…………….32
圖3-16(a)、三仙膠水溶液(4%)添加0.01M KCl剪應力對剪切率關係圖………….32
圖3-16(b)、三仙膠水溶液(4%)添加0.05M KCl剪應力對剪切率關係圖…………33
圖3-16(c)、三仙膠水溶液(4%)添加0.1M KCl剪應力對剪切率關係圖…………33
圖3-17、三仙膠水溶液(4%)在25℃與剪切率80 s-1下黏度隨時間變化圖(添加蔗
醣效應) …………………….………………………………………….…..34
圖3-18、三仙膠水溶液(4%)在25℃黏度對剪切率關係圖(添加蔗醣效應) ….…..34
圖3-19、三仙膠水溶液(4%)剪應力對剪切率關係圖(添加蔗醣效應) ….………...35
圖3-20(a)、三仙膠與關豆膠混合水溶液(4%)黏度隨時間變化圖(25℃) ………...35
圖3-20(b)、三仙膠與關豆膠混合水溶液(4%)黏度隨時間變化圖(45℃) ………...36
圖3-20(c)、三仙膠與關豆膠混合水溶液(4%)黏度隨時間變化圖(5℃) ………....36
圖3-21、靜置時間對三仙膠與關豆膠混合水溶液黏度隨時間變化圖之影響(剪切
率20 s-1) …………….…….…...…………………………………………..37
圖3-22(a)、添加KCl對三仙膠與關豆膠混合水溶液黏度隨時間變化圖之影響(0.01M KCl,剪切率20 s-1) …….…...………………………………..………..37
圖3-22(b)、添加KCl對三仙膠與關豆膠混合水溶液黏度隨時間變化圖之影響(0. 1M KCl,剪切率20 s-1) …….…...……………………………………..38
圖3-23(a)、三仙膠與關豆膠混合水溶液(4%)黏度對剪切率關係圖……………..38
圖3-23 (b)、三仙膠與關豆膠混合水溶液(4%)添加0.01M KCl黏度對剪切率關係
圖…….…………………………………………………………………..39
圖3-23(c)、三仙膠與關豆膠混合水溶液(4%)添加0.1M KCl黏度對剪切率關係圖……………….………………………………………………………..39
圖3-24(a)、三仙膠與關豆膠混合水溶液(4%)剪應力對剪切率關係圖…………..40
圖3-24(b)、三仙膠與關豆膠混合水溶液(4%)添加0.01 KCl剪應力對剪切率關係 圖……………………….………………………………………………..40
圖3-24(c)、三仙膠與關豆膠混合水溶液(4%)添加0.1 KCl剪應力對剪切率關係圖……………………….…………..………………………………..…..41
陳家進(2004),南台科技大學碩士論文,雙成分高分子凝膠層階模型.
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