黃原膠在牙膏中的應(yīng)用及流變學(xué)研究

摘 要：黃原膠在牙膏中可用作增稠劑和穩(wěn)定劑。研究了４種不同黃原膠在牙膏中的應(yīng)用，采用現(xiàn)代流變考察了各膠體的假塑性及觸變性，并研究了牙膏體系的流動(dòng)性、觸變性、屈服應(yīng)力等流變性能。為測(cè)定牙膏性能提供了很有價(jià)值的依據(jù)。
關(guān)鍵詞：黃原膠 牙膏 流變性
 
引言
 黃原膠是一種由黃單孢桿菌發(fā)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(dòng)觸變性和穩(wěn)定的理化性質(zhì)，且無(wú)毒，故作為添加劑在日用化學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的市場(chǎng)前景，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、采油、紡織、陶瓷、印染、香料、 日用化學(xué)及消防等領(lǐng)域^[2]。 黃原膠在日用化學(xué)行業(yè)中的最重要用途是作為粘合劑應(yīng)用于牙膏中，具有較好的抗酶性、耐鹽性、對(duì)熱及酸堿的穩(wěn)定性，且能提供優(yōu)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。 可以單獨(dú)使用也可以與其他膠體復(fù)合使用。 牙膏的許多性質(zhì)取決于其流變性能，因此，對(duì)牙膏流變學(xué)的研究可為牙膏的研制、生產(chǎn)、運(yùn)輸、貯存提供重要參考依據(jù)^[3-5]。
目前有很黃原膠在食品中應(yīng)用的 報(bào)道^[6-8]，也有針對(duì)黃原膠的流變性能研究^[9-10]。 主要選擇幾種不同的黃原膠，采用 HAAKE RheoStress1 流變儀研究其假塑性及觸變性，并與纖維素膠復(fù)配使用，考察不同黃原膠在牙膏中的應(yīng)用，測(cè)試各牙膏樣品的流變性能，分析流變學(xué)數(shù)據(jù)，反映各黃原膠應(yīng)用于牙膏的性能。
 
１ 實(shí)驗(yàn)部分
１． １　實(shí)驗(yàn)樣品
試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)用牙膏配方
將黃原膠與纖維素膠復(fù)配使用，其含量比例為０．６／０． １，具體配方見 表 ２。

不同黃原膠制得的牙膏樣品編號(hào)見表 ３。

１． ３ 測(cè)試方法
１．３． １ 粘度測(cè)試
（１）黃原膠粘度測(cè)試方法
對(duì)各黃原膠進(jìn)行 粘度測(cè)試 ：稱取黃原膠， 溶于１％ＫＣ１溶液， 配置 １％ 黃原膠： １％ ＫＣ１溶 液， 采用Ｂｒｏｏｋｆ ｉｅｌｄ?。蹋郑?（ＤＶ一Ⅱ ＋ｐｒｏ）粘度計(jì) ，２５℃，S６３／３０ｒｐｍ。
（２）牙膏粘度測(cè)試方法
將剛制備好的牙膏、２５℃保存 ２４ｈ后 、２５℃保存一周的牙膏分別進(jìn)行粘度測(cè)試，采用 Ｂｒｏｏｋｆ ｉｅｌｄ ｔｙｐｅ （ＤＶ一Ⅲ?。眨欤簦颍幔┱扯?計(jì) ，２５ ℃ ，Ｔ —Ｆ（９５＃）／５ｒｐｍ。
１．３．２ 流變性能測(cè)試
配制 １％黃原膠水溶液，進(jìn)行流變性能測(cè)試，并按照配方制得各牙膏，進(jìn)行流變學(xué)測(cè)試。 測(cè)試條件如下：采用 ＨＡＡＫＥ　ＲＳ１ 可控應(yīng)力流變儀， Ｃ６０／２ＴＩ錐板測(cè)量系統(tǒng) ，測(cè)定溫度控制在 ２４ ±１．０ ℃ 。
（１）假塑性
測(cè)試模式：ＣＲ　Ｌｉｎ?。埃?００１／ｓ 一１００． ００?。保?， ｔ６０ｓ， ＃１００， Ｔ　２４． Ｏ℃控制剪切速率，線性取點(diǎn)。
（２）觸變性
測(cè)試模式：ＣＲ　Ｌｉｎ?。埃?００ １／ｓ 一１００． ００?。保?， ｔ９０． ００ｓ， １００＃， Ｔ?。玻矗?００℃
ＣＲ?。蹋椋睢。保埃埃?００?。保?一０ ． ００?。保?， ｔ９０． ００ｓ， １００＃，Ｔ?。玻矗埃啊?br /> 控制剪切速率 ，線性取點(diǎn) 。
（３）屈服應(yīng)力
測(cè)試模式 ：ＣＳ?。蹋椋睢。埃?００　Ｐａ一１００． ００?。校帷?ｔ９０．００ｓ， １００＃． Ｔ?。玻矗?００ ℃
控制剪切應(yīng)力，線性取點(diǎn) 。
（４）蠕變和恢復(fù)
測(cè)試模式：ＣＳ?。保埃啊。校?， ｔ　３００．００ｓ， １００＃， Ｔ　２４．００℃
ＣＳ?。埃?００?。校幔?ｔ?。常埃埃?００ｓ， １００＃， Ｔ?。玻矗?００℃控制剪切應(yīng)力 ，線性取點(diǎn) 。
 
２ 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
２． １　黃原膠
２． １． １ 粘度
１％黃原膠溶于 １％ 氯化鉀溶液，２５℃，粘度測(cè)試結(jié)果，見表 ４。

２． １．２ 假塑性
將剪切速率和粘度作圖，得到不同黃原膠溶液的粘度曲線，見圖 １。

４種黃原膠溶液的粘度隨剪切速率而發(fā)生明顯降低，是典型的假塑性流體。 在低剪切速率范圍內(nèi)，具有明顯的剪切變稀現(xiàn)象；在高剪切速率下，黃原膠的分子結(jié)構(gòu)解聚為無(wú)規(guī)則線 團(tuán)結(jié)構(gòu) ，使粘度迅速降低。
 
２． １． ３ 觸變性
觸變是時(shí)間依賴性的粘度變化，它表現(xiàn)為當(dāng)剪切后放置一段時(shí)間其粘度增加。 在某些情況下， 此溶液發(fā)展成為有某種凝膠強(qiáng)度或甚至發(fā)展成幾乎是固體凝膠,假設(shè)一種足夠的力（剪切應(yīng)力）作用于該觸變?nèi)芤?，則其結(jié)構(gòu)可被破壞而使表觀粘度降低。將剪切速率連續(xù)增加到某一值，然后逐漸減少，剪切應(yīng)力的變化會(huì)形 成一個(gè)滯后曲線，觸變結(jié)構(gòu)的破壞需要增加應(yīng)力以減少其對(duì)流動(dòng)的阻礙作用。 見 圖２。
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(qiáng)度，因破壞凝膠結(jié)構(gòu)需要的應(yīng)力，使溶液恢復(fù)正常表觀粘度。

２． ２　牙膏樣品
２． ２． １ 牙 膏樣 品的粘度詳見圖３。

由圖 ３ 可知 ，不 同黃原膠制得 的牙膏樣 品粘度順序 ：ＴＰＩ—ｘａｎｔｈａｎ?。龋桑裕牛兀福埃?ＴＰ３ 一ｘａｎｔｈａｎ?。福埃龋樱?ＴＰ２ 一ｘａｎｔｈａｎ８０＞ ＴＰ４ 一ｘａｎｔｈａｎ?。悖欤澹幔颍福?。
２． ２．２ 牙膏樣品 的假塑性
牙膏必須有較好的流動(dòng)性，在制備時(shí)容易通過管道輸送。 牙膏的流動(dòng)性為可由流動(dòng)曲線或粘度曲線表現(xiàn)^[3]。 圖 ４ 采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)，顯示了不同牙膏樣品的粘度曲線。

圖 ４曲線反映了膏體的剪切變稀流體特性。 此時(shí)牙膏樣品的假塑性已有明顯區(qū)別， 由 ＨＩＴＥＸ８０ 制得的牙膏樣品 ＴＰ１的假塑性最大， ｃｌｅａｒ８０ 制 得 的ＴＰ４假塑性最小。
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(duì)牙膏香精進(jìn)發(fā)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(fù)原來的流變狀態(tài)，在牙刷上不會(huì)下陷，且洗刷時(shí)分散性、香精進(jìn)發(fā)性及口感好^[5]。 觸變環(huán)的面積表示了在去除負(fù)荷后， 樣品結(jié)構(gòu)恢復(fù)的快慢，其面積大小表示了觸變性的大小。見 圖 ５。

由圖 ５ 可見 ，各牙膏樣品 的觸變性大小順序?yàn)?：ＴＰ１＞ＴＰ２／ＴＰ３ ＞ＴＰ４，說明不同黃原 膠與 ＣＭＣ 復(fù)配應(yīng)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(yīng)力
測(cè)量屈服應(yīng)力一般有 ３種 方法^[11]：
①控制形變模式，一般用粘度計(jì)來測(cè)量，在得到的應(yīng)力一時(shí)間曲線中， 應(yīng)力值最大的那個(gè)就是屈服應(yīng)力；
②控制速率模式，一般用 Ｃａｓｓｏｎ模型外推方法來計(jì)算屈服應(yīng)力；
③控制應(yīng)力模式，找到形變與應(yīng)力曲線的拐點(diǎn)，即屈服應(yīng)力對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。 見圖６。
圖 ６采用了控制應(yīng)力模式， 屈服應(yīng)力大小為 ：ＴＰ１＞ＴＰ２／ＴＰ３ ＞ ＴＰ４。 屈 服應(yīng)力越小，在一定的剪切應(yīng)力作用下更容易流動(dòng)，說明在實(shí)際生產(chǎn)中，４ 一ｘａｎｔｈａｎ?。悖欤澹幔颍福?表現(xiàn)為樣品更容易運(yùn)輸， 洗刷分散性更好，更容易從牙膏管中擠出。

２．２．５ 牙膏樣品的蠕變和恢復(fù)
蠕變和恢復(fù)測(cè)試反應(yīng)了低速下牙膏的粘彈性特征，零粘度應(yīng)力測(cè)定能反映出儲(chǔ)存穩(wěn)定性和剪切后結(jié)構(gòu)的可恢復(fù)性。 在這個(gè)過程中，越低的變形量，分散體系就越穩(wěn)定。 見圖 ７。

在很短的時(shí)間內(nèi)樣品顯示出瞬間很大的形變，表明膏體具有彈性，在試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)顯示出最小 量的變形，這兩點(diǎn)揭示樣品在貯存期間內(nèi)膠水收縮作用較小，顯示了更好的穩(wěn)定性。 由圖 ７ 可知， 當(dāng)剪切應(yīng)力消除時(shí)，四個(gè)樣品都未能恢復(fù)至原始水平。 形變量越小，則體系越穩(wěn)定， 牙膏體系穩(wěn)定性 ：ＴＰ１＞ＴＰ２＞ ＴＰ４ ＞一ＴＰ３。
３ 結(jié)論
（１）４ 種黃原膠的粘度大小為：２一ｘａｎｔｈａｎ?。福?＞１ 一ｘａｎｔｈａｎ?。娶?’ＥＸ８０ ＞３ 一ｘａｎｔｈａｎ?。福埃龋?＞４ 一 ｘａｍ－ｔｈａｎ?。悖欤澹幔颍福?。 ４種黃原膠 １％ 水溶液的假塑性和觸變性相近。
（２）將黃原膠與 ＣＭＣ 復(fù)配使用 ，可得到不同流變性能的膏體，牙膏假塑性和觸變性大小為：ＴＰ１—ｘａｎｔｈａｎ?。龋桑裕牛兀福?＞ ＴＰ３ 一 ｘａｎｔｈａｎ　８０ＨＳ／ＴＰ２ 一ｘｎａｔｈａｎ?。福?＞ＴＰ４ 一ｘｎａｔｈａｎ?。悖欤澹幔颍福?。說明黃原膠 ＨＩ一ＴＥＸ８０ 與 ＣＭＣ有更好的協(xié)同性，可以制作較好流動(dòng)性，站立性和分散性的牙膏。
（３）屈服應(yīng)力可體現(xiàn)牙膏的制造和包裝容易性，４ 一ｘａｎｔｈａｎ?。悖欤澹幔颍福?更容易運(yùn)輸， 洗刷分散性更好，更容易從牙膏管中擠出。
（４）蠕變和恢復(fù)性能曲線可以反映牙膏的穩(wěn)定性，牙膏體系穩(wěn)定性：ＴＰ１ —ｘａｎｔｈａｎ?。龋桑裕牛兀福?＞ＴＰ２一ｘａｎｔｈａｎ?。福?＞ ＴＰ４ 一ｘａｎｔｈａｎ?。悖欤澹幔颍福?＞?。裕校?，ＴＰ３ 一ｘａｎｔｈａｎ?。福埃龋?。 這些數(shù)據(jù)體現(xiàn)了不同黃原膠的性能及其在牙膏中的應(yīng)用情況， 同時(shí)也能為我們?cè)谂浞介_發(fā)，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(chǎn)品的牙膏應(yīng)用研究工作。
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