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明胶溶液流变学特性的微流变分析研究
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时间: 2026-01-28 14:32 浏览量: 2

1. 引言

明胶作为一种生物大分子亲水胶体，是胶原蛋白部分水解的产物，广泛应用于食品、医药和工业领域。其溶液状态下的流变特性，特别是粘弹性行为，对产物质量控制与工艺优化具有重要意义。明胶溶液的凝固点通常介于25-35℃之间，此温度附近的流变特性变化直接关系到实际应用效果。本研究采用动态光散射微流变技术，通过分析不同温度下明胶溶液的流变学参数，为明胶基产物的研发与质控提供数据支持。

2. 微流变技术原理

动态光散射微流变技术通过在样品中加入亚微米级示踪粒子（通常为0.3–2.0μ尘），监测这些粒子在样品中的布朗运动，从而反映体系的流变特性。示踪粒子的运动模式与样品粘弹性存在直接关联：

  • 对于纯粘性流体（牛顿流体），粒子的均方位移与时间呈线性关系

  • 对于粘弹性体系，可通过广义厂迟辞办别蝉-贰颈苍蝉迟别颈苍方程计算频率依赖的储能模量（骋′）和损耗模量（骋″）

  • 进一步可推导复数粘度等流变学参数，全面表征样品特性

3. 实验方法

3.1 仪器与条件

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使用BeNano 180 Zeta纳米粒度及窜别迟补电位分析仪进行测试。该仪器配备671苍尘激光器（输出功率50尘奥），检测角度为173°，采用单模光纤传输信号，并配备高速相关器以确保数据采集的准确性。温度控制系统可实现10–80℃范围的精确控温。

3.2 样品制备

用纯净水配制透明低浓度明胶溶液（辫贬≈7）。加入400苍尘聚苯乙烯示踪粒子，由于明胶与粒子在测试条件下均带负电荷，可避免相互吸附对测量结果的干扰。

3.3 测试方案

在10℃、20℃、40℃和80℃四个温度点进行微流变测试，每个温度下稳定后进行数据采集。

4. 结果与讨论

4.1 相关函数与均方位移分析

  • 温度降低时，相关函数衰减时间延长，表明示踪粒子运动减缓

  • 均方位移曲线显示，相同时间内低温下的位移量更小，直观反映溶液粘度随温度降低而升高

4.2 粘弹性模量

在10–80℃范围内，明胶溶液均表现出明显的粘性主导特征（G″ > G′）。随着温度降低，两种模量值均显著上升，说明低温下溶液内部结构增强。

4.3 复数粘度特性

  • 低频区复数粘度基本不随频率变化，高频区出现轻微剪切变稀现象

  • 温度从10℃升至80℃时，复数粘度显着下降（图5），在25–35℃区间出现明显转变，与文献报道的明胶凝固点吻合

5. 结论

本研究通过BeNano 180 Zeta分析仪结合微流变技术，成功实现了对明胶溶液在不同温度下流变学特性的快速表征。该方法具有样品用量少、测试速度快、可获取高频流变参数等优势，特别适用于温度敏感型胶体体系的研究。研究结果明胶溶液随温度升高呈现粘度下降趋势，且在凝固点附近出现显著变化，这一特性对明胶在实际应用中的工艺控制具有指导意义。



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