前言

CMC是一种纤维素衍生物，也是最主要的离 子型纤维素胶，因具有独特的增稠、悬浮、黏合 及持水等特性，在我国被广泛应用于冷饮、酸奶 及酸性乳饮料等食品中[1—5]。黄原胶是一种微生 物多糖，由D-葡萄糖、D-甘露糖和D-葡萄糖 醛酸，以及丙酮酸和乙酸所组成的“重复单元” 以P-1, 4糖苷键聚合成的高分子多糖聚合物。 黄原胶具有突出的高黏度，优良的温度稳定性和 pH值稳定性等特性[1]。目前，国内对CMC与黄 原胶复配水溶液流变特性的研究报道较少。本文 着重研究了总浓度为1%的CMC与黄原胶的复配 溶液的流变特性，考察不同复配比例对其黏度、 黏弹性及结构特性的影响，为CMC与黄原胶的复 配胶体在食品工业上的应用提供一定的参考 依据。

1材料与方法

1.1材料与仪器

黄原胶：市售食品级。CMC:市售食品级, 取代度为0.90。

AR-G2高级旋转流变仪：美国TA仪器有限 公司；搅拌器：德国IKA数显欧洲之星；分析天 平：Mettler - Toledo,感量 0.001g;烘箱： FED115,德国 Binder。

1.2方法

1.2.1复配溶液配置方法

用烘箱干燥法得到CMC与黄原胶水分含量, 分别称取黄原胶干基质量为0g、0.5g、1g、 1.5g、2g、2.5g、3g、3.5g、4g、4.5g、5g 的黄 原胶于600mL高型烧杯中，加水浸润过液（其中 水的质量为500 -称取的黄原胶质量-称取的 CMC质量），称取的CMC干基质量分别为5g、

4-5g、4g、 3-5g、 3g、 2-5g、 2g、 1-5g、 1g、 0.5g、0g。在1600r/min分的转速下依次加入 CMC,搅拌分散至胶体分散溶解，取下后用保鲜 膜封口，置于冰箱中冷藏并放置过夜。

1.2.2复配溶液流变测试方法 测试夹具：60 mm平行板 稳态流动实验：间距：750pm;温度：25 度；100s-1下预剪切3min;剪切后平衡15min;

剪切速率：0.001s-1 〜100s-1;

应变扫描实验：间距：500pm;温度：25 度；上样后平衡5min;频率：1Hz;应变扫描范 围：0• 1%〜1000%;

频率扫描实验：间距：500pm;温度：25 度；上样后平衡5min;应变：5%;频率扫描范 围：0• 1Hz 〜100Hz;

动态黏弹性温度扫描：间距：1000pm;上样 后平衡5min;应变：5%;频率：1Hz;扫描速 率：2^/min；

动态黏度温度扫描：间距：1000pm;上样后 平衡5min;剪切速度：0.01s-1;扫描速率：5°C 扫描至90 °C ,扫描时间40 min。

2结果与分析

2.1稳态流动实验

应用流变仪分别对复配溶液进行稳态流动实 验，结果如图1。通过进行

拟合，得到零剪切黏度（n。），选取剪切速率 10s-1时的黏度测试值作为黏度值（n),对于黏 度衰减，则通过63s-1时的黏度值与6. 3s-1时的 黏度值之间的比值来表达，结果如表1。

根据表1,从零剪切黏度考虑，同单一的黄 原胶相比，CMC的加入使复配溶液出现明显的降 低，而且除了黄原胶浓度达到0.9%外，其余各 个复配溶液的零剪切黏度均低于单一的CMC与黄 原胶之和，两者差值随黄原胶比例的加大而增 加，但至黄原胶与CMC比例为5 : 5或6 : 4时差 值达到最大，之后，由于黄原胶的比例提高使得 黄原胶逐步占主导地位，因此，差值亦逐步降 低。对于黏度，黄原胶和CMC的比例为1 : 9、2 :8、3 : 7时，同单一的CMC溶液相比，黏度随 黄原胶含量的增加而逐渐减少。而黄原胶的添加 量继续增加时，黏度值又逐渐增大，但是同单一 黄原胶溶液相比，黏度较低。这说明，黄原胶和 CMC之间无协同作用，反而会降低体系的黏度。 黄原胶分子是由D-葡萄糖、D-甘露糖、D-葡 萄糖醛酸、乙酸和丙酮酸构成的“五糖重复单 元”是一种水溶性生物高分子聚合物，其微观 结构中侧链与主链间通过氢键结合形成双螺旋结 构，并以多重螺旋聚合体状态存在，侧链葡萄糖 

2013年第2期1

 

1.000E-30.010000.10001.00010.00100.0

shear rate (1/s)

图i复配溶液稳态流动曲线

表1复配溶液的稳态流动实验数据

复配比例零剪切黏度，Pa. s黏度,Pa. s黏度衰减

xanthanCMCCMC黄原胶CMC +黄原胶复配溶液CMC黄原胶CMC +黄原胶复配溶液CMC黄原胶复配溶液

0%1%0. 39150. 39150. 35220. 352271. 171. 1

0.1%0. 9%0. 27970. 62060. 90030. 3610. 26040. 043800. 3041950. 31447531. 0371. 83

0.2%0. 8%0. 20165. 7885. 9900. 45680. 19260. 15390. 34650. 285378. 6422.0870. 61

0.3%0. 7%0. 146322. 9223.0611. 8870. 13960. 33000. 46960. 277881. 718. 6267.71

0.4%0. 6%0. 102164.6164. 7075. 9150. 09970. 54190.64160. 324685. 5216. 5459.50

0.5%0. 5%0. 07053145. 5145.57113. 600. 069880. 81300. 882880. 598189. 8515. 2136. 74

0.6%0. 4%0. 04727284. 3284. 347149. 70. 046991. 1411. 187491. 06991. 9714.2821.97

0.7%0. 3%0. 03132464. 4464.431408. 10.031251.4711.501751. 33993. 9413. 3218. 13

0.8%0. 2%0. 02038709. 1709.120659. 50.020191. 9221.941691. 61694.2612. 5216. 05

0.9%0. 1%0. 012994. 2994. 212999. 90. 011112. 3512.362112. 06293. 212. 1313. 88

1%0%132313232. 7682. 76812. 0912. 09

 

醛酸基带负电荷。由于CMC侧链也带有负电 荷，因此，当CMC溶液中添加黄原胶时，黄原 胶分子和CMC分子之间会由于静电排斥力的增 强，阻碍了 CMC网络结构的形成，使得体系的 黏度降低。随着黄原胶比例的逐渐增大，过量 的黄原胶分子会在体系中逐渐占据主导地位, 黄原胶的双螺旋结构导致了黏度的逐渐增加，

96

12013年第2期

但是同单一黄原胶溶液相比仍然较低。另外, 在复配溶液中随黄原胶比例增大，黏度衰减值 逐步减少，说明黄原胶比例低时CMC占主导地 位，剪切稀化指数较弱，而当黄原胶比例逐渐 增大时，由于黄原胶具有明显的剪切稀化性能， 因此黏度衰减值逐步降低至较低值，而且，复 配溶液的黏度衰减值低于单一的CMC溶液，却 

高于单一的黄原胶溶液。复配溶液的应变扫描，如图2〜图3。记录了线

2.2应变扫描性黏弹区的弹性模量G'黏性模量G”损耗正

应用流变仪考察了黄原胶与CMC不同配比的切及复合黏度n* ,结果如表2。

0.10000 1.0000 10.000 100.00 1000.0

% strain

图2复配溶液应变扫描的G’及G”与应变的关系 表2复配溶液的应变扫描实验数据

复配比例G’G”复合黏度Tan

黄CMCCMC黄CMC +复配CMC黄CMC +复配CMC黄CMC +复配CMC黄复配

原胶原胶黄原胶溶液原胶黄原胶溶液原胶黄原胶溶液原胶溶液

0%1%0. 3460. 3461. 821. 820. 29520. 29525. 265. 26

0.1%0. 9%0. 230. 21880. 44880. 3801. 420. 2251. 6451. 730. 22770. 050. 27770. 2826. 071.034. 56

0.2%0. 8%0. 1711. 071.2410. 4741. 050. 7631. 8131. 690. 16990. 2090. 37890. 2786. 110. 7153. 56

0.3%0. 7%0.1152. 722. 8350. 6330. 7731. 492. 2631. 680.12490. 4950. 61990. 2856. 710. 5492. 65

0.4%0. 6%0. 085. 245. 320. 9850. 5692. 382. 9491. 920.09180. 9161. 0070. 3427. 060. 4541. 94

0.5%0. 5%0. 0528. 668. 7122. 430. 393. 343. 7253. 050. 06281. 481. 5430. 6197. 320. 3851. 26

0.6%0. 4%0. 04213. 4213. 4578. 600. 2724. 514. 7825. 260. 0442. 252. 2941. 6026. 480. 3360. 612

0.7%0. 3%0. 03419. 3219. 35418. 740.1855. 876. 0556. 530. 02983. 213. 2403. 1535. 420.3040. 347

0.8%0. 2%0. 01825. 5325. 54324.830.1177. 227. 3377. 290. 01884. 224. 2344. 1116. 350. 2830. 294

0.9%0. 1%0. 01632. 1932. 20631. 650. 0658. 618. 678. 320. 01075. 305. 3115. 2094. 210. 2680. 263

1%0%38. 9038. 99. 829. 826. 396. 390. 2530. 253

2013年第2期1 

由表2看出，复配溶液随着黄原胶比例的增 加，弹性模量G’出现增大，纤维素与黄原胶复配溶液的流变特性研究，但均比单一的黄原 胶与CMC的弹性模量之和小，两者差值随黄原胶 比例的加大而增加，但至黄原胶与CMC比例为5 :5时差值达到最大，之后，由于黄原胶的比例提 高使得黄原胶逐步占主导地位，因此，差值亦逐 步降低。除了黄原胶浓度0.1%外，其余各个复 配比例中，CMC的加入均使复配溶液的G’低于 单一的黄原胶溶液。对于黏性模量，如稳态流动 曲线中黏度的变化规律，黄原胶和CMC的比例为 1 : 9、2 : 8、3 : 7时，同单一的CMC溶液相比， 黏性模量随黄原胶含量的增加而逐渐减少。而黄 原胶的添加量继续增加时，黏性模量又逐渐增 大，除了黄原胶与CMC比例为1 : 9、6 : 4及7 :

3外，其余各个配比的复配溶液黏性模量均比单 一的黄原胶与CMC的黏性模量之和低。对于复合 黏度，黄原胶和CMC的比例为1 : 9、2 : 8、 3: 7时，同单一的CMC溶液相比，黄原胶的加入 使复合黏度出现降低，但三个比例之间变化不 大，之后，随着黄原胶的添加量继续增加时，复 合黏度值又逐渐增大，但是同单一黄原胶溶液相 比，复合黏度较低。另外，作为黏弹性比值的 tan,随着复配溶液中黄原胶比例的提高而黏性响 应行为逐步降低，而且低于单一的CMC溶液却高 于单一的黄原胶溶液，黄原胶比例低时CMC占主 导地位，tan较高，而当黄原胶比例逐渐增大而 占主导地位时，tan值较低。比较线性黏弹区G’ 与G'的大小，结果表明：单一的0.2%黄原胶 溶液的G’或单一的0.3%黄原胶与0.7% CMC 的G’之和即可大于G’’，但在两者实际复配时 只有当黄原胶比例提高至与CMC为6 : 4时才会 出现G’ >G”。 

 图3复配溶液应变扫描的损耗正切及复合黏度与应变的关系

2.3频率扫描同复配比例对弹性模量G'黏性模量G”损耗

应用流变仪考察了黄原胶与CMC不同配比的正切及复合黏度n*的影响。

复配溶液的频率扫描，如图4〜图5,探讨了不

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12013年第2期 

 

70.00

0.01000

)00frequency (Hz)20.00

图4复配溶液频率扫描的弹性模量及黏性模量与频率的关系

 

由图4看出，弹性模量与黏性模量具有明 显的频率依赖性，随着频率的增加，G’与G' 均出现增大。在CMC与黄原胶的复配中，弹性 模量随黄原胶比例的增加而增加，同时，G’随 频率的曲线在对数坐标中近似为直线，该直线 的斜率随黄原胶比例的增加而逐渐减少，表明， 随着黄原胶比例的提高，复配溶液越来越趋向 于类固体性，对频率依赖性也趋于减小。单一 的黄原胶溶液中，0.1%浓度的黄原胶溶液在 0〜3. 117Hz范围内G’ <G’’，频率超过 3.117Hz后G’ >G’’，而其余浓度的频率扫描 表明在整个频率扫描范围内G’均大于G’’， 两者无交点，差不多完全显示了固态的黏弹性 质。同单一的黄原胶溶液相比，CMC的加入使 弹性模量出现降低，黄原胶与CMC的比例在1 :9、2 : 8、3 : 7、4 : 6及5 : 5时在整个频率扫 描范围内G’均小于G’’，体系表现为液态的 黏性，只有当黄原胶与CMC的比例达到6 : 4后 才使G’ >G’’，表现出类固态的黏弹性质。同 理，在低频区随着复配中黄原胶比例的提高黏 性模量逐步增加，但在频率较高区，黄原胶和 CMC的比例为1 : 9、2 : 8、3 : 7时，G’’随 黄原胶比例的提高而出现降低，而黄原胶的添 加量继续增加时，黏性模量又逐渐增大。另外， 当频率大于10Hz后，各个复配溶液的黏性模量 差值减小，逐步趋向于一致。

由图5可知，在整个频率扫描范围内，1% CMC溶液在低频区存在黏度平台区，纤维素与黄原胶复配溶液的流变特性研究，黄原胶的 加入使各个复配溶液不再存在明显的黏度平台 区，当复配溶液中黄原胶提高至与CMC的比例 为2 : 8时复合黏度随频率的变化曲线在对数坐 标中近似为直线，且直线的斜率随黄原胶的比 例而逐渐增大。另外，当黄原胶与CMC的比例 为1 : 9、2 : 8及3 : 7时，在低频区复配溶液中 随着黄原胶比例的提高使得复合黏度逐步增加， 而在频率较高区，反而逐渐降低。黄原胶的添 加量继续增加时，复合黏度在整个频率范围内 均逐步增加。对于黏弹性比值tan,在整个频率 扫描范围内，随着黄原胶的添加且比例逐步提 高时，tan亦逐步降低，表明黄原胶的加入使体 系耗散能量的能力减弱，其内耗或内磨擦力变 小，体系的黏性响应行为减小，而弹性响应行 为增加。

2.4动态黏弹性温度扫描

应用流变仪研究了黄原胶与CMC不同配比 的复配溶液的动态黏弹性温度扫描，考察了弹 性模量与黏性模量随温度变化的情况，结果如 图 6。 

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100.0

10.00

0.1000

frequency (Hz)

20.00

50.00

图5复配溶液频率扫描的损耗正切及复合黏度与频率的关系

0.1000

 

temperature (°C

图6复配溶液弹性模量与黏性模量与温度的关系

 

根据作者对单一黄原胶不同浓度的动态黏弹 性温度扫描的研究，0. 1%黄原胶在整个温度扫 描内G’始终小于G’’，而0.2%〜0.4%黄原胶 溶液出现凝胶点温度，且凝胶点温度随溶液浓度 提高而提高，低于凝胶点温度时，溶液多表现为 凝胶状态，弹性行为大于黏性行为，而高于凝胶 点温度时，溶液多表现出黏性行为。当黄原胶溶 液浓度达到0.5%后，在扫描温度范围内G’ > G’’。另外，纤维素与黄原胶复配溶液的流变特性研究，所有溶液的弹性模量均随温度的升 高而出现下降。同单一的黄原胶相比，CMC的加 

100

12013年第2期 

入改变了黄原胶的动态黏弹性温度扫描曲线，黄 原胶与CMC的比例在1 : 9、2 : 8、3 : 7、4 : 6 时CMC使黄原胶的弹性模降低，因此在整个温度 范围内G’ <G’ '黄原胶与CMC比例在5 : 5 时，弹性模量曲线与黏性模量曲线之间出现两个 交点，低于52.4°C及高于84.3°C时G’ <G’’， 在两个温度之间则出现G’>G’’的情况，复配 溶液中随黄原胶的比例继续提高，使得溶液呈现 明显的凝胶状态，因此，在扫描温度范围内G’ >G，’。

黄原胶与CMC的比例在1 : 9、2 : 8、 3 : 7、4 : 6、5 : 5及6 : 4时复配溶液的模量起 始随温度的升高而降低，达到一定温度（记为 乃）后模量出现升高，由图6看出乃随黄原胶 比例的提高出现下降。当温度超过乃后模量出 现上升，待扫描温度至一定温度（记为T2),模 量达到峰值，若继续升高温度则模量出现下降， 由图6亦看出T2随黄原胶比例的提高出现下降。 由于黄原胶分子和CMC分子之间存在静电排斥 力，不利于黄原胶双螺旋结构的形成，温度的 升高使模量出现下降，至一定温度乃后黄原胶 分子的热运动促使微观结构中侧链与主链间通 过氢键结合形成双螺旋结构，因此模量得以提 高，至温度达到T2后由于分子间的各种缠绕结 构被打断而出现无规则的线团结构，因此，模 量又开始出现下降。上述溶液的八及了2如表3。 当复配溶液中黄原胶的比例达到0.7%后，黄原 胶逐步占据了主导地位，在复配溶液中黄原胶 呈现明显的双螺旋结果及多重螺旋聚合体，因 此，表现出与单一黄原胶溶液随温度升高而模 量逐步出现下降的情况，并且黄原胶比例为0.7%

表3复配溶液黏弹性温度扫描中的1及丁2

黄原胶（％)CMC (%)T1 (C)T2 (C)

0.10.969. 979. 4

0.20.865.277. 8

0.30.759. 974. 9

0.40. 647.070. 3

0.50. 535. 665_8 〜70_3

0.60. 430. 256. 8

时温度达到87. 2C模量开始出现明显下降，而比 例为0. 8%时模量出现明显下降的温度为94. 6C, 当黄原胶比例升高至0.9%时在5°C〜95°C扫描范 围内已无模量明显下降的温度。

2.5动态黏度温度扫描

应用流变仪考察了黄原胶与CMC不同配比的 复配溶液的动态黏度温度扫描，探讨了黏度随温度 变化的情况，结果如图7。根据作者对本文中所使 用的单一黄原胶不同浓度的动态黏度温度扫描的研 究，在1.0%浓度范围内黏度一直随温度升高而下 降，并且在5°C〜90°C扫描范围内，只有0.1%〜 0.3%黄原胶溶液出现构象转变温度（热转变温度, Tm),如表4及图8。构象转变温度的大小受到各 种因素的影响，如溶液中电解质的种类和浓度，从 表4看出，单一黄原胶溶液随浓度的增大，转变温 度逐步提高。当黄原胶溶液浓度超过0.3%后，由 于类固体性质明显，随温度的升高黏度曲线在5C 〜90°C范围内已没有明显的下降点。

在 复 配 溶 液 中，黄 原 胶 与 CMC 的 比 例 在 1 : 9、2 : 8时，纤维素与黄原胶复配溶液的流变特性研究，同单一的黄原胶溶液相比，由于 CMC的加入使黏度出现下降，因此溶液呈现明显 的液态的黏性，温度扫描时黏度没有出现明显的 下降。随着复配溶液中黄原胶比例的提高，至与 CMC的比例在3: 7、4:6、5:5及6:4时呈现 特征性的黏度曲线，结果表明：比例为3: 7时黏 度一直随温度升高而下降，至Tm时出现明显的下 降；而比例为4 : 6、5 : 5及6 : 4时表现为与黏 弹性温度扫描类似的性质，黏度起始时随温度的 升高而降低，达到一定温度（记为T)后出现升 高，由图7及表4看出T随黄原胶比例的提高出 现下降。待温度至Tm,黏度开始出现明显下降， 由图7亦看出Tm随黄原胶比例的提高出现下降。 由于黄原胶分子和CMC分子之间存在静电排斥 力，不利于黄原胶双螺旋结构的形成，温度的升 高使黏度出现下降，至一定温度T后黄原胶分子 的热运动促使微观结构中侧链与主链间通过氢键 结合形成双螺旋结构，因此黏度得以提高，至温 度达到Tm后由于分子间的各种缠绕结构被打断而 出现无规则的线团结构，因此，黏度又开始出现 明显的下降。当复配溶液中黄原胶的比例达到 0.7%后，黄原胶逐步占据了主导地位，在复配 溶液中黄原胶呈现明显的双螺旋结果及多重螺旋 

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10.0

20.0

30.0

50.060.0

temperature (°C

70.0

80.0

90.0

0 1000

厶 0■ 1 %xanthan+0.9%CMC

100.0

聚合体，因此，表现出与单一黄原胶溶液随温度升高而黏度逐步出现下降的情况。

(sde^^soo.2A

 

010.020.030.040.050.060.070.080.090.0

temperature (°C

图7复配溶液黏度与温度的关系

图8黄原胶溶液黏度与温度的关系 

3结论

黄原胶和CMC之间无协同作用，反而会降低 体系的黏度、黏性模量与弹性模量；纤维素与黄原胶复配溶液的流变特性研究，同时，两者 复配比例改变溶液的黏弹性质，黄原胶的比例低 于0.6%时体系表现为类液体性质，只有达到

102

120135121

0.6%后才表现为类固体性质；同样，黄原胶和 CMC的复配改变了单一黄原胶溶液的动态黏弹性 特性与动态黏度特性，使凝胶点温度及构象转变 温度发生变化，同时，改变了黏度及黏弹性随温 度变化的曲线形状。