1. 引言

明膠作為一種生物大分子親水膠體，是膠原蛋白部分水解的產(chǎn)物，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥和工業(yè)領(lǐng)域。其溶液狀態(tài)下的流變特性，特別是粘彈性行為，對產(chǎn)品質(zhì)量控制與工藝優(yōu)化具有重要意義。明膠溶液的凝固點通常介于25-35℃之間，此溫度附近的流變特性變化直接關(guān)系到實際應(yīng)用效果。本研究采用動態(tài)光散射微流變技術(shù)，通過分析不同溫度下明膠溶液的流變學參數(shù)，為明膠基產(chǎn)品的研發(fā)與質(zhì)控提供數(shù)據(jù)支持。

2. 微流變技術(shù)原理

動態(tài)光散射微流變技術(shù)通過在樣品中加入亞微米級示蹤粒子（通常為0.3–2.0μm），監(jiān)測這些粒子在樣品中的布朗運動，從而反映體系的流變特性。示蹤粒子的運動模式與樣品粘彈性存在直接關(guān)聯(lián)：

• 對于純粘性流體（牛頓流體），粒子的均方位移與時間呈線性關(guān)系

• 對于粘彈性體系，可通過廣義Stokes-Einstein方程計算頻率依賴的儲能模量（G′）和損耗模量（G″）

• 進一步可推導復(fù)數(shù)粘度等流變學參數(shù)，全面表征樣品特性

3. 實驗方法

3.1 儀器與條件

使用BeNano 180 Zeta納米粒度及Zeta電位分析儀進行測試。該儀器配備671nm激光器（輸出功率50mW），檢測角度為173°，采用單模光纖傳輸信號，并配備高速相關(guān)器以確保數(shù)據(jù)采集的準確性。溫度控制系統(tǒng)可實現(xiàn)10–80℃范圍的精確控溫。

3.2 樣品制備

用純凈水配制透明低濃度明膠溶液（pH≈7）。加入400nm聚苯乙烯示蹤粒子，由于明膠與粒子在測試條件下均帶負電荷，可避免相互吸附對測量結(jié)果的干擾。

3.3 測試方案

在10℃、20℃、40℃和80℃四個溫度點進行微流變測試，每個溫度下穩(wěn)定后進行數(shù)據(jù)采集。

4. 結(jié)果與討論

4.1 相關(guān)函數(shù)與均方位移分析

• 溫度降低時，相關(guān)函數(shù)衰減時間延長，表明示蹤粒子運動減緩

• 均方位移曲線顯示，相同時間內(nèi)低溫下的位移量更小，直觀反映溶液粘度隨溫度降低而升高

4.2 粘彈性模量

在10–80℃范圍內(nèi)，明膠溶液均表現(xiàn)出明顯的粘性主導特征（G″ > G′）。隨著溫度降低，兩種模量值均顯著上升，說明低溫下溶液內(nèi)部結(jié)構(gòu)增強。

4.3 復(fù)數(shù)粘度特性

• 低頻區(qū)復(fù)數(shù)粘度基本不隨頻率變化，高頻區(qū)出現(xiàn)輕微剪切變稀現(xiàn)象

• 溫度從10℃升至80℃時，復(fù)數(shù)粘度顯著下降（圖5），在25–35℃區(qū)間出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)變，與文獻報道的明膠凝固點吻合

5. 結(jié)論

本研究通過BeNano 180 Zeta分析儀結(jié)合微流變技術(shù)，成功實現(xiàn)了對明膠溶液在不同溫度下流變學特性的快速表征。該方法具有樣品用量少、測試速度快、可獲取高頻流變參數(shù)等優(yōu)勢，特別適用于溫度敏感型膠體體系的研究。研究結(jié)果明膠溶液隨溫度升高呈現(xiàn)粘度下降趨勢，且在凝固點附近出現(xiàn)顯著變化，這一特性對明膠在實際應(yīng)用中的工藝控制具有指導意義。