粒子追跡マイクロレオロジーによる食品関連ソフトマターの非ニュートン流動の評価

通过粒子追踪微流变学评估食品相关软物质的非牛顿流动

基本信息

批准号：
22K05541
负责人：
槇靖幸
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

多くのゲル状食品では、応力の印加によりゲル-ゾル転移を生じる（チキソトロピー）。ゾルとゲルの間の転移は、ゲル化点近傍における臨界ダイナミクスにより特徴付けられる。ゲル化のモデル物質として、構造の明確なtetra-PEGゲルを選び、粒子追跡マイクロレオロジーによるゲル化の臨界ダイナミクスの計測を行なった。得られた臨界指数をパーコレーション理論と詳細に比較することで、指数のポリマー濃度依存性の起源を明らかにした。ここで用いた方法論は、ゲル状食品におけるチキソトロピー回復の解析にも応用できると考えられる。食品関連ソフトマターのモデル物質として、多糖類であるザンサン水溶液のレオロジー測定を行った。非ニュートン粘度の濃度依存性のデータに基づいて、今後は微小流路の設計を進める予定である。液体の非ニュートン粘度の高速極限の値は、その液体を潤滑液として用いたときの滑り摩擦を評価する際に重要となる。そこで、ザンサン水溶液中でのゲルの滑り摩擦を測定し、上記のデータを用いることにより潤滑層の厚みを定量化することができた。この結果は、近年注目されている、柔らかい界面の滑り摩擦と食感との関連において重要である。新たに導入した蛍光顕微鏡を用いて、静止状態のザンサン水溶液の粒子追跡マイクロレオロジーを測定した。ザンサン濃度の上昇によって粘弾性が次第に顕著になり、1%程度でプローブ粒子の変位が測定の空間分解能と同程度になる（測定限界に達する）ことを確認した。今後は、微小流路による巨視的な流動と粒子追跡マイクロレオロジーを組み合わせることにより、この測定限界を越えて粒子追跡マイクロレオロジーの適用領域を拡大することを目指す。

许多凝胶状食品在施加压力时会发生凝胶-溶胶转变（触变性）。溶胶和凝胶之间的转变以凝胶点附近的临界动力学为特征。我们选择具有明确结构的四聚乙二醇凝胶作为凝胶化的模型材料，并使用粒子跟踪微流变学测量了凝胶化的临界动力学。通过将获得的临界指数与逾渗理论进行详细比较，我们阐明了该指数对聚合物浓度依赖性的根源。这里使用的方法也可以应用于凝胶状食品的触变恢复分析。我们对黄原胶（一种多糖）的水溶液进行了流变学测量，作为食品相关软物质的模型材料。未来，我们计划根据非牛顿粘度浓度依赖性数据进行微通道的设计。当液体用作润滑剂时，在评估滑动摩擦时，液体的非牛顿粘度的高速极限值很重要。因此，通过测量凝胶在黄嘌呤水溶液中的滑动摩擦并使用上述数据，我们能够量化润滑层的厚度。这一结果对于软界面滑动摩擦与织构之间的关系具有重要意义，近年来引起了人们的关注。使用新推出的荧光显微镜，我们测量了固定黄原胶水溶液的颗粒跟踪微流变学。已证实，随着黄原烷浓度的增加，粘弹性逐渐变得更加明显，并且在大约1%时，探针颗粒的位移变得与测量的空间分辨率相当（达到测量极限）。未来，我们的目标是通过将微通道中的宏观流动与颗粒跟踪微流变学相结合，超越这一测量极限，扩大颗粒跟踪微流变学的应用领域。