7. MIĘDZYNARODOWE SYMPOZJUM REOLOGII I STRUKTURY ŻYWNOŚCI: Nowy wiskozymetr procesowy do zastosowań w reologii żywności
Przegląd
Międzynarodowe sympozjum na temat reologii i struktury żywności (ISFRS) było prowadzone przez Instytut Żywności, Żywienia i Zdrowia w ETH Zürich.
Międzynarodowe sympozjum dotyczące reologii i struktury żywności zaspokaja potrzeby badaczy reologii i struktury żywności. Sympozjum poświęcone jest reologii żywności i powiązanych systemów, strukturze i analizie żywności oraz złożonym związkom między przetwarzaniem żywności, strukturą, reologią i wynikającą z tego jakością żywności. Przegląd aktualnego stanu techniki i szczegółowe skoncentrowanie się na najnowszych obszarach problemowych podano w wykładzie otwierającym i kilku wykładach kluczowych, które są prezentowane przez znanych naukowców.
Dr Joe Goodbread, dyrektor ds. technicznych firmy Rheonics wygłosił referat – „Nowoczesny wiskozymetr procesowy do zastosowań w reologii żywności”; powołując się na użycie SRV wiskozymetr w zastosowaniach reologicznych żywności.
Abstrakcyjny
Wiskozymetry procesowe wibracyjne są znane od prawie 60 lat, ale znalazły jedynie skromne zastosowanie w procesach produkcji żywności, gdzie kontrola konsystencji produktu jest wysokim priorytetem. Wynika to z zakorzenionego przekonania operatorów procesów, że jedynie pomiary zdefiniowanego ścinania są w stanie przewidzieć zachowanie wytwarzanych przez nich zwykle nienewtonowskich, często niejednorodnych produktów. Nowy instrument, tzw Rheonics Wiskozymetr procesowy SRV wywodzi się z linii wiskozymetrów wibracyjnych, które znalazły szeroką akceptację w przemyśle spożywczym, ponieważ udowodniły, że są w stanie kontrolować konsystencję w złożonych procesach, takich jak mieszanie ciasta, koagulacja sera i zacieranie piwa. SRV opiera się na tym dziedzictwie i dodaje do niego nowatorską, zbalansowaną strukturę rezonatora, która sprawia, że jest kompaktowy, prosty w instalacji i wolny od wrażliwości na warunki montażu, która była problemem we wcześniejszych konstrukcjach pozbawionych symetrycznej struktury. Ponieważ wiskozymetry wibracyjne działają poprzez pomiar szybkości utraty energii rezonatora zanurzonego w badanej cieczy, wszelkie dodatkowe straty energii spowodowane wibracjami przenoszonymi na otaczające struktury ograniczają stabilność i powtarzalność pomiarów instrumentu. The Rheonics zrównoważony rezonator (zgłoszenie patentowe) zapewnia najwyższą możliwą odtwarzalność i stabilność w instrumencie rezonansowym poprzez eliminację przenoszenia drgań rezonatora na otaczające struktury. Dalsze udoskonalenia tradycyjnych wiskozymetrów wibracyjnych obejmują opatentowane systemy tłumienia wibracji otoczenia powodowanych przez pompy i inne maszyny procesowe, a także zaawansowane przetworniki elektromagnetyczne z niespotykaną dotąd eliminacją zakłóceń magnetycznych z sąsiednichoring maszyneria. The Rheonics SRV sprawdził się już w złożonej linii technologicznej powlekania zawiesiną, w przypadku której operator początkowo wierzył, że jedynie instrument o dokładności reologicznej może zapewnić kontrolę nad procesem. Operator stwierdził, że wysoka czułość i stabilność SRV umożliwiła kontrolę procesu poprzez pomiar w jednym punkcie, podczas gdy zestaw innych przyrządów zdolnych do pomiaru gęstości i zawartości części stałych nie był wystarczająco czuły, aby zmierzyć małe zmiany w strumieniu procesowym, które miały kluczowe znaczenie dla uzyskania jednolitej, przylegającej powłoki.
Konsultacje
SRV może być stosowany wszędzie tam, gdzie wymagane są jednopunktowe pomiary lepkości pozornej, zarówno w płynach newtonowskich, jak i nienewtonowskich.
Aplikacje obejmują:
- Mieszanie rzadkiego ciasta
- Kontrola lepkości ciężkiego oleju opałowego
- Monitor procesu powlekania zawiesinąoring I kontrola
- Optymalizacja pompowania
- Monitor polimeryzacjioring
Badanie wiskozymetrii wibracyjnej do pomiarów reologicznych
- Wiskozymetr wibracyjny wydaje się mało prawdopodobnym kandydatem do pomiarów reologicznych:
- Ścinanie odbywa się raczej w cienkiej warstwie granicznej wokół sondy niż w cieczy
- Ścinanie ma charakter oscylacyjny, zmieniający kierunek wraz z częstotliwością drgań sondy – około 7.4 kHz. dla Rheonics SRV.
- Czujnik jest skutecznie zanurzony w częściowo nieskończonej objętości płynu, dzięki czemu gradienty prędkości są niezdefiniowane.
- Z dobrej strony:
- Są bardzo stabilne
- Chociaż szybkość ścinania jest nieznana i niepoznawalna, jest powtarzalna, dzięki czemu wiskozymetry wibracyjne są dobre do utrzymywania stałych właściwości przepływu płynu w środowisku procesowym
Nałożenie pola ścinania na wiskozymetr wibracyjny może dostarczyć użytecznych informacji reologicznych
- Obserwacja: Gdy czujnik drgań, taki jak SRV, zostanie umieszczony w materiale o wysokiej wrażliwości na ścinanie, takim jak keczup pomidorowy, jego wskazana lepkość zmienia się silnie w miarę przesuwania sondy przez materiał.
- Sugeruje to, że gdyby czujnik został umieszczony w jednolitym, kontrolowanym polu ścinania, zmiana jego szybkości ścinania może dostarczyć informacji o wrażliwych na ścinanie właściwościach płynu.
Prosty „reometr” z nałożonym ścinaniem
- Cylinder próbki obraca się wokół własnej osi za pomocą silnika o regulowanej prędkości
- Sonda wiskozymetru wibracyjnego jest zanurzona w płynie
- Wskazana lepkość płynu jest rejestrowana, gdy zmienia się prędkość obrotowa
„Licznik keczupu”
- A Rheonics Wiskozymetr SRV zanurza się w cylindrze zawierającym próbkę keczupu pomidorowego.
- Sterowany komputerowo silnik (pod drewnianą platformą) obraca próbkę w szeregu stałych prędkości i okresów.
- Skrzynka kontrolna wiskozymetru przesyła zmierzone wartości lepkości do komputera.
Nałożone zachowanie keczupu na ścinanie
- Wskazana lepkość w cylindrze stacjonarnym wynosi około 120 mPa.S. (Region 1)
- Gdy cylinder się obraca, wskazana lepkość spada. Każdy krok stanowi dwukrotność prędkości obrotowej. Lepkość zbliża się do asymptoty (region 2)
- Po zatrzymaniu rotacji lepkość powoli wzrasta do nowego poziomu asymptotycznego (Region 3).
- Niektóre cechy tego zachowania są dokładnie powtarzalne (drugi cykl pomiarowy).
Tradycyjny pomiar konsystencji keczupu: konsystometr Bostwicka
- Keczup może płynąć pod własnym ciężarem. Dystans pokonany w 30 sekund jest miarą jego spójności.
- W naszym laboratorium zastosowano improwizowane koryto typu Bostwick do zmierzenia 3 różnych produktów keczupowych. Odległości były następujące:
- Ketchup 1 (popularna marka): 13 mm
- Ketchup 2 (marka „budżetowa”): 39 mm
- Ketchup 3 (marka „lekka”): 28 mm
Zachowanie 3 keczupów w nałożonych pomiarach ścinania
- Komentarze
- K1 miał najniższy Bostwick, najwyższą lepkość początkową i najwolniejszy odzysk.
- K2 miał najniższą lepkość przy wysokim ścinaniu, najszybszy odzysk.
- K3 przerzedzało ścinanie przy niskich szybkościach, a gęstnienie ścinające przy wyższych szybkościach
- Ostateczna odzyskana lepkość dobrze korelowała ze spójnością Bostwicka
wnioski
- Nakładające się ścinanie miało duży wpływ na wskazaną lepkość.
- Korelacje między nałożonym ścinaniem a wskazaną lepkością były powtarzalne dla wszystkich trzech odmian keczupu.
- Każda odmiana keczupu miała unikalną i powtarzalną „charakterystyczną” odpowiedź na zmiany nałożone na siebie ścinanie.
- „Odzyskane” wskazało, że lepkość dobrze koreluje z pomiarem konsystometru Bostwick, co sugeruje, że ta metoda może być stosowana do pomiarów online tych samych właściwości zarejestrowanych przez pomiary Bostwicka.
Otwarte pytania i przyszłe prace
- W jaki sposób lokalne ścinanie w oscylacyjnej warstwie granicznej oddziałuje z ścinaniem globalnym w nałożonym polu ścinania?
- Co te pomiary mogą nam powiedzieć o strukturze substancji podobnych do keczupu - tych o granicy plastyczności i lepkości zależnej od ścinania? W szczególności, dlaczego bardziej silnie ustrukturyzowany materiał - keczup 1 - potrzebuje więcej czasu, aby powrócić do wartości lepkości spoczynkowej, niż najmniej ustrukturyzowany - keczup 2?
- Przyszłe eksperymenty będą zmieniać względne amplitudy szybkości ścinania zarówno w polu oscylacyjnym, jak i nałożonym na ścinanie, aby zrozumieć zarówno ich względny udział, jak i charakter ich interakcji.
