7. MEĐUNARODNI SIMPOZIJ O REOLOGIJI I STRUKTURA HRANE: Novi procesni viskozometar za primjenu u reologiji hrane
Pregled
Institut za hranu, prehranu i zdravlje kod ETH Zürich bio je međunarodni simpozij o reologiji i strukturi hrane (ISFRS).
Međunarodni simpozij o prehrambenoj reologiji i strukturi bavi se potrebama istraživača prehrambene reologije i strukture. Simpozij je posvećen reologiji hrane i povezanim sustavima, analizi strukture i strukture hrane te složenom odnosu između prerade hrane, strukture, reologije i rezultirajuće kvalitete hrane. Uvodno predavanje i nekoliko glavnih predavanja koji su prezentirali poznati znanstvenici daju pregled stanja i detaljan fokus na nedavna problematična područja.
Dr. Joe Goodbread, tehnički direktor tvrtke Rheonics održao predavanje na temu – „Novi procesni viskozimetar za primjenu u reologiji hrane”; navodeći korištenje SRV viskozometar u aplikacijama za reologiju hrane.
Sažetak
Viskozimetri s vibracijskim procesom poznati su već gotovo 60 godina, ali su našli samo skromnu primjenu u procesima proizvodnje hrane, gdje je kontrola konzistencije proizvoda visok prioritet. To je zbog ukorijenjenog uvjerenja operatera procesa da samo mjerenja definirana smicanja mogu predvidjeti ponašanje obično ne-Newtonovih, često nehomogenih proizvoda koje proizvode. Novi instrument, Rheonics SRV procesni viskozimetar potječe iz linije vibracijskih viskozimetara koji su široko prihvaćeni u prehrambenoj industriji jer su dokazali da mogu kontrolirati konzistenciju u složenim procesima kao što su miješanje tijesta, zgrušavanje sira i gnječenje piva. SRV se nadovezuje na ovo nasljeđe i dodaje mu novu strukturu uravnoteženog rezonatora koja ga čini kompaktnim, jednostavnim za instalaciju i oslobođenim osjetljivosti na uvjete montiranja koji su mučili ranije dizajne kojima nedostaje njegova simetrična struktura. Budući da vibracijski viskozimetri funkcioniraju mjerenjem brzine gubitka energije rezonatora uronjenog u tekućinu koja se ispituje, svi dodatni gubici energije zbog vibracija prenesenih na okolne strukture postavljaju ograničenja na stabilnost i ponovljivost mjerenja instrumenta. The Rheonics uravnoteženi rezonator (patent u postupku) osigurava najveću moguću ponovljivost i stabilnost u rezonantnom instrumentu eliminirajući prijenos vibracija rezonatora na okolne strukture. Daljnja poboljšanja tradicionalnih vibracijskih viskozimetara uključuju patentirane sustave za odbacivanje okolnih vibracija uzrokovanih pumpama i drugim procesnim strojevima, kao i napredne elektromagnetske pretvornike s neviđenim odbacivanjem magnetskih smetnji iz susjedstvaoring strojevi. The Rheonics SRV se već dokazao u složenoj liniji procesa nanošenja kaše za koju je operater u početku vjerovao da samo reološki točan instrument može staviti proces pod kontrolu. Operater je otkrio da visoka osjetljivost i stabilnost SRV-a omogućuje kontrolu procesa mjerenjem u jednoj točki, dok niz drugih instrumenata koji mogu mjeriti gustoću i sadržaj krutih tvari nisu bili dovoljno osjetljivi za mjerenje malih varijacija u procesnom toku koji bile su presudne za jednoliku, prianjajuću prevlaku.
Aplikacije
SRV se može koristiti tamo gdje su potrebna jednosmjerna mjerenja prividne viskoznosti, bilo u Newtonovim ili ne-Newtonovim tekućinama.
Primjene uključuju:
- Miješanje tijesta
- Kontrola viskoznosti teškog loživog ulja
- Proces nanošenja gnojnice monitoring i kontrolu
- Optimizacija crpki
- Polimerizacijski monitoring
Istraživanje vibracijske viskometrije za reološka mjerenja
- Vibracijski viskozimetr čini se malo vjerojatnim kandidatom za reološka mjerenja:
- Šišanje se odvija u tankom graničnom sloju oko sonde, a ne u velikoj tekućini
- Smicanje je oscilatorno, mijenja smjer s frekvencijom vibracije sonde – otprilike 7.4 kHz. za Rheonics SRV.
- Senzor je učinkovito uronjen u polu-beskonačan volumen tekućine, tako da gradijenti brzine nisu definirani.
- S pozitivne strane:
- Vrlo su stabilni
- Iako je brzina smicanja nepoznata i nepoznata, ponavlja je, tako da su vibracijski viskozimetri dobri za održavanje svojstava protoka tekućine u procesnom okruženju
Nadoknađivanje velikoga posmičnog polja na vibracijskom viskozimetru može dati korisne reološke podatke
- Promatranje: Kada se vibracijski senzor, poput SRV-a, stavi u materijal osjetljiv na brzinu smicanja kao što je kečap od rajčice, njegova naznačena viskoznost snažno varira dok se sonda pomiče kroz materijal.
- To sugerira da ako bi senzor bio postavljen u jednolično, kontrolirano smicanje, promjena brzine smicanja mogla bi dati informacije o svojstvima fluida osjetljivim na smicanje.
Jednostavni "reometar" naklonjen rezanjem
- Cilindar uzorka se okreće oko svoje osi pomoću motora s upravljačkom brzinom
- Sonda vibracijskog viskozimetra uronjena je u tekućinu
- Navedena viskoznost fluida bilježi se kako varira brzina rotacije
"Metra za kečap"
- A Rheonics SRV viskozimetar je uronjen u cilindar u kojem se nalazi uzorak kečapa od rajčice.
- Motor s računalnim upravljanjem (ispod drvene platforme) rotira uzorak u nizu fiksnih brzina i trajanja.
- Upravljačka kutija viskozita prenosi izmjerene vrijednosti viskoznosti na računalo.
Superpozicionirano smicanje kečapa
- Navedena viskoznost u nepomičnom cilindru iznosi oko 120 mPa.S. (Regija 1)
- Kako se cilindar rotira, naznačena viskoznost opada. Svaki korak je udvostručavanje brzine rotacije. Viskoznost se približava asimptoti (Regija 2)
- Kad se rotacija zaustavi, viskoznost se polako povećava na novu asimptotsku razinu (Područje 3).
- Određene značajke ovog ponašanja mogu se točno ponoviti (drugi ciklus mjerenja).
Tradicionalno mjerenje konzistencije kečapa: Bostwick Consistometer
- Kečap je dopušten da teče pod vlastitom težinom. Udaljenost pređenih u 30 sekundi mjerilo je njegove dosljednosti.
- U našem laboratoriju korišteno je improvizirano korito tipa Bostwick za mjerenje 3 različita proizvoda za kečap. Težene udaljenosti bile su:
- Kečap 1 (popularna robna marka): 13 mm
- Kečap 2 (robna marka trgovine): 39 mm
- Kečap 3 (robna marka trgovine): 28 mm
Ponašanje 3 kečapa u superponiranim mjerenjima smicanja
- Promatranja
- K1 je imao najniži Bostwick, najvišu početnu viskoznost i najsporiji oporavak.
- K2 je imao najnižu viskoznost visokog smicanja, najbrži oporavak.
- K3 je bio smicanje stanjivanja pri niskim brzinama, posmično zadebljanje pri većim brzinama
- Konačni oporavljeni viskozitet dobro je korelirao s Bostwickovom konzistencijom
Zaključci
- Superponirano smicanje je imalo veliki utjecaj na naznačenu viskoznost.
- Veze između nanesene smicanja i naznačene viskoznosti bile su ponovljive za sve tri sorte kečapa.
- Svaka sorta kečapa imala je jedinstven i ponovljiv "potpis" odgovor na varijacije prekrivenih škara.
- "Oporavak" je pokazao viskoznost koja je u korelaciji s mjerenjima Bostwick-ovog konsimetometra, što upućuje na to da se ova metoda može koristiti za internetska, inline mjerenja istih svojstava snimljenih Bostwickovim mjerenjima.
Otvorena pitanja i budući rad
- Na koji način lokalno smicanje u oscilatornom graničnom sloju djeluje na globalno smicanje u prekrivenom polju smicanja?
- Što nam ta mjerenja mogu reći o strukturi tvari sličnih kečapu - one s opterećenjem prinosa i viskoznošću ovisnom o smicanju? Zašto, posebno strukturirani materijal - kečap 1, zahtijeva više vremena da se vrati na vrijednost viskoznosti u mirovanju od najmanje strukturiranog - kečapa 2?
- Budući eksperimenti će varirati relativne amplitude brzina smicanja u oscilacijskim i nadpoloženim poljima smicanja kako bi se razumio i njihov relativni doprinos i priroda njihovih interakcija.
