7 ° SIMPOSIO INTERNAZIONALE DI REOLOGIA E STRUTTURA ALIMENTARE: un nuovo viscosimetro di processo per applicazioni di reologia alimentare
Panoramica
L'International Symposium on Food Rheology and Structure (ISFRS) è stato ospitato dall'Institute of Food, Nutrition and Health presso l'ETH di Zurigo.
Il Simposio internazionale sulla reologia e la struttura degli alimenti risponde alle esigenze dei ricercatori di reologia e struttura degli alimenti. Il simposio è dedicato alla reologia degli alimenti e dei sistemi correlati, alla struttura e all'analisi delle strutture alimentari e alla complessa relazione tra trasformazione degli alimenti, struttura, reologia e conseguente qualità degli alimenti. Una panoramica dello stato dell'arte e un'attenzione particolareggiata alle aree problematiche recenti sono fornite dalla lezione di apertura e da alcune lezioni di presentazione presentate da noti scienziati.
Dr. Joe Goodbread, CTO di Rheonics ha tenuto una conferenza su – “Un nuovo viscosimetro da processo per applicazioni di reologia alimentare”; citando l'uso di SRV viscosimetro nelle applicazioni di reologia alimentare.
Astratto
I viscosimetri da processo vibrazionali sono noti da quasi 60 anni, ma hanno trovato solo una modesta applicazione nei processi di produzione alimentare, dove il controllo della consistenza del prodotto è una priorità elevata. Ciò è dovuto alla convinzione radicata da parte degli operatori di processo che solo le misurazioni definite di taglio sono in grado di prevedere il comportamento dei prodotti, solitamente non newtoniani e spesso disomogenei, da loro fabbricati. Un nuovo strumento, il Rheonics Il viscosimetro da processo SRV discende da una linea di viscosimetri vibrazionali che hanno trovato ampia accettazione nell'industria dei processi alimentari perché hanno dimostrato di essere in grado di controllare la consistenza in processi complessi come la miscelazione della pastella, la coagulazione del formaggio e l'ammostamento della birra. L'SRV si basa su questa eredità e vi aggiunge una nuova struttura di risonatore bilanciata che lo rende compatto, semplice da installare e libero dalla sensibilità alle condizioni di montaggio che ha afflitto i progetti precedenti privi della sua struttura simmetrica. Poiché i viscosimetri vibrazionali funzionano misurando la velocità di perdita di energia di un risonatore immerso nel fluido in prova, eventuali perdite di energia aggiuntive dovute alle vibrazioni trasferite alle strutture circostanti pongono limiti alla stabilità e alla riproducibilità delle misurazioni dello strumento. IL Rheonics Il risonatore bilanciato (in attesa di brevetto) garantisce la massima riproducibilità e stabilità possibili in uno strumento risonante eliminando la trasmissione delle vibrazioni del risonatore alle strutture circostanti. Ulteriori miglioramenti ai tradizionali viscosimetri vibrazionali includono sistemi brevettati per la reiezione delle vibrazioni ambientali dovute a pompe e altri macchinari di processo, nonché trasduttori elettromagnetici avanzati con reiezione senza precedenti delle interferenze magnetiche provenienti dai vicinioring macchinari. IL Rheonics SRV si è già dimostrato valido in una complessa linea di processo di rivestimento con impasto liquido per la quale l'operatore inizialmente credeva che solo uno strumento reologicamente accurato potesse tenere il processo sotto controllo. L'operatore ha riscontrato che l'elevata sensibilità e stabilità dell'SRV consentivano il controllo del processo mediante una misurazione a punto singolo, mentre una batteria di altri strumenti in grado di misurare la densità e il contenuto di solidi non erano sufficientemente sensibili per misurare le piccole variazioni nel flusso del processo che erano fondamentali per un rivestimento uniforme e aderente.
Applicazioni
L'SRV può essere utilizzato ovunque siano richieste misurazioni a un punto della viscosità apparente, sia in fluidi newtoniani che non newtoniani.
Le applicazioni includono:
- Miscelazione della pastella
- Controllo viscosità olio combustibile pesante
- Monit del processo di rivestimento dell'impasto liquidooring e controllo
- Ottimizzazione del pompaggio
- Monitoraggio della polimerizzazioneoring
Esplorazione della viscometria vibrazionale per misurazioni reologiche
- Il viscosimetro vibrazionale sembra un candidato improbabile per le misurazioni reologiche:
- La cesoiatura avviene in un sottile strato limite attorno alla sonda, piuttosto che nel fluido sfuso
- Il taglio è oscillatorio e cambia direzione con la frequenza di vibrazione della sonda, circa 7.4 kHz. per il Rheonics SRV.
- Il sensore è effettivamente immerso in un volume semi-infinito di fluido, in modo che i gradienti di velocità non siano definiti.
- Sul lato positivo:
- Sono molto stabili
- Sebbene la velocità di taglio sia sconosciuta e inconoscibile, è ripetibile, quindi i viscosimetri vibrazionali sono buoni per mantenere costanti le proprietà di flusso di un fluido in un ambiente di processo
Sovrapporre un campo di taglio sfuso su un viscosimetro vibrazionale può fornire utili informazioni reologiche
- Osservazione: quando un sensore vibrazionale come l'SRV viene posizionato in un materiale altamente sensibile alla velocità di taglio come il ketchup di pomodoro, la sua viscosità indicata fluttua fortemente quando la sonda viene spostata attraverso il materiale.
- Ciò suggerisce che se il sensore fosse posizionato in un campo di taglio uniforme e controllabile, la modifica della sua velocità di taglio potrebbe fornire informazioni sulle proprietà sensibili al taglio del fluido.
Un semplice "reometro" a taglio sovrapposto
- Un cilindro di campionamento viene ruotato attorno al suo asse da un motore a velocità controllabile
- La sonda del viscosimetro vibrazionale è immersa nel fluido
- La viscosità indicata del fluido viene registrata al variare della velocità di rotazione
Il "metro di ketchup"
- A Rheonics Il viscosimetro SRV è immerso in un cilindro contenente un campione di ketchup.
- Un motore controllato da computer (sotto la piattaforma di legno) ruota il campione a una serie di velocità e durate fisse.
- La centralina del viscosimetro trasmette i valori di viscosità misurati al computer.
Comportamento al taglio del ketchup sovrapposto
- La viscosità indicata nel cilindro stazionario è di circa 120 mPa.S. (Regione 1)
- Quando il cilindro ruota, la viscosità indicata diminuisce. Ogni passaggio è un raddoppio della velocità di rotazione. La viscosità si avvicina a un asintoto (Regione 2)
- Quando la rotazione viene arrestata, la viscosità aumenta lentamente fino a un nuovo livello asintotico (Regione 3).
- Alcune caratteristiche di questo comportamento sono accuratamente ripetibili (secondo ciclo di misurazione).
Misura tradizionale della consistenza del ketchup: il consistometro di Bostwick
- Il ketchup può fluire sotto il suo stesso peso. La distanza percorsa in 30 secondi è una misura della sua coerenza.
- Nel nostro laboratorio è stato utilizzato un trogolo improvvisato di tipo Bostwick per misurare 3 diversi prodotti di ketchup. Le distanze percorse erano:
- Ketchup 1 (un marchio popolare): 13 mm
- Ketchup 2 (un marchio di negozio “budget”): 39 mm
- Ketchup 3 (un marchio di negozi “leggeri”): 28 mm
Comportamento di 3 ketchup in misurazioni di taglio sovrapposte
- Osservazioni
- K1 aveva il Bostwick più basso, la massima viscosità iniziale e il recupero più lento.
- K2 presentava la più bassa viscosità a taglio elevato, il recupero più rapido.
- K3 stava assottigliando a basse velocità, ispessendo a velocità più elevate
- La viscosità finale recuperata era ben correlata alla consistenza di Bostwick
Conclusioni
- Il taglio sovrapposto ha avuto una grande influenza sulla viscosità indicata.
- Le correlazioni tra taglio sovrapposto e viscosità indicata erano ripetibili per tutte e tre le varietà di ketchup.
- Ogni varietà di ketchup ha avuto una risposta "firma" unica e ripetibile alle variazioni del taglio sovrapposto.
- "Recuperato" indicava una viscosità ben correlata con la misurazione del coerometro di Bostwick, il che implica che questo metodo poteva essere utilizzato per misurazioni in linea online delle stesse proprietà acquisite dalle misurazioni di Bostwick.
Domande aperte e lavori futuri
- In che modo il taglio locale nello strato limite oscillatorio interagisce con il taglio globale nel campo di taglio sovrapposto?
- Cosa possono dirci queste misurazioni sulla struttura delle sostanze simili al ketchup - quelle con tensione di snervamento e viscosità dipendente dal taglio? In particolare, perché il materiale più altamente strutturato - ketchup 1 - impiega più tempo per ritornare a un valore di viscosità a riposo rispetto al meno strutturato - ketchup 2?
- Gli esperimenti futuri varieranno le ampiezze relative dei tassi di taglio sia nei campi di taglio oscillatorio che sovrapposto per comprendere sia il loro contributo relativo sia la natura delle loro interazioni.
