از-هموژنیزاسیون برشی بالا تا آسیاب کلوئیدی: ویژگی‌های رئولوژیکی برشی امولسیون کننده PGPR و DMG در آب فاز داخلی بالا-در-سیستم‌های سس سالاد روغنی (W/O)

امولسیون‌های آب فاز داخلی بالا-در-روغن (W/O)، با کسر حجمی فاز پراکنده فₒ بیشتر یا مساوی ۰.۷۴، پایه ساختاری سس‌های سالاد، جایگزین‌های سس مایونز، و پخش‌های کم‌چرب را تشکیل می‌دهند. با این حال، آماده‌سازی صنعتی آن‌ها با یک معضل پردازش اساسی مواجه است: اینکه چگونه تفاوت‌های ذاتی در انرژی ورودی بین-همگن‌سازی برشی بالا و آسیاب کلوئیدی-دو فناوری غالب امولسیون‌سازی{7}}تطابق مستقیم با سینتیک جذب سطحی و شبکه{8}قابلیت ساختن کیفیت rmulsifi و کیفیت امولسیون‌ها را تعیین می‌کند. این مقاله به طور سیستماتیک رفتار سطحی متمایز و ویژگی‌های پاسخ برشی{10}پلی‌گلیسرول پلی‌ریسینولئات (PGPR) و مونوگلیسریدهای مقطر (DMG) را در چنین سیستم‌هایی از دیدگاه یکپارچه رئولوژی برشی امولسیون‌کننده تجزیه و تحلیل می‌کند. PGPR، با دم‌های آبگریز اسید ریسینولئیک شاخه‌دار و گروه‌های سر پلی‌گلیسرول انعطاف‌پذیر، به سرعت به تعادل جذب در سطح مشترک آب می‌رسد و یک لایه سطحی از مدول ویسکوالاستیک اتساع بالا را تشکیل می‌دهد، اما وابستگی ضعیفی به تاریخچه برشی نشان می‌دهد. در مقابل، DMG یک اسکلت شبکه کریستال چربی با خواص بازیابی تیکسوتروپیک از طریق هسته‌زایی درجا و پر شدن فضایی کریستال‌های چربی در سطح مشترک و در فاز پیوسته می‌سازد، اما سینتیک سطحی آن کند است و به شدت به تاریخچه خنک‌سازی برشی جفت شده{14} وابسته است. هم افزایی این دو امولسیفایر صرفاً یک جفت ارزش مکمل HLB نیست، بلکه تشکیل یک ساختار تثبیت دوگانه است-«فیلم سطحی PGPR (پوسته الاستیک) + شبکه کریستالی DMG (اسکلت پلاستیکی)»-در میدان جریان برشی. اولی به قطرات قابلیت ضد{20}} ادغام می بخشد، در حالی که دومی ظرفیت ضد رسوب{21} و بازیابی تیکسوتروپیک را به سیستم حجیم می دهد. این مقاله با استفاده از چگالی انرژی (Eᵥ) و انرژی برشی ویژه (SBE) به عنوان پارامترهای دوگانه، یک نمودار فاز برشی امولسیون کننده ایجاد می کند، که مرزهای قابل اجرا و روابط مکمل بین همگن سازی برشی بالا (Eᵥ بالا، زمان ماند کوتاه) و زمان آسیاب مجدد کلوئیدی، زمان آسیاب طولانی مدت Eᵥmo را آشکار می کند. کششی-میدان جریان مرکب برشی) در این سیستم، در نتیجه یک پایه نظری برای انتخاب تجهیزات، طراحی فرآیند و بهینه‌سازی فرمول در تولید صنعتی سس‌های سالاد با فاز داخلی بالا W/O فراهم می‌کند.

امولسیون‌های فاز داخلی بالا (HIPEs) معمولاً به سیستم‌های امولسیونی اطلاق می‌شوند که در آن کسر حجمی فاز پراکنده (φ) بیش از 0.74{3}} حد نظری برای بسته‌بندی تصادفی نزدیک کره‌های صلب یکنواخت است. فراتر از این کسر حجمی، قطرات فاز پراکنده دیگر واحدهای کروی از هم جدا نیستند، بلکه فشرده شده و به مورفولوژی های چند وجهی تغییر شکل می دهند، با قطرات مجاور که تنها با یک لایه بسیار نازک از فاز پیوسته جدا می شوند. این هندسه ریزساختاری منحصربه‌فرد مجموعه‌ای از-ویژگی‌های رئولوژیکی غیرنیوتنی-تنش تسلیم، برشی{6}}رفتار نازک شدن و جامد ویسکوالاستیک-مثل پاسخ-را به الگوهای ساختاری ایده‌آل برای HIPE‌ها برای محصولات غذایی نیمه جامد، سالاد و مواد غذایی نیمه جامد تبدیل می‌کند. گسترش می یابد.

در خانواده وسیع‌تر HIPEها، امولسیون‌های فاز داخلی آب-در-روغن (W/O) موقعیت مشخصی را اشغال می‌کنند. برخلاف O/W HIPE های رایج تر، امولسیون های W/O از آب به عنوان فاز پراکنده و روغن به عنوان فاز پیوسته استفاده می کنند. در صنایع غذایی، این پیکربندی ساختاری «آب در-روغن» به خوبی با نیازهای حسی سس‌ها و پخش‌های سالاد مطابقت دارد: فاز روغن پیوسته، احساسی غنی، کامل و آزادکننده طعم پایدار در دهان ایجاد می‌کند، در حالی که قطرات پراکنده آب در یک ظرفیت طراوت و طراوت نقش دارند. فرمولاسیون-چربی کاهش یافته. با این حال، تهیه امولسیون‌های فاز داخلی W/O بسیار چالش برانگیزتر از همتایان O/W آنها است. این مشکل از دو عامل اصلی ناشی می‌شود: امولسیون‌های W/O ذاتاً سیستم‌هایی از نظر ترمودینامیکی ناپایدار هستند، و کسر حجمی بالای قطرات آبی، فواصل بین{11}}قطره‌ها را تا سطوح زیر{12} میکرونی فشرده می‌کند و نیروی محرکه ادغام را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهد. علاوه بر این، امولسیفایرهای{14}غذایی درجه W/O نه تنها از نظر تنوع محدود هستند، بلکه عمدتاً سورفکتانت‌های مولکولی کوچک با استحکام لایه سطحی متوسطی هستند که پایداری طولانی‌مدت را در شرایط فاز داخلی بالا دشوار می‌کنند.

با این پس‌زمینه، دو-غذاهای غیریونی-امولسیفایر درجه-پلی‌گلیسرول پلی‌ریسینولئات (PGPR) و مونوگلیسریدهای مقطر (DMG){3}}به‌عنوان ترکیبی ایده‌آل برای ساختن امولسیون‌های پایدار با رفتار فاز داخلی بالا و موقعیت‌یابی عملکردی بین فاز داخلی پایدار، و موقعیت‌یابی عملکردی فاز داخلی آن‌ها پدید آمده‌اند. PGPR یکی از مهم ترین امولسیفایرهای W/O در صنایع غذایی است که از طریق استری کردن گلیسرول پلیمریزه شده با اسید ریسینولئیک تغلیظ شده سنتز می شود. دارای دم های آبگریز بسیار منشعب و توزیع گسترده ای از گروه های سر آب دوست است. مطالعات نشان داده‌اند که PGPR به سرعت به تعادل جذب در سطح مشترک آب نفت می‌رسد، با ساختار زنجیره‌ای شاخه‌دار آن که به فیلم سطحی دارای مدول ویسکوالاستیک اتساع سطحی بالایی است که قادر به مقاومت موثر در برابر تغییر شکل لایه سطحی ناشی از ترکیب امولسیونی است. در غلظت PGPR 4% و کسر حجمی روغن 0.7-0.8، امولسیون‌های W/O حاصل رفتار رئولوژیکی غالب برشی{13}}نازک شدن و الاستیک{14}}، با درصد بازیابی تیکسوتروپیک به ترتیب 131.26% و 114.56% نشان می‌دهند.

DMG نشان دهنده یک مکانیسم تثبیت کاملاً متفاوت است. به عنوان یک مونوگلیسرید تقطیر شده مولکولی با محتوای مونو استر بیشتر یا مساوی 90٪، DMG دارای مقدار HLB تقریباً 3.9-5.3 است و دارای فعالیت سطحی متوسطی در سطح مشترک آب{4}} روغن است. با این حال، ظرفیت اصلی آن برای تثبیت امولسیون‌های W/O از رفتار ساختاری شبکه‌ای-کریستال‌های چربی در سطح مشترک و در فاز پیوسته ناشی می‌شود. در طول خنک‌سازی، مولکول‌های DMG در محل هسته{8}}روی سطح آب و در فاز پیوسته، تحت هسته‌زایی و تبلور درجا قرار می‌گیرند و ساختار فضایی را تشکیل می‌دهند که در آن تثبیت Pickering و تثبیت شبکه به صورت هم‌افزایی وجود دارند. این شبکه کریستالی نه تنها از ادغام قطرات از طریق موانع فیزیکی جلوگیری می کند، بلکه تنش تسلیم قابل توجهی و بازیابی تیکسوتروپیک را نیز به سیستم منتقل می کند.

تحقیقات قبلی به صراحت نشان داده است که ترکیب PGPR + DMG حداکثر پایداری امولسیون را در سیستم‌های مخلوط روغن نارگیل-به همراه امولسیون‌های W/O پایدار در غلظت کل امولسیون‌کننده 3 درصد ایجاد می‌کند. در سیستم‌های امولسیفایر مخلوط DAG{4}PGPR، تعامل هم افزایی بین تبلور سطحی و فعالیت سطحی بالای PGPR منجر به امولسیون‌هایی با توزیع قطرات یکنواخت و پایداری یخ‌زدایی عالی می‌شود. با این حال، این مطالعات عمدتاً بر پارامترهای فرمول‌بندی استاتیک متمرکز شده‌اند و درک سیستماتیک از نحوه پردازش تاریخچه برشی{7}}به عنوان مثال، چگونه ویژگی‌های میدان جریان تولید شده توسط تجهیزات مختلف امولسیون‌سازی بر سینتیک جذب، رفتار تبلور و اثرات هم‌افزایی دو امولسیفایر تأثیر می‌گذارد{10} فاقد آن است.

هدف این مقاله، از دیدگاه یکپارچه رئولوژی برشی، ایجاد یک زنجیره کامل علّی است: تجهیزات امولسیون سازی → میدان جریان برشی → رفتار سطحی → رئولوژی توده ای → پایداری محصول. تز اصلی این است که هم افزایی بین PGPR و DMG یک تابع فرمول بندی ایستا نیست، بلکه یک تابع پاسخ برشی دینامیکی-است. انتخاب بین همگن سازی برشی بالا و آسیاب کلوئیدی، در اصل، تطبیق و ترکیب "پنجره های برشی" مربوطه دو امولسیفایر است.

1 مواد

PGPR (HLB ≈ 0.4-4.0، Guangzhou Zhonghai Chemical)؛ DMG (محتوای مونو استر بیشتر یا مساوی 90٪، HLB ≈ 3.9-5.3، همان تامین کننده)؛ روغن آفتابگردان (گرید مواد غذایی)؛ آب دیونیزه شده؛ نمک، ساکارز، صمغ زانتان (گرید مواد غذایی).

سیستم مدل سس سالاد 2 W/O

فاز روغن: روغن آفتابگردان با امولسیفایر مخلوط PGPR/DMG (غلظت کل 1% تا 5%، سری نسبت PGPR:DMG از 0:10 تا 10:0)، تحت هم زدن در 70 درجه حل شده است. فاز آبی: آب دیونیزه + نمک 1.5٪ + ساکارز 3٪ + صمغ زانتان 0.1٪، حل شده تحت هم زدن در 60 درجه. نسبت جرم آب به-روغن: 70:30 (φₒ=0.7) و 60:40 (φₒ=0.6) که دو سری را تشکیل می‌دهند.

3 تجهیزات امولسیون سازی و پردازش

همگن‌سازی برشی بالا (HSH) از یک هموژنایزر پراکنده دیجیتالی با سرعت بالا (FJ200-SH، Shanghai Huxi) با پارامترهای پردازش 8000 تا 18000 دور در دقیقه و مدت زمان 1 تا 5 دقیقه استفاده کرد. آسیاب کلوئیدی (CM) از یک آسیاب کلوئیدی در مقیاس آزمایشگاهی (JMS{23}}50D، Langfang General Machinery)، با شکاف استاتور-روتور 100-500 میکرومتر، سرعت روتور 3000-6000 دور در دقیقه و گذرگاه‌های 1-5 استفاده کرد. پس از امولسیون سازی، تمامی امولسیون ها به سرعت تا دمای 25 درجه در حمام آب یخ خنک شدند.

4 روش های شخصیت پردازی

• مورفولوژی قطرات:میکروسکوپ نوری (BX53، Olympus) در بزرگنمایی 400 ×. توزیع اندازه قطرات (d3,2) با استفاده از نرم افزار تجزیه و تحلیل تصویر ImageJ تعیین شد.
• خصوصیات رئولوژیکی:رئومتر چرخشی (DHR{5}}2، TA Instruments)، هندسه صفحه موازی 40 میلی متر (فاصله 1 میلی متر)، 25 درجه. برش حالت ثابت{14}: 0.01–100 s-1; رفت و برگشت دامنه: کرنش 0.01٪ - 100٪ در 1 هرتز. جاروب فرکانس: 0.1-100 راد در ثانیه در کرنش 0.1٪ (در LVR). تیکسوتروپی: چرخه سرعت برشی سه مرحله ای 10-3 → 100 → 10-3 s-1.
• رئولوژی اتساع سطحی:رئومتری اتساع سطحی مبتنی بر قطره آویز{0} (OCA 25، DataPhysics)، فرکانس نوسان 5-45 مگاهرتز، دامنه 2 درصد، دما 25 درجه.
• تجزیه و تحلیل کریستالیزاسیون چربی DSC:کالریمتری اسکن دیفرانسیل (DSC 214 Polyma، Netzsch)، نرخ گرمایش/سرمایش 5 درجه در دقیقه.
• پایداری ذخیره سازی:ذخیره سازی در دمای 25 درجه / 4 درجه به مدت 30 روز با مشاهده بصری جداسازی فاز و ادغام.

1 رفتار واسط متمایز PGPR و DMG در واسط W/O

اندازه‌گیری‌های رئولوژی اتساع سطحی، تفاوت‌های اساسی بین PGPR و DMG را در رابط آب-روغن نشان داد. PGPR به سرعت به تعادل جذب می‌رسد حتی در غلظت‌های بسیار پایین (0.1%)، با مدول اتساع سطحی E' که وابستگی فرکانس ضعیفی را در محدوده فرکانس 5-45 مگاهرتز نشان می‌دهد، که نشان‌دهنده ویژگی الاستیک جامد{5}} فیلم سطحی است. این یافته کاملاً با ادبیات مطابقت دارد: دم‌های هیدروفوب اسید ریسینولئیک شاخه‌دار PGPR مدول ویسکوالاستیک اتساع بالایی را به فیلم سطحی می‌بخشد و آن را قادر می‌سازد تا به طور موثر در برابر تغییر شکل سطحی ناشی از ادغام امولسیون مقاومت کند. پس از 15 چرخه فشرده سازی-بسط، مدول لایه سطحی PGPR تنها میرایی جزئی را نشان داد که پایداری سطحی عالی بلندمدت آن را تأیید می‌کند.

DMG رفتار سطحی کاملاً متفاوتی از خود نشان داد. تحت شرایط اندازه‌گیری یکسان، مدول اتساع لایه سطحی DMG به طور قابل‌توجهی کمتر از PGPR بود، با وابستگی به فرکانس مشخص-مدول به سرعت در فرکانس‌های بالا افزایش می‌یابد و در فرکانس‌های پایین کاهش می‌یابد-که نشان‌دهنده یک ویژگی ویسکوزیته{3} است. مهمتر از آن، زمانی که دما از 70 درجه به 25 درجه کاهش یافت، مدول اتساع لایه سطحی DMG تحت یک افزایش{7} قرار گرفت که ارتباط نزدیکی با رفتار تبلور سطحی درجا دارد. تجزیه و تحلیل DSC این فرضیه را تأیید کرد: در طول خنک‌سازی، DMG یک پیک گرمازا متمایز را در حدود 45 تا 50 درجه نشان داد که مربوط به هسته‌زایی ناهمگن و تبلور مونوگلیسریدها در سطح مشترک آب{11}}روغن است.

این دو رفتار سطحی متمایز، الگوهای پاسخ مربوطه خود را در میدان های برشی تعیین می کنند. جذب سطحی PGPR یک استفرآیند کنترل جنبشی: مولکول ها می توانند به سرعت تنظیمات ساختاری را پس از رسیدن به سطح مشترک انجام دهند و به پوشش تعادلی دست یابند. در نتیجه، وابستگی آن به شدت برش نسبتا ضعیف است. رفتار سطحی DMG، در مقابل، یک استترمودینامیکی{0}}فرایند جفت شده جنبشی: مولکول‌ها ابتدا باید به غلظت سطح بحرانی در سطح مشترک برسند و سپس خنک‌سازی-تبلور درجا انجام می‌شود. بنابراین ساختار نهایی نهایی به شدت به مسیر برشی{1}}تاریخچه خنک کننده وابسته است.

2 تأثیر نوع میدان جریان برشی بر توزیع اندازه قطرات

هموژنیزاسیون برشی بالا (HSH) و آسیاب کلوئیدی (CM) دو نوع کاملاً متمایز از میدان‌های جریان امولسیون‌سازی را نشان می‌دهند.

HSH متعلق به دسته استاغتشاش اینرسی-بر میدان های جریان غالب بود. تحت چرخش با سرعت بالا روتور، سیال تحت نوسانات آشفته شدیدی قرار می گیرد که شکست قطرات عمدتاً توسط تنش اینرسی آشفته کنترل می شود (~ρ(εd)^(2/3)). ویژگی های اصلی این میدان جریان عبارتند از: چگالی انرژی بسیار بالا (106-108 W/m³)، زمان ماند بسیار کوتاه (میلی ثانیه تا ثانیه)، و میدان جریانی که توسط گرداب های برشی و آشفته غالب است.

از سوی دیگر، آسیاب کلوئیدی به دسته بندی تعلق داردمیدان های جریان مرکب برشی کششی-. در داخل شکاف روتور-استاتور، سیال تحت عمل ترکیبی جریان‌های کششی و برشی شدید قرار می‌گیرد و مکانیسم شکست قطرات بسیار پیچیده‌تر است. در مقایسه با HSH، CM دارای چگالی انرژی متوسط ​​(105-107 W/m3) اما زمان ماندگاری قابل ملاحظه‌ای طولانی‌تر (ثانیه تا دقیقه)، با یک جزء جریان کششی قابل توجه است.

جدول 1 مقایسه ویژگی های میدان جریان: همگن سازی برشی بالا در مقابل آسیاب کلوئیدی

نتایج تجربی نشان داد که هنگام استفاده از PGPR به تنهایی به عنوان امولسیفایر، HSH در 18000 دور در دقیقه به مدت 3 دقیقه توزیع قطره ای با d3، 2 ≈ 8-12 میکرومتر، با مورفولوژی قطرات منظم و توزیع اندازه باریک به همراه داشت. هنگامی که تیمار CM در ورودی انرژی قابل مقایسه اعمال شد، میانگین اندازه قطرات به 15-20 میکرومتر افزایش یافت، اما توزیع اندازه گسترده‌تر بود و یک ویژگی دووجهی متمایز{8}} یک قله اصلی در 10-15 میکرومتر و یک اوج ثانویه در 25-35 میکرومتر را نشان داد.

معرفی DMG اساساً این تصویر را تغییر داد. در یک سیستم ترکیبی PGPR:DMG=7:3 (غلظت کل 3%)، اختلاف اندازه قطرات بین HSH و CM به طور قابل توجهی کاهش یافت: d3,2 ≈ 10 میکرومتر برای HSH و ≈ 12 میکرومتر برای CM، که نسبت را از تقریباً 1.8×1 به تنهایی کاهش داد. مهمتر از همه، پایداری ذخیره سازی (30 روز، 25 درجه) امولسیون تولید شده CM{11}به طور قابل توجهی برتر از محصول HSH بود{12}}شاخص بی ثباتی اولی تنها تقریباً 40 درصد دومی بود.

3 برشی{1}}مکانیسم پاسخ ساختار تثبیت دوگانه "فیلم رابط PGPR + شبکه کریستال DMG"

چرا CM چنین مزیت نسبی برجسته ای را در سیستم ترکیبی PGPR/DMG نشان می دهد؟ پاسخ در پاسخ‌های متفاوت دو امولسیفایر به تاریخچه برشی و ویژگی‌های منحصربه‌فرد میدان جریان CM نهفته است که دقیقاً با "پنجره‌های برشی" مربوطه مطابقت دارد.

جذب سطحی PGPR یک فرآیند جنبشی سریع است. چه در-تلاطم مقیاس میلی‌ثانیه‌ای HSH و چه در جریان برشی-مقیاس کششی- دوم CM، مولکول‌های PGPR می‌توانند به سرعت جذب را روی سطوح قطرات تازه تولید شده تکمیل کنند و یک لایه سطحی الاستیک تشکیل دهند. با این حال،ظرفیت خود ترمیمی فیلم سطحی PGPR در برابر آسیب مکانیکی محدود است. تحت شرایط تلاطم شدید HSH، قطرات نوپا دچار چرخه‌های شکست مکرر-یکپارچگی-دو-شکستگی می‌شوند و لایه سطحی به طور مداوم پاره می‌شود و بازسازی می‌شود، که منجر به کاهش راندمان امولسیون‌سازی حاشیه‌ای می‌شود.

در مقابل، DMG به یک محیط کوپل شده "برشی-خنک کننده" اساساً متفاوت نیاز دارد. پیش نیازهای DMG برای اعمال عملکرد تثبیت کننده خود در سطح مشترک و در فاز پیوسته عبارتند از: (1) مولکول ها باید زمان کافی برای رسیدن به غلظت سطح بحرانی در سطح قطرات داشته باشند. (2) قطرات باید ثبات مورفولوژیکی را تحت برش مناسب حفظ کنند تا الگوهای هسته‌زایی برای تبلور سطحی فراهم شود. (3) سرعت سرد شدن باید متوسط ​​باشد تا رشد کریستال کافی بدون تجمع بیش از حد امکان پذیر شود.

ویژگی های میدان جریان HSH-چگالی انرژی بالا، زمان ماند بسیار کوتاه، تلاطم شدید- تقریباً با تمام الزامات DMG در تضاد است.در HSH، طول عمر تک تک قطرات بسیار کوتاه است (میلی‌ثانیه تا ثانیه)، و مولکول‌های DMG زمان کافی برای تجمع در سطح مشترک ندارند، چه رسد به هسته‌سازی کامل سطحی و رشد کریستال. گرمای اصطکاکی قابل توجهی که توسط HSH ایجاد می‌شود، نیاز به جبران خنک‌سازی خارجی اضافی دارد و پنجره تبلور DMG را فشرده‌تر می‌کند.

ویژگی های میدان جریان CM-چگالی انرژی متوسط، زمان ماند طولانی تر، جزء جریان کششی قابل توجه-تمام نیازهای DMG را برآورده می کند.در جریان شکاف CM، قطرات دچار تغییر شکل کششی تدریجی می شوند. افزایش سطح به طور همزمان با انتشار سطحی DMG انجام می شود و شرایط جنبشی ایده آل برای تبلور سطحی را فراهم می کند. تحت جریان کششی، قطرات از طریق مکانیسم گسیختگی "دمبل{1}}شکل-می شکنند و قطرات دختری با مورفولوژی منظم و اندازه یکنواخت تولید می کنند که ساخت یکنواخت بعدی شبکه کریستالی را تسهیل می کند. مهمتر از همه، زمان ماندگاری طولانی‌تر CM به DMG فرصت کافی برای تکمیل هسته‌سازی کریستال و رشد اولیه در فاز پیوسته می‌دهد و ساختار فضایی را تشکیل می‌دهد که در آن تثبیت Pickering و تثبیت شبکه به صورت هم‌زیستی وجود دارند.

ما این مکانیسم را به عنوان خلاصه می کنیم"فیلم سطحی PGPR (پوسته الاستیک) + شبکه کریستالی DMG (اسکلت پلاستیک)" مدل تثبیت دوگانه. در این مدل، PGPR اولین سطح حفاظت را فراهم می‌کند-به هر قطره یک لایه سطحی الاستیک می‌دهد که در برابر ادغام مقاومت می‌کند. DMG سطح دوم حفاظت را فراهم می‌کند-ساخت یک اسکلت پلاستیکی از شبکه‌های کریستالی بین قطرات، که به سیستم ظرفیت ضد رسوبی و عملکرد بازیابی تیکسوتروپیک می‌دهد. وجود این ساختار دوگانه پشتیبانی غیرمستقیم از ادبیات دریافت کرده است: مطالعات روی سیستم‌های امولسیفایر مخلوط DAG-PGPR نشان داده است که تعامل هم افزایی بین کریستالیزاسیون سطحی و فعالیت سطحی بالای PGPR منجر به امولسیون‌هایی با توزیع قطرات یکنواخت و پایداری عالی در یخ-ذوب شدن می‌شود. در PGPR{7}}حاوی امولسیون های W/O، چربی سطحی باعث می شود که قطرات به عنوان پرکننده فعال عمل کنند و سفتی و سختی سیستم را تقویت کنند.

4 ساخت نمودار فاز برشی امولسیون کننده و معیارهای انتخاب فرآیند

بر اساس نتایج آزمایشی سیستماتیک، ما یک نمودار فاز برشی امولسیون کننده با استفاده از چگالی انرژی (Eᵥ) و انرژی برشی ویژه (SBE) به عنوان پارامترهای دوگانه ساختیم که مرزهای قابل اجرا و روابط مکمل بین HSH و CM را در این سیستم مشخص می‌کند.

جدول 2 نمودار فاز برشی امولسیون کننده برای امولسیون های فاز داخلی با فاز بالا PGPR/DMG ترکیبی

پنجره Iبرای سس های سالاد که به جریان پذیری بالا و عملکرد اکستروژن عالی نیاز دارند، مناسب است. در اینجا، PGPR امولسیفایر غالب است (بیشتر یا مساوی 80٪)، با مقدار کمی از DMG که تثبیت کمکی را ارائه می دهد. چگالی انرژی بالای HSH می تواند به اندازه کافی قطرات را تصفیه کند، در حالی که محتوای کم DMG تضمین می کند که اثرات حرارتی HSH شبکه کریستالی ضعیف را مختل نمی کند. امولسیون حاصل دارای تنش تسلیم تقریباً 50 تا 150 پاسکال و بازیابی تیکسوتروپیک تقریباً 80 تا 100 درصد است که برای محصولات قابل فشرده سازی بطری مناسب است.

پنجره IIنشان دهنده منطقه بهینه مکمل بودن بین HSH و CM است. مفهوم اصلی این استراتژی استفاده از HSH برای شکستن قطرات اولیه کارآمد و به دنبال آن CM برای انجام اصلاحات ساختاری ثانویه-از جمله همگن سازی اندازه قطرات و ساخت جهت شبکه کریستالی DMG است. آزمایش‌ها تأیید کردند که فرآیند پشت سر هم «پیش امولسیون‌سازی HSH (18000 دور در دقیقه، 1 دقیقه) + پالایش چرخش مجدد CM (3000 دور در دقیقه، 3 پاس)» می‌تواند به طور همزمان به ظرافت قطره (d3,2 ≈ 10-15) و قابلیت ذخیره‌سازی طولانی‌مدت 0-3 در روز برسد. شاخص بی ثباتی < 5٪. این فرآیند برای سس های سالاد و محصولات پخش شده با نیازهای پایداری ذخیره سازی مناسب است.

پنجره IIIمنطقه ای است که در آن اثر شبکه کریستالی DMG به طور کامل تحقق یافته است. زمان ماند طولانی‌تر و ویژگی‌های جریان کششی CM به DMG فرصت کافی برای ساخت یک شبکه بلوری کامل در سطح مشترک و در فاز پیوسته می‌دهد. امولسیون حاصل می‌تواند به تنش تسلیم 200-400 Pa، بازیابی تیکسوتروپیک بیش از 120% و ویژگی‌های بدن پلاستیکی مشخص{6} که در شرایط استاتیک (برآمدگی‌های متمایز پس از اسکوپ کردن) حفظ می‌شود، در حالی که مقاومت ویسکوزیته متوسطی در حین پخش پویا نشان می‌دهد. این پنجره مخصوصاً برای پخش‌های منجمد/یخچالی و جایگزین‌های کره گیاهی-که به ظرفیت نگهداری- نیاز دارند، مناسب است.

پنجره IVنشان می دهد که صرف افزایش زمان CM یا افزایش سرعت روتور نمی تواند نقص های ساختاری ناشی از دوز ناکافی PGPR یا شرایط ناکافی تبلور DMG را جبران کند.

5 تجزیه و تحلیل کمی رفتار بازیابی تیکسوتروپیک و تقویت هم افزایی PGPR/DMG

رفتار بازیابی تیکسوتروپیک یک شاخص اصلی برای ارزیابی کیفیت استفاده از سس‌ها و پخش‌های سالاد است-محصول باید در هنگام فشرده شدن از بطری یا پخش شدن روی نان، روان‌پذیری خوبی از خود نشان دهد، اما باید به سرعت ساختار جامد- خود را پس از اکستروژن یا پخش شدن بازیابی کند تا از فروپاشی و خروج روغن جلوگیری شود.

امولسیون های حاوی تنها PGPR بهبود تیکسوتروپیک تقریباً 70٪ تا 85٪ را با نرخ بازیابی کند نشان دادند (زمان مشخصه ~ 120-200 ثانیه). امولسیون هایی که فقط حاوی DMG هستند نمی توانند یک حلقه هیسترزیس کامل تیکسوتروپیک را به دلیل قطرات درشت و ادغام شدید تشکیل دهند (بازیابی<50%). When the two were blended at a 7:3 ratio, the thixotropic recovery could reach 130%–140%-exceeding the theoretical upper limit of 100% and indicating that the recovered structure was stronger than the initial structure-with a substantially accelerated recovery rate (characteristic time ~20–40 s). This counterintuitive "super-complete recovery" phenomenon suggests that further structural reinforcement occurs during the recovery process: the DMG crystal network continues to evolve toward a more ordered structure under static conditions, while the PGPR interfacial film preserves droplet integrity throughout this evolution.

از دیدگاه یکپارچه رئولوژی برشی امولسیون، این مقاله مکانیسم هم افزایی و ویژگی‌های پاسخ برشی PGPR و DMG را در سیستم‌های سس سالاد با فاز داخلی بالا W/O نشان می‌دهد و راهنمایی‌های زیر را برای آماده‌سازی صنعتی ارائه می‌دهد:

اصول انتخاب تجهیزات:محصولات با جریان پذیری بالا بهتر است از طریق پردازش تک مرحله ای HSH تولید شوند. محصولات با پایداری متوسط-تا-برای پردازش پشت سر هم HSH + CM توصیه می‌شوند. محصولات با فرم بالا-به طور بهینه با استفاده از پردازش CM-چند پاس غالب- آماده می شوند.

اصول طراحی فرمولاسیون:فرمولاسیون با نسبت PGPR بالا باید با چگالی انرژی بالای HSH مطابقت داشته باشد. فرمولاسیون‌های نسبت PGPR متوسط-به-باید با میدان جریان برشی کششی-CM مطابقت داده شوند. به ازای هر 10 درصد افزایش نسبت DMG، توصیه می شود زمان اقامت CM را تقریباً 20 درصد افزایش دهید یا گردش مجدد CM را با یک پاس اضافی افزایش دهید.

جهت‌های تحقیقاتی آتی ممکن است شامل موارد زیر باشد: گسترش روش نمودار فاز برشی توسعه‌یافته در این مطالعه به سایر سیستم‌های امولسیون غذایی W/O (به عنوان مثال، مارگارین، خامه‌های لبنی غیر{2}). استفاده از تکنیک‌های پراکندگی زاویه کوچک در محل و بازتاب‌سنجی نوترونی برای روشن کردن سینتیک تبلور سطحی DMG در شرایط برشی-خنک‌کننده. و مقایسه فرآیند پشت سر هم HSH + CM با فن‌آوری‌های نوظهور مانند امولسیون‌سازی میکروسیالی برای کشف دقت کنترل نهایی قابل دستیابی در تهیه امولسیون‌های W/O با فاز داخلی بالا.

عمل هم افزایی PGPR و DMG در سیستم های سس سالاد W/O فاز داخلی بالا نشان دهنده یک مکانیسم تثبیت کننده دینامیک، وابسته به برش-تاریخچه-بر اساس مکانیسم های فیزیکی اساساً متفاوت-ویسکوالاستیسیته لایه سطحی در مقابل ساخت شبکه کریستالی است. انتخاب بین همگن سازی برشی بالا و آسیاب کلوئیدی، در اصل، تطبیق "پنجره های برشی" مربوطه دو امولسیفایر است: HSH با جذب سطحی سریع PGPR مطابقت دارد، در حالی که CM با تبلور هسته سطحی و ساخت شبکه DMG مطابقت دارد. استفاده پشت سر هم از دو نوع تجهیزات یک راه حل مهندسی است که کارایی را با کیفیت هماهنگ می کند. "نمودار فاز برشی امولسیون کننده" ساخته شده در این مطالعه یک پایه نظری سیستماتیک و راهنمایی عملی برای انتخاب تجهیزات، طراحی فرآیند و بهینه سازی فرمولاسیون امولسیون های فاز داخلی بالا W/O در صنایع غذایی ارائه می دهد.