Od homogenizacji przy wysokim-ścinaniu do młyna koloidalnego: charakterystyka reologiczna PGPR i DMG w wodzie o wysokiej-fazie wewnętrznej-w-oleju (W/O) do sałatek

Emulsje o wysokiej zawartości wody w fazie wewnętrznej-w-oleju (W/O), z frakcjami objętościowymi fazy rozproszonej φₒ większymi lub równymi 0,74, stanowią podstawę strukturalną sosów sałatkowych, zamienników majonezu i smarowideł o niskiej-tłuszczu. Jednak ich przygotowanie przemysłowe staje przed zasadniczym dylematem związanym z przetwarzaniem: w jaki sposób wewnętrzne różnice w poborze energii między-homogenizacją przy wysokim ścinaniu a mieleniem koloidalnym-dwiema dominującymi technologiami emulgowania-dopasowują się do kinetyki adsorpcji międzyfazowej i zachowania-budowania sieci przez emulgatory bezpośrednio determinują stabilność emulsji i jakość reologiczną. W tym artykule systematycznie analizowano zróżnicowane zachowanie powierzchni międzyfazowej i charakterystykę odpowiedzi na ścinanie-polirycynooleinianu poliglicerolu (PGPR) i destylowanych monoglicerydów (DMG) w takich układach z ujednoliconej perspektywy reologii emulgującego ścinania. PGPR ze swoimi rozgałęzionymi ogonami hydrofobowymi kwasu rycynoolowego i elastycznymi grupami głów poligliceryny szybko osiąga równowagę adsorpcji na granicy faz olej-woda i tworzy warstwę międzyfazową o wysokim dylatacyjnym module lepkosprężystym, ale wykazuje słabą zależność od historii ścinania. DMG natomiast konstruuje szkielet sieci kryształów tłuszczu o właściwościach tiksotropowego odzyskiwania poprzez zarodkowanie in situ i przestrzenne wypełnianie kryształów tłuszczu na granicy faz i w fazie ciągłej, ale jego kinetyka międzyfazowa jest powolna i silnie zależna od sprzężonej historii chłodzenia-ścinania. Synergia tych dwóch emulgatorów to nie tylko uzupełniające się pary wartości HLB, ale raczej utworzenie podwójnej struktury stabilizacyjnej-„warstwy międzyfazowej PGPR (elastyczna powłoka) + sieć krystaliczna DMG (szkielet z tworzywa sztucznego)”-w polu przepływu ścinającego. Pierwsza z nich zapewnia kropelkom zdolność zapobiegania-koalescencji, podczas gdy druga zapewnia zdolność zapobiegania-sedymentacji i odzysk tiksotropowy w systemie masowym. W artykule tym konstruowano diagram fazowy ścinania emulgującego, wykorzystując gęstość energii (Eᵥ) i właściwą energię ścinania (SBE) jako podwójne parametry, ujawniając mające zastosowanie granice i uzupełniające się zależności między homogenizacją przy wysokim{{23}ścinaniu (wysoki Eᵥ, krótki czas przebywania) a mieleniem koloidalnym (umiarkowany Eᵥ, długi czas przebywania, ekstensjonalne-pole przepływu związku ścinającego) w tym systemie, zapewniając w ten sposób teoretyczne podstawy doboru sprzętu, projektowania procesu i optymalizacja receptury w przemysłowej produkcji sosów sałatkowych o wysokiej zawartości fazy wewnętrznej W/O.

Emulsje o wysokiej zawartości fazy wewnętrznej (HIPE) zazwyczaj odnoszą się do układów emulsyjnych, w których frakcja objętościowa fazy rozproszonej (φ) przekracza 0,74-teoretyczną granicę dla losowo ciasnego upakowania jednolitych sztywnych kulek. Poza tym ułamkiem objętościowym kropelki fazy rozproszonej nie są już wzajemnie oddzielonymi jednostkami kulistymi, ale są ściskane i deformowane w morfologie wielościenne, przy czym sąsiednie kropelki są oddzielone jedynie wyjątkowo cienką warstwą fazy ciągłej. Ta wyjątkowa geometria mikrostrukturalna zapewnia zestaw nie-newtonowskich właściwości reologicznych-granicy plastyczności,-rozrzedzania przy ścinaniu i reakcji lepkosprężystej-podobnej do ciała stałego-, co czyni HIPE idealnymi szablonami strukturalnymi dla pół-stałych produktów spożywczych, takich jak majonez, sosy sałatkowe i niskotłuszczowe smarowidła.

W szerszej rodzinie HIPE wyróżniającą się pozycję zajmują emulsje typu woda-w-oleju (W/O) o wysokiej zawartości fazy wewnętrznej. W przeciwieństwie do bardziej rozpowszechnionych HIPE O/W, emulsje W/O wykorzystują wodę jako fazę rozproszoną i olej jako fazę ciągłą. W przemyśle spożywczym ta konfiguracja strukturalna „woda-w-oleju” dobrze odpowiada wymaganiom sensorycznym sosów sałatkowych i smarowideł do smarowania: ciągła faza olejowa zapewnia bogate, pełne-odczucie w ustach i trwałe uwalnianie smaku, podczas gdy rozproszone kropelki wody zapewniają odświeżające wrażenia dotykowe i-wypełnienie objętościowe w preparatach o zmniejszonej-tłuszczu. Jednakże przygotowanie emulsji W/O o wysokiej zawartości fazy wewnętrznej jest znacznie trudniejsze niż ich odpowiedników O/W. Trudność ta wynika z dwóch głównych czynników: emulsje W/O są z natury układami niestabilnymi termodynamicznie, a frakcja kropelek wodnych o dużej objętości kompresuje odległości między-kropelami do poziomu poniżej-mikronowego, radykalnie zwiększając siłę napędową koalescencji. Co więcej, emulgatory W/O klasy spożywczej mają nie tylko ograniczoną różnorodność, ale składają się głównie z małocząsteczkowych-środków powierzchniowo czynnych o niewielkiej wytrzymałości filmu międzyfazowego, co sprawia, że ​​długoterminowa-stabilność w warunkach wysokiej fazy wewnętrznej jest trudna do osiągnięcia.

Na tym tle dwa nie{0}}jonowe-emulgatory klasy spożywczej-polirycynooleinian poliglicerolu (PGPR) i destylowane monoglicerydy (DMG)-okazały się idealną kombinacją do konstruowania stabilnych emulsji W/O o wysokiej zawartości fazy wewnętrznej, ze względu na ich uzupełniające się zachowanie międzyfazowe i położenie funkcjonalne. PGPR to jeden z najważniejszych emulgatorów typu W/O w przemyśle spożywczym, syntetyzowany poprzez estryfikację spolimeryzowanego gliceryny skondensowanym kwasem rycynoolowym. Posiada silnie rozgałęzione ogony hydrofobowe i szeroki rozkład hydrofilowych grup głównych. Badania wykazały, że PGPR szybko osiąga równowagę adsorpcji na granicy faz olej-woda, a jego struktura rozgałęzionego-łańcucha zapewnia warstwie międzyfazowej wysoki moduł lepkosprężystości dylatacyjnej międzyfazowej, zdolny skutecznie przeciwstawiać się deformacji warstwy międzyfazowej spowodowanej koalescencją emulsji. Przy stężeniu PGPR wynoszącym 4% i ułamku objętościowym oleju wynoszącym 0,7–0,8 powstałe emulsje W/O wykazują-rozrzedzanie przy ścinaniu i dominujące właściwości reologiczne-elastyczności, z procentem odzysku tiksotropowego wynoszącym odpowiednio 131,26% i 114,56%.

DMG reprezentuje zupełnie inny mechanizm stabilizacji. Jako molekularnie destylowany monogliceryd o zawartości monoestru większej lub równej 90%, DMG ma wartość HLB około 3,9–5,3 i wykazuje umiarkowaną aktywność na granicy faz olej-woda. Jednakże jego podstawowa zdolność do stabilizowania emulsji W/O wynika z zachowania-budowania sieci kryształów tłuszczu na granicy faz i w fazie ciągłej. Podczas chłodzenia cząsteczki DMG przechodzą in situ zarodkowanie i krystalizację na granicy faz olej-woda oraz w fazie ciągłej, tworząc strukturę przestrzenną, w której stabilizacja Pickeringa i stabilizacja sieci współistnieją synergistycznie. Ta sieć krystaliczna nie tylko zapobiega koalescencji kropel przez bariery fizyczne, ale także nadaje systemowi znaczną granicę plastyczności i odzysk tiksotropowy.

Poprzednie badania wyraźnie wykazały, że mieszanka PGPR + DMG zapewnia maksymalną stabilność emulsji w układach mieszanych oleju kokosowego-oleju słonecznikowego, przy czym stabilne emulsje W/O powstają przy całkowitym stężeniu emulgatora wynoszącym 3%. W układach mieszanych emulgatorów DAG-PGPR synergistyczne oddziaływanie między krystalizacją międzyfazową i wysoką aktywnością powierzchniową PGPR skutkuje emulsjami zarówno o równomiernym rozkładzie kropel, jak i doskonałej odporności na zamrażanie-rozmrażanie. Jednak badania te w dużej mierze skupiały się na statycznych parametrach formulacji, a nadal brakuje systematycznego zrozumienia, w jaki sposób historia ścinania podczas przetwarzania-tj. w jaki sposób charakterystyka pola przepływu generowana przez różne urządzenia emulgujące wpływa na kinetykę adsorpcji, zachowanie podczas krystalizacji i synergistyczne działanie dwóch emulgatorów-.

Celem tego artykułu, z ujednoliconej perspektywy reologii ścinania, jest zbudowanie kompletnego łańcucha przyczynowego: sprzęt do emulgowania → pole przepływu ścinającego → zachowanie na granicy faz → reologia w masie → stabilność produktu. Główną tezą jest to, że synergia pomiędzy PGPR i DMG nie jest statyczną funkcją sformułowania, ale raczej dynamiczną funkcją reakcji na ścinanie; wybór pomiędzy homogenizacją przy wysokim-ścinaniu a mieleniem koloidalnym polega w istocie na dopasowaniu i połączeniu odpowiednich „okien ścinania” dwóch emulgatorów.

1 Materiały

PGPR (HLB ≈ 0,4–4,0, Guangzhou Zhonghai Chemical); DMG (zawartość monoestru większa lub równa 90%, HLB ≈ 3,9–5,3, ten sam dostawca); olej słonecznikowy (spożywczy); woda dejonizowana; sól, sacharoza, guma ksantanowa (spożywcza).

2 Modele bez sosu do sałatek

Faza olejowa: olej słonecznikowy z mieszanym emulgatorem PGPR/DMG (całkowite stężenie 1%–5%, szereg proporcji PGPR:DMG od 0:10 do 10:0), rozpuszczony podczas mieszania w temperaturze 70 stopni. Faza wodna: woda dejonizowana + sól 1,5% + sacharoza 3% + guma ksantanowa 0,1%, rozpuszczona podczas mieszania w temperaturze 60 stopni. Stosunek masy wody-do-oleju: 70:30 (φₒ=0.7) i 60:40 (φₒ=0.6), tworząc dwie serie.

3 Sprzęt i przetwarzanie emulgujące

W homogenizacji z wysokim-ścinaniem (HSH) wykorzystano cyfrowy homogenizator dyspergujący-o dużej szybkości (FJ200-SH, Shanghai Huxi) o parametrach przetwarzania wynoszących 8 000–18 000 obr./min i czasie trwania 1–5 min. Do mielenia koloidalnego (CM) wykorzystywano laboratoryjny-młynek koloidalny z recyrkulacją (JMS-50D, Langfang General Machinery) ze szczeliną stojan-wirnik wynoszącą 100–500 μm, prędkością wirnika 3000–6000 obr./min i 1–5 przejściami recyrkulacyjnymi. Po emulgowaniu wszystkie emulsje szybko ochłodzono do 25 stopni w łaźni lodowo-wodnej.

4 Metody charakteryzacji

• Morfologia kropli:Mikroskopia optyczna (BX53, Olympus) przy powiększeniu × 400; rozkład wielkości kropel (d₃,₂) określony za pomocą oprogramowania do analizy obrazu ImageJ.
• Charakterystyka reologiczna:Reometr rotacyjny (DHR-2, TA Instruments), geometria płytki równoległej 40 mm (przerwa 1 mm), 25 stopni. Ścinanie w stanie ustalonym-: 0,01–100 s⁻¹; przemiatanie amplitudy: odkształcenie 0,01–100% przy 1 Hz; przemiatanie częstotliwości: 0,1–100 rad/s przy odkształceniu 0,1% (w obrębie LVR); tiksotropia: trzystopniowy cykl szybkości ścinania 10⁻³ → 100 → 10⁻³ s⁻¹.
• Reologia dylatacyjna międzyfazowa:Reometria dylatacyjna międzyfazowa oparta na kropli wiszącej (OCA 25, DataPhysics), częstotliwość oscylacji 5–45 mHz, amplituda 2%, temperatura 25 stopni.
• Analiza krystalizacji tłuszczu DSC:Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC 214 Polyma, Netzsch), szybkość ogrzewania/chłodzenia 5 stopni/min.
• Stabilność przechowywania:Przechowywanie w temperaturze 25 stopni/4 stopni przez 30 dni z wizualną obserwacją rozdziału faz i koalescencji.

1 Zróżnicowane zachowanie międzyfazowe PGPR i DMG na interfejsie W/O

Pomiary reologii dylatacyjnej międzyfazowej ujawniły zasadnicze różnice między PGPR i DMG na granicy faz olej-woda. PGPR szybko osiąga równowagę adsorpcji nawet przy bardzo niskich stężeniach (0,1%), a jego moduł dylatacji międzyfazowej E' wykazuje słabą zależność częstotliwościową w zakresie częstotliwości 5–45 mHz, co wskazuje na stały-elastyczny charakter warstwy międzyfazowej. Odkrycie to jest całkowicie zgodne z literaturą: hydrofobowe ogony PGPR rozgałęzionego kwasu rycynoolowego nadają warstwie międzyfazowej wysoki moduł lepkosprężystości dylatacyjnej, umożliwiając jej skuteczną przeciwstawienie się deformacji międzyfazowej spowodowanej koalescencją emulsji. Po 15 cyklach-rozprężania ściskającego moduł warstwy międzyfazowej PGPR wykazywał jedynie niewielkie tłumienie, potwierdzając jej doskonałą-terminową stabilność międzyfazową.

DMG wykazywało zupełnie inne zachowanie międzyfazowe. W identycznych warunkach pomiaru moduł dylatacyjny warstwy międzyfazowej DMG był znacznie niższy niż moduł PGPR, z wyraźną zależnością od częstotliwości.-moduł szybko rósł przy wysokich częstotliwościach i spadał przy niskich częstotliwościach,-co wskazuje na charakter warstwy zdominowany przez lepkość-. Co ważniejsze, gdy temperaturę obniżono z 70 stopni do 25 stopni, moduł dylatacyjny warstwy międzyfazowej DMG wzrósł skokowo-, ściśle powiązany z jej zachowaniem podczas krystalizacji międzyfazowej in situ. Analiza DSC potwierdziła tę hipotezę: podczas chłodzenia DMG wykazywał wyraźny pik egzotermiczny w temperaturze około 45–50 stopni, odpowiadający heterogenicznemu zarodkowaniu i krystalizacji monoglicerydów na granicy faz olej-woda.

Te dwa różne zachowania międzyfazowe określają odpowiednie wzorce reakcji w polach ścinania. Adsorpcja międzyfazowa PGPR to aproces kontrolowany kinetycznie: cząsteczki mogą szybko zakończyć dostosowania konformacyjne po dotarciu do granicy faz i osiągnąć pokrycie równowagi; w konsekwencji jego zależność od intensywności ścinania jest stosunkowo słaba. Natomiast zachowanie międzyfazowe DMG jest:termodynamiczny-proces sprzężony kinetycznie: cząsteczki muszą najpierw osiągnąć krytyczne stężenie powierzchniowe na granicy faz, a następnie następuje chłodzenie-napędzane krystalizacją in situ; ostateczna struktura międzyfazowa jest zatem silnie zależna od ścieżki historii-chłodzenia ścinającego.

2 Wpływ rodzaju pola przepływu ścinającego na rozkład wielkości kropel

Homogenizacja z wysokim-ścinaniem (HSH) i mielenie koloidalne (CM) to dwa zasadniczo różne typy pól przepływu emulgującego.

HSH należy do kategoriipola przepływu zdominowane przez turbulencje inercyjne-. Pod wpływem-prędkości obrotowej wirnika płyn podlega intensywnym turbulentnym wahaniom, a pękanie kropel jest kontrolowane głównie przez turbulentne naprężenie bezwładności (~ρ(εd)^(2/3)). Podstawowe cechy tego pola przepływu to: wyjątkowo wysoka gęstość energii (10⁶–10⁸ W/m3), bardzo krótki czas przebywania (od milisekund do sekund) oraz pole przepływu zdominowane przez wiry ścinające i turbulentne.

Młynek koloidalny natomiast należy do kategoriirozszerzalne-pola przepływu złożonego ze ścinaniem. W szczelinie stojana-wirnika płyn podlega połączonemu działaniu intensywnych przepływów rozciągających i ścinających, a mechanizm rozbijania kropli jest znacznie bardziej złożony. W porównaniu z HSH, CM charakteryzuje się umiarkowaną gęstością energii (10⁵–10⁷ W/m3), ale znacznie dłuższym czasem przebywania (od sekund do minut) ze znaczną składową przepływu ekstensyjnego.

Tabela 1 Porównanie charakterystyki pola przepływu: Homogenizacja przy wysokim-ścinaniu a młyn koloidalny

Wyniki eksperymentów wykazały, że przy zastosowaniu samego PGPR jako emulgatora, HSH przy 18 000 obr./min przez 3 minuty dał rozkład kropel o d₃,₂ ≈ 8–12 μm, o regularnej morfologii kropel i wąskim rozkładzie wielkości. Gdy zastosowano obróbkę CM przy porównywalnym wkładzie energii, średnia wielkość kropel wzrosła do 15–20 μm, ale rozkład wielkości był szerszy i wykazywał wyraźny charakter bimodalny-główny pik przy 10–15 μm i pik wtórny przy 25–35 μm.

Wprowadzenie DMG zasadniczo zmieniło ten obraz. W układzie mieszanym PGPR:DMG=7:3 (całkowite stężenie 3%) różnica wielkości kropel między HSH i CM znacznie się zmniejszyła: d₃,₂ ≈ 10 μm dla HSH i ≈ 12 μm dla CM, zmniejszając stosunek z około 1,8 × (sam PGPR) do około 1,2 ×. Co ważniejsze, stabilność podczas przechowywania (30 dni, 25 stopni) emulsji wytworzonej w CM-była znacznie lepsza niż w przypadku produktu HSH,-wskaźnik destabilizacji tego pierwszego wynosił tylko około 40% tego drugiego.

3-Mechanizm odpowiedzi na ścinanie podwójnej struktury stabilizującej „warstwa międzyfazowa PGPR + sieć kryształowa DMG”

Dlaczego CM wykazuje tak wyraźną względną przewagę w mieszanym systemie PGPR/DMG? Odpowiedź leży w zróżnicowanych reakcjach dwóch emulgatorów na historię ścinania i unikalnych cechach pola przepływu CM, które dokładnie odpowiadają ich odpowiednim „oknom ścinania”.

Adsorpcja międzyfazowa PGPR jest szybkim procesem kinetycznym. Niezależnie od tego, czy chodzi o turbulencje HSH w-milisekundowej skali, czy o przepływ w-skali ekstensjonalnej-ścinającej CM, cząsteczki PGPR mogą szybko zakończyć adsorpcję na świeżo wygenerowanych powierzchniach kropel, tworząc elastyczną warstwę międzyfazową. Jednakże,zdolność-samonaprawy warstwy międzyfazowej PGPR przed uszkodzeniami mechanicznymi jest ograniczona. W warunkach ekstremalnych turbulencji HSH powstające kropelki przechodzą powtarzające się cykle-koalescencji-ponownego-rozbijania, przy czym warstwa międzyfazowa jest ciągle rozrywana i odbudowywana, co skutkuje zmniejszeniem marginalnej wydajności emulgowania.

Natomiast DMG wymaga zasadniczo innego środowiska połączonego z „chłodzeniem{0}}ścinającym”. Warunki wstępne, aby DMG mógł spełniać swoją funkcję stabilizującą na granicy faz i w fazie ciągłej, są następujące: (1) cząsteczki muszą mieć wystarczająco dużo czasu, aby osiągnąć krytyczne stężenie powierzchniowe na powierzchni kropelki; (2) kropelki muszą utrzymywać stabilność morfologiczną przy odpowiednim ścinaniu, aby zapewnić matryce zarodkowania dla krystalizacji międzyfazowej; (3) szybkość chłodzenia musi być umiarkowana, aby umożliwić odpowiedni wzrost kryształów bez nadmiernej agregacji.

Charakterystyka pola przepływu HSH-wysoka gęstość energii, wyjątkowo krótki czas przebywania, silne turbulencje-sprzecza praktycznie ze wszystkimi wymaganiami DMG.W HSH czas życia poszczególnych kropelek jest niezwykle krótki (od milisekund do sekund), a cząsteczki DMG nie mają wystarczającego czasu na gromadzenie się na granicy faz, nie mówiąc już o całkowitym zarodkowaniu międzyfazowym i wzroście kryształów. Znaczne ciepło tarcia generowane przez HSH dodatkowo wymaga dodatkowej zewnętrznej kompensacji chłodzenia, jeszcze bardziej zaciskając okno krystalizacji DMG.

Charakterystyka pola przepływu CM-umiarkowanej gęstości energii, dłuższego czasu przebywania i znacznej ekstensyjnej składowej przepływu-spełnia wszystkie wymagania DMG.W przepływie szczelinowym CM kropelki ulegają stopniowej deformacji ekstensyjnej; wzrost pola powierzchni przebiega synchronicznie z powierzchniową dyfuzją DMG, zapewniając idealne warunki kinetyczne dla krystalizacji międzyfazowej. W wyniku przepływu ekstensyjnego kropelki pękają poprzez mechanizm-w kształcie hantli-z wydłużeniem{2}}rozrywania, w wyniku czego powstają kropelki potomne o regularnej morfologii i jednakowej wielkości, co ułatwia późniejszą jednolitą konstrukcję sieci krystalicznej. Co ważniejsze, dłuższy czas przebywania CM daje DMG szerokie możliwości zakończenia zarodkowania kryształów i początkowego wzrostu w fazie ciągłej, tworząc strukturę przestrzenną, w której stabilizacja Pickeringa i stabilizacja sieci współistnieją synergistycznie.

Podsumowujemy ten mechanizm jako„Warstwa międzyfazowa PGPR (elastyczna powłoka) + sieć kryształów DMG (szkielet z tworzywa sztucznego)” model podwójnej stabilizacji. W tym modelu PGPR zapewnia pierwszy poziom ochrony,-wyposażając każdą kropelkę w elastyczną warstwę międzyfazową odporną na koalescencję; DMG zapewnia drugi poziom ochrony,-konstruując plastikowy szkielet sieci kryształów pomiędzy kropelkami, nadając systemowi właściwości przeciw-sedymentacji i właściwości odzysku tiksotropowego. Istnienie tej podwójnej struktury zostało pośrednio potwierdzone w literaturze: badania systemów mieszanych emulgatorów DAG-PGPR wykazały, że synergistyczne oddziaływanie między krystalizacją międzyfazową a wysoką aktywnością powierzchniową PGPR skutkuje emulsjami zarówno o równomiernym rozkładzie kropel, jak i doskonałej odporności na zamrażanie-rozmrażanie; w emulsjach PGPR-zawierających W/O tłuszcz międzyfazowy powoduje, że kropelki działają jak aktywne wypełniacze, wzmacniając sztywność i twardość układu.

4 Konstrukcja diagramu fazy ścinania emulgującego i kryteria wyboru procesu

W oparciu o systematyczne wyniki eksperymentów skonstruowaliśmy diagram fazy ścinania emulgującego, wykorzystując gęstość energii (Eᵥ) i właściwą energię ścinania (SBE) jako podwójne parametry, wyznaczając mające zastosowanie granice i uzupełniające się relacje między HSH i CM w tym układzie.

Tabela 2 Schemat fazy ścinania emulgującego dla emulsji mieszanych PGPR/DMG W/O o wysokiej zawartości fazy wewnętrznej

Okno Inadaje się do sosów sałatkowych, które wymagają dużej płynności i doskonałej wydajności wytłaczania. Tutaj PGPR jest dominującym emulgatorem (większym lub równym 80%), z małą ilością DMG zapewniającą pomocniczą stabilizację. Wysoka gęstość energii HSH pozwala odpowiednio udoskonalić kropelki, a niska zawartość DMG gwarantuje, że efekty termiczne HSH nie zakłócają słabej sieci kryształów. Powstała emulsja ma granicę plastyczności około 50–150 Pa i odzysk tiksotropowy około 80–100%, odpowiedni dla butelkowanych produktów wyciskanych.

Okno IIreprezentuje optymalny obszar komplementarności między HSH i CM. Podstawową koncepcją tej strategii jest wykorzystanie HSH do wydajnego pierwotnego rozbijania kropel, a następnie CM do osiągnięcia wtórnego udoskonalenia strukturalnego-w tym ujednolicenia wielkości kropel i kierunkowej budowy sieci kryształów DMG. Eksperymenty potwierdziły, że tandemowy proces „wstępnej-emulsyfikacji HSH (18 000 obr./min, 1 min) + rafinacji poprzez recyrkulację CM (3000 obr./min, 3 przejścia)” umożliwia jednoczesne osiągnięcie zarówno rozdrobnienia kropel (d₃,₂ ≈ 10–15 μm), jak i-długoterminowej stabilności przechowywania (30-dniowy wskaźnik destabilizacji < 5%). Proces ten nadaje się do sosów sałatkowych i produktów do smarowania, w przypadku których wymagane są wysokie wymagania dotyczące stabilności przechowywania.

Okno IIIto region, w którym efekt sieci krystalicznej DMG jest w pełni realizowany. Dłuższy czas przebywania i charakterystyka przepływu ekstensyjnego CM zapewniają DMG szerokie możliwości zbudowania kompletnej sieci krystalicznej na granicy faz i w fazie ciągłej. Powstała emulsja może osiągnąć granicę plastyczności 200–400 Pa, uzysk tiksotropowy przekraczający 120% i wyraźne właściwości plastyczne-ciała-utrzymujące kształt w warunkach statycznych (wyraźne wypukłości po nabieraniu), wykazując jednocześnie umiarkowany opór lepkości podczas dynamicznego rozprowadzania. To okienko jest szczególnie odpowiednie do mrożonych/schłodzonych smarowideł i-zamienników masła na bazie roślin, które wymagają-dużej pojemności.

Okno IVwskazuje, że samo wydłużenie czasu CM lub zwiększenie prędkości wirnika nie może zrekompensować braków strukturalnych spowodowanych niewystarczającą dawką PGPR lub nieodpowiednimi warunkami krystalizacji DMG.

5 Ilościowa analiza zachowania tiksotropowego odzyskiwania i synergistycznego wzmocnienia PGPR/DMG

Tiksotropowość odzysku jest podstawowym wskaźnikiem oceny jakości użytkowej sosów sałatkowych i smarowideł.-Produkt musi wykazywać dobrą płynność po wyciśnięciu z butelki lub smarowaniu chleba, a jednocześnie musi szybko odzyskać swoją stałą-podobną strukturę po wytłaczaniu lub rozprowadzaniu, aby zapobiec zapadaniu się i wydzielaniu oleju.

Emulsje zawierające wyłącznie PGPR wykazywały odzysk tiksotropowy na poziomie około 70%–85%, przy powolnym tempie odzysku (czas charakterystyczny ~120–200 s). Emulsje zawierające tylko DMG nie mogły utworzyć pełnej tiksotropowej pętli histerezy ze względu na gruboziarniste kropelki i silną koalescencję (odzysk<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.

Z ujednoliconej perspektywy reologii emulgowania przy ścinaniu, w tym artykule ujawniono mechanizm synergistyczny i charakterystykę reakcji-na ścinanie PGPR i DMG w systemach sosów sałatkowych bez fazy wewnętrznej o wysokiej zawartości fazy wewnętrznej, oferując następujące wskazówki dotyczące przygotowania przemysłowego:

Zasady doboru sprzętu:Produkty o wysokiej-płynności najlepiej wytwarzać w procesie jednoetapowego-procesu HSH; Do przetwarzania tandemowego HSH + CM zaleca się produkty o średniej-do-wysokiej stabilności; Produkty o wysokiej formie-potrzymujące są optymalnie przygotowywane przy użyciu-dominującego przetwarzania wieloprzebiegowego CM-.

Zasady projektowania receptur:Preparaty o wysokim współczynniku PGPR powinny być dopasowane do wysokiej gęstości energii HSH; preparaty o średnim-do-niskim współczynniku PGPR powinny być dopasowane do ekstensjonalnego-pola przepływu ścinającego CM; na każde 10% wzrostu proporcji DMG zaleca się wydłużenie czasu przebywania CM o około 20% lub zwiększenie recyrkulacji CM o jeden dodatkowy przejazd.

Przyszłe kierunki badań mogą obejmować: rozszerzenie metodologii diagramu faz ścinania opracowanej w tym badaniu na inne systemy emulsji spożywczych typu W/O (np. margaryna, nie-mleczna śmietana do ubijania); wykorzystanie technik rozpraszania małych-kątów in situ i reflektometrii neutronów w celu wyjaśnienia kinetyki krystalizacji międzyfazowej DMG w warunkach-chłodzenia ścinającego; oraz porównanie procesu tandemowego HSH + CM z nowymi technologiami, takimi jak emulgacja mikroprzepływowa, w celu zbadania najwyższej precyzji kontroli osiągalnej podczas przygotowywania emulsji W/O o wysokiej fazie wewnętrznej.

Synergistyczne działanie PGPR i DMG w systemach sosów sałatkowych bez fazy wewnętrznej o wysokiej zawartości fazy wewnętrznej reprezentuje dynamiczny, zależny od ścinania-historii-, komplementarny mechanizm stabilizacji oparty na zasadniczo różnych mechanizmach fizycznych-lepkosprężystości warstwy międzyfazowej w porównaniu z konstrukcją sieci krystalicznej. Wybór pomiędzy homogenizacją przy wysokim-ścinaniu a mieleniem koloidalnym polega w istocie na dopasowaniu odpowiednich „okien ścinania” dwóch emulgatorów: HSH odpowiada szybkiej adsorpcji międzyfazowej PGPR, podczas gdy CM odpowiada krystalizacji zarodkowania międzyfazowego i budowie sieci DMG. Tandemowe zastosowanie tych dwóch typów urządzeń stanowi rozwiązanie inżynieryjne, które godzi wydajność z jakością. „Schemat fazy ścinania emulgującego” skonstruowany w tym badaniu zapewnia systematyczne podstawy teoretyczne i praktyczne wskazówki dotyczące wyboru sprzętu, projektowania procesu i optymalizacji receptury emulsji W/O o wysokiej zawartości fazy wewnętrznej w przemyśle spożywczym.