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ISFRS2015 レオニクス特集

食品レオロジーと構造に関する第7回国際シンポジウム:食品レオロジーアプリケーションのための新しいプロセス粘度計

概要

食品レオロジーおよび構造に関する国際シンポジウム(ISFRS)は、ETHチューリッヒの食品栄養および健康研究所によって主催されました。

食品レオロジーと構造に関する国際シンポジウムは、食品レオロジーと構造研究者のニーズに対応します。 シンポジウムは、食品と関連システムのレオロジー、食品の構造と構造の分析、および食品の加工、構造、レオロジーと結果として生じる食品の品質の間の複雑な関係に焦点を当てています。 最先端技術の概要と最近の問題領域への詳細な焦点は、著名な科学者によるオープニングレクチャーといくつかの基調講演で提供されます。

RheonicsのCTOであるJoeGoodbread博士は、「食品レオロジーアプリケーション用の新しいプロセス粘度計」について講演しました。 の使用を引用  SRV 食品レオロジー用途の粘度計。

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抄録ISFRS 2015

抽象

振動プロセス粘度計は60年近く前から知られていますが、製品の一貫性の制御が最優先事項である食品製造プロセスでの適度なアプリケーションのみが見つかりました。 これは、測定で定義されたせん断のみが、通常は非ニュートンで、しばしば不均一な製品の製造を予測できるというプロセスオペレーター側の根底にある信念によるものです。 新しい機器であるRheonics SRVプロセス粘度計は、バッターミキシング、チーズ凝固などの複雑なプロセスで一貫性を制御できることが証明されているため、食品プロセス業界で広く受け入れられている一連の振動式粘度計に由来します。ビールマッシュ。 SRVはこの遺産に基づいて構築されており、コンパクトで設置が簡単で、対称構造を欠いている以前の設計を悩ましていた取り付け条件の影響を受けない、新しい平衡共振器構造を追加しています。 振動粘度計は、テスト対象の流体に浸されたレゾネータのエネルギー損失率を測定することによって機能するため、周囲の構造に伝達される振動による追加のエネルギー損失は、測定器の測定の安定性と再現性に限界をもたらします。 Rheonics平衡型共振器(特許出願中)は、共振器の振動が周囲の構造に伝わることを排除することにより、共振器の最高の再現性と安定性を保証します。 従来の振動粘度計のさらなる改善には、ポンプやその他のプロセス機械による周囲の振動を除去する特許取得済みのシステムや、隣接する機械からの磁気干渉をこれまでにない方法で除去する高度な電磁変換器が含まれます。 Rheonics SRVは、複雑なスラリーコーティングプロセスラインですでに実証されており、オペレーターは当初、レオロジー的に正確な機器しかプロセスを制御できないと考えていました。 オペレーターは、SRVの高感度と安定性により、XNUMX点測定によるプロセスの制御が可能になったのに対し、密度と固形分を測定できる他の機器のバッテリーは、プロセスストリームの小さな変動を測定するのに十分な感度がなかったことがわかりました均一で粘着性のあるコーティングには不可欠でした。

アプリケーション

SRVは、ニュートン流体でも非ニュートン流体でも、見かけの粘度のXNUMX点測定が必要な場合に使用できます。

アプリケーションが含まれます:

  • 打者混合
  • 重油の粘度制御
  • スラリーコーティングプロセスの監視と制御
  • ポンプの最適化
  • 重合モニタリング

レオロジー測定のための振動粘度測定の調査

  • 振動粘度計は、レオロジー測定の候補としてはありそうにありません。
    • せん断は、バルク流体内ではなく、プローブ周辺の薄い境界層で発生します
    • せん断は振動性であり、プローブの振動の周波数によって方向が変化します(約7.4 kHz)。 Rheonics SRV用。
    • センサーは半無限の流体に効果的に浸されているため、速度勾配は定義されていません。
  • 良い面:
    • 彼らは非常に安定しています
    • せん断速度は不明で不明ですが、再現性があるため、振動粘度計はプロセス環境で流体の流動特性を一定に保つのに適しています。

振動粘度計にバルク剪断場を重ねることで、有用なレオロジー情報を得ることができます

  • 観察:SRVなどの振動センサーをトマトケチャップなどの剪断速度に敏感な材料に配置すると、プローブが材料内を移動するときに、示される粘度が大きく変動します。
  • これは、センサーが均一で制御可能な剪断場に配置されている場合、その剪断速度を変更すると、流体の剪断に敏感な特性に関する情報が得られる可能性があることを示唆しています。

単純な重ね合わせ剪断「レオメーター」

  • サンプルシリンダーは、制御可能な速度のモーターによってその軸を中心に回転します。
  • 振動式粘度計プローブが流体に浸されている
  • 回転速度を変化させると、指示された流体の粘度が記録されます
単純な重ね合わせ剪断「レオメーター」

「ケチャップメーター」

  • Rheonics SRV粘度計は、トマトケチャップのサンプルを保持するシリンダーに浸されています。
  • コンピューターで制御されたモーター(木製のプラットフォームの下)が、サンプルを一定の速度と時間で回転させます。
  • 粘度計コントロールボックスは、測定された粘度値をコンピューターに送信します。
「ケチャップメーター」

ケチャップの重ね剪断挙動

  • 固定シリンダーの表示粘度は約120 mPa.Sです。 (地域1)
  • シリンダーが回転すると、指示された粘度が低下します。 各ステップでは、回転速度が2倍になります。 粘度が漸近線に近づく(領域XNUMX)
  • 回転が停止すると、粘度はゆっくりと新しい漸近レベルに上昇します(領域3)。
  • この動作の特定の機能は正確に再現可能です(XNUMX番目の測定サイクル)。
ケチャップの重ね剪断挙動

ケチャップの一貫性の従来の測定:ボストウィック濃度計

  • ケチャップは自重で流れます。 30秒で移動した距離は、その一貫性の尺度です。
  • ラボでは即席のボストウィックタイプのトラフを使用して、3つの異なるケチャップ製品を測定しました。 流れた距離は:
    • ケチャップ1(通称ブランド):13mm
    • ケチャップ2(「予算」ストアブランド):39 mm
    • ケチャップ3(「ライト」ストアブランド):28 mm
ボストウィック濃度計

重ね合わせ剪断測定における3ケチャップの挙動

  • 観測
    • K1は最低のボストウィック、最高の初期粘度、最も遅い回復を示しました。
    • K2は高せん断粘度が最も低く、回復が最も速かった。
    • K3は低速ではずり減粘、高速ではずり増粘
    • 最終的な回復粘度はボストウィックの一貫性とよく相関
絵に描いた5

結論

  • 重ね合わせたせん断は、表示された粘度に大きな影響を与えました。
  • 重ね合わせたせん断と示された粘度の間の相関関係は、XNUMX種類のケチャップすべてで再現性がありました。
  • ケチャップの各種類には、重ねられた剪断の変化に対するユニークで反復可能な「シグネチャー」応答がありました。
  • 「回復」は、粘度がボストウィック濃度計の測定値とよく相関していることを示しており、この方法がボストウィック測定で得られたものと同じ特性のオンラインのインライン測定に使用できることを示しています。

未解決の質問と今後の作業

  • 振動境界層の局所せん断は、重ね合わせせん断場のグローバルせん断とどのように相互作用しますか?
  • これらの測定は、ケチャップのような物質の構造について何を教えてくれますか-降伏応力と剪断依存粘度を持つもの? 特に、より高度に構造化された材料–ケチャップ1 –が最も構造化されていない–ケチャップ2よりも静止粘度値に戻るのに時間がかかるのはなぜですか?
  • 将来の実験では、相対的な寄与と相互作用の性質の両方を理解するために、振動と重ね合わせたせん断フィールドの両方でせん断速度の相対振幅を変化させます。

ソリューション

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