Korkean-leikkauksen homogenisoinnista kolloidimyllyyn: PGPR:n ja DMG:n emulgointireologiset ominaisuudet korkean sisäisen faasin vesi-öljyssä (W/O) salaatinkastikejärjestelmissä

Korkean sisäisen faasin vesi-öljyssä- (W/O) emulsiot, joiden dispergoituneen faasin tilavuusosuudet φₒ ovat suurempia tai yhtä suuria kuin 0,74, muodostavat rakenteellisen perustan salaattikastikkeille, majoneesivaihtoehtoille ja vähärasvaisille levitteille. Niiden teollinen valmistus kohtaa kuitenkin perustavanlaatuisen käsittelyn dilemman: kuinka energiankulutuksen luontaiset erot suuren-leikkaushomogenoinnin ja kolloidijyrsinnän-kahden vallitsevan emulgointiteknologian-vastaavat rajapinnan adsorptiokinetiikkaa ja verkoston{8}}rakentamiskäyttäytymistä emulgointiaineiden stabiiliudesta ja laadusta. Tässä artikkelissa analysoidaan systemaattisesti polyglyserolipolyrisinoleaatin (PGPR) ja tislattujen monoglyseridien (DMG) erilaista rajapintojen käyttäytymistä ja leikkausvasteen ominaisuuksia tällaisissa järjestelmissä emulgoivan leikkausreologian yhtenäisestä näkökulmasta. PGPR, jossa on haarautuneita risinoleiinihappohydrofobisia pyrstöjä ja joustavia polyglyserolipääryhmiä, saavuttaa nopeasti adsorptiotasapainon öljyn -veden rajapinnassa ja muodostaa rajapinnan kalvon, jolla on korkea dilataatioviskoelastinen moduuli, mutta sillä on kuitenkin heikko riippuvuus leikkaushistoriasta. DMG sitä vastoin rakentaa rasvakiteiden verkkorungon, jolla on tiksotrooppisia palautumisominaisuuksia in situ -ydintymisen ja rasvakiteiden spatiaalisen täytön avulla rajapinnassa ja jatkuvassa vaiheessa, mutta sen rajapintojen kinetiikka on hidasta ja riippuu voimakkaasti kytketyn leikkaus{14}}jäähdytyshistoriasta. Näiden kahden emulgaattorin synergia ei ole vain toisiaan täydentävä HLB-arvopari, vaan pikemminkin kaksoisstabilointirakenteen -"PGPR-rajapinnan kalvo (elastinen kuori) + DMG-kideverkosto (muovirunko)"-muodostaminen leikkausvirtauskentässä. Edellinen antaa pisaroille anti-yhteyttämiskyvyn, kun taas jälkimmäinen antaa anti-sedimentaatiokapasiteetin ja tiksotrooppisen palautumisen bulkkijärjestelmään. Tässä artikkelissa rakennetaan edelleen emulgoiva leikkausvaihekaavio, jossa käytetään energiatiheyttä (Eᵥ) ja ominaisleikkausenergiaa (SBE) kaksoisparametreina, ja se paljastaa sovellettavat rajat ja täydentävät suhteet korkean-leikkaushomogenisaation (suuri Eᵥ, lyhyt viipymäaika) ja kolloidijyrsinnän (kohtalainen Eᵥ, pitkä viipymisaika4, virtausjärjestelmä}) välillä. tarjoaa näin teoreettisen perustan laitteiden valinnalle, prosessien suunnittelulle ja formulaation optimoinnille korkean sisäisen faasin W/O-salaattikastikkeiden teollisessa tuotannossa.

High Internal Phase -emulsiot (HIPE:t) viittaavat tyypillisesti emulsiojärjestelmiin, joissa dispergoituneen faasin tilavuusosuus (φ) ylittää 0,74- teoreettisen rajan tasaisten jäykkien pallojen satunnaiselle lähelle pakkaamiselle. Tämän tilavuusosuuden lisäksi dispergoidut faasipisarat eivät enää ole keskenään erotettuja pallomaisia ​​yksiköitä, vaan ne puristuvat ja muotoutuvat monitahoisiksi morfologioiksi, jolloin vierekkäiset pisarat erottaa vain jatkuvan faasin erittäin ohut kalvo. Tämä ainutlaatuinen mikrorakennegeometria tarjoaa joukon ei--newtonilaisia ​​reologisia ominaisuuksia-saantojännitystä, leikkaus-ohentumiskäyttäytymistä ja viskoelastista kiinteää-kuten vastetta-, mikä tekee HIPE:istä ihanteellisia rakennemalleja puoli-kiinteille ruokatuotteille, salaateille ja salaateille.

Laajemmassa HIPE-perheessä vesi{0}}öljyssä- (W/O) korkean sisäisen faasin emulsioilla on erottuva asema. Toisin kuin yleisemmät O/W HIPE:t, W/O-emulsioissa käytetään vettä dispergoituneena faasina ja öljyä jatkuvana faasina. Elintarviketeollisuudessa tämä "vesi öljyssä" -rakenne sopii hyvin salaattikastikkeiden ja levitteiden aistinvaraisiin vaatimuksiin: jatkuva öljyfaasi tarjoaa täyteläisen, täyteläisen suutuntuman ja pitkäkestoisen maun vapautumisen, kun taas hajallaan olevat vesipisarat vaikuttavat virkistävään{{{{{{{{}-tuntemustuntemukseen,{7}{8}{8} formulaatioita. V/O korkean sisäisen faasin emulsioiden valmistaminen on kuitenkin huomattavasti haastavampaa kuin niiden O/V-vastineiden valmistaminen. Tämä vaikeus johtuu kahdesta päätekijästä: W/O-emulsiot ovat luonnostaan ​​termodynaamisesti epävakaita järjestelmiä, ja vesipisaroiden suuri tilavuusosa puristaa pisaroiden väliset etäisyydet -mikronin alapuolelle, mikä lisää dramaattisesti yhteensulautumista. Lisäksi elintarvikelaatuisten W/O-emulgaattoreiden valikoima ei ole vain rajoitettu, vaan ne ovat pääasiassa pienimolekyylisiä{15}}pinta-aktiivisia aineita, joilla on vaatimaton rajapinnan kalvon vahvuus, mikä tekee pitkäaikaisesta stabiilisuudesta vaikean saavuttaa korkean sisäisen faasin olosuhteissa.

Tätä taustaa vasten kaksi -ionitonta elintarvike-laatuista emulgaattoria -polyglyserolipolyrisinoleaatti (PGPR) ja tislatut monoglyseridit (DMG)- ovat nousseet ihanteellisena yhdistelmänä stabiilien W/O-korkean sisäisen faasin emulsioiden rakentamiseen, mikä johtuu niiden toisiaan täydentävästä käyttäytymisestä. PGPR on yksi elintarviketeollisuuden tärkeimmistä W/O-emulgointiaineista, joka syntetisoidaan esteröimällä polymeroitua glyserolia kondensoidulla risinoleiinihapolla. Sillä on erittäin haaroittuneet hydrofobiset hännät ja laaja hydrofiilisten pääryhmien jakautuminen. Tutkimukset ovat osoittaneet, että PGPR saavuttaa nopeasti adsorptiotasapainon öljyn -veden rajapinnassa, ja sen haarautunut-ketjurakenne antaa rajapinnan kalvolle korkean rajapinnan dilataatioviskoelastinen moduuli, joka pystyy tehokkaasti vastustamaan emulsion yhteensulautumisen aiheuttamaa rajapinnan kalvon muodonmuutosta. PGPR-pitoisuudella 4 % ja öljytilavuusosuuksilla 0,7–0,8 tuloksena saadut W/O-emulsiot osoittavat leikkaus-ohenemista ja elastista-dominoivaa reologista käyttäytymistä, ja tiksotrooppinen talteenottoprosentti on vastaavasti 131,26 % ja 114,56 %.

DMG edustaa täysin erilaista stabilointimekanismia. Molekulaarisesti tislattuna monoglyseridinä, jonka monoesteripitoisuus on suurempi tai yhtä suuri kuin 90 %, DMG:n HLB-arvo on noin 3,9–5,3 ja sillä on kohtalainen rajapintaaktiivisuus öljyn -veden rajapinnassa. Sen ydinkyky stabiloida W/O-emulsioita johtuu kuitenkin rasvakiteiden verkkorakentamiskäyttäytymisestä rajapinnassa ja jatkuvassa faasissa. Jäähtymisen aikana DMG-molekyylit käyvät läpi in situ ydintymisen ja kiteytymisen öljyn -veden rajapinnassa ja jatkuvassa faasissa muodostaen spatiaalisen rakenteen, jossa Pickering-stabilointi ja verkon stabilointi toimivat synergistisesti. Tämä kideverkosto ei vain estä pisaroiden yhteensulautumista fysikaalisten esteiden kautta, vaan myös antaa järjestelmään merkittävän myötörajan ja tiksotrooppisen palautumisen.

Aiemmat tutkimukset ovat nimenomaisesti osoittaneet, että PGPR + DMG -seos tuottaa maksimaalisen emulsion stabiilisuuden kookosöljy-auringonkukkaöljysekoitusjärjestelmissä, jolloin stabiileja W/O-emulsioita muodostuu 3 %:n kokonaisemulgointiainepitoisuudella. DAG-PGPR-sekoitemulgointijärjestelmissä rajapinnan kiteytyksen ja PGPR:n korkean pinta-aktiivisuuden synergistinen vuorovaikutus johtaa emulsioihin, joilla on tasainen pisarajakauma ja erinomainen jäätymis-sulatuskestävyys. Nämä tutkimukset ovat kuitenkin keskittyneet suurelta osin staattisiin formulaatioparametreihin, ja järjestelmällinen ymmärrys siitä, kuinka käsittelyn leikkaushistoria-eli miten eri emulgointilaitteiden tuottamat virtauskentän ominaisuudet vaikuttavat näiden kahden emulgaattorin adsorptiokinetiikkaan, kiteytyskäyttäytymiseen ja synergistisiin vaikutuksiin, puuttuu.

Tämän artikkelin tavoitteena on leikkausreologian yhtenäisestä näkökulmasta rakentaa täydellinen syy-ketju: emulgointilaitteisto → leikkausvirtauskenttä → rajapinnan käyttäytyminen → bulkkireologia → tuotteen stabiilisuus. Keskeinen teesi on, että PGPR:n ja DMG:n välinen synergia ei ole staattinen formulaatiofunktio, vaan pikemminkin dynaaminen leikkaus-vastefunktio; valinta suuren-leikkaushomogenoinnin ja kolloidijauhatuksen välillä on pohjimmiltaan näiden kahden emulgaattorin vastaavien "leikkausikkunoiden" yhteensovittaminen ja yhdistäminen.

1 Materiaalit

PGPR (HLB ≈ 0,4–4,0, Guangzhou Zhonghai Chemical); DMG (monoesteripitoisuus suurempi tai yhtä suuri kuin 90 %, HLB ≈ 3,9–5,3, sama toimittaja); auringonkukkaöljy (elintarvikelaatu); deionisoitu vesi; suola, sakkaroosi, ksantaanikumi (elintarvikelaatu).

2 W/O-salaattikastikkeen mallijärjestelmä

Öljyfaasi: auringonkukkaöljy PGPR/DMG-seosemulgointiaineella (kokonaispitoisuus 1%–5%, PGPR:DMG-suhde sarja 0:10 - 10:0), liuotettu sekoittaen 70 asteessa. Vesifaasi: deionisoitu vesi + suola 1,5 % + sakkaroosi 3 % + ksantaanikumi 0,1 %, liuotettu sekoittaen 60 asteessa. Veden---öljymassasuhteet: 70:30 (φₒ=0.7) ja 60:40 (φₒ=0.6), muodostaen kaksi sarjaa.

3 Emulgointilaitteet ja käsittely

High{0}}leikkaushomogenisaatiossa (HSH) käytettiin digitaalista nopeaa-dispersiohomogenisaattoria (FJ200-SH, Shanghai Huxi), jonka käsittelyparametrit olivat 8 000–18 000 rpm ja kesto 1–5 minuuttia. Kolloidijyrsinnässä (CM) käytettiin laboratorio-mittakaavassa kierrättävää kolloidimyllyä (JMS-50D, Langfang General Machinery), jonka staattorin ja roottorin välinen rako oli 100–500 μm, roottorin nopeus 3 000–6 000 rpm ja kierrätyskierrosluku 1–5. Emulgoinnin jälkeen kaikki emulsiot jäähdytettiin nopeasti 25 asteeseen jäävesihauteessa.

4 Karakterisointimenetelmät

• Pisaroiden morfologia:Optinen mikroskopia (BX53, Olympus) × 400 suurennuksella; pisarakokojakauma (d3,2) määritetty käyttämällä ImageJ-kuvaanalyysiohjelmistoa.
• Reologinen luonnehdinta:Rotaatioreometri (DHR-2, TA Instruments), 40 mm yhdensuuntainen levygeometria (1 mm rako), 25 astetta. Tasainen{14}}leikkaus: 0,01–100 s⁻¹; amplitudipyyhkäisy: 0,01–100 % jännitys 1 Hz:llä; taajuuspyyhkäisy: 0,1–100 rad/s 0,1 %:n jännityksellä (LVR:n sisällä); tiksotropia: kolmivaiheinen leikkausnopeusjakso 10-3→100→10-3 s-1.
• Rajapintojen dilataatioreologia:Pendant drop{0}}-pohjainen rajapinnan dilataatioreometria (OCA 25, DataPhysics), värähtelytaajuus 5–45 mHz, amplitudi 2 %, lämpötila 25 astetta.
• DSC-rasvan kiteytysanalyysi:Differentiaalinen pyyhkäisykalorimetria (DSC 214 Polyma, Netzsch), lämmitys/jäähdytysnopeus 5 astetta/min.
• Varastoinnin vakaus:Säilytys 25 asteessa / 4 asteessa 30 päivää faasien erottumisen ja yhteensulautumisen visuaalisella havainnolla.

1 PGPR:n ja DMG:n erilainen rajapintojen käyttäytyminen W/O-rajapinnassa

Rajapintojen dilataatioreologiset mittaukset paljastivat olennaiset erot PGPR:n ja DMG:n välillä öljyn{0}}vesirajapinnassa. PGPR saavuttaa nopeasti adsorptiotasapainon jopa erittäin alhaisilla pitoisuuksilla (0,1 %), ja sen rajapinnan dilataatiomoduuli E' osoittaa heikkoa taajuusriippuvuutta 5–45 MHz:n taajuusalueella, mikä osoittaa rajapinnan kalvon kiinteän -kaltaisen elastisen luonteen. Tämä havainto on vahvasti yhtäpitävä kirjallisuuden kanssa: PGPR:n haarautuneet risinoleiinihappohydrofobiset hännät antavat rajapintakalvolle suuren dilataatioviskoelastisen moduulin, mikä mahdollistaa sen, että se vastustaa tehokkaasti emulsion yhteensulautumisen aiheuttamaa rajapinnan muodonmuutosta. 15 puristus-laajennusjakson jälkeen PGPR-rajapinnan kalvon moduuli osoitti vain vähäistä vaimennusta, mikä vahvistaa sen erinomaisen{10}}pitkän aikavälin rajapinnan vakauden.

DMG osoitti täysin erilaista rajapinnan käyttäytymistä. Samanlaisissa mittausolosuhteissa DMG-rajapinnan kalvon dilataatiomoduuli oli merkittävästi pienempi kuin PGPR:n, ja voimakas taajuusriippuvuus-moduuli nousi nopeasti korkeilla taajuuksilla ja laski matalilla taajuuksilla, mikä osoittaa, että kalvon viskositeetti-dominoi. Vielä kriittisemmin, kun lämpötila laskettiin 70 astetta 25 asteeseen, DMG-rajapinnan kalvon dilataatiomoduuli koki askel{7}}kaltaisen kasvun, mikä oli läheisesti yhteydessä sen in situ -rajapinnan kiteytymiskäyttäytymiseen. DSC-analyysi vahvisti tämän hypoteesin: jäähdytyksen aikana DMG osoitti selkeän eksotermisen huipun noin 45–50 asteessa, mikä vastasi heterogeenista ytimekästä ja monoglyseridien kiteytymistä öljyn -veden rajapinnassa.

Nämä kaksi erilaista rajapinnan käyttäytymistä määrittävät niiden vastaavat vastemallit leikkauskenttien sisällä. PGPR:n rajapintojen adsorptio on akineettisesti ohjattu prosessi: molekyylit voivat nopeasti suorittaa konformaation mukautukset saavuttuaan rajapinnalle ja saavuttaa tasapainopeiton; näin ollen sen riippuvuus leikkausvoimakkuudesta on suhteellisen heikko. DMG:n rajapinnan käyttäytyminen sitä vastoin on atermodynaaminen{0}}kineettinen kytkentäprosessi: molekyylien on ensin saavutettava kriittinen pintapitoisuus rajapinnalla, minkä jälkeen jäähdytetään-in situ -kiteytys; lopullinen rajapintarakenne on siten vahvasti riippuvainen leikkaus-jäähdytyshistorian reitistä.

2 Leikkausvirtauskentän tyypin vaikutus pisaran koon jakautumiseen

Korkea{0}}leikkaushomogenointi (HSH) ja kolloidijyrsintä (CM) edustavat kahta pohjimmiltaan erilaista emulgointivirtauskenttää.

HSH kuuluu luokkaaninertiaturbulenssi{0}}hallitsevat virtauskentät. Roottorin nopean -pyörimisnopeuden alaisena neste käy läpi voimakkaita turbulenttisia vaihteluita, jolloin pisaroiden rikkoutumista ohjaa ensisijaisesti turbulentti inertiajännitys (~ρ(εd)^(2/3)). Tämän virtauskentän ydinominaisuudet ovat: äärimmäisen korkea energiatiheys (10⁶–10⁸ W/m³), erittäin lyhyt viipymäaika (millisekunneista sekunteihin) ja virtauskenttä, jota hallitsevat leikkaus- ja turbulenttiset pyörteet.

Kolloidimylly sen sijaan kuuluu luokkaanlaajennus{0}}leikkausyhdisteen virtauskentät. Staattorin-roottorivälissä neste joutuu voimakkaiden venymis- ja leikkausvirtausten yhteisvaikutukseen, ja pisaroiden rikkoutumismekanismi on huomattavasti monimutkaisempi. Verrattuna HSH:hon, CM:llä on kohtalainen energiatiheys (10⁵–10⁷ W/m³), mutta huomattavasti pidempi viipymäaika (sekunneista minuutteihin), ja siinä on merkittävä venyvä virtauskomponentti.

Taulukko 1 Virtauskentän ominaisuuksien vertailu: korkea-leikkaushomogenisaatio vs. kolloidimylly

Kokeelliset tulokset osoittivat, että kun PGPR:ää käytettiin yksinään emulgaattorina, HSH nopeudella 18 000 rpm 3 minuutin ajan tuotti pisarajakauman, jonka d₃,₂ ≈ 8–12 μm, säännöllisellä pisaramorfologialla ja kapealla kokojakaumalla. Kun CM-käsittelyä käytettiin vertailukelpoisella energiansyötöllä, pisaroiden keskikoko kasvoi 15–20 μm:iin, mutta kokojakauma oli leveämpi, ja sillä oli selkeä bimodaalinen luonne -päähuippu 10–15 μm:ssä ja toissijainen piikki 25–35 μm:ssä.

DMG:n käyttöönotto muutti tämän kuvan perusteellisesti. PGPR:DMG=7:3-sekoitusjärjestelmässä (kokonaispitoisuus 3 %), pisarakokoero HSH:n ja CM:n välillä kaveni merkittävästi: d₃,₂ ≈ 10 μm HSH:lle ja ≈ 12 μm CM:lle, mikä pienensi suhteen noin 1,8.1) × 2× (pelkästään PGPR. Vielä tärkeämpää on, että CM{11}}tuotetun emulsion varastointistabiilisuus (30 päivää, 25 astetta) oli huomattavasti parempi kuin HSH-tuotteen,{12}}entisen destabilointiindeksi oli vain noin 40 % jälkimmäisestä.

3 Leikkaus-"PGPR Interfacial Film + DMG Crystal Network" -kaksoisstabilointirakenteen vastemekanismi

Miksi CM:llä on niin selvä suhteellinen etu PGPR/DMG-sekoitusjärjestelmässä? Vastaus piilee näiden kahden emulgaattorin erilaisissa vasteissa leikkaushistoriaan ja CM-virtauskentän ainutlaatuisissa ominaisuuksissa, jotka vastaavat tarkasti niiden vastaavia "leikkausikkunoita".

PGPR:n rajapintojen adsorptio on nopea kineettinen prosessi. Olipa kyseessä HSH:n millisekunnin-skaalan turbulenssi tai CM:n toisessa-mittakaavassa ulottuva-leikkausvirtaus, PGPR-molekyylit voivat suorittaa adsorption nopeasti juuri syntyneille pisaroiden pinnoille muodostaen elastisen rajapintakalvon. Kuitenkin,PGPR-rajapinnan kalvon itseparantumiskyky mekaanisia vaurioita vastaan ​​on rajallinen. HSH:n äärimmäisissä turbulenssiolosuhteissa nousevat pisarat käyvät läpi toistuvia murtumissyklejä-yhteenliittymis-uudelleen-murtumissyklejä, jolloin rajapinnan kalvo repeytyy ja rakennetaan jatkuvasti uudelleen, mikä johtaa emulgoinnin marginaalisen tehokkuuden heikkenemiseen.

DMG sitä vastoin vaatii täysin erilaisen "leikkaus{0}}jäähdytys"-kytketyn ympäristön. Edellytykset sille, että DMG voi suorittaa stabiloivaa tehtäväänsä rajapinnassa ja jatkuvassa faasissa, ovat: (1) molekyyleillä on oltava riittävästi aikaa saavuttaa kriittinen pintapitoisuus pisaran pinnalla; (2) pisaroiden on säilytettävä morfologinen stabiilius sopivassa leikkausvoimassa, jotta saadaan aikaan ytimenmuodostusmallit rajapinnan kiteytymistä varten; (3) Jäähdytysnopeuden on oltava kohtuullinen, jotta kiteen riittävä kasvu sallitaan ilman liiallista aggregaatiota.

HSH{0}}suuri energiatiheys, erittäin lyhyt viipymäaika, voimakas turbulenssi-virtauskentän ominaisuudet ovat ristiriidassa käytännössä kaikkien DMG:n vaatimusten kanssa.HSH:ssa yksittäisten pisaroiden elinikä on erittäin lyhyt (millisekunneista sekunteihin), ja DMG-molekyyleillä ei ole tarpeeksi aikaa kertyä rajapinnalle, puhumattakaan täydellisestä rajapinnan ydintymisestä ja kiteiden kasvusta. HSH:n tuottama huomattava kitkalämpö edellyttää lisäksi ylimääräistä ulkoista jäähdytyskompensaatiota, mikä edelleen puristaa DMG:n kiteytysikkunaa.

CM{0}}kohtalaisen energiatiheyden, pidemmän viipymäajan, merkittävän laajenevan virtauskomponentin-virtauskentän ominaisuudet täyttävät kaikki DMG:n vaatimukset.CM:n aukkovirtauksessa pisarat läpikäyvät asteittaisen venymisen muodonmuutoksen; pinta-alan kasvu etenee synkronisesti DMG:n pinnan diffuusion kanssa, mikä tarjoaa ihanteelliset kineettiset olosuhteet rajapinnan kiteytymiselle. Laajentuvan virtauksen alaisena pisarat murtuvat "käsipainon -muotoisen" venymä-repeämismekanismin kautta, jolloin syntyy morfologialtaan säännöllisiä ja samankokoisia tytärpisaroita, mikä helpottaa kideverkoston myöhempää yhtenäistä rakentamista. Vielä tärkeämpää on, että CM:n pidempi viipymäaika antaa DMG:lle runsaasti mahdollisuuksia saattaa päätökseen kiteen ytimtyminen ja alkukasvu jatkuvassa vaiheessa muodostaen spatiaalisen rakenteen, jossa Pickering-stabilointi ja verkon stabilointi esiintyvät synergistisesti.

Yhteenvetona tämän mekanismin"PGPR-rajapinnan kalvo (elastinen kuori) + DMG-kideverkko (muovirunko)" kaksoisstabilointimalli. Tässä mallissa PGPR tarjoaa ensimmäisen suojatason-jokaiselle pisaralle joustavan rajapinnan kalvon, joka vastustaa yhteensulautumista. DMG tarjoaa toisen suojatason-rakentamalla muovisen kideverkoston rungon pisaroiden väliin, mikä antaa järjestelmälle anti-sedimentaatiokapasiteetin ja tiksotrooppisen palautumiskyvyn. Tämän kaksoisrakenteen olemassaolo on saanut epäsuoraa tukea kirjallisuudesta: tutkimukset DAG-PGPR-seosemulgointiainejärjestelmistä ovat osoittaneet, että rajapinnan kiteytymisen ja PGPR:n korkean pinta-aktiivisuuden synergistinen vuorovaikutus johtaa emulsioihin, joilla on sekä tasainen pisarajakauma että erinomainen jäätymis-sulamiskestävyys; PGPR-pitoisissa W/O-emulsioissa rajapinnan rasva saa pisarat toimimaan aktiivisina täyteaineina, mikä vahvistaa järjestelmän jäykkyyttä ja kovuutta.

4 Emulgoivan leikkausvaihekaavion rakentaminen ja prosessin valintakriteerit

Systemaattisten kokeellisten tulosten perusteella rakensimme emulgoivan leikkausfaasidiagrammin käyttämällä energiatiheyttä (Eᵥ) ja ominaisleikkausenergiaa (SBE) kaksoisparametreina, hahmottaen tässä järjestelmässä sovellettavat rajat ja täydentävät suhteet HSH:n ja CM:n välillä.

Taulukko 2 Emulgoiva leikkausvaihekaavio PGPR/DMG-sekoitetuille W/O korkean sisäisen faasin emulsioista

Ikkuna Isopii salaatinkastikkeisiin, jotka vaativat suurta juoksevuutta ja erinomaista ekstruusiokykyä. Tässä PGPR on hallitseva emulgointiaine (suurempi tai yhtä suuri kuin 80 %), ja pieni määrä DMG:tä tarjoaa lisästabiloinnin. HSH:n korkea energiatiheys voi jalostaa pisaroita riittävästi, kun taas alhainen DMG-pitoisuus varmistaa, että HSH:n lämpövaikutukset eivät häiritse heikkoa kideverkostoa. Tuloksena olevan emulsion myötöraja on noin 50–150 Pa ja tiksotrooppinen talteenotto noin 80–100 %, mikä sopii pullotetuille puristetuille tuotteille.

Ikkuna IIedustaa optimaalista komplementaarisuusaluetta HSH:n ja CM:n välillä. Tämän strategian ydinkonsepti on käyttää HSH:ta tehokkaaseen primaariseen pisaroiden rikkoutumiseen, ja sen jälkeen CM:ää sekundaariseen rakenteelliseen parannukseen, -mukaan lukien pisarakoon homogenointi ja DMG-kideverkoston suuntaaminen. Kokeet vahvistivat, että "HSH:n esiemulgoiminen (18 000 rpm, 1 min) + CM-kierrätyspuhdistus (3 000 rpm, 3 kierrosta)" voi samanaikaisesti saavuttaa sekä pisaran hienouden (d₃,₼₂ ≈ 10–3 μm) että pitkäaikaisen varastoinnin (10–13 µm)}0} {15} epävakautusindeksi < 5 %). Tämä prosessi soveltuu salaatinkastikkeiden ja levitetuotteille, joilla on tiukat säilytyskestävyysvaatimukset.

Ikkuna IIIon alue, jossa DMG-kideverkostovaikutus toteutuu täysin. CM:n pidempi viipymäaika ja jatkettavat virtausominaisuudet tarjoavat DMG:lle runsaasti mahdollisuuksia rakentaa täydellinen kideverkko rajapinnassa ja jatkuvassa vaiheessa. Tuloksena oleva emulsio voi saavuttaa myötörajan 200–400 Pa, tiksotrooppisen palautumisen yli 120 % ja selvät muoviset -rungon ominaisuudet- säilyttäen muodon staattisissa olosuhteissa (selkeät harjanteet kaaviuksen jälkeen) samalla kun sillä on kohtalainen viskoosinen vastustuskyky dynaamisen levityksen aikana. Tämä ikkuna sopii erityisen hyvin pakaste-/jäähdytettyihin levitteisiin ja kasvis{8}}voitavaihtoehtoihin, jotka vaativat suurta muoto-pidätyskykyä.

Ikkuna IVosoittaa, että pelkkä CM-ajan pidentäminen tai roottorin nopeuden lisääminen ei voi kompensoida rakenteellisia puutteita, jotka johtuvat riittämättömästä PGPR-annoksesta tai riittämättömistä DMG-kiteytysolosuhteista.

5 Tiksotrooppisen palautumiskäyttäytymisen ja PGPR/DMG-synergistisen tehostamisen kvantitatiivinen analyysi

Tiksotrooppinen palautumiskäyttäytyminen on keskeinen indikaattori salaattikastikkeiden ja levitteiden käyttölaadun arvioinnissa-tuotteella on oltava hyvä juoksevuus, kun se puristetaan pullosta tai levitetään leivän päälle, mutta sen on palautettava nopeasti kiinteä -kaltainen rakenne ekstruusion tai levittämisen jälkeen, jotta estetään romahtaminen ja öljyn erittyminen.

Vain PGPR:tä sisältävät emulsiot osoittivat tiksotrooppista talteenottoa noin 70–85 % hitaan palautumisnopeudella (tyypillinen aika ~120–200 s). Emulsiot, jotka sisältävät vain DMG:tä, eivät voineet muodostaa täydellistä tiksotrooppista hystereesisilmukkaa karkeiden pisaroiden ja voimakkaan yhteensulautumisen vuoksi (palautuminen<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.

Emulgoivan leikkausreologian yhtenäisestä näkökulmasta tämä artikkeli paljastaa PGPR:n ja DMG:n synergistisen mekanismin ja leikkausvasteen{0}}ominaisuudet korkean sisäisen faasin W/O-salaattikastikejärjestelmissä ja tarjoaa seuraavat ohjeet teolliseen valmistukseen:

Laitteiden valintaperiaatteet:Korkean-juoksuuden tuotteet tuotetaan parhaiten HSH:n yksivaiheisella-käsittelyllä. HSH + CM -tandem-käsittelyyn suositellaan keski---korkean stabiilisuuden tuotteita; korkean muodon-pitotuotteet valmistetaan optimaalisesti käyttämällä CM-dominoivaa moni{7}}prosessia.

Formulaatiosuunnittelun periaatteet:Korkean PGPR-suhteen formulaatiot tulisi sovittaa yhteen HSH:n suuren energiatiheyden kanssa; keski{0}}–-pienen PGPR-suhteen formulaatiot tulee sovittaa CM:n laajennus-leikkausvirtauskenttään; jokaista DMG-osuuden 10 %:n lisäystä kohti on suositeltavaa pidentää CM-viipymisaikaa noin 20 % tai lisätä CM-kierrätystä yhdellä lisäkierrolla.

Tulevaisuuden tutkimussuunnat voivat sisältää: tässä tutkimuksessa kehitetyn leikkausvaihekaavion metodologian laajentaminen muihin W/O-elintarvikkeiden emulsiojärjestelmiin (esim. margariini, ei--maitovaahtokerma); käyttämällä in situ pieni-kulmasironta- ja neutroniheijastustekniikkaa DMG:n rajapinnan kiteytyskinetiikan selvittämiseksi leikkaus-jäähdytysolosuhteissa; ja vertaamalla HSH + CM -tandemprosessia uusiin teknologioihin, kuten mikrofluidisemulgointiin, jotta voidaan tutkia äärimmäistä säätötarkkuutta, joka on saavutettavissa korkean sisäisen faasin W/O-emulsioiden valmistuksessa.

PGPR:n ja DMG:n synergistinen vaikutus korkean sisäisen faasin W/O-salaattikastikejärjestelmissä edustaa dynaamista, leikkaus{0}}historiasta-riippuvaa, toisiaan täydentävää stabilointimekanismia, joka perustuu olennaisesti erilaisiin fysikaalisiin mekanismeihin-rajapinnan kalvon viskoelastisuuteen verrattuna kideverkoston rakentamiseen. Valinta suuren-leikkaushomogenoinnin ja kolloidijyrsinnän välillä on pohjimmiltaan näiden kahden emulgaattorin vastaavien "leikkausikkunoiden" yhteensovittaminen: HSH vastaa PGPR:n nopeaa rajapinnan adsorptiota, kun taas CM vastaa DMG:n rajapinnan ytimien kiteytymistä ja verkon rakentamista. Kahden laitetyypin rinnakkaiskäyttö muodostaa suunnitteluratkaisun, joka sovittaa yhteen tehokkuuden ja laadun. Tässä tutkimuksessa rakennettu "emulgoiva leikkausfaasikaavio" tarjoaa systemaattisen teoreettisen perustan ja käytännön ohjeita elintarviketeollisuuden korkean sisäisen faasin W/O-emulsioiden laitteiden valinnalle, prosessin suunnittelulle ja formuloinnin optimoinnille.