Brookfield-mérések korrelációja Rheonics SRV a majonézgyártásban

A majonéz egy olaj-a-vízben emulzió, amelynek állaga, stabilitása és feldolgozhatósága a reológiájától függ. Az olyan tulajdonságok, mint a kanalazhatóság, a kenhetőség, az olajkiválás ellenállása és a szivattyúzhatóság, a viszkozitástól és a folyáshatártól függenek, amelyeket olyan formulációs változók szabályoznak, mint az olajtartalom, a tojássárgája és a savkoncentráció.

Mivel a viszkozitás határozza meg a termék minőségét, a gyártók rutinszerűen mérik azt a gyártás során laboratóriumi rotációs viszkoziméterrel. Ez az offline módszer manuális mintavételt igényel, és csak a mintavétel időpontjában tükrözi a terméket, valamint hiányzik a folyadék inline szabályozásának megismételhetősége. Ezen problémák ellenére a rotációs viszkoziméterek jól bevált technológia a majonézgyártásban, amelyeket a minőségellenőrző laboratóriumokban már évek óta használnak.

A folyamatba épített viszkozitásmérés leküzdheti ezeket a korlátokat azáltal, hogy folyamatosan figyeli a terméket közvetlenül a folyamatban. A valós idejű mérések lehetővé teszik a gyártók számára, hogy azonnal észleljék a folyamatbeli eltéréseket, javítva a tétel konzisztenciáját és szabályozását. Rheonics Az SRV egy erre a célra tervezett, beépített viszkozitásmérő.

Az inline mérések eleinte eltérnek a laboratóriumi értékektől az eltérő üzemi körülmények és a legtöbb folyadék nem newtoni jellege miatt. Tekintettel arra, hogy az ügyfelek megbíznak a rotációs mérőkben és a minőségellenőrzési előírásokban, gyakran keresnek összefüggést az SRV és az offline rotációs értékek között, ami lehetővé teszi számukra a manuális mintavétel szükségességének csökkentését vagy kiküszöbölését is. Ez a tanulmány a következők közötti kapcsolatot értékeli: Rheonics SRV és Brookfield viszkozitásmérések számos kereskedelmi forgalomban kapható majonéz-készítményen.

Megjegyzés: Az SRV fő célja a konzisztens és megismételhető mérések biztosítása. Ezután eldöntheti, hogy létrehoz-e egy, a laboratóriumi mérésekkel összehangolt profilt (például skálázás) vagy csak az SRV adatokon alapul. Ez a videó segíthet eloszlatni a további kérdéseket: Így Rheonics Az SRV Inline viszkozitásmérő összehasonlítható más eszközökkel, és pontosságot ad a folyamatokhoz.

Ez a tanulmány azt vizsgálja, hogy kimutatható-e megbízható összefüggés a következők között: Rheonics SRV öt kereskedelmi forgalomban kapható, széles olajtartalmú és receptúra-típusú termék inline viszkozitás-mérései és Brookfield laboratóriumi viszkozitásmérései majonéz esetében.

A konkrét célok a következők:

• Jellemezze az egyes termékek viszkozitási profilját Brookfield viszkozitásmérővel több orsósebességen.

• Számszerűsíteni SRV öt egymást követő kísérlet ismételhetőségének leolvasása termékenként (CVvariációs koefficiens).

• Azonosítsa a Brookfield RPM-et, amely a legkövetkezetesebb méréseket mutatja az átlag és a mérőszám közötti megfelelő lineáris korreláció (R²) szempontjából. SRV és az átlagos Brookfield viszkozitási értékek.

• Állapítsd meg, hogy egyetlen lineáris egyenlet megbízhatóan képes-e átszámítani a két mérési módszert különböző majonéztermékek esetén.

Termékek kiválasztása

1. táblázat. Az öt majonézminta címkén feltüntetett összetétele és piaci pozicionálása.

A méréseket LV4 orsóval felszerelt Brookfield viszkoziméterrel végezték, növekvő és csökkenő fordulatszám-lépésekben, minden fordulatszámon rögzítve a látszólagos viszkozitást és a nyomaték százalékos arányát. Azokat az adatpontokat, ahol a nyomatékkijelző nem stabilizálódott (villogó jelzőfény = Nem), rögzítették, de kevésbé megbízhatóként jelölték meg.

Megjegyzések:

• Minden mérést 23.5 °C-os szabályozott hőmérsékleten végeztünk.

• A megbízható viszkozitásmérés biztosítása érdekében csak a 20% és 80% közötti nyomatékértékű adatpontokat vették figyelembe az elemzésben.

• Az LV4 orsóállandója 6,000, ami a faktorkapcsolatot adja: Faktor = 6,000 / RPM, és viszkozitás (cP) = Nyomaték (%) × Faktor.

2. táblázat. Brookfield viszkozitásmérő vizsgálati feltételek (LV4 orsó)

A viszkozitásméréseket egy Rheonics SRV érzékelő USB-n keresztül csatlakoztatva a számítógéphez, és naplózva a következővel: Rheonics Vezérlőpanel. Minden termék esetében az érzékelőt egy mintacsésze alá merítették, és öt egymást követő mérési kísérletet végeztek el,

Megjegyzések:

• Minden próba 190 és 273 másodperc között futott. Az értékek körülbelül 3 másodperces időközönként frissültek.

• A környezeti hőmérséklet az első ülés során 23.5°C és 23.9°C között változott.Május 1-3.), és 24.0°C és 24.5°C között a második ülésben (május 4-5.).

1. ábra – Brookfield viszkozitás vs. fordulatszám mind az öt termék esetében

ábra 2 Az ábra az öt termék mindegyikére vonatkozóan három kiválasztott fordulatszám-érték melletti átlagos Brookfield látszólagos viszkozitást mutatja. A kiválasztott három fordulatszám alacsony, közepes és magas nyírási körülményeket jelent a megbízható nyomatéktartományon belül (vakuzás stabil = Igen). Mind az öt termék erős nyíráshígulási viselkedést mutat, a látszólagos viszkozitás nagyjából egy nagyságrenddel csökken a legalacsonyabbtól a legmagasabb tesztelt fordulatszámig.

2. ábra – SRV viszkozitás idősorai és átlagértékei

3–7. ábra az egyes termékek mind az öt kísérletének SRV viszkozitásméréseit mutatják. A kísérletenkénti állandósult állapotú átlag és az öt kísérlet összesített átlaga egymásra van helyezve. A Mayo 1 esetében az 1. kísérlet következetesen magasabb értéket mutat, mint a 2–5. kísérletek, ami a zavartalan minta ép emulziós szerkezetének tulajdonítható; a későbbi kísérletek rövid visszaesést mutatnak, majd tixotróp helyreállást. A kísérleten belüli pontosság (kísérleten belüli SD [szórás]) 0.15 cP alatt van az összes Mayo 1 kísérlet esetében, ami kiváló érzékelőstabilitást erősít meg.

Ábra 3. Május 1-i SRV-leolvasások

Ábra 4. Május 2-i SRV-leolvasások

Ábra 5. Május 3-i SRV-leolvasások

Ábra 6. Május 4-i SRV-leolvasások

Ábra 7. Május 5-i SRV-leolvasások

Amint azt fentebb látható, az 1. és 4. május ugyanazt a tendenciát mutatta az 1. próba során, ami szignifikánsan magasabb, mint a 2–5. próba. A legvalószínűbb magyarázat a tixotróp szerkezet helyreállása.

Amikor a majonéz pihen, emulziós hálózata teljesen strukturált géllé épül újjá. Az első SRV-mérés ezt az ép szerkezetet találja, ami a legmagasabb viszkozitási értéket eredményezi. A későbbi bemerítések megzavarják a helyi szerkezetet, és bár a próbák között részleges helyreállás történik, a minta nem épül fel teljesen a rövid időn belül.

Ez a viselkedés magyarázza, hogy a Mayo 1 és a Mayo 4 miért mutatja a legmagasabb variációs együtthatókat (CV). CV értékeik azonban elfogadható tartományon belül maradnak. Egy inline folyamatban ez a hatás várhatóan minimális, mivel a folyamatos áramlás állandó nyírás alatt tartja a terméket, megakadályozva a teljes szerkezeti visszaalakulást..

Megjegyzés: Eltávolíthattuk volna az 1. próbát egy valódi helyszíni tesztből, de megtartottuk, hogy bemutassuk, mi történhet valós körülmények között.

3. ábra – SRV átlag vs. Brookfield átlag: lineáris korreláció

8–13. ábra bemutatjuk a főbb tanulmányi eredményeket. Minden pont egy terméket jelöl, az átlagos Brookfield-viszkozitást (X-tengely) az SRV nagy átlagos viszkozitásának (Y-tengely) függvényében ábrázolva. Az elemzést hatszor végeztük el: egyszer minden Brookfield RPM-hez (1.5, 3.0 és 6.0), mind az öt termék felhasználásával (8–10. ábra), és megismétlődik, kivéve május 5-ét (11–13. ábra), ami jelentősen javította a korrelációt.

Ábra 8. Mind az öt termék lineáris korrelációt mutat 1.5 fordulat/perc sebességgel

Ábra 9. Mind az öt termék lineáris korrelációt mutat 3 fordulat/perc sebességgel

Ábra 10. Mind az öt termék lineáris korrelációt mutat 6 fordulat/perc sebességgel

Amint a fenti első három diagramon látható, mind az öt termék figyelembevételével az R² értékek 0.023-ra, 0.151-re és 0.340-re csökkennek 1.5, 3.0 és 6.0 fordulat/percnél. Ez túl alacsony ahhoz, hogy megbízható empirikus modellként szolgáljon, mivel a Mayo 5 megakadályozza az értelmes lineáris korrelációt mind az öt termék között. Az elemzést ezért megismételtük a Mayo 5 kizárásával.

Ábra 11. Mayo 5 lineáris korreláció kivételével 1.5 RPM-en

Ábra 12. Mayo 5 lineáris korreláció kivételével 3 RPM-en

Ábra 13. Mayo 5 lineáris korreláció kivételével 6 RPM-en

A Mayo 5 kizárása jelentősen javítja a korrelációt. Az így kapott R² értékek 0.865, 0.910 és 0.888 1.5, 3.0 és 6.0 fordulat/percnél.

A legerősebb korrelációt 3.0 RPM-nél kapjuk (R² = 0.910), és a következő lineáris egyenlettel korrelálható az SRV-vel:

• SRV (cP) = 0.4782 × BF₃.₀ (kcP) + 26.60 (R² = 0.910)

Az RCP-ben való megvalósításhoz az egyenletet át kell rendezni, hogy a Brookfield-viszkozitást az SRV-értékhez viszonyítva fejezzük ki. Tehát:

• BF₃.₀ (kcP) = (SRV (cP) − 26.60) / 0.4782
• Ekvivalens lineáris alak: BF₃.₀ = 2.090 × SRV − 55.62
• Így az RCP skálázási együtthatók a következők: C1 = 2.090 és a C0 = −55.62.

• Minden termék nyírásra hajlamos hígulást mutatott, a viszkozitás a főorsósebesség növekedésével csökkent. A Mayo 1-3 jelzésű termékek nagyobb viszkozitással rendelkeztek, mint a csökkentett zsírtartalmú termékek. Az 5. jelű Mayo (7% olaj) mutatta a legmagasabb Brookfield viszkozitást minden fordulatszámon.

• Az SRV ismételhetősége minden termék esetében jó volt. A Mayo 2, 3 és 5 variációs együtthatói 0.9–1.4% között voltak, míg a Mayo 1 és 4 nagyobb variabilitást mutatott (5.0% és 4.0%), mivel az első mérés következetesen magasabb volt, mint a többi, valószínűleg a tixotróp szerkezet helyreállása miatt. Inline alkalmazásokhoz a szonda behelyezése után legalább 60 másodperces stabilizációs időszak ajánlott.

• A tesztelt feltételek közül a 3.0 RPM mutatta a legjobb korrelációt az SRV mérésekkel (R² = 0.910), ezt követte a 6.0 RPM (0.889) és az 1.5 RPM (0.865).

• A legerősebb korrelációt 3.0 RPM-nél kapjuk, a Mayo 5 kivételével (R² = 0.910). Az RCP implementáció esetében a skálázási együtthatók a következők: C1 = 2.090 és a C0 = −55.62.

• Ez a korreláció 30–80% olajat tartalmazó majonéz esetén érvényes 23.5 °C-on, LV4 orsó alkalmazásával. Az 5-ös majonéz (7% olaj, hidrokolloiddal sűrített) nem követi ezt az összefüggést, és külön korrelációs modellt igényel.