7º SIMPOSIO INTERNACIONAL SOBRE REOLOGÍA Y ESTRUCTURA DE LOS ALIMENTOS: un nuevo viscosímetro de proceso para aplicaciones de reología alimentaria
General
El Simposio Internacional sobre Reología y Estructura de los Alimentos (ISFRS) fue organizado por el Instituto de Alimentos, Nutrición y Salud de ETH Zürich.
El Simposio internacional sobre reología y estructura de los alimentos aborda las necesidades de los investigadores de reología y estructura de los alimentos. El simposio está dedicado a la reología de los alimentos y los sistemas relacionados, a la estructura de los alimentos y al análisis de la estructura, y a la compleja relación entre el procesamiento de alimentos, la estructura, la reología y la calidad de los alimentos resultante. La conferencia de apertura y varias conferencias magistrales presentadas por científicos conocidos ofrecen una visión general del estado del arte y un enfoque detallado en las áreas problemáticas recientes.
Dr. Joe Goodbread, director de tecnología de Rheonics pronunció una charla sobre “Un viscosímetro de proceso novedoso para aplicaciones de reología alimentaria”; citando el uso de SRV viscosímetro en aplicaciones de reología alimentaria.
Resumen
Los viscosímetros de proceso vibratorio se conocen desde hace casi 60 años, pero sólo han encontrado una aplicación modesta en los procesos de fabricación de alimentos, donde el control de la consistencia del producto es una alta prioridad. Esto se debe a la creencia arraigada por parte de los operadores de procesos de que sólo las mediciones definidas de corte son capaces de predecir el comportamiento de los productos generalmente no newtonianos y a menudo no homogéneos que fabrican. Un nuevo instrumento, el Rheonics El viscosímetro de proceso SRV desciende de una línea de viscosímetros vibratorios que han encontrado amplia aceptación en la industria de procesos alimentarios porque han demostrado ser capaces de controlar la consistencia en procesos complejos como mezcla de masa, coagulación de queso y maceración de cerveza. El SRV se basa en esta herencia y le agrega una novedosa estructura de resonador equilibrado que lo hace compacto, fácil de instalar y libre de la sensibilidad a las condiciones de montaje que ha afectado a diseños anteriores que carecen de su estructura simétrica. Dado que los viscosímetros vibratorios funcionan midiendo la tasa de pérdida de energía de un resonador sumergido en el fluido bajo prueba, cualquier pérdida de energía adicional debido a las vibraciones transferidas a las estructuras circundantes impone límites a la estabilidad y reproducibilidad de las mediciones del instrumento. El Rheonics El resonador equilibrado (pendiente de patente) garantiza la mayor reproducibilidad y estabilidad posibles en un instrumento resonante al eliminar la transmisión de las vibraciones del resonador a las estructuras circundantes. Otras mejoras a los viscosímetros vibratorios tradicionales incluyen sistemas patentados para rechazar la vibración ambiental debida a bombas y otra maquinaria de proceso, así como transductores electromagnéticos avanzados con un rechazo sin precedentes de la interferencia magnética de los vecinos.oring maquinaria. El Rheonics SRV ya ha demostrado su eficacia en una compleja línea de proceso de recubrimiento en suspensión en la que el operador inicialmente creía que sólo un instrumento reológicamente preciso podría controlar el proceso. El operador descubrió que la alta sensibilidad y estabilidad del SRV permitía el control del proceso mediante una medición de un solo punto, mientras que una batería de otros instrumentos capaces de medir la densidad y el contenido de sólidos no eran lo suficientemente sensibles para medir las pequeñas variaciones en el flujo del proceso que fueron cruciales para un recubrimiento uniforme y adherente.
Aplicaciones
El SRV se puede utilizar donde se requieran mediciones de un punto de viscosidad aparente, ya sea en fluidos newtonianos o no newtonianos.
Las aplicaciones incluyen:
- Mezcla de masa
- Control de viscosidad de fuelóleo pesado
- Monitor del proceso de recubrimiento en suspensiónoring Y control
- Optimización de bombeo
- Monitor de polimerizaciónoring
Exploración de la viscosimetría vibracional para mediciones reológicas.
- El viscosímetro vibratorio parece un candidato improbable para mediciones reológicas:
- El cizallamiento se realiza en una delgada capa límite alrededor de la sonda, en lugar de en el fluido a granel
- El corte es oscilatorio y cambia de dirección con la frecuencia de vibración de la sonda (aproximadamente 7.4 kHz). Para el Rheonics SRV.
- El sensor se sumerge efectivamente en un volumen semi-infinito de fluido, de modo que los gradientes de velocidad son indefinidos.
- En el lado positivo:
- Son muy estables
- Aunque la velocidad de corte es desconocida e incognoscible, es repetible, por lo que los viscosímetros vibracionales son buenos para mantener constantes las propiedades de flujo de un fluido en un entorno de proceso.
La superposición de un campo de cizallamiento a granel en un viscosímetro vibratorio puede proporcionar información reológica útil.
- Observación: cuando un sensor vibratorio como el SRV se coloca en un material altamente sensible a la velocidad de corte como el ketchup, su viscosidad indicada fluctúa fuertemente a medida que la sonda se mueve a través del material.
- Esto sugiere que si el sensor se colocara en un campo de corte uniforme y controlable, cambiar su velocidad de corte podría proporcionar información sobre las propiedades sensibles al corte del fluido.
Un simple "reómetro" de corte superpuesto
- Un cilindro de muestra gira sobre su eje mediante un motor de velocidad controlable.
- La sonda del viscosímetro vibratorio está sumergida en el fluido.
- La viscosidad indicada del fluido se registra a medida que varía la velocidad de rotación.
El "medidor de salsa de tomate"
- A Rheonics El viscosímetro SRV se sumerge en un cilindro que contiene una muestra de salsa de tomate.
- Un motor controlado por computadora (debajo de la plataforma de madera) gira la muestra a una serie de velocidades y duraciones fijas.
- La caja de control del viscosímetro transmite los valores medidos de viscosidad a la computadora.
Comportamiento de corte superpuesto de ketchup
- La viscosidad indicada en el cilindro estacionario es de aproximadamente 120 mPa.S. (Región 1)
- A medida que el cilindro gira, la viscosidad indicada disminuye. Cada paso es una duplicación de la velocidad de rotación. La viscosidad se acerca a una asíntota (Región 2)
- Cuando se detiene la rotación, la viscosidad aumenta lentamente a un nuevo nivel asintótico (Región 3).
- Ciertas características de este comportamiento son repetibles con precisión (segundo ciclo de medición).
Medición tradicional de la consistencia del ketchup: el Consistómetro de Bostwick
- La salsa de tomate puede fluir bajo su propio peso. La distancia recorrida en 30 segundos es una medida de su consistencia.
- Se usó un comedero tipo Bostwick improvisado en nuestro laboratorio para medir 3 productos de salsa de tomate diferentes. Las distancias recorridas fueron:
- Ketchup 1 (una marca conocida): 13 mm
- Ketchup 2 (una marca de la tienda "presupuesto"): 39 mm
- Ketchup 3 (una marca de tienda "ligera"): 28 mm
Comportamiento de 3 ketchups en medidas de cizallamiento superpuestas
- Observaciones
- K1 tenía el Bostwick más bajo, la viscosidad inicial más alta y la recuperación más lenta.
- K2 tenía la viscosidad más alta de alto cizallamiento, la recuperación más rápida.
- K3 se redujo por cizallamiento a tasas bajas, y por cizallamiento a tasas más altas
- La viscosidad recuperada final se correlacionó bien con la consistencia de Bostwick
Conclusiones
- La cizalla superpuesta tuvo una gran influencia en la viscosidad indicada.
- Las correlaciones entre la cizalladura superpuesta y la viscosidad indicada fueron repetibles para las tres variedades de salsa de tomate.
- Cada variedad de ketchup tuvo una respuesta única y repetible "firma" a las variaciones en la cizalladura superpuesta.
- "Recuperado" indicó que la viscosidad se correlacionaba bien con la medición del consistómetro de Bostwick, lo que implica que este método podría usarse para mediciones en línea, en línea, de las mismas propiedades capturadas por las mediciones de Bostwick.
Preguntas abiertas y trabajo futuro
- ¿Cómo interactúa el corte local en la capa límite oscilatoria con el corte global en el campo de corte superpuesto?
- ¿Qué pueden decirnos estas mediciones sobre la estructura de las sustancias similares al ketchup, aquellas con límite elástico y viscosidad dependiente del cizallamiento? En particular, ¿por qué el material más altamente estructurado, el ketchup 1, tarda más tiempo en volver a un valor de viscosidad en reposo que el menos estructurado, el ketchup 2?
- Los experimentos futuros variarán las amplitudes relativas de las velocidades de corte en los campos de corte oscilatorio y superpuesto para comprender tanto sus contribuciones relativas como la naturaleza de sus interacciones.
