Johdanto
Voi on monifaasinen emulsio, joka koostuu rasvapalloista, kiteisestä rasvasta ja vesifaasista, jotka on dispergoitu jatkuvaan öljyfaasiin. Maun ohella voin tärkeimmät ominaisuudet kuluttajien mielikuvien kannalta ovat koostumus, ulkonäkö ja levittyvyys. Kovuus ja levitettävyys ovat käänteisessä suhteessa toisiinsa, ja ne ovat myös kaksi yleisimmin mitattua voin ominaisuutta (Wright 2001). Molempien ominaisuuksien tiedetään olevan voimakkaasti riippuvaisia lämpötilasta, mutta niihin vaikuttavat myös jäähdytysnopeus kirnuamisen jälkeen sekä lehmän ruokavaliosta johtuvat alueelliset tai kausittaiset vaihtelut (Prentice 1972).
Reologia voi olla hyödyllinen väline voin rakenneominaisuuksien kuvaamisessa ja optimoinnissa. Leikkausmoduuli liittyy tuotteen jäykkyyteen, joka voidaan mitata lämpötilan funktiona värähtelytesteillä, ja myötöraja edustaa jännitystä, joka on voitettava, jotta voi muuttuisi plastisesti eli leviäisi. Nykyaikaisilla reometreillä, kuten Kinexus-rotaatioreometrillä, on myös kehittyneet aksiaaliset ominaisuudet, joista voi olla hyötyä tutkittaessa voin muita ominaisuuksia, kuten kovuutta (kokoonpuristuvuutta) ja tarttuvuutta (tahmeutta).
Tässä sovellusohjeessa esitetään, miten reologiaa voidaan käyttää kahden kaupallisen tuotteen - tavallisen voin ja levitettävän voin - sulamisominaisuuksien ja leviämisominaisuuksien vertailuun. Normaali voi valmistettiin pelkästään maitorasvasta, kun taas levitettävässä voissa oli prosenttiosuus kasviöljyä, joka alensi sulamislämpötilaa ja jäykkyyttä jääkaapista otettaessa.
Kokeellinen
- Kahta voinäytettä arvioitiin lämpötila-alueella 4 °C-35 °C käyttäen small amplitudin värähtelytestausta ja aksiaalista testausta.
- Mittaukset tehtiin Kinexus-reometrillä, jossa oli Peltier-levypatruuna ja karhennetun levyn mittausjärjestelmä, ja käyttäen rSpace -ohjelmistossa valmiiksi määritettyjä sekvenssejä.
- Standardikuormitussekvenssiä käytettiin sen varmistamiseksi, että näytteisiin sovellettiin yhdenmukaista lämpöhistoriaa ja kuormitusprotokollaa.
- Yksitaajuinen rasitusohjattu lämpötilaramppitesti suoritettiin 4 °C:n ja 35 °C:n välillä nopeudella 2 °C/min käyttäen rasitusta lineaarisella viskoelastisella alueella (LVR).
- Aksiaalinen puristus- ja puristussykli suoritettiin 4 °C:ssa 1 mm:n pituiselle tuoreelle näytteelle, ja normaali voimavaste mitattiin kovuuden ja tarttuvuuden määrittämiseksi.
Tulokset ja keskustelu
Värähtelytestaus
Small amplitudioskillaatiotestaus on rikkomukseton testi, ja sen avulla voidaan siten osoittaa monimutkaisessa mikrorakenteessa ajan tai lämpötilan myötä tapahtuvat muutokset rikkomatta sitä. Yleisesti mitattavat parametrit ovat G', KimmomoduuliKompleksinen moduuli (kimmokomponentti), varastointimoduuli tai G', on näytteiden "todellinen" osa kokonaiskompleksisesta moduulista. Tämä kimmokomponentti ilmaisee mitattavan näytteen kiinteän kaltaisen tai faasivasteen. kimmomoduuli (varastointimoduuli), ja G", ViskositeettimoduuliKompleksinen moduuli (viskoosikomponentti), häviömoduuli tai G'' on näytteiden kokonaiskompleksisen moduulin "imaginääriosa". Tämä viskoosikomponentti osoittaa mitattavan näytteen nestemäisen tai faasin ulkopuolisen vasteen. viskoosimoduuli (ViskositeettimoduuliKompleksinen moduuli (viskoosikomponentti), häviömoduuli tai G'' on näytteiden kokonaiskompleksisen moduulin "imaginääriosa". Tämä viskoosikomponentti osoittaa mitattavan näytteen nestemäisen tai faasin ulkopuolisen vasteen. häviömoduuli). Nämä vastaavat näytteen kiinteän ja nestemäisen komponentin jäykkyyttä, ja kokonaisjäykkyys saadaan kompleksimoduulilla G* = √(G'2 + G "2).
Vaihekulma (δ) on kohdistetun rasituksen ja mitatun jännityksen välisen vaihe-eron mitta, ja sitä voidaan käyttää rakenteen viskoelastisten ominaisuuksien määrittelemiseen. Nestemäisen materiaalin vaihekulma on suurempi kuin 45° (90° = täysin nestemäinen) ja kiinteän materiaalin vaihekulma on pienempi kuin 45° (0° = täysin kiinteä).
Kuvassa 1 esitetään tulokset, jotka on saatu kahdelle voinäytteelle suoritetusta yhden taajuuden värähtelevästä lämpötilarampista. Normaali voi on 4 °C:n lämpötilassa G':n suhteen kertaluokkaa jäykempi kuin levitettävä voi. Tämä antaa ensimmäisen viitteen siitä, miksi levitettävää voita voidaan käyttää suoraan jääkaapista, sillä pienempien G' -arvojen odotetaan vastaavan pienempää myötöjännitystä. Molemmat vaihekulmat ovat hyvin pieniä (alle 10°), mikä osoittaa, että näytteet ovat hyvin kiinteitä, kun niitä säilytetään jääkaapissa, ja levitettävä voi on hieman joustavampaa.
Lämpötilan noustessa moduuliarvot pienenevät, mikä viittaa rakenteen pehmenemiseen, joka liittyy pääasiassa kiteisen maitorasvan sulamiseen. Tämä lasku on merkittävin normaalin voin kohdalla, sillä G' laskee noin 10 MPa 4 °C:n ja 20 °C:n välillä, kun taas levitettävän voin kohdalla lasku on 0,5 MPa. Tämä sulamissiirtymä vastaa myös vaihekulman huippua, joka on selvimmin havaittavissa tavallisessa voinäytteessä ja joka tapahtuu hieman korkeammassa lämpötilassa kuin levitettävän vaihtoehdon tapauksessa.
Aksiaalinen testaus
Toinen voinäytteille suoritettu testi oli aksiaalinen puristus- ja puristustesti, kuten kuvassa 2 on esitetty. Siinä näyte puristettiin kahden levyn väliin ja sitten levyt irrotettiin toisistaan samalla, kun normaalivoiman vastetta kirjattiin jatkuvasti. Puristusvaihe vastaa näytteen taipumista ja muodonmuutosta, ja sen pitäisi olla yhteydessä voin kovuuteen ja levittämisen helppouteen. Puristusvaihe vastaa tahmeutta tai tahmeutta, ja sen pitäisi osoittaa taipumusta, että voi tarttuu veitseen levityksen aikana.
Kuvassa 3 esitetään kahden voinäytteen normaalivoimaprofiilit aksiaalisen muodonmuutoksen vaikutuksesta. Normaalin voin puristaminen 1 mm:n verran vaati 30 N:n voiman, kun taas levitettävän voin puristaminen vaati vain 6 N:n voiman. Tämä osoittaa, että levitettävä voi taipuu ja deformoituu paljon helpommin (se on vähemmän kovaa) kuin normaali voi, kuten olisi odotettavissa. Puristettaessa normaali voi sai aikaan -10 N:n suuruisen vetovoiman, eikä levitettävän voin kohdalla havaittu jyrkkää huippua. Tämä osoittaa, että tavallisella voilla olisi suurempi taipumus tarttua veitseen levityksen aikana.
Päätelmät
Reometrillä voidaan tehdä erilaisia mittauksia, joilla voidaan luonnehtia ja vertailla eri voideja niiden mikrorakenteen, rakenteen ja levittyvyyden suhteen. Näihin kuuluvat yksitaajuiset värähtelytestit, joilla voidaan tutkia jäykkyyden ja viskoelastisuuden muutoksia lämpötilan mukaan, sekä aksiaaliset testit, joilla arvioidaan kovuutta ja tarttuvuutta käytön aikana.