Bevezetés
A vaj egy többfázisú emulzió, amely zsírgömbökből, kristályos zsírból és vizes fázisból áll, és egy folyamatos olajfázisban diszpergált. Az íz mellett a vaj legfontosabb tulajdonságai a vásárlói megítélés szempontjából az állag, a megjelenés és a kenhetőség. A keménység és a kenhetőség fordítottan arányos egymással, és ez a vaj két leggyakrabban mért tulajdonsága is (Wright 2001). Mindkettőről ismert, hogy nagymértékben függ a hőmérséklettől, de befolyásolja őket a hűtési sebesség a kavarás után, valamint a tehén táplálkozásából adódó regionális vagy szezonális eltérések is (Prentice 1972).
A reológia hasznos eszköz lehet a vaj texturális tulajdonságainak jellemzésében és optimalizálásában. A nyírási modulus a termék merevségéhez kapcsolódik, amely a hőmérséklet függvényében oszcillációs vizsgálatokkal mérhető, a Termelési feszültségA folyási feszültséget úgy határozzák meg, mint azt a feszültséget, amely alatt nem következik be áramlás; a szó szoros értelmében nyugalmi állapotban gyenge szilárd anyagként, folyékony anyagként viselkedik, amikor folyik.folyáshatár pedig azt a feszültséget jelöli, amelyet le kell győzni ahhoz, hogy a vaj plasztikusan deformálódjon, azaz szétterüljön. A modern reométerek, mint például a Kinexus rotációs reométer, fejlett axiális képességekkel is rendelkeznek, amelyek hasznosak lehetnek a vaj egyéb jellemzőinek, például a keménység (összenyomhatóság) és a tapadás (ragadós tulajdonság) vizsgálatához.
Ez az alkalmazási megjegyzés bemutatja, hogyan lehet a reológiát két kereskedelmi termék - egy normál vaj és egy kenhető vaj - olvadási és kenhetőségi jellemzőinek összehasonlítására használni. A normál vaj kizárólag tejzsírból készült, míg a kenhető vaj tartalmazott egy százalék növényi olajat, hogy csökkentse az olvadási hőmérsékletet és az anyag merevségét, amikor kiveszik a hűtőszekrényből.
Kísérleti
- A két vajmintát 4°C és 35°C közötti hőmérséklet-tartományban vizsgálták a small amplitúdójú oszcillációs és axiális vizsgálat segítségével.
- A méréseket Peltier lemezkazettával és érdesített lemezlemezes mérőrendszerrel ellátott Kinexus reométerrel végeztük, az rSpace szoftverben előre beállított szekvenciákat használva.
- Egy szabványos terhelési szekvenciát alkalmaztunk annak biztosítása érdekében, hogy a minták következetes hőtörténetnek és terhelési protokollnak legyenek kitéve.
- Egyszeri frekvenciájú, feszültségvezérelt hőmérséklet-emelkedéses vizsgálatot végeztünk 4°C és 35°C között 2°C/perc sebességgel, a lineáris viszkoelasztikus tartományon (LVR) belüli feszültséget alkalmazva.
- 4°C-on 1 mm friss mintán axiális összenyomódási-összenyomódási ciklust végeztek, és a keménység és a tapadás meghatározásához megmérték a normál erőreakciót.
Megállapítások és vita
Oszcillációs tesztelés
Small az amplitúdó-oszcillációs vizsgálat roncsolásmentes vizsgálat, ezért képes megmutatni az összetett mikroszerkezetben idővel vagy hőmérséklettel bekövetkező változásokat anélkül, hogy azt megbontaná. Az általánosan mért paraméterek a G', a rugalmassági (tárolási) modulus, és a G", a viszkózus (veszteség) modulus. Ezek megfelelnek a minta szilárd és folyékony jellegű összetevőinek merevségének, a teljes merevséget pedig a Komplex modulusA komplex modulus két komponensből, a tárolási és a veszteségmodulból áll. A tárolási modulus (vagy Young-modulus) a merevséget, a veszteségmodul pedig a megfelelő minta csillapítási (vagy viszkoelasztikus) viselkedését írja le a dinamikus mechanikai analízis (DMA) módszerével. komplex modulus, G* = √(G'2 + G "2) adja meg.
A fázisszög (δ) az alkalmazott alakváltozás és a mért feszültség közötti fáziskülönbség mértéke, és a szerkezet viszkoelasztikus jellemzőinek számszerűsítésére használható. Egy folyadékszerű anyag fázisszöge 45°-nál nagyobb (90° = teljesen folyékony), egy szilárd anyagé pedig 45°-nál kisebb (0° = teljesen szilárd).
Az 1. ábra a két vajmintán végzett egyfrekvenciás oszcillációs hőmérséklet-emelkedés eredményeit mutatja. 4°C-on a normál vaj a G' értéket tekintve egy nagyságrenddel merevebb, mint a kenhető vaj. Ez adja az első támpontot arra, hogy miért használható a kenhető vaj közvetlenül a hűtőszekrényből, mivel a G' alacsonyabb értékei várhatóan alacsonyabb folyáshatárnak felelnek meg. Mindkét fázisszög nagyon alacsony (10°-nál kisebb), ami azt jelzi, hogy a minták nagyon szilárdak, amikor a hűtőben tárolják őket, a kenhető vaj pedig valamivel rugalmasabb.
A hőmérséklet növelésével a modulusértékek csökkennek, ami a szerkezet lágyulására utal, ami elsősorban a kristályos tejzsír Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadásával függ össze. Ez a csökkenés a normál vaj esetében a legjelentősebb: a G' érték 4°C és 20°C között körülbelül 10 MPa, míg a kenhető vaj esetében 0,5 MPa. Ez az olvadási átmenet a fázisszög csúcsával is egybeesik, amely a normál vajminta esetében a legmarkánsabb, és a kenhető változathoz képest valamivel magasabb hőmérsékleten következik be.
Axiális vizsgálat
A vajmintákon végzett második vizsgálat a 2. ábrán látható axiális nyomó-dekompressziós vizsgálat volt. Ennek során a mintát a két lemez közé szorították, majd szétválasztották a lemezeket, miközben folyamatosan rögzítették a normál erőreakciót. A tömörítési szakasz a minta engedékenységének és deformációjának felel meg, és a vaj keménységével és könnyű teríthetőségével kell összefüggésbe hozni. A dekompressziós szakasz a ragacsosságnak vagy ragadósnak felel meg, és azt kell jeleznie, hogy a vaj a kenés során hajlamos-e a késhez tapadni.
A 3. ábra a két vajminta normál erőprofilját mutatja a tengelyirányú alakváltozás hatására. A normál vaj 1 mm-es összenyomásához 30 N erőre volt szükség, míg a kenhető vaj esetében csak 6 N erőre. Ez azt jelzi, hogy a kenhető vaj sokkal könnyebben enged és deformálódik (kevésbé kemény), mint a normál vaj, ahogy az várható volt. Nyomáscsökkentéskor a normál vajnál -10 N csúcshúzóerő keletkezett, a kenhető vajnál nem volt megfigyelhető éles csúcsérték. Ez azt jelzi, hogy a normál vaj hajlamosabb lenne a késhez tapadni a kenés során.
Következtetések
A reométer számos különböző mérés elvégzésére használható a különböző vajak jellemzésére és összehasonlítására mikroszerkezetük, textúrájuk és könnyű kenhetőségük szempontjából. Ezek közé tartoznak az egyfrekvenciás oszcillációs vizsgálatok a merevség és a viszkoelaszticitás hőmérsékletfüggő változásainak vizsgálatára, valamint az axiális vizsgálatok a keménység és a tapadás használat közbeni értékelésére.