Wprowadzenie
Masło jest emulsją wielofazową składającą się z kuleczek tłuszczu, krystalicznego tłuszczu i fazy wodnej rozproszonych w ciągłej fazie olejowej. Oprócz smaku, najważniejszymi właściwościami masła pod względem postrzegania przez klientów są tekstura, wygląd i smarowność. Twardość i smarowność są ze sobą odwrotnie powiązane i są również dwiema najczęściej mierzonymi właściwościami masła (Wright 2001). Wiadomo, że obie te właściwości są silnie uzależnione od temperatury, ale wpływają na nie również szybkość chłodzenia po ubijaniu oraz regionalne lub sezonowe zmiany spowodowane dietą krów (Prentice 1972).
Reologia może być użytecznym narzędziem w charakteryzowaniu i optymalizacji właściwości teksturalnych masła. Moduł ścinania jest związany ze sztywnością produktu, którą można zmierzyć jako funkcję temperatury za pomocą testów oscylacyjnych, a Naprężenie plastyczneGranica plastyczności jest definiowana jako naprężenie, poniżej którego nie występuje przepływ; dosłownie zachowuje się jak słabe ciało stałe w spoczynku i ciecz po ugięciu.granica plastyczności reprezentuje naprężenie, które musi zostać pokonane, aby masło odkształciło się plastycznie, tj. rozprzestrzeniło się. Nowoczesne reometry, takie jak reometr rotacyjny Kinexus, mają również zaawansowane możliwości osiowe, które mogą być przydatne do badania innych właściwości masła, takich jak twardość (ściśliwość) i lepkość (kleistość).
Niniejsza nota aplikacyjna pokazuje, w jaki sposób reologia może być wykorzystana do porównania właściwości topnienia i rozprowadzania dwóch komercyjnych produktów - normalnego masła i masła do smarowania. Zwykłe masło zostało wykonane wyłącznie z tłuszczu mlecznego, podczas gdy masło do smarowania zawierało pewien procent oleju roślinnego w celu obniżenia temperatury topnienia i sztywności materiału po wyjęciu z lodówki.
Eksperymentalny
- Dwie próbki masła oceniano w zakresie temperatur od 4°C do 35°C, stosując testy oscylacyjne o amplitudzie small i testy osiowe.
- Pomiary wykonano przy użyciu reometru Kinexus z wkładem z płytką Peltiera i systemem pomiarowym z płytką chropowatą, wykorzystując wstępnie skonfigurowane sekwencje w oprogramowaniu rSpace.
- Zastosowano standardową sekwencję ładowania, aby zapewnić, że próbki podlegały spójnej historii termicznej i protokołowi ładowania.
- Test rampy temperaturowej z kontrolowanym odkształceniem o pojedynczej częstotliwości przeprowadzono w zakresie od 4°C do 35°C z szybkością 2°C/min, stosując odkształcenie w liniowym obszarze lepkosprężystym (LVR).
- Cykl osiowego ściskania-dekompresji przeprowadzono w temperaturze 4°C na 1 mm świeżej próbki i zmierzono normalną reakcję siły w celu określenia twardości i przyczepności.
Ustalenia i dyskusja
Badanie oscylacyjne
Small badanie oscylacyjne amplitudy jest badaniem nieniszczącym i dlatego może wykazać zmiany zachodzące w złożonej mikrostrukturze w czasie lub temperaturze bez jej rozbijania. Powszechnie mierzonymi parametrami są G', Moduł sprężystościModuł zespolony (składnik sprężysty), moduł magazynowania lub G', jest "rzeczywistą" częścią ogólnego modułu zespolonego próbki. Ten składnik sprężysty wskazuje na stałą lub fazową reakcję mierzonej próbki. moduł sprężystości (magazynowania) i G", Moduł lepkościModuł zespolony (składnik lepkościowy), moduł stratności lub G'' to "urojona" część ogólnego modułu zespolonego próbki. Ten lepki składnik wskazuje na reakcję próbki pomiarowej podobną do cieczy lub poza fazą. moduł lepkości (stratności). Odpowiadają one sztywności odpowiednio stałych i ciekłych składników próbki, przy czym całkowita sztywność jest określona przez Moduł zespolonyZłożony moduł składa się z dwóch składników, modułu magazynowania i modułu stratności. Moduł magazynowania (lub moduł Younga) opisuje sztywność, a moduł stratności opisuje tłumienie (lub lepkosprężystość) odpowiedniej próbki przy użyciu metody dynamicznej analizy mechanicznej (DMA). moduł zespolony, G* = √(G'2 + G "2).
Kąt fazowy (δ) jest miarą różnicy faz między przyłożonym naprężeniem a zmierzonym naprężeniem i może być wykorzystany do ilościowego określenia struktury pod względem jej właściwości lepkosprężystych. Materiał podobny do cieczy będzie miał kąt fazowy większy niż 45° (90° = całkowicie płynny), a materiał podobny do ciała stałego będzie mniejszy niż 45° (0° = całkowicie stały).
Rysunek 1 przedstawia wyniki dla oscylacyjnej rampy temperatury o pojedynczej częstotliwości przeprowadzonej na dwóch próbkach masła. W temperaturze 4°C normalne masło jest o rząd wielkości sztywniejsze niż masło do smarowania pod względem G'. Daje to pierwszą wskazówkę, dlaczego masło do smarowania może być używane prosto z lodówki, ponieważ oczekuje się, że niższe wartości G' będą odpowiadać niższej granicy plastyczności. Kąty fazowe są bardzo niskie (mniej niż 10°), co wskazuje, że próbki są bardzo stałe, gdy są przechowywane w lodówce, a masło do smarowania jest nieco bardziej elastyczne.
Wraz ze wzrostem temperatury wartości modułów maleją, wskazując na zmiękczenie struktury, które jest związane przede wszystkim z topnieniem krystalicznego tłuszczu mlecznego. Spadek ten jest najbardziej znaczący dla normalnego masła, gdzie G' spada o około 10 MPa między 4°C a 20°C w porównaniu do 0,5 MPa dla masła do smarowania. ToPunkt przecięciaW teście reologicznym, takim jak przemiatanie częstotliwości lub przemiatanie czas/temperatura, punkt przecięcia jest wygodnym punktem odniesienia wskazującym punkt "przejścia" próbki. przejście topnienia odpowiada również szczytowi kąta fazowego, który jest najbardziej widoczny dla próbki normalnego masła i występuje w nieco wyższej temperaturze w porównaniu z wariantem do smarowania.
Test osiowy
Drugim testem przeprowadzonym na próbkach masła był test osiowego ściskania-dekompresji, jak pokazano na rysunku 2. Polegał on na ściśnięciu próbki między dwiema płytkami, a następnie rozdzieleniu płytek przy jednoczesnym ciągłym rejestrowaniu normalnej reakcji siły. Etap ściskania odpowiada ugięciu i odkształceniu próbki i powinien być związany z twardością masła i łatwością rozsmarowywania. Etap dekompresji odpowiada lepkości lub kleistości i powinien wskazywać na tendencję masła do przylegania do noża podczas rozsmarowywania.
Rysunek 3 przedstawia profile siły normalnej dla dwóch próbek masła w odpowiedzi na odkształcenie osiowe. Ściśnięcie normalnego masła o 1 mm wymagało siły 30 N, podczas gdy masło do smarowania wymagało tylko 6 N siły. Oznacza to, że masło do smarowania poddaje się i odkształca znacznie łatwiej (jest mniej twarde) niż zwykłe masło, jak można by się spodziewać. Podczas dekompresji normalne masło wygenerowało szczytową siłę rozciągającą -10 N, bez ostrego piku zaobserwowanego dla masła do smarowania. Wskazuje to, że normalne masło miałoby większą tendencję do przyklejania się do noża podczas rozsmarowywania.
Wnioski
Reometr może być wykorzystywany do przeprowadzania szeregu różnych pomiarów w celu scharakteryzowania i porównania różnych maseł pod względem ich mikrostruktury, tekstury i łatwości rozprowadzania. Obejmują one testy oscylacyjne o pojedynczej częstotliwości do badania zmian sztywności i lepkosprężystości w zależności od temperatury oraz testy osiowe do oceny twardości i lepkości podczas użytkowania.