Từ quá trình đồng nhất hóa lực cắt cao-đến máy nghiền keo: Đặc tính lưu biến cắt nhũ tương của PGPR và DMG trong nước pha nội bộ cao-trong-Hệ thống trộn salad dầu (W/O)

Nhũ tương nước có pha nội bộ cao-trong-dầu (W/O) cao, với tỷ lệ thể tích pha phân tán φₒ Lớn hơn hoặc bằng 0,74, tạo thành nền tảng cấu trúc của nước xốt salad, các lựa chọn thay thế sốt mayonnaise và-chất béo phết thấp. Tuy nhiên, quá trình chuẩn bị công nghiệp của họ phải đối mặt với một vấn đề nan giải về xử lý cơ bản: sự khác biệt nội tại về năng lượng đầu vào giữa-đồng nhất hóa cắt cao và nghiền keo-hai công nghệ nhũ hóa chiếm ưu thế-khớp với động học hấp phụ bề mặt và hoạt động xây dựng mạng lưới-của chất nhũ hóa quyết định trực tiếp độ ổn định nhũ tương và chất lượng lưu biến. Bài viết này phân tích một cách có hệ thống đặc tính phản ứng cắt và hành vi bề mặt khác biệt{10}}của polyglycerol polyricinoleate (PGPR) và monoglyceride chưng cất (DMG) trong các hệ thống như vậy từ góc nhìn thống nhất về lưu biến cắt nhũ hóa. PGPR, với các đuôi kỵ nước axit ricinoleic phân nhánh và các nhóm đầu polyglycerol linh hoạt, nhanh chóng đạt đến trạng thái cân bằng hấp phụ ở bề mặt phân cách dầu{12}}nước và tạo thành một màng giao thoa có mô đun nhớt đàn hồi giãn nở cao, nhưng vẫn thể hiện sự phụ thuộc yếu vào lịch sử cắt. Ngược lại, DMG xây dựng khung mạng tinh thể chất béo với các đặc tính phục hồi thixotropic thông qua quá trình tạo mầm tại chỗ và lấp đầy không gian của các tinh thể chất béo tại bề mặt phân cách và trong pha liên tục, nhưng động học bề mặt của nó chậm và phụ thuộc nhiều vào lịch sử làm mát cắt đôi. Sức mạnh tổng hợp của hai chất nhũ hóa này không chỉ đơn thuần là sự kết hợp giá trị HLB bổ sung mà còn là sự hình thành cấu trúc ổn định kép-"Màng giao thoa PGPR (vỏ đàn hồi) + mạng tinh thể DMG (khung nhựa)"-trong trường dòng cắt. Loại thứ nhất cung cấp cho các giọt khả năng chống{20}kết tụ, trong khi loại thứ hai mang lại khả năng chống{21}}kết tủa và khả năng phục hồi thixotropic cho hệ thống khối. Bài viết này tiếp tục xây dựng sơ đồ pha cắt nhũ hóa sử dụng mật độ năng lượng (Eᵥ) và năng lượng cắt riêng (SBE) làm tham số kép, cho thấy các ranh giới có thể áp dụng và mối quan hệ bổ sung giữa quá trình đồng nhất hóa lực cắt-cao (Eᵥ cao, thời gian lưu trú ngắn) và quá trình nghiền keo (Eᵥ vừa phải, thời gian lưu trú dài, trường dòng chảy hỗn hợp cắt{24}}mở rộng) trong hệ thống này, từ đó cung cấp nền tảng lý thuyết cho việc lựa chọn thiết bị, thiết kế quy trình và tối ưu hóa công thức trong sản xuất công nghiệp nước sốt salad W/O có pha nội bộ cao.

Nhũ tương có pha bên trong cao (HIPE) thường đề cập đến các hệ thống nhũ tương trong đó phần thể tích pha phân tán (φ) vượt quá 0,74-giới hạn lý thuyết đối với việc đóng kín ngẫu nhiên các quả cầu cứng đồng nhất. Ngoài phần thể tích này, các giọt pha phân tán không còn là các đơn vị hình cầu tách rời nhau mà bị nén và biến dạng thành hình thái đa diện, với các giọt liền kề chỉ được ngăn cách bởi một màng cực mỏng của pha liên tục. Hình dạng cấu trúc vi mô độc đáo này mang lại một loạt các đặc điểm lưu biến phi Newton-ứng suất, hành vi cắt{6}}làm loãng và phản ứng giống như chất rắn nhớt đàn hồi--làm cho HIPE trở thành mẫu cấu trúc lý tưởng cho các sản phẩm thực phẩm bán rắn như sốt mayonnaise, nước sốt salad và phết ít chất béo.

Trong nhóm HIPE rộng hơn, nhũ tương có pha bên trong cao nước trong dầu (W/O) chiếm một vị trí đặc biệt. Không giống như các HIPE O/W phổ biến hơn, nhũ tương W/O sử dụng nước làm pha phân tán và dầu làm pha liên tục. Trong ngành công nghiệp thực phẩm, cấu hình cấu trúc "nước{4}}trong-dầu" này phù hợp tốt với nhu cầu cảm giác của nước xốt và phết salad: pha dầu liên tục mang lại cảm giác no-trong miệng và giải phóng hương vị kéo dài, trong khi các giọt nước phân tán góp phần mang lại cảm giác xúc giác sảng khoái và khả năng làm đầy thể tích-trong công thức-giảm chất béo. Tuy nhiên, việc chuẩn bị nhũ tương có pha nội bộ cao W/O khó khăn hơn đáng kể so với các nhũ tương có pha O/W tương tự. Khó khăn này xuất phát từ hai yếu tố chính: Nhũ tương W/O vốn là hệ thống không ổn định về mặt nhiệt động và phần thể tích lớn của các giọt nước nén khoảng cách giữa các giọt-đến mức dưới{12}micron, làm tăng đáng kể động lực cho sự kết tụ. Hơn nữa, chất nhũ hóa W/O cấp thực phẩm không chỉ bị hạn chế về chủng loại mà chủ yếu là các chất hoạt động bề mặt phân tử nhỏ có độ bền màng tiếp xúc khiêm tốn, khiến cho khó đạt được độ ổn định lâu dài trong điều kiện pha bên trong cao.

Trong bối cảnh đó, hai chất nhũ hóa cấp thực phẩm không chứa ion-{2}}polyglycerol polyricinoleate (PGPR) và monoglyceride chưng cất (DMG)-đã nổi lên như một sự kết hợp lý tưởng để tạo ra các nhũ tương có pha nội bộ cao W/O ổn định nhờ đặc tính bề mặt bổ sung và định vị chức năng của chúng. PGPR là một trong những chất nhũ hóa W/O quan trọng nhất trong ngành công nghiệp thực phẩm, được tổng hợp thông qua quá trình este hóa glycerol polyme hóa với axit ricinoleic ngưng tụ. Nó có đuôi kỵ nước phân nhánh cao và sự phân bố rộng rãi của các nhóm đầu ưa nước. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng PGPR nhanh chóng đạt đến trạng thái cân bằng hấp phụ ở bề mặt phân cách dầu{7}}nước, với cấu trúc chuỗi-phân nhánh của nó mang lại cho màng bề mặt một mô đun đàn hồi nhớt giãn nở bề mặt cao có khả năng chống lại sự biến dạng màng bề mặt một cách hiệu quả do sự kết tụ nhũ tương gây ra. Ở nồng độ PGPR là 4% và tỷ lệ thể tích dầu là 0,7–0,8, nhũ tương W/O thu được có đặc tính lưu biến chiếm ưu thế-làm loãng và đàn hồi{14}}với tỷ lệ thu hồi thixotropic lần lượt là 131,26% và 114,56%.

DMG đại diện cho một cơ chế ổn định hoàn toàn khác. Là một monoglyceride được chưng cất phân tử có hàm lượng monoester lớn hơn hoặc bằng 90%, DMG có giá trị HLB khoảng 3,9–5,3 và có hoạt tính bề mặt vừa phải ở bề mặt phân cách dầu{4}}nước. Tuy nhiên, khả năng cốt lõi của nó để ổn định nhũ tương W/O bắt nguồn từ hoạt động xây dựng mạng lưới của các tinh thể chất béo ở bề mặt phân cách và trong pha liên tục. Trong quá trình làm mát, các phân tử DMG trải qua quá trình tạo mầm và kết tinh tại chỗ ở bề mặt phân cách dầu{8}}nước và trong pha liên tục, tạo thành cấu trúc không gian trong đó ổn định Pickering và ổn định mạng cùng tồn tại phối hợp. Mạng tinh thể này không chỉ ngăn chặn sự kết tụ của giọt nước thông qua các rào cản vật lý mà còn gây ra căng thẳng năng suất đáng kể và khả năng phục hồi thixotropic cho hệ thống.

Nghiên cứu trước đây đã chứng minh rõ ràng rằng hỗn hợp PGPR + DMG mang lại độ ổn định nhũ tương tối đa trong hệ thống hỗn hợp dầu hướng dương-dầu dừa, với nhũ tương W/O ổn định được hình thành ở tổng nồng độ chất nhũ hóa là 3%. Trong các hệ thống chất nhũ hóa hỗn hợp PGPR DAG-, sự tương tác hiệp lực giữa quá trình kết tinh giữa các bề mặt và hoạt động bề mặt cao của PGPR dẫn đến nhũ tương có cả sự phân bố giọt đồng đều và độ ổn định đóng băng-tuyệt vời. Tuy nhiên, những nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào các tham số công thức tĩnh và sự hiểu biết có hệ thống về cách xử lý lịch sử cắt-tức là các đặc điểm trường dòng chảy do các thiết bị nhũ hóa khác nhau tạo ra ảnh hưởng như thế nào đến động học hấp phụ, hành vi kết tinh và tác dụng hiệp đồng của hai chất nhũ hóa{10}}vẫn còn thiếu.

Bài viết này nhằm mục đích, từ góc độ thống nhất của lưu biến học cắt, để xây dựng một chuỗi nhân quả hoàn chỉnh: thiết bị nhũ hóa → trường dòng cắt → hành vi giao thoa → lưu biến khối → độ ổn định của sản phẩm. Luận điểm trọng tâm là sự phối hợp giữa PGPR và DMG không phải là hàm xây dựng tĩnh mà là hàm phản ứng cắt động-; Về bản chất, sự lựa chọn giữa quá trình đồng nhất hóa lực cắt cao và quá trình nghiền keo là sự kết hợp và phù hợp của "cửa sổ cắt" tương ứng của hai chất nhũ hóa.

1 Vật liệu

PGPR (HLB ≈ 0,4–4,0, Hóa chất Trung Hải Quảng Châu); DMG (hàm lượng monoester Lớn hơn hoặc bằng 90%, HLB ≈ 3,9–5,3, cùng nhà cung cấp); dầu hướng dương (cấp thực phẩm); nước khử ion; muối, sucrose, xanthan gum (cấp thực phẩm).

Hệ thống mô hình trộn salad 2 W/O

Pha dầu: dầu hướng dương với chất nhũ hóa hỗn hợp PGPR/DMG (tổng nồng độ 1%–5%, chuỗi tỷ lệ PGPR:DMG từ 0:10 đến 10:0), hòa tan khi khuấy ở 70 độ. Pha nước: nước khử ion + muối 1,5% + sucrose 3% + xanthan gum 0,1%, hòa tan khi khuấy ở 60 độ. Tỷ lệ khối lượng nước-trên{17}}dầu: 70:30 (φₒ=0.7) và 60:40 (φₒ=0.6), tạo thành hai chuỗi.

3 Thiết bị và chế biến nhũ tương

Quá trình đồng nhất hóa cắt cao-(HSH) sử dụng bộ đồng nhất phân tán tốc độ cao-kỹ thuật số (FJ200-SH, Shanghai Huxi), với thông số xử lý là 8.000–18.000 vòng/phút và thời lượng 1–5 phút. Phay keo (CM) sử dụng máy nghiền keo tuần hoàn quy mô phòng thí nghiệm (JMS{23}}50D, Langfang General Machinery), với khe hở stato-rotor là 100–500 μm, tốc độ rôto 3.000–6.000 vòng/phút và 1–5 vòng tuần hoàn. Sau khi nhũ hóa, tất cả nhũ tương được làm lạnh nhanh chóng đến 25 độ trong bể nước đá.

4 phương pháp mô tả đặc điểm

• Hình thái giọt nước:Kính hiển vi quang học (BX53, Olympus) ở độ phóng đại ×400; phân bố kích thước giọt (d₃,₂) được xác định bằng phần mềm phân tích hình ảnh ImageJ.
• Đặc tính lưu biến:Máy đo lưu biến quay (DHR-2, TA Instruments), hình dạng tấm song song 40 mm (khoảng cách 1 mm), 25 độ . Lực cắt trạng thái-ổn định: 0,01–100 s⁻¹; quét biên độ: biến dạng 0,01%–100% ở 1 Hz; quét tần số: 0,1–100 rad/s ở mức biến dạng 0,1% (trong LVR); thixotropy: chu kỳ tốc độ cắt ba bước là 10⁻³→100→10⁻³ s⁻¹.
• Lưu biến giãn nở giao diện:Phép đo lưu biến giãn nở mặt dây chuyền-dựa trên phép đo lưu biến giãn nở mặt dây chuyền (OCA 25, DataPhysics), tần số dao động 5–45 mHz, biên độ 2%, nhiệt độ 25 độ .
• Phân tích kết tinh chất béo DSC:Đo nhiệt lượng quét vi sai (DSC 214 Polyma, Netzsch), tốc độ làm nóng/làm mát 5 độ/phút.
• Độ ổn định lưu trữ:Bảo quản ở nhiệt độ 25 độ/4 độ trong 30 ngày bằng cách quan sát trực quan sự phân tách và kết tụ pha.

1 Hành vi giao diện khác biệt của PGPR và DMG tại giao diện W/O

Các phép đo lưu biến giãn nở bề mặt cho thấy những khác biệt cơ bản giữa PGPR và DMG ở bề mặt phân cách dầu{0}}nước. PGPR nhanh chóng đạt đến trạng thái cân bằng hấp phụ ngay cả ở nồng độ rất thấp (0,1%), với mô đun giãn nở bề mặt E' biểu hiện sự phụ thuộc tần số yếu trong dải tần số 5–45 mHz, cho thấy đặc tính đàn hồi giống như chất rắn của màng bề mặt. Phát hiện này rất phù hợp với tài liệu: đuôi kỵ nước axit ricinoleic phân nhánh của PGPR tạo ra mô đun nhớt đàn hồi có độ giãn cao cho màng giao thoa, cho phép nó chống lại biến dạng giao diện một cách hiệu quả do sự kết tụ nhũ tương gây ra. Sau 15 chu kỳ nén-mở rộng, mô đun của màng giao diện PGPR chỉ suy giảm nhẹ, khẳng định độ ổn định giao diện lâu dài tuyệt vời của nó.

DMG thể hiện hành vi giao diện hoàn toàn khác nhau. Trong các điều kiện đo giống nhau, mô đun giãn nở của màng giao diện DMG thấp hơn đáng kể so với PGPR, với sự phụ thuộc tần số rõ rệt-mô đun tăng nhanh ở tần số cao và giảm ở tần số thấp-cho thấy đặc tính màng chiếm ưu thế-. Quan trọng hơn, khi nhiệt độ giảm từ 70 độ xuống 25 độ, mô đun giãn nở của màng giao diện DMG trải qua một bước tăng-giống như bước, liên kết chặt chẽ với hành vi kết tinh giao diện tại chỗ của nó. Phân tích DSC đã xác nhận giả thuyết này: trong quá trình làm mát, DMG thể hiện đỉnh tỏa nhiệt rõ rệt ở khoảng 45–50 độ, tương ứng với quá trình tạo mầm và kết tinh không đồng nhất của monoglyceride ở bề mặt phân cách dầu{11}}nước.

Hai hành vi giao diện riêng biệt này xác định kiểu phản ứng tương ứng của chúng trong các trường cắt. Sự hấp phụ bề mặt của PGPR là mộtquá trình điều khiển động học: các phân tử có thể nhanh chóng hoàn thành các điều chỉnh về hình dạng khi đến giao diện và đạt được phạm vi bao phủ cân bằng; do đó, sự phụ thuộc của nó vào cường độ cắt là tương đối yếu. Ngược lại, hành vi giao diện của DMG là mộtquá trình kết hợp động học-nhiệt động lực học: các phân tử trước tiên phải đạt được nồng độ bề mặt tới hạn tại bề mặt phân cách, sau đó là quá trình làm mát-kết tinh tại chỗ; do đó, cấu trúc bề mặt cuối cùng phụ thuộc rất nhiều vào quá trình lịch sử làm mát cắt-.

2 Ảnh hưởng của loại trường dòng cắt đến sự phân bố kích thước giọt

Quá trình đồng nhất hóa lực cắt cao (HSH) và quá trình nghiền keo (CM) đại diện cho hai loại trường dòng nhũ hóa khác nhau về cơ bản.

HSH thuộc loạinhiễu loạn quán tính-trường dòng chảy chiếm ưu thế. Dưới sự quay-tốc độ cao của rôto, chất lỏng trải qua những biến động hỗn loạn mạnh mẽ, với sự vỡ của giọt nước chủ yếu được kiểm soát bởi ứng suất quán tính hỗn loạn (~ρ(εd)^(2/3)). Đặc điểm cốt lõi của trường dòng chảy này là: mật độ năng lượng cực cao (10⁶–10⁸ W/m³), thời gian lưu trú rất ngắn (mili giây đến giây) và trường dòng chảy bị chi phối bởi các dòng xoáy cắt và hỗn loạn.

Mặt khác, máy nghiền keo thuộc loạitrường luồng hỗn hợp cắt-mở rộng. Trong khe hở rôto-stator, chất lỏng trải qua tác động kết hợp của dòng chảy giãn và cắt mạnh, đồng thời cơ chế phá vỡ giọt nước phức tạp hơn đáng kể. So với HSH, CM có mật độ năng lượng vừa phải (10⁵–10⁷ W/m³) nhưng thời gian lưu trú dài hơn đáng kể (từ giây đến phút), với thành phần dòng chảy kéo dài đáng kể.

Bảng 1 So sánh các đặc điểm của trường dòng chảy: Độ đồng nhất cắt cao- so với máy nghiền keo

Kết quả thử nghiệm đã chứng minh rằng khi chỉ sử dụng PGPR làm chất nhũ hóa, HSH ở tốc độ 18.000 vòng/phút trong 3 phút mang lại sự phân bố giọt với d₃,₂ ≈ 8–12 μm, với hình thái giọt đều đặn và phân bố kích thước hẹp. Khi xử lý CM được áp dụng ở mức năng lượng đầu vào tương đương, kích thước giọt trung bình tăng lên 15–20 μm, nhưng sự phân bố kích thước rộng hơn, thể hiện đặc tính lưỡng kim rõ rệt-một đỉnh chính ở 10–15 μm và một đỉnh phụ ở 25–35 μm.

Sự ra đời của DMG về cơ bản đã làm thay đổi bức tranh này. Trong hệ thống pha trộn PGPR:DMG=7:3 (tổng nồng độ 3%), chênh lệch kích thước giọt giữa HSH và CM thu hẹp đáng kể: d₃,₂ ≈ 10 μm đối với HSH và ≈ 12 μm đối với CM, giảm tỷ lệ từ khoảng 1,8× (riêng PGPR) xuống khoảng 1,2×. Quan trọng hơn, độ ổn định bảo quản (30 ngày, 25 độ ) của nhũ tương do CM-sản xuất vượt trội rõ rệt so với sản phẩm HSH-chỉ số mất ổn định của sản phẩm trước chỉ xấp xỉ 40% so với sản phẩm sau.

3 lực cắt-Cơ chế phản hồi của cấu trúc ổn định kép "Phim giao diện PGPR + Mạng tinh thể DMG"

Tại sao CM lại thể hiện lợi thế tương đối rõ rệt như vậy trong hệ thống kết hợp PGPR/DMG? Câu trả lời nằm ở những phản ứng khác biệt của hai chất nhũ hóa đối với lịch sử cắt và các đặc điểm độc đáo của trường dòng CM khớp chính xác với "cửa sổ cắt" tương ứng của chúng.

Sự hấp phụ bề mặt của PGPR là một quá trình động học nhanh chóng. Cho dù ở trạng thái hỗn loạn ở quy mô mili giây{1}} của HSH hay dòng chảy biến dạng ở quy mô-mở rộng-thứ hai của CM, các phân tử PGPR có thể nhanh chóng hoàn thành quá trình hấp phụ trên các bề mặt giọt nước mới được tạo ra, tạo thành một màng giao thoa đàn hồi. Tuy nhiên,khả năng tự phục hồi của màng giao diện PGPR chống lại hư hỏng cơ học bị hạn chế. Trong điều kiện nhiễu loạn cực độ của HSH, các giọt mới sinh trải qua các chu kỳ vỡ-kết hợp-tái- vỡ lặp đi lặp lại, với màng phân cách liên tục bị rách và xây dựng lại, dẫn đến hiệu quả nhũ hóa cận biên giảm dần.

Ngược lại, DMG yêu cầu môi trường kết hợp "cắt{0}}làm mát" khác biệt về cơ bản. Các điều kiện tiên quyết để DMG phát huy chức năng ổn định của nó ở bề mặt tiếp xúc và trong pha liên tục là: (1) các phân tử phải có đủ thời gian để đạt được nồng độ bề mặt tới hạn trên bề mặt giọt nước; (2) các giọt phải duy trì sự ổn định về hình thái dưới lực cắt thích hợp để cung cấp các mẫu tạo mầm cho quá trình kết tinh bề mặt; (3) tốc độ làm nguội phải ở mức vừa phải để cho phép tinh thể phát triển đầy đủ mà không kết tụ quá mức.

Đặc điểm trường dòng chảy của HSH-mật độ năng lượng cao, thời gian lưu trú cực ngắn, nhiễu loạn mạnh-gần như mâu thuẫn với tất cả các yêu cầu của DMG.Trong HSH, thời gian tồn tại của từng giọt cực kỳ ngắn (mili giây đến giây) và các phân tử DMG không có đủ thời gian để tích lũy tại bề mặt tiếp xúc, chứ chưa nói đến việc hoàn thành quá trình tạo mầm giao diện và phát triển tinh thể. Nhiệt ma sát đáng kể do HSH tạo ra đòi hỏi phải bù thêm làm mát bên ngoài, nén thêm cửa sổ kết tinh của DMG.

Đặc điểm trường dòng chảy của CM-mật độ năng lượng vừa phải, thời gian tồn tại lâu hơn, thành phần dòng mở rộng đáng kể-đáp ứng tất cả các yêu cầu của DMG.Trong dòng khe hở của CM, các giọt trải qua biến dạng mở rộng dần dần; sự gia tăng diện tích bề mặt diễn ra đồng bộ với sự khuếch tán bề mặt của DMG, tạo điều kiện động học lý tưởng cho quá trình kết tinh bề mặt. Trong dòng chảy kéo dài, các giọt vỡ thông qua cơ chế đứt gãy-có hình "quả tạ", tạo ra các giọt con có hình thái đều đặn và kích thước đồng đều, tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng mạng tinh thể đồng nhất sau này. Quan trọng hơn, thời gian cư trú lâu hơn của CM cho phép DMG có nhiều cơ hội để hoàn thành quá trình tạo mầm tinh thể và tăng trưởng ban đầu trong pha liên tục, tạo thành một cấu trúc không gian trong đó ổn định Pickering và ổn định mạng cùng tồn tại phối hợp.

Chúng tôi tóm tắt cơ chế này như làMô hình ổn định kép "Màng giao tiếp PGPR (vỏ đàn hồi) + Mạng tinh thể DMG (khung nhựa)". Trong mô hình này, PGPR cung cấp cấp độ bảo vệ đầu tiên-cung cấp cho mỗi giọt một lớp màng phân cách đàn hồi chống lại sự kết tụ; DMG cung cấp cấp độ bảo vệ thứ hai-xây dựng một bộ xương nhựa gồm các mạng tinh thể giữa các giọt, mang lại cho hệ thống khả năng chống-lắng đọng và hiệu suất phục hồi thixotropic. Sự tồn tại của cấu trúc kép này đã nhận được sự hỗ trợ gián tiếp từ tài liệu: các nghiên cứu về hệ thống chất nhũ hóa hỗn hợp PGPR DAG- đã chỉ ra rằng sự tương tác hiệp đồng giữa quá trình kết tinh bề mặt phân cách và hoạt động bề mặt cao của PGPR dẫn đến nhũ tương có cả sự phân bố giọt đồng đều và độ ổn định đóng băng{6}}tuyệt vời; trong PGPR-có chứa nhũ tương W/O, chất béo bề mặt làm cho các giọt hoạt động như chất độn hoạt động, tăng cường độ cứng và độ cứng của hệ thống.

4 Xây dựng sơ đồ pha cắt nhũ hóa và tiêu chí lựa chọn quy trình

Dựa trên các kết quả thí nghiệm có hệ thống, chúng tôi đã xây dựng sơ đồ pha cắt nhũ hóa sử dụng mật độ năng lượng (Eᵥ) và năng lượng cắt cụ thể (SBE) làm tham số kép, phân định ranh giới áp dụng và mối quan hệ bổ sung giữa HSH và CM trong hệ thống này.

Bảng 2 Sơ đồ pha cắt nhũ tương của nhũ tương PGPR/DMG pha trộn không có pha bên trong cao

Cửa sổ tôithích hợp cho các loại nước sốt salad đòi hỏi độ chảy cao và hiệu suất ép đùn tuyệt vời. Ở đây, PGPR là chất nhũ hóa chiếm ưu thế (Lớn hơn hoặc bằng 80%), với một lượng nhỏ DMG mang lại sự ổn định phụ trợ. Mật độ năng lượng cao của HSH có thể tinh chỉnh đầy đủ các giọt, trong khi hàm lượng DMG thấp đảm bảo rằng các hiệu ứng nhiệt của HSH không phá vỡ mạng tinh thể yếu. Nhũ tương thu được có giới hạn chảy khoảng 50–150 Pa và khả năng thu hồi thixotropic khoảng 80%–100%, thích hợp cho các sản phẩm có thể ép được đóng chai.

Cửa sổ IIđại diện cho vùng bổ sung tối ưu giữa HSH và CM. Khái niệm cốt lõi của chiến lược này là sử dụng HSH để phá vỡ giọt sơ cấp một cách hiệu quả, sau đó là CM để hoàn thiện quá trình sàng lọc cấu trúc thứ cấp-bao gồm việc đồng nhất hóa kích thước giọt và xây dựng định hướng của mạng tinh thể DMG. Các thử nghiệm đã xác nhận rằng quy trình song song "tiền nhũ tương HSH-(18.000 vòng/phút, 1 phút) + tinh chế tuần hoàn CM (3.000 vòng/phút, 3 lượt)” có thể đồng thời đạt được cả độ mịn của giọt (d₃,₂ ≈ 10–15 μm) và độ ổn định lưu trữ lâu dài{13}}(chỉ số mất ổn định trong 30 ngày < 5%). Quá trình này phù hợp với các loại nước sốt salad và các sản phẩm trải đều có yêu cầu khắt khe về độ ổn định khi bảo quản.

Cửa sổ IIIlà khu vực mà hiệu ứng mạng tinh thể DMG được hiện thực hóa đầy đủ. Thời gian cư trú dài hơn và đặc điểm dòng mở rộng của CM mang lại cho DMG nhiều cơ hội để xây dựng một mạng tinh thể hoàn chỉnh tại giao diện và trong pha liên tục. Nhũ tương thu được có thể đạt được giới hạn chảy 200–400 Pa, khả năng phục hồi thixotropic vượt quá 120% và-các đặc tính cơ thể dẻo-dẻo rõ rệt duy trì hình dạng trong điều kiện tĩnh (các đường gờ rõ ràng sau khi xúc) trong khi thể hiện khả năng chống nhớt vừa phải trong quá trình trải rộng động. Cửa sổ này đặc biệt thích hợp cho các loại bơ phết đông lạnh/để trong tủ lạnh và các loại bơ thay thế-làm từ thực vật yêu cầu khả năng giữ hình dạng-cao.

Cửa sổ IVchỉ ra rằng chỉ cần kéo dài thời gian CM hoặc tăng tốc độ rôto không thể bù đắp cho những thiếu sót về cấu trúc do không đủ liều PGPR hoặc điều kiện kết tinh DMG không đủ.

5 Phân tích định lượng về hành vi phục hồi thixotropic và tăng cường hiệp lực PGPR/DMG

Hành vi phục hồi thixotropic là chỉ số cốt lõi để đánh giá chất lượng sử dụng của nước xốt và phết salad.-sản phẩm phải có khả năng chảy tốt khi được vắt từ chai hoặc phết lên bánh mì, nhưng phải nhanh chóng phục hồi cấu trúc rắn-như rắn sau khi ép đùn hoặc dàn rộng để ngăn chặn sự xẹp xuống và tiết dầu.

Nhũ tương chỉ chứa PGPR cho thấy khả năng phục hồi thixotropic khoảng 70%–85%, với tốc độ phục hồi chậm (thời gian đặc trưng ~120–200 giây). Nhũ tương chỉ chứa DMG không thể tạo thành vòng trễ thixotropic hoàn chỉnh do các giọt thô và sự kết tụ nghiêm trọng (khả năng phục hồi<50%). When the two were blended at a 7:3 ratio, the thixotropic recovery could reach 130%–140%-exceeding the theoretical upper limit of 100% and indicating that the recovered structure was stronger than the initial structure-with a substantially accelerated recovery rate (characteristic time ~20–40 s). This counterintuitive "super-complete recovery" phenomenon suggests that further structural reinforcement occurs during the recovery process: the DMG crystal network continues to evolve toward a more ordered structure under static conditions, while the PGPR interfacial film preserves droplet integrity throughout this evolution.

Từ quan điểm thống nhất về lưu biến cắt nhũ tương hóa, bài viết này tiết lộ cơ chế hiệp lực và đặc tính phản ứng cắt- của PGPR và DMG trong các hệ thống trộn salad W/O pha nội bộ cao, đưa ra hướng dẫn sau đây cho quá trình chuẩn bị công nghiệp:

Nguyên tắc lựa chọn thiết bị:Các sản phẩm có-có khả năng chảy cao được sản xuất tốt nhất thông qua quá trình xử lý một bước-HSH; nên sử dụng các sản phẩm có độ ổn định trung bình-đến-cao để xử lý song song HSH + CM; Các sản phẩm giữ-hình thức cao được chuẩn bị một cách tối ưu bằng cách sử dụng quá trình xử lý-đa ưu thế-CM.

Nguyên tắc thiết kế công thức:Công thức có tỷ lệ PGPR cao phải phù hợp với mật độ năng lượng cao của HSH; công thức tỷ lệ PGPR trung bình-đến{1}}thấp phải phù hợp với trường dòng cắt mở rộng-của CM; đối với mỗi tỷ lệ DMG tăng 10%, nên kéo dài thời gian cư trú CM thêm khoảng 20% ​​hoặc tăng tuần hoàn CM thêm một lần nữa.

Các hướng nghiên cứu trong tương lai có thể bao gồm: mở rộng phương pháp biểu đồ pha cắt được phát triển trong nghiên cứu này sang các hệ thống nhũ tương thực phẩm W/O khác (ví dụ: bơ thực vật, kem đánh bông không có sữa); sử dụng kỹ thuật đo phản xạ neutron và tán xạ góc-nhỏ tại chỗ để làm sáng tỏ động học kết tinh bề mặt của DMG trong điều kiện làm mát cắt-; và so sánh quy trình song song HSH + CM với các công nghệ mới nổi như nhũ hóa vi lỏng để khám phá độ chính xác kiểm soát cuối cùng có thể đạt được trong quá trình chuẩn bị nhũ tương W/O pha nội bộ cao.

Tác dụng hiệp đồng của PGPR và DMG trong các hệ thống trộn salad có pha W/O pha bên trong cao thể hiện cơ chế ổn định bổ sung,-phụ thuộc vào lịch sử{1}}lịch sử cắt, dựa trên các cơ chế vật lý khác biệt cơ bản-độ nhớt của màng giao thoa so với cấu trúc mạng tinh thể. Về bản chất, sự lựa chọn giữa quá trình đồng nhất hóa lực cắt cao và quá trình nghiền keo là sự phù hợp của "cửa sổ cắt" tương ứng của hai chất nhũ hóa: HSH phù hợp với khả năng hấp phụ nhanh chóng trên bề mặt của PGPR, trong khi CM phù hợp với quá trình kết tinh tạo mầm bề mặt và cấu trúc mạng lưới của DMG. Việc sử dụng song song hai loại thiết bị này tạo thành một giải pháp kỹ thuật hài hòa giữa hiệu quả và chất lượng. "Sơ đồ pha cắt nhũ hóa" được xây dựng trong nghiên cứu này cung cấp nền tảng lý thuyết có hệ thống và hướng dẫn thực tế để lựa chọn thiết bị, thiết kế quy trình và tối ưu hóa công thức của nhũ tương có pha nội bộ có W/O cao trong ngành công nghiệp thực phẩm.