Minn High-Shear Homogenization għal Colloid Mill: Emulsifying Shear Rheological Karatteristiċi ta' PGPR u DMG f'High Internal Phase Water-fi-Sistemi ta' Dressing għall-Insalata taż-Żejt (W/O)

Ilma ta' fażi interna għolja-f'-emulsjonijiet taż-żejt (W/O), bi frazzjonijiet ta' volum ta' fażi mxerrda φₒ Ikbar minn jew ugwali għal 0.74, jikkostitwixxu l-pedament strutturali ta' dressings għall-insalata, alternattivi ta' mayonnaise, u tixrid ta'-xaħam baxx. Madankollu, il-preparazzjoni industrijali tagħhom tiffaċċja dilemma tal-ipproċessar fundamentali: kif id-differenzi intrinsiċi fl-input tal-enerġija bejn l--shear omoġenizzazzjoni għolja u t-tħin tal-kollojde-iż-żewġ teknoloġiji predominanti tal-emulsifikazzjoni- jaqblu mal-kinetika tal-adsorbiment interfacial u l-imġieba tal-bini tan-netwerk-tal-kwalità tal-emulsjonanti jiddeterminaw direttament u l-istabbiltà tal-emulsjonanti. Dan id-dokument janalizza b'mod sistematiku l-imġieba interfacial differenzjata u l-karatteristiċi ta' rispons ta' shear-ta' polyglycerol polyricinoleate (PGPR) u monogliċeridi distillati (DMG) f'sistemi bħal dawn minn perspettiva unifikata ta' reoloġija ta' shear emulsifikanti. PGPR, bid-dnub idrofobiku ta 'l-aċidu ricinoleic ramifikat u l-gruppi tar-ras tal-poligliċerol flessibbli, jilħaq ekwilibriju ta' adsorbiment fl-interface taż-żejt-ilma u jifforma film interfacial ta 'modulu viscoelastiku ta' dilatazzjoni għoli, iżda juri dipendenza dgħajfa fuq l-istorja tal-shear. DMG, b'kuntrast, jibni skeletru tan-netwerk tal-kristall tax-xaħam bi proprjetajiet tixotropiċi ta' rkupru permezz ta' nukleazzjoni in situ u mili spazjali ta 'kristalli tax-xaħam fl-interface u fil-fażi kontinwa, iżda l-kinetika interfacial tagħha hija bil-mod u dipendenti ħafna fuq l-istorja tat-tkessiħ akkoppjat tal-shear-. Is-sinerġija ta 'dawn iż-żewġ emulsjonanti mhix sempliċement tqabbil ta' valur HLB kumplimentari, iżda pjuttost il-formazzjoni ta 'struttura ta' stabbilizzazzjoni doppja-"film interfacial PGPR (qoxra elastika) + netwerk tal-kristall DMG (skeletru tal-plastik)"-fi ħdan il-qasam tal-fluss tal-shear. Tal-ewwel jagħti qtar b'kapaċità ta' kontra-coalescence, filwaqt li tal-aħħar jagħti kapaċità ta' kontra-sedimentazzjoni u rkupru tixotropiku lis-sistema tal-massa. Dan id-dokument ikompli jibni dijagramma tal-fażi tal-shear emulsifikanti bl-użu tad-densità tal-enerġija (Eᵥ) u l-enerġija speċifika tal-shear (SBE) bħala parametri doppji, li tiżvela l-konfini applikabbli u r-relazzjonijiet kumplimentari bejn l-omoġenizzazzjoni għolja-shear (Eᵥ għoli, ħin ta’ residenza qasir) u tħin kollojdi (ħin ta’ residenza moderat, estensjoni) {24} kamp ta’ fluss twil, estensjoni tal-{24} kamp ta’ residenza twil din is-sistema, u b'hekk tipprovdi pedament teoretiku għall-għażla ta 'tagħmir, disinn tal-proċess, u ottimizzazzjoni tal-formulazzjoni fil-produzzjoni industrijali ta' fażi interna għolja W/O dressings għall-insalata.

Emulsjonijiet ta 'Fażi Interna Għolja (HIPEs) tipikament jirreferu għal sistemi ta' emulsjoni li fihom il-frazzjoni tal-volum tal-fażi mxerrda (φ) taqbeż 0.74-il-limitu teoretiku għall-ippakkjar mill-qrib bl-addoċċ ta 'sferi riġidi uniformi. Lil hinn minn din il-frazzjoni tal-volum, il-qtar tal-fażi mxerrda m'għadhomx unitajiet sferiċi separati b'mod reċiproku iżda huma kkompressati u deformati f'morfoloġiji poliedriċi, bi qtar maġenb separati biss b'film irqiq eċċessiv tal-fażi kontinwa. Din il-ġeometrija mikrostrutturali unika tagħti għadd ta' karatteristiċi reoloġiċi mhux-Newtonjani-rendiment stress, shear-imġieba ta' traqqiq, u rispons solidu-viskoelastiku-li jagħmel l-HIPEs mudelli strutturali ideali għal prodotti tal-ikel semi{{9}solidi, mayonnaise tal-insalata, mayonnaise baxx u tixrid baxx.

Fi ħdan il-familja usa' ta' HIPEs, ilma-fi-żejt (W/O) emulsjonijiet ta' fażi interna għolja jokkupaw pożizzjoni distintiva. B'differenza mill-O/W HIPEs aktar prevalenti, l-emulsjonijiet W/O jimpjegaw l-ilma bħala l-fażi mxerrda u ż-żejt bħala l-fażi kontinwa. Fl-industrija tal-ikel, din il-konfigurazzjoni strutturali "ilma-fi-żejt" tallinja sew mad-domandi sensorji tal-kisi tal-insalata u l-firxiet: il-fażi kontinwa taż-żejt tagħti sensazzjoni tal-ħalq rikk, sħiħa-bokka u ħelsien ta' togħma sostnuta, filwaqt li l-qtar tal-ilma mxerrda jikkontribwixxu kapaċità tat-tħassir iġjeniċi f'sensazzjoni ta' sensazzjoni {7}{8}{8}{8}f' formulazzjonijiet. Madankollu, il-preparazzjoni ta 'emulsjonijiet ta' fażi interna għolja W/O hija konsiderevolment aktar ta 'sfida mill-kontropartijiet O/W tagħhom. Din id-diffikultà tirriżulta minn żewġ fatturi prinċipali: l-emulsjonijiet W/O huma intrinsikament sistemi instabbli termodinamikament, u l-frazzjoni ta’ volum għoli ta’ qtar ta’ l-ilma tikkompressa distanzi inter-qtar għal livelli sub-micron, u b’mod drammatiku żżid il-forza li tmexxi l-koalescence. Barra minn hekk, l-emulsjonanti W/O ta' grad-ikel mhumiex biss limitati fil-varjetà iżda huma predominantement surfactants ta' molekuli żgħar-b'saħħa modesta tal-film interfaċjali, li jagħmlu stabbiltà fit-tul-taħt kundizzjonijiet ta' fażi interna għolja diffiċli biex tinkiseb.

F'dan l-isfond, żewġ emulsjonanti ta' grad ta' ikel mhux-joniku--polyglycerol polyricinoleate (PGPR) u monogliċeridi distillati (DMG)- ħarġu bħala taħlita ideali għall-kostruzzjoni ta' emulsjonijiet stabbli ta' fażi interna għolja W/O, minħabba l-imġiba interfacial komplimentari u l-funzjoni kumplimentari tagħhom. PGPR huwa wieħed mill-emulsjonanti W/O l-aktar importanti fl-industrija tal-ikel, sintetizzati permezz tal-esterifikazzjoni tal-gliċerol polimerizzat b'aċidu ricinoleic ikkondensat. Tippossjedi dnub idrofobiku ramifikat ħafna u distribuzzjoni wiesgħa ta 'gruppi ta' ras idrofiliċi. Studji wrew li PGPR malajr jilħaq ekwilibriju ta ' adsorbiment fl-interface taż-żejt-ilma, bl-istruttura tal-katina ramifikata-tagħha li tagħti l-film interfacial b'modulu viscoelastiku dilatational interfacial għoli li kapaċi jirreżisti b'mod effettiv id-deformazzjoni tal-film interfacial ikkawżat mill-koalescence tal-emulsjoni. F'konċentrazzjoni PGPR ta '4% u frazzjonijiet ta' volum taż-żejt ta '0.7–0.8, l-emulsjonijiet W/O li jirriżultaw juru shear-thinning u elastika-imġieba reoloġika dominanti, b'perċentwali ta' rkupru tixotropiku ta '131.26% u 114.56%, rispettivament.

DMG jirrappreżenta mekkaniżmu ta 'stabbilizzazzjoni kompletament differenti. Bħala monogliċeride distillat molekulari b'kontenut ta' monoester Iktar minn jew ugwali għal 90%, DMG għandu valur HLB ta' madwar 3.9–5.3 u jippossjedi attività interfaċjali moderata fl-interface taż-żejt-ilma. Madankollu, il-kapaċità ewlenija tagħha għall-istabbilizzazzjoni tal-emulsjonijiet W/O ġejja mill-imġiba tal-bini tan-netwerk-tal-kristalli tax-xaħam fl-interface u fil-fażi kontinwa. Waqt it-tkessiħ, il-molekuli DMG jgħaddu minn nukleazzjoni u kristallizzazzjoni in situ fl-interface taż-żejt-ilma u fi ħdan il-fażi kontinwa, li jiffurmaw struttura spazjali li fiha l-istabbilizzazzjoni ta' Pickering u l-istabbilizzazzjoni tan-netwerk jikkoeżistu b'mod sinerġiku. Dan in-netwerk tal-kristall mhux biss jipprevjeni l-koalescence tal-qtar permezz ta 'ostakli fiżiċi iżda wkoll jagħti stress ta' rendiment sinifikanti u rkupru tixotropiku lis-sistema.

Riċerka preċedenti wriet b'mod espliċitu li t-taħlita PGPR + DMG tagħti stabbiltà massima tal-emulsjoni f'sistemi mħallta taż-żejt tal-ġewż tal-ġewż-żejt tal-ġirasol, b'emulsjonijiet W/O stabbli ffurmati f'konċentrazzjoni totali ta 'emulsjonanti ta' 3%. F'sistemi ta 'emulsjonanti mħallta DAG-PGPR, l-interazzjoni sinerġistika bejn il-kristallizzazzjoni interfacial u l-attività għolja tal-wiċċ ta' PGPR tirriżulta f'emulsjonijiet kemm b'distribuzzjoni uniformi tal-qtar kif ukoll b'stabbiltà eċċellenti ta 'ffriżar-tidwib. Madankollu, dawn l-istudji ffokaw ħafna fuq parametri tal-formulazzjoni statika, u fehim sistematiku ta 'kif l-istorja tal-shear tal-ipproċessar-jiġifieri, kif il-karatteristiċi tal-kamp tal-fluss iġġenerat minn tagħmir ta' emulsifikazzjoni differenti jaffettwaw il-kinetika tal-adsorbiment, l-imġiba tal-kristallizzazzjoni, u l-effetti sinerġistiċi taż-żewġ emulsjonanti{{10}niqsin.

Dan id-dokument għandu l-għan, minn perspettiva unifikata ta 'shear rheology, li jibni katina kawżali kompluta: tagħmir ta' emulsifikazzjoni → qasam tal-fluss ta 'shear → imġieba interfacial → reoloġija bl-ingrossa → stabbiltà tal-prodott. It-teżi ċentrali hija li s-sinerġija bejn PGPR u DMG mhijiex funzjoni ta' formulazzjoni statika, iżda pjuttost funzjoni ta' rispons ta' shear-dinamiku; l-għażla bejn high-shear homogenization u colloid tħin hija, essenzjalment, it-tqabbil u l-kombinazzjoni tat-"shear windows" rispettivi taż-żewġ emulsjonanti.

1 Materjali

PGPR (HLB ≈ 0.4–4.0, Guangzhou Zhonghai Chemical); DMG (kontenut ta' monoester Ikbar minn jew ugwali għal 90%, HLB ≈ 3.9–5.3, l-istess fornitur); żejt tal-ġirasol (grad tal-ikel); ilma dejonizzat; melħ, sukrożju, xanthan gum (grad tal-ikel).

2 W / O Salad Dressing Mudell Sistema

Fażi taż-żejt: żejt tal-ġirasol b'emulsjonant imħallat PGPR/DMG (konċentrazzjoni totali 1%-5%, serje ta 'proporzjon PGPR:DMG minn 0:10 sa 10:0), maħlul taħt tħawwad f'70 grad. Fażi milwiema: ilma dejonizzat + melħ 1.5% + sukrożju 3% + xanthan gum 0.1%, maħlul taħt tħawwad f'60 grad. Proporzjonijiet tal-massa ta' ilma-ma-żejt: 70:30 (φₒ=0.7) u 60:40 (φₒ=0.6), li jiffurmaw żewġ serje.

3 Tagħmir u Ipproċessar ta 'Emulsifikazzjoni

High-shear homogenization (HSH) impjegat omoġenizzatur diġitali li jxerred b'veloċità għolja-(FJ200-SH, Shanghai Huxi), b'parametri tal-ipproċessar ta' 8,000–18,000 rpm u tul ta' żmien ta' 1–5 min. It-tħin kollojd (CM) impjega mitħna kollojde li tirriċikola fuq skala tal-laboratorju (JMS{23}}50D, Langfang General Machinery), b'distakk ta 'stator-rotor ta' 100-500 μm, veloċità tar-rotor ta '3,000-6,000 rpm, u 1-5 rpm. Wara l-emulsifikazzjoni, l-emulsjonijiet kollha tkessħu malajr għal 25 grad f'banju bl-ilma tas-silġ.

4 Metodi ta' Karatterizzazzjoni

• Morfoloġija tal-qtar:Mikroskopija ottika (BX53, Olympus) b'ingrandiment ×400; distribuzzjoni tad-daqs tal-qtar (d₃,₂) determinata bl-użu ta 'softwer ta' analiżi tal-immaġni ImageJ.
• Karatterizzazzjoni Reoloġika:Reometru rotazzjonali (DHR-2, TA Instruments), ġeometrija tal-pjanċa parallela ta '40 mm (distakk ta' 1 mm), 25 grad . Shear ta' stat fiss-: 0.01–100 s⁻¹; amplitudni sweep: 0.01%–100% strain f'1 Hz; knis tal-frekwenza: 0.1–100 rad/s f'0.1% strain (fi ħdan LVR); tixotropija: ċiklu ta 'rata ta' shear fi tliet stadji ta '10⁻³→100→10⁻³ s⁻¹.
• Reoloġija Dilatazzjonali Interfaċjali:Pendenti drop-reometrija dilatazzjonali interfaċjali bbażata (OCA 25, DataPhysics), frekwenza ta 'oxxillazzjoni 5–45 mHz, amplitudni 2%, temperatura 25 grad .
• Analiżi tal-kristallizzazzjoni tax-xaħam DSC:Kalorimetrija tal-Iskanjar Differenzjali (DSC 214 Polyma, Netzsch), rata ta 'tisħin/tkessiħ 5 grad /min.
• Stabbiltà tal-Ħażna:Ħażna f'25 grad / 4 grad għal 30 jum b'osservazzjoni viżwali tas-separazzjoni tal-fażi u l-koalescence.

1 Imġieba Interfaċjali Differenzjata ta 'PGPR u DMG fl-Interface W/O

Il-kejl tar-reoloġija tad-dilatazzjoni tal-wiċċ żvela d-differenzi essenzjali bejn PGPR u DMG fl-interface taż-żejt-ilma. PGPR malajr jilħaq ekwilibriju ta 'assorbiment anke f'konċentrazzjonijiet baxxi ħafna (0.1%), bil-modulu ta' dilatazzjoni interfacial E' tiegħu li juri dipendenza dgħajfa tal-frekwenza tul il-medda ta 'frekwenza 5–45 mHz, li jindika karattru elastiku solidu-bħal tal-film interfacial. Din is-sejba hija fi qbil qawwi mal-letteratura: id-dnub idrofobiku ta 'l-aċidu ricinoleic ramifikat ta' PGPR jikkonferixxi modulu viscoelastic dilatational għoli lill-film interfacial, li jippermettilu jirreżisti b'mod effettiv id-deformazzjoni interfacial ikkawżata mill-koalescence ta 'emulsjoni. Wara 15-il ċiklu ta' espansjoni ta' kompressjoni-, il-modulu tal-film interfaċjali PGPR wera biss attenwazzjoni żgħira, li kkonferma l-istabbiltà eċċellenti tal--interfaċċal fit-tul tiegħu.

DMG wera imġieba interfacial kompletament differenti. Taħt kundizzjonijiet identiċi ta 'kejl, il-modulu dilatazzjonali tal-film interfacial DMG kien sinifikament aktar baxx minn dak ta' PGPR, b'dipendenza fuq il-frekwenza pronunzjata-il-modulu żdied malajr fi frekwenzi għoljin u naqas fi frekwenzi baxxi-li jindika karattru tal-film iddominat mill-viskożità-. B'mod aktar kritiku, meta t-temperatura tbaxxiet minn 70 grad għal 25 grad, il-modulu dilatazzjonali tal-film interfacial DMG għadda minn żieda-bħal pass, marbuta mill-qrib mal-imġieba tagħha ta 'kristallizzazzjoni interfacial in situ. L-analiżi DSC ikkonfermat din l-ipoteżi: waqt it-tkessiħ, DMG wera quċċata eżotermika distinta f'madwar 45-50 grad , li tikkorrispondi għal nukleazzjoni eteroġenja u kristallizzazzjoni ta 'monogliċeridi fl-interface taż-żejt-ilma.

Dawn iż-żewġ imgieba interfacial distinti jiddeterminaw il-mudelli ta 'rispons rispettivi tagħhom fi ħdan il-kampijiet ta' shear. L-assorbiment interfacial ta 'PGPR huwa aproċess ikkontrollat ​​kinetikament: molekuli jistgħu jlestu malajr aġġustamenti konformazzjonali mal-wasla fl-interface u jiksbu kopertura ta 'ekwilibriju; konsegwentement, id-dipendenza tagħha fuq l-intensità tal-shear hija relattivament dgħajfa. L-imġieba interfacial ta 'DMG, b'kuntrast, hija aproċess akkoppjat termodinamiku-kinetiku: il-molekuli għandhom l-ewwel jiksbu konċentrazzjoni kritika tal-wiċċ fl-interface, segwita minn tkessiħ-kristallizzazzjoni in situ; l-istruttura interfaċjali aħħarija hija għalhekk dipendenti ħafna fuq il-mogħdija tal-istorja tat-tkessiħ tal-shear-.

2 Influwenza tat-Tip tal-Qasam tal-Fluss tal-Shear fuq id-Distribuzzjoni tad-Daqs tal-Qtar

High-shear homogenization (HSH) u colloid tħin (CM) jirrappreżentaw żewġ tipi fundamentalment distinti ta 'kampijiet ta' fluss ta 'emulsifikazzjoni.

HSH jappartjeni għall-kategorija ta'turbulenza inerzjali-kampijiet tal-fluss iddominati. Taħt il--rotazzjoni b'veloċità għolja tar-rotor, il-fluwidu jgħaddi minn varjazzjonijiet turbolenti intensi, bi ksur tal-qtar ikkontrollat ​​primarjament minn stress inerzjali turbolenti (~ρ(εd)^(2/3)). Il-karatteristiċi ewlenin ta 'dan il-kamp ta' fluss huma: densità ta 'enerġija estremament għolja (10⁶–10⁸ W/m³), ħin ta' residenza qasir ħafna (millisekondi għal sekondi), u kamp ta 'fluss iddominat minn shear u eddies turbulenti.

Mitħna kollojde, min-naħa l-oħra, tappartjeni għall-kategorija ta 'kampijiet ta' fluss kompost ta' qtugħ ta' estensjoni-shear. Fi ħdan l-istator-vojt tar-rotor, il-fluwidu jgħaddi mill-azzjoni kombinata ta 'flussi intensi ta' extensional u shear, u l-mekkaniżmu tal-ksur tal-qtar huwa konsiderevolment aktar kumpless. Meta mqabbel ma 'HSH, CM għandu densità ta' enerġija moderata (10⁵–10⁷ W/m³) iżda ħin ta 'residenza sostanzjalment itwal (sekondi għal minuti), b'komponent ta' fluss estensjoni sinifikanti.

Tabella 1 Tqabbil tal-Karatteristiċi tal-Qasam tal-Fluss: Għoli-Shear Homogenization vs. Colloid Mill

Riżultati sperimentali wrew li meta uża PGPR waħdu bħala emulsifikatur, HSH f'18,000 rpm għal 3 min ta distribuzzjoni ta 'qtar b'd₃,₂ ≈ 8-12 μm, b'morfoloġija ta' qtar regolari u distribuzzjoni dejqa ta 'daqs. Meta t-trattament CM ġie applikat f'input ta 'enerġija komparabbli, id-daqs medju tal-qtar żdied għal 15-20 μm, iżda d-distribuzzjoni tad-daqs kienet usa', u turi karattru bimodali distint -quċċata prinċipali f'10-15 μm u quċċata sekondarja f'25-35 μm.

L-introduzzjoni tad-DMG bidlet din l-istampa b'mod fundamentali. F'sistema mħallta PGPR:DMG=7:3 (konċentrazzjoni totali 3%), id-differenza fid-daqs tal-qtar bejn HSH u CM naqset b'mod sinifikanti: d₃,₂ ≈ 10 μm għal HSH u ≈ 12 μm għal CM, tnaqqas il-proporzjon minn bejn wieħed u ieħor 1.8× (PGPR waħdu) × għal bejn wieħed u ieħor. Aktar importanti minn hekk, l-istabbiltà tal-ħażna (30 jum, 25 grad ) tal-emulsjoni prodotta minn CM-kienet ferm superjuri għal dik tal-prodott HSH-l-indiċi tad-destabilizzazzjoni tal-ewwel kien biss madwar 40% tal-aħħar.

3 Shear-Mekkaniżmu ta' Rispons tal-"PGPR Interfacial Film + DMG Crystal Network" Struttura ta' Stabbilizzazzjoni Doppju

Għaliex is-CM juri vantaġġ relattiv daqshekk evidenti fis-sistema mħallta PGPR/DMG? It-tweġiba tinsab fit-tweġibiet differenzjati taż-żewġ emulsjonanti għall-istorja tal-shear, u l-karatteristiċi uniċi tal-qasam tal-fluss CM li jaqblu preċiżament "shear windows" rispettivi tagħhom.

L-adsorbiment interfacial ta 'PGPR huwa proċess kinetiku rapidu. Kemm jekk fit-turbolenza tal-millisekondi-skala ta 'HSH jew it-tieni-skala estensjoni-shear flow ta' CM, molekuli PGPR jistgħu jlestu malajr l-adsorbiment fuq l-uċuħ tal-qtar iġġenerati friski, li jiffurmaw film interfaċjali elastiku. Madankollu,il-kapaċità tal-fejqan awto-tal-film interfacial PGPR kontra ħsara mekkanika hija limitata. Taħt il-kundizzjonijiet estremi ta 'turbolenza ta' HSH, qtar li qed jitwieled jgħaddu minn ċikli ripetuti ta' ksur-coalescence-re-ksur, bil-film interfacial jitqatta' u jinbena mill-ġdid kontinwament, li jirriżulta fi tnaqqis fl-effiċjenza ta 'emulsifikazzjoni marġinali.

DMG, għall-kuntrarju, jeħtieġ ambjent akkoppjat "shear-cooling" fundamentalment differenti. Il-prerekwiżiti biex id-DMG jeżerċita l-funzjoni stabilizzanti tiegħu fl-interface u fil-fażi kontinwa huma: (1) il-molekuli għandu jkollhom żmien biżżejjed biex jiksbu konċentrazzjoni kritika tal-wiċċ fuq il-wiċċ tal-qtar; (2) qtar għandhom iżommu stabbiltà morfoloġika taħt shear xieraq biex jipprovdu mudelli ta 'nukleazzjoni għall-kristallizzazzjoni interfacial; (3) ir-rata tat-tkessiħ għandha tkun moderata biex tippermetti tkabbir adegwat tal-kristall mingħajr aggregazzjoni eċċessiva.

Il-karatteristiċi tal-kamp tal-fluss ta' HSH-densità għolja ta' enerġija, ħin ta' residenza estremament qasir, turbolenza qawwija-jikkontradixxu prattikament ir-rekwiżiti kollha tad-DMG.F'HSH, il-ħajja ta 'qtar individwali hija qasira ħafna (millisekondi għal sekondi), u l-molekuli DMG għandhom ħin insuffiċjenti biex jakkumulaw fl-interface, aħseb u ara nukleazzjoni interfacial kompluta u tkabbir tal-kristall. Is-sħana ta 'frizzjoni sostanzjali ġġenerata minn HSH teħtieġ aktar kumpens estern tat-tkessiħ addizzjonali, li tikkompressa aktar it-tieqa tal-kristallizzazzjoni tad-DMG.

Il-karatteristiċi tal-kamp tal-fluss ta' CM-densità ta' enerġija moderata, ħin ta' residenza itwal, komponent ta' fluss ta' estensjoni sinifikanti-jissodisfa r-rekwiżiti kollha tad-DMG.Fil-fluss tal-vojt ta 'CM, qtar jgħaddu minn deformazzjoni estensjoni gradwali; iż-żieda fl-erja tal-wiċċ tipproċedi b'mod sinkroniku mad-diffużjoni tal-wiċċ ta 'DMG, li tipprovdi kundizzjonijiet kinetiċi ideali għall-kristallizzazzjoni interfacial. Taħt fluss ta 'estensjoni, il-qtar jinkisru permezz ta' mekkaniżmu ta 'titwil-forma ta' "dumbbell-forma ta' qsim, li jagħti qtar bint ta 'morfoloġija regolari u daqs uniformi, li jiffaċilita l-kostruzzjoni uniformi sussegwenti tan-netwerk tal-kristall. Aktar importanti minn hekk, il-ħin ta 'residenza itwal ta' CM jippermetti li DMG opportunità biżżejjed biex tlesti n-nukleazzjoni tal-kristall u t-tkabbir inizjali fil-fażi kontinwa, li tifforma struttura spazjali li fiha l-istabbilizzazzjoni ta 'Pickering u l-istabbilizzazzjoni tan-netwerk jikkoeżistu b'mod sinerġiku.

Aħna nġabru fil-qosor dan il-mekkaniżmu bħala l-"Film interfaċjali PGPR (qoxra elastika) + netwerk tal-kristall DMG (skeletru tal-plastik)" mudell ta 'stabbilizzazzjoni doppja. F'dan il-mudell, PGPR jipprovdi l-ewwel livell ta 'protezzjoni-li jagħti kull qtar b'film interfaċjali elastiku li jirreżisti l-koalescence; DMG jipprovdi t-tieni livell ta 'protezzjoni-bini ta' skeletru tal-plastik ta 'netwerks tal-kristall bejn il-qtar, li jagħti s-sistema b'kapaċità ta' kontra-sedimentazzjoni u prestazzjoni ta 'rkupru tixotropiku. L-eżistenza ta 'din l-istruttura doppja rċeviet appoġġ indirett mil-letteratura: studji dwar is-sistemi ta' emulsjonanti mħallta DAG-PGPR urew li l-interazzjoni sinerġistika bejn il-kristallizzazzjoni interfacial u l-attività għolja tal-wiċċ ta 'PGPR tirriżulta f'emulsjonijiet kemm b'distribuzzjoni uniformi ta' qtar kif ukoll stabbiltà eċċellenti ta' ffriżar-tidwib; f'PGPR-li fihom emulsjonijiet W/O, ix-xaħam interfacial jikkawża li l-qtar jaġixxu bħala mili attivi, u jsaħħaħ ir-riġidità u l-ebusija tas-sistema.

4 Kostruzzjoni ta 'Emulsifying Shear Phase Dijagramma u Kriterji ta' Għażla tal-Proċess

Ibbażat fuq riżultati sperimentali sistematiċi, bnejna dijagramma tal-fażi ta 'shear emulsifikanti bl-użu ta' densità tal-enerġija (Eᵥ) u enerġija ta 'shear speċifika (SBE) bħala parametri doppji, li tiddelinea l-konfini applikabbli u r-relazzjonijiet kumplimentari bejn HSH u CM f'din is-sistema.

Tabella 2 Dijagramma ta' Fażi ta' Shear Emulsifikanti għal Emulsjonijiet ta' Fażi Interna Għolja Mħallta PGPR/DMG W/O

Tieqa Ihuwa adattat għal dressings għall-insalata li jeħtieġu fluss għoli u prestazzjoni eċċellenti ta 'estrużjoni. Hawnhekk, PGPR huwa l-emulsifikatur dominanti (Akbar minn jew ugwali għal 80%), b'ammont żgħir ta 'DMG li jipprovdi stabbilizzazzjoni awżiljarja. Id-densità għolja ta 'enerġija ta' HSH tista 'tirfina b'mod adegwat il-qtar, filwaqt li l-kontenut baxx ta' DMG jiżgura li l-effetti termali ta 'HSH ma jfixklux in-netwerk tal-kristall dgħajjef. L-emulsjoni li tirriżulta għandha stress ta' rendiment ta' madwar 50-150 Pa u irkupru tixotropiku ta' madwar 80%-100%, xieraq għal prodotti li jistgħu jingħafsu fil-fliexken.

Tieqa IIjirrappreżenta l-aħjar reġjun ta 'kumplimentarjetà bejn HSH u CM. Il-kunċett ewlieni ta 'din l-istrateġija huwa li jimpjega HSH għal ksur primarju effiċjenti tal-qtar, segwit minn CM biex iwettaq ir-raffinament strutturali sekondarju-inkluż l-omoġenizzazzjoni tad-daqs tal-qtar u l-kostruzzjoni direzzjonali tan-netwerk tal-kristall DMG. L-esperimenti kkonfermaw li proċess tandem ta' "HSH pre-emulsifikazzjoni (18,000 rpm, 1 min) + raffinar ta' riċirkolazzjoni CM (3,000 rpm, 3 passes)" jista' fl-istess ħin jikseb kemm finezza ta' qtar (d₃,₂ ≈ 10–15 μm3}-stabbiltà fit-tul (10–15 μm3}-jum) indiċi ta' destabilizzazzjoni < 5%). Dan il-proċess huwa adattat għal dressings għall-insalata u prodotti mifruxa b'rekwiżiti eżiġenti ta 'stabbiltà tal-ħażna.

Tieqa IIIhuwa r-reġjun fejn l-effett tan-netwerk tal-kristall DMG huwa realizzat bis-sħiħ. Il-ħin ta 'residenza itwal u l-karatteristiċi tal-fluss ta' estensjoni ta 'CM jipprovdu lid-DMG b'opportunità biżżejjed biex jinbena netwerk tal-kristall komplut fl-interface u fil-fażi kontinwa. L-emulsjoni li tirriżulta tista 'tikseb stress ta' rendiment ta '200-400 Pa, irkupru tixotropiku li jaqbeż il-120%, u karatteristiċi tal-ġisem tal-plastik ppronunzjati--li jżommu forma taħt kundizzjonijiet statiċi (ħniek distinti wara l-issoff) filwaqt li turi reżistenza viskuża moderata waqt it-tixrid dinamiku. Din it-tieqa hija partikolarment adattata għal spreads iffriżati/refriġerati u alternattivi tal-butir ibbażati fuq il-pjanti-li jeħtieġu kapaċità ta' żamma ta' forma-għolja.

Tieqa IVjindika li sempliċement l-estensjoni tal-ħin CM jew iż-żieda fil-veloċità tar-rotor ma jistgħux jikkumpensaw għan-nuqqasijiet strutturali kkawżati minn dożaġġ insuffiċjenti PGPR jew kundizzjonijiet ta 'kristallizzazzjoni DMG inadegwati.

5 Analiżi Kwantitattiva tal-Imġieba tal-Irkupru Tixotropiku u Titjib Sinerġistiku PGPR/DMG

L-imġieba ta' rkupru tixotropiku hija indikatur ewlieni għall-evalwazzjoni tal-kwalità tal-użu ta' dressings għall-insalata u tinfirex-il-prodott għandu juri fluss tajjeb meta jingħafas minn flixkun jew jinfirex fuq il-ħobż, iżda jrid jirkupra malajr l-istruttura solida-bħal wara l-estrużjoni jew it-tixrid biex jipprevjeni l-kollass u l-eżsudazzjoni taż-żejt.

Emulsjonijiet li fihom biss PGPR urew irkupru tixotropiku ta 'madwar 70%-85%, b'rata ta' rkupru bil-mod (ħin karatteristiku ~ 120-200 s). Emulsjonijiet li fihom biss DMG ma setgħux jiffurmaw linja ta' istereżi tixotropika kompluta minħabba qtar oħxon u koalescence severa (irkupru<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.

Mill-perspettiva unifikata tar-reoloġija emulsifikanti tal-shear, dan id-dokument juri l-mekkaniżmu sinerġistiku u l-karatteristiċi ta' rispons tal-shear-ta' PGPR u DMG f'sistemi ta' dressing tal-insalata W/O ta' fażi interna għolja, li joffri l-gwida li ġejja għall-preparazzjoni industrijali:

Prinċipji tal-għażla tat-tagħmir:Il-prodotti ta'-flowability għolja huma prodotti l-aħjar permezz ta' proċessar ta'-pass wieħed HSH; prodotti ta' stabbiltà medja-għa-għolja huma rakkomandati għall-ipproċessar tandem HSH + CM; prodotti ta' żamma ta' forma-għolja huma ppreparati bl-aħjar mod bl-użu ta' proċessar CM-multi-dominanti.

Prinċipji tad-disinn tal-formulazzjoni:Formulazzjonijiet ta 'proporzjon għoli ta' PGPR għandhom ikunu mqabbla mad-densità għolja ta 'enerġija ta' HSH; formulazzjonijiet ta' proporzjon ta' PGPR medju-għa-baxx għandhom jiġu mqabbla mal-qasam ta' fluss ta' shear-extensional ta' CM; għal kull żieda ta '10% fil-proporzjon tad-DMG, huwa rrakkomandat li jiġi estiż il-ħin ta' residenza CM b'madwar 20% jew tiżdied ir-riċirkolazzjoni CM b'pass addizzjonali wieħed.

Id-direzzjonijiet ta' riċerka fil-ġejjieni jistgħu jinkludu: l-estensjoni tal-metodoloġija tad-dijagramma tal-fażi tal-qtugħ żviluppata f'dan l-istudju għal sistemi oħra ta' emulsjoni tal-ikel W/O (eż., marġerina, krema tal-frosti mhux-dairy); bl-użu ta' tekniki ta' tifrix ta' angoli żgħar-in situ u ta' riflessometrija tan-newtroni biex tiċċara l-kinetika tal-kristallizzazzjoni interfaċjali tad-DMG taħt kundizzjonijiet ta' tkessiħ ta' shear-; u tqabbel il-proċess tandem HSH + CM ma 'teknoloġiji emerġenti bħall-emulsifikazzjoni mikrofluwidika biex tesplora l-preċiżjoni aħħarija tal-kontroll li tista' tinkiseb fil-preparazzjoni ta 'emulsjonijiet W/O ta' fażi interna għolja.

L-azzjoni sinerġistika ta' PGPR u DMG f'sistemi ta' dressing tal-insalata W/O ta' fażi interna għolja tirrappreżenta mekkaniżmu ta' stabbilizzazzjoni dinamiku, shear-storja-dipendenti, komplementari bbażat fuq mekkaniżmi fiżiċi fundamentalment differenti-viskoelastiċità tal-film interfaċjali versus kostruzzjoni tan-netwerk tal-kristall. L-għażla bejn high-shear homogenization u colloid tħin hija, essenzjalment, it-tqabbil tat-"shear windows" rispettivi taż-żewġ emulsjonanti: HSH jaqbel mal-adsorbiment interfacial rapidu ta 'PGPR, filwaqt li CM jaqbel mal-kristallizzazzjoni tan-nukleazzjoni interfacial u l-kostruzzjoni tan-netwerk ta' DMG. L-użu tandem taż-żewġ tipi ta 'tagħmir jikkostitwixxi soluzzjoni ta' inġinerija li tirrikonċilja l-effiċjenza mal-kwalità. Id-"dijagramma tal-fażi ta 'shear emulsifikanti" mibnija f'dan l-istudju tipprovdi pedament teoretiku sistematiku u gwida prattika għall-għażla tat-tagħmir, disinn tal-proċess, u ottimizzazzjoni tal-formulazzjoni ta' emulsjonijiet W/O ta 'fażi interna għolja fl-industrija tal-ikel.