Συσχέτιση των μετρήσεων Brookfield με Rheonics SRV στην παραγωγή μαγιονέζας

Η μαγιονέζα είναι ένα γαλάκτωμα λαδιού σε νερό του οποίου η υφή, η σταθερότητα και η επεξεργασιμότητα εξαρτώνται από τη ρεολογία του. Χαρακτηριστικά όπως η δυνατότητα χρήσης με κουτάλι, η ικανότητα επάλειψης, η αντοχή στον διαχωρισμό του λαδιού και η αντλησιμότητα βασίζονται στο ιξώδες και την τάση απόδοσης, που ελέγχονται από μεταβλητές σύνθεσης όπως η περιεκτικότητα σε λάδι, ο κρόκος του αυγού και η συγκέντρωση οξέος.

Επειδή το ιξώδες καθορίζει την ποιότητα του προϊόντος, οι παραγωγοί το μετρούν συστηματικά κατά τη διάρκεια της παραγωγής με ένα εργαστηριακό περιστροφικό ιξωδόμετρο. Αυτή η μέθοδος εκτός σύνδεσης απαιτεί χειροκίνητη δειγματοληψία και αντικατοπτρίζει το προϊόν μόνο κατά τη στιγμή της δειγματοληψίας και δεν διαθέτει επαναληψιμότητα για τον ενσωματωμένο έλεγχο ενός υγρού. Παρά τα προβλήματα αυτά, τα περιστροφικά ιξωδόμετρα είναι μια καθιερωμένη τεχνολογία στην παραγωγή μαγιονέζας, που χρησιμοποιείται στα Εργαστήρια Ποιοτικού Ελέγχου εδώ και πολλά χρόνια.

Η μέτρηση ιξώδους σε σειρά ξεπερνά αυτά τα όρια παρακολουθώντας συνεχώς το προϊόν απευθείας στη διαδικασία. Οι μετρήσεις σε πραγματικό χρόνο επιτρέπουν στους κατασκευαστές να ανιχνεύουν αμέσως τις αποκλίσεις της διαδικασίας, βελτιώνοντας τη συνοχή και τον έλεγχο της παρτίδας. Rheonics Το SRV είναι ένα ενσωματωμένο ιξωδόμετρο σχεδιασμένο για αυτόν τον σκοπό.

Οι μετρήσεις εντός γραμμής θα διαφέρουν αρχικά από τις εργαστηριακές μετρήσεις λόγω διαφορετικών συνθηκών λειτουργίας και της μη Νευτώνειας φύσης των περισσότερων ρευστών. Δεδομένης της εμπιστοσύνης που έχουν οι πελάτες στους περιστροφικούς μετρητές και τους κανονισμούς ποιοτικού ελέγχου, συχνά αναζητούν μια συσχέτιση μεταξύ των μετρήσεων SRV και των περιστροφικών μετρήσεων εκτός σύνδεσης, η οποία τους επιτρέπει επίσης να μειώσουν ή να εξαλείψουν την ανάγκη για χειροκίνητη δειγματοληψία. Αυτή η μελέτη αξιολογεί τη σχέση μεταξύ Rheonics Μετρήσεις ιξώδους SRV και Brookfield σε μια σειρά εμπορικά αντιπροσωπευτικών σκευασμάτων μαγιονέζας.

Σημείωση: Ο κύριος σκοπός του SRV είναι η παροχή συνεπών και επαναλήψιμων μετρήσεων. Στη συνέχεια, μπορείτε να αποφασίσετε εάν θα δημιουργήσετε ένα προφίλ ευθυγραμμισμένο με τις εργαστηριακές μετρήσεις (χρησιμοποιώντας απολέπιση) ή βασίζονται μόνο σε δεδομένα SRV. Αυτό το βίντεο μπορεί να βοηθήσει στην επίλυση τυχόν πρόσθετων αποριών: Αυτό είναι το πώς Rheonics Το SRV Inline Viscometer συγκρίνεται με άλλα εργαλεία και προσθέτει ακρίβεια σε μια διαδικασία.

Αυτή η μελέτη αξιολογεί κατά πόσον μπορεί να βρεθεί μια αξιόπιστη συσχέτιση μεταξύ Rheonics SRV Ενσωματωμένες μετρήσεις ιξώδους και μετρήσεις ιξώδους εργαστηρίου Brookfield για μαγιονέζα σε πέντε εμπορικά διαθέσιμα προϊόντα με ευρύ φάσμα περιεκτικότητας σε λάδι και τύπων σύνθεσης.

Οι συγκεκριμένοι στόχοι είναι:

• Χαρακτηρίστε το προφίλ ιξώδους κάθε προϊόντος χρησιμοποιώντας ένα ιξωδόμετρο Brookfield σε πολλαπλές ταχύτητες ατράκτου.

• Ποσοτικοποιήστε SRV επαναληψιμότητα ανάγνωσης σε πέντε διαδοχικές δοκιμές ανά προϊόν (CV: συντελεστής μεταβλητότητας).

• Προσδιορίστε τις στροφές Brookfield με τις πιο συνεπείς μετρήσεις για σωστή γραμμική συσχέτιση (R²) μεταξύ του μέσου όρου SRV και οι μέσες τιμές ιξώδους Brookfield.

• Προσδιορίστε εάν μια μεμονωμένη γραμμική εξίσωση μπορεί να μετατρέψει αξιόπιστα μεταξύ των δύο μεθόδων μέτρησης για διαφορετικά προϊόντα μαγιονέζας.

Επιλογή προϊόντων

Πίνακας 1. Δηλωμένη στην ετικέτα σύνθεση και θέση στην αγορά των πέντε δειγμάτων μαγιονέζας.

Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας ιξωδόμετρο Brookfield εξοπλισμένο με άτρακτο LV4, σε αύξουσα και καθοδική βαθμίδα στροφών, καταγράφοντας το φαινόμενο ιξώδες και το ποσοστό ροπής σε κάθε ταχύτητα. Τα σημεία δεδομένων όπου η ένδειξη ροπής δεν είχε σταθεροποιηθεί (ένδειξη που αναβοσβήνει = Όχι) καταγράφηκαν, αλλά επισημάνθηκαν ως λιγότερο αξιόπιστα.

:

• Όλες οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε ελεγχόμενη θερμοκρασία 23.5 °C.

• Στην ανάλυση συμπεριλήφθηκαν μόνο σημεία δεδομένων με τιμές ροπής μεταξύ 20% και 80% για να διασφαλιστούν αξιόπιστες μετρήσεις ιξώδους.

• Η σταθερά της ατράκτου LV4 είναι 6,000, δίνοντας τη σχέση παράγοντα: Συντελεστής = 6,000 / RPM, και ιξώδες (cP) = Ροπή στρέψης (%) × Συντελεστής.

Πίνακας 2. Συνθήκες δοκιμής ιξωδόμετρου Brookfield (LV4 άτρακτος)

Οι μετρήσεις ιξώδους πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας ένα Rheonics Ο αισθητήρας SRV συνδέθηκε μέσω USB σε έναν υπολογιστή και καταγράφηκε χρησιμοποιώντας Rheonics Πίνακας Ελέγχου. Για κάθε προϊόν, ο αισθητήρας βυθίστηκε σε ένα κύπελλο δείγματος και πραγματοποιήθηκαν πέντε διαδοχικές δοκιμές μέτρησης,

:

• Κάθε δοκιμή διήρκεσε μεταξύ 190 και 273 δευτερολέπτων. Η ενημέρωση της ένδειξης γινόταν σε διαστήματα περίπου 3 δευτερολέπτων.

• Η θερμοκρασία περιβάλλοντος κυμαινόταν μεταξύ 23.5°C και 23.9°C για την πρώτη συνεδρία (Μάιος 1 έως 3), και μεταξύ 24.0°C και 24.5°C για τη δεύτερη συνεδρία (4 έως 5 Μαΐου).

Διάγραμμα 1 – Ιξώδες Brookfield έναντι RPM και για τα πέντε προϊόντα

Εικόνα 2 δείχνει το μέσο φαινόμενο ιξώδες Brookfield σε τρεις επιλεγμένες τιμές RPM για καθένα από τα πέντε προϊόντα. Οι τρεις επιλεγμένες RPM αντιπροσωπεύουν συνθήκες χαμηλής, μεσαίας και υψηλής διάτμησης εντός του αξιόπιστου εύρους ροπής (σταθερή στιγμιαία ροπή = Ναι). Και τα πέντε προϊόντα παρουσιάζουν ισχυρή συμπεριφορά αραίωσης διάτμησης, με το φαινόμενο ιξώδες να μειώνεται κατά περίπου μία τάξη μεγέθους από τις χαμηλότερες στις υψηλότερες RPM που δοκιμάστηκαν.

Διάγραμμα 2 – Χρονοσειρές και Μέσες Τιμές Ιξώδους SRV

Σχήματα 3 έως 7 Δείχνουν τις μετρήσεις ιξώδους SRV και για τις πέντε δοκιμές σε κάθε προϊόν. Ο μέσος όρος σταθερής κατάστασης ανά δοκιμή και ο γενικός μέσος όρος σε πέντε δοκιμές επικαλύπτονται. Για το Mayo 1, το Δοκιμή 1 δείχνει σταθερά υψηλότερη τιμή από τις Δοκιμές 2 έως 5, λόγω της άθικτης δομής γαλακτώματος ενός μη διαταραγμένου δείγματος. Οι επόμενες δοκιμές δείχνουν μια σύντομη πτώση ακολουθούμενη από θιξοτροπική ανάκαμψη. Η ακρίβεια εντός της δοκιμής (ενδοδοκιμαστική SD [τυπική απόκλιση]) είναι κάτω από 0.15 cP για όλες τις δοκιμές Mayo 1, επιβεβαιώνοντας την εξαιρετική σταθερότητα του αισθητήρα.

Εικόνα 3. Μετρήσεις SRV Mayo 1

Εικόνα 4. Μετρήσεις SRV Mayo 2

Εικόνα 5. Μετρήσεις SRV Mayo 3

Εικόνα 6. Μετρήσεις SRV Mayo 4

Εικόνα 7. Μετρήσεις SRV Mayo 5

Όπως φαίνεται παραπάνω, τα Mayo 1 και Mayo 4 εμφανίζουν την ίδια τάση κατά τη διάρκεια της Δοκιμής 1, η οποία είναι σημαντικά υψηλότερη από τις Δοκιμές 2 έως 5. Η πιο πιθανή εξήγηση είναι η ανάκτηση της θιξοτροπικής δομής.

Όταν η μαγιονέζα ηρεμεί, το δίκτυο γαλακτώματος της αναδομείται σε ένα πλήρως δομημένο πήκτωμα. Η πρώτη μέτρηση SRV συναντά αυτήν την άθικτη δομή, με αποτέλεσμα την υψηλότερη ένδειξη ιξώδους. Οι επόμενες εμβυθίσεις διαταράσσουν την τοπική δομή και, παρόλο που συμβαίνει μερική ανάκτηση μεταξύ των δοκιμών, το δείγμα δεν αναδομείται πλήρως μέσα στο σύντομο χρονικό διάστημα.

Αυτή η συμπεριφορά εξηγεί γιατί οι Mayo 1 και Mayo 4 εμφανίζουν τους υψηλότερους συντελεστές μεταβλητότητας (CV). Ωστόσο, οι τιμές CV τους παραμένουν εντός ενός αποδεκτού εύρους. Σε μια ενσωματωμένη διεργασία, αυτό το φαινόμενο αναμένεται να είναι ελάχιστο, καθώς η συνεχής ροή διατηρεί το προϊόν υπό σταθερή διάτμηση, εμποδίζοντας την πλήρη δομική αποκατάσταση..

Σημείωση: Θα μπορούσαμε να αφαιρέσουμε τη Δοκιμή 1 από μια πραγματική επιτόπια δοκιμή, αλλά την κρατήσαμε για να δείξουμε τι μπορεί να συμβεί υπό πραγματικές συνθήκες.

Διάγραμμα 3 – Μέσος όρος SRV έναντι μέσου όρου Brookfield: Γραμμική συσχέτιση

Σχήματα 8 έως 13 παρουσιάζουν τα κύρια αποτελέσματα της μελέτης. Κάθε σημείο αντιπροσωπεύει ένα προϊόν, απεικονίζοντας γραφικά το μέσο ιξώδες Brookfield (άξονας Χ) έναντι του γενικού μέσου ιξώδους SRV (άξονας Υ). Η ανάλυση πραγματοποιήθηκε έξι φορές: μία φορά για κάθε στροφές Brookfield (1.5, 3.0 και 6.0) χρησιμοποιώντας και τα πέντε προϊόντα (Σχήματα 8 έως 10), και επαναλήφθηκε εξαιρουμένου του Mayo 5 (Σχήματα 11 έως 13), γεγονός που βελτίωσε σημαντικά τη συσχέτιση.

Εικόνα 8. Γραμμική Συσχέτιση και των πέντε προϊόντων στις 1.5 σ.α.λ.

Εικόνα 9. Γραμμική Συσχέτιση και των πέντε προϊόντων στις 3 σ.α.λ.

Εικόνα 10. Γραμμική Συσχέτιση και των πέντε προϊόντων στις 6 σ.α.λ.

Όπως φαίνεται στα τρία πρώτα γραφήματα παραπάνω, όταν περιλαμβάνονται και τα πέντε προϊόντα, οι τιμές R² μειώνονται σε 0.023, 0.151 και 0.340 στις 1.5, 3.0 και 6.0 RPM, αντίστοιχα. Πολύ χαμηλές για να χρησιμεύσουν ως αξιόπιστο εμπειρικό μοντέλο, καθώς το Mayo 5 αποτρέπει μια ουσιαστική γραμμική συσχέτιση και στα πέντε προϊόντα. Η ανάλυση επαναλήφθηκε επομένως εξαιρουμένου του Mayo 5.

Εικόνα 11. Εξαιρείται η γραμμική συσχέτιση Mayo 5 στις 1.5 σ.α.λ.

Εικόνα 12. Εξαιρείται η γραμμική συσχέτιση Mayo 5 στις 3 σ.α.λ.

Εικόνα 13. Εξαιρείται η γραμμική συσχέτιση Mayo 5 στις 6 σ.α.λ.

Η εξαίρεση του Mayo 5 βελτιώνει σημαντικά τη συσχέτιση. Οι τιμές R² που προκύπτουν είναι 0.865, 0.910 και 0.888 στις 1.5, 3.0 και 6.0 σ.α.λ., αντίστοιχα.

Η ισχυρότερη συσχέτιση επιτυγχάνεται στις 3.0 RPM (R² = 0.910) και μπορεί να συσχετιστεί με τον SRV χρησιμοποιώντας την ακόλουθη γραμμική εξίσωση:

• SRV (cP) = 0.4782 × BF₃,₀ (kcP) + 26.60 (R² = 0.910)

Για την υλοποίηση στο RCP, η εξίσωση θα πρέπει να αναδιαταχθεί ώστε να εκφράζει το ιξώδες Brookfield ως προς την ένδειξη SRV. Επομένως:

• BF₃.₀ (kcP) = (SRV (cP) − 26.60) / 0.4782
• Ισοδύναμη γραμμική μορφή: BF₃.₀ = 2.090 × SRV − 55.62
• Έτσι, οι συντελεστές κλιμάκωσης RCP είναι C1 = 2.090 και C0 = −55.62.

• Όλα τα προϊόντα εμφάνισαν συμπεριφορά αραίωσης λόγω διάτμησης, με το ιξώδες να μειώνεται καθώς αυξανόταν η ταχύτητα της ατράκτου. Τα προϊόντα Mayo 1 έως 3 είχαν υψηλότερο ιξώδες από τα προϊόντα με μειωμένα λιπαρά. Το Mayo 5 (7% λάδι) εμφάνισε το υψηλότερο ιξώδες Brookfield σε όλες τις στροφές/λεπτό.

• Η επαναληψιμότητα του SRV ήταν καλή για όλα τα προϊόντα. Τα Mayo 2, 3 και 5 είχαν μεταβλητότητα μεταβλητότητας μεταξύ 0.9–1.4%, ενώ τα Mayo 1 και 4 εμφάνισαν μεγαλύτερη μεταβλητότητα (5.0% και 4.0%) επειδή η πρώτη μέτρηση ήταν σταθερά υψηλότερη από τις υπόλοιπες, πιθανώς λόγω της ανάκτησης της θιξοτροπικής δομής. Για εφαρμογές inline, συνιστάται περίοδος σταθεροποίησης τουλάχιστον 60 δευτερολέπτων μετά την εισαγωγή του ανιχνευτή.

• Μεταξύ των συνθηκών που εξετάστηκαν, οι 3.0 RPM παρείχαν την καλύτερη συσχέτιση με τις μετρήσεις SRV (R² = 0.910), ακολουθούμενες από τις 6.0 RPM (0.889) και τις 1.5 RPM (0.865).

• Η ισχυρότερη συσχέτιση επιτυγχάνεται στις 3.0 RPM, εξαιρουμένου του Mayo 5 (R² = 0.910). Για την υλοποίηση RCP, οι συντελεστές κλιμάκωσης είναι C1 = 2.090 και C0 = −55.62.

• Αυτή η συσχέτιση ισχύει για μαγιονέζα που περιέχει 30–80% λάδι στους 23.5°C χρησιμοποιώντας άτρακτο LV4. Η μαγιονέζα 5 (7% λάδι, πυκνωμένη με υδροκολλοειδές) δεν ακολουθεί αυτή τη σχέση και απαιτεί ξεχωριστό μοντέλο συσχέτισης.