จาก-การทำให้เป็นเนื้อเดียวกันโดยแรงเฉือนสูงไปจนถึงโรงสีคอลลอยด์: การอิมัลซิไฟเออร์ลักษณะรีโอโลจีของแรงเฉือนของ PGPR และ DMG ในน้ำที่มีเฟสภายในสูง-ใน-ระบบน้ำสลัดแบบน้ำมัน (ไม่มี/O)

อิมัลชันของน้ำที่มีเฟสภายในสูง-ใน-น้ำมัน (W/O) โดยมีเศษส่วนของปริมาตรของเฟสที่กระจาย φₒ มากกว่าหรือเท่ากับ 0.74 ถือเป็นรากฐานโครงสร้างของน้ำสลัด มายองเนสทางเลือกอื่น และ-การแพร่กระจายของไขมันต่ำ อย่างไรก็ตาม การเตรียมการทางอุตสาหกรรมของพวกเขาเผชิญกับภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกในการประมวลผลขั้นพื้นฐาน: ความแตกต่างภายในของพลังงานที่ป้อนเข้าไประหว่าง-การทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยแรงเฉือนสูงและการกัดคอลลอยด์สูง-เทคโนโลยีอิมัลซิฟิเคชั่นหลักสองเทคโนโลยี-ตรงกับจลนพลศาสตร์การดูดซับระหว่างพื้นผิวและเครือข่าย-พฤติกรรมการสร้างของอิมัลซิไฟเออร์โดยตรงจะกำหนดความเสถียรของอิมัลชันและคุณภาพรีโอโลยีโดยตรงได้อย่างไร บทความนี้จะวิเคราะห์พฤติกรรมของพื้นผิวที่แตกต่างกันและลักษณะการตอบสนองแรงเฉือน-อย่างเป็นระบบของโพลีกลีเซอรอล พอลิริซิโนเอต (PGPR) และโมโนกลีเซอไรด์กลั่น (DMG) ในระบบดังกล่าวจากมุมมองที่เป็นหนึ่งเดียวกันของรีโอโลจีของแรงเฉือนแบบอิมัลชัน PGPR ซึ่งมีส่วนท้ายที่ไม่ชอบน้ำของกรดริซิโนเลอิกที่แตกแขนงและกลุ่มหัวโพลีกลีเซอรอลที่ยืดหยุ่น เข้าถึงสมดุลการดูดซับอย่างรวดเร็วที่ส่วนต่อประสานของน้ำมัน- และสร้างฟิล์มติดผิวที่มีโมดูลัสยืดหยุ่นหนืดขยายตัวสูง แต่ยังคงแสดงการพึ่งพาประวัติแรงเฉือนเพียงเล็กน้อย ในทางตรงกันข้าม DMG จะสร้างโครงกระดูกเครือข่ายผลึกไขมันที่มีคุณสมบัติการฟื้นตัวแบบไทโซโทรปิกผ่านการสร้างนิวเคลียสในแหล่งกำเนิดและการเติมเชิงพื้นที่ของผลึกไขมันที่ส่วนต่อประสานและในเฟสต่อเนื่อง แต่จลนพลศาสตร์ของส่วนต่อประสานของมันจะช้าและขึ้นอยู่กับประวัติการทำความเย็นของแรงเฉือนควบคู่กันอย่างมาก การทำงานร่วมกันของอิมัลซิไฟเออร์ทั้งสองนี้ไม่ได้เป็นเพียงการจับคู่ค่า HLB ที่เสริมกันเท่านั้น แต่ยังเป็นการก่อตัวของโครงสร้างการทำให้เสถียรแบบคู่-"ฟิล์มระหว่างผิวหน้า PGPR (เปลือกยืดหยุ่น) + โครงข่ายคริสตัล DMG (โครงกระดูกพลาสติก)"- ภายในสนามการไหลของแรงเฉือน แบบแรกช่วยให้หยดมีความสามารถในการต้าน-การรวมตัวกัน ในขณะที่แบบหลังให้ความสามารถในการต้าน-การตกตะกอนและการนำทิกโซโทรปิกกลับคืนสู่ระบบปริมาณมาก บทความนี้ยังสร้างแผนภาพเฟสเฉือนแบบอิมัลชันโดยใช้ความหนาแน่นของพลังงาน (Eᵥ) และพลังงานเฉือนจำเพาะ (SBE) เป็นพารามิเตอร์คู่ ซึ่งเผยให้เห็นขอบเขตที่เกี่ยวข้องและความสัมพันธ์เสริมระหว่างการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันของแรงเฉือนสูง- (Eᵥ สูง เวลาพักสั้น) และการกัดคอลลอยด์ (Eᵥ ปานกลาง เวลาพักนาน -สนามการไหลของสารประกอบเฉือนขยาย) ในระบบนี้ จึงเป็นรากฐานทางทฤษฎีสำหรับอุปกรณ์ การคัดเลือก การออกแบบกระบวนการ และการเพิ่มประสิทธิภาพการกำหนดสูตรในการผลิตทางอุตสาหกรรมของน้ำสลัดที่ไม่มีเฟสภายในสูง

อิมัลชันเฟสภายในสูง (HIPE) โดยทั่วไปหมายถึงระบบอิมัลชันซึ่งมีเศษส่วนของปริมาตรเฟสที่กระจาย (φ) เกิน 0.74-ขีดจำกัดทางทฤษฎีสำหรับการบรรจุแบบสุ่มปิดของทรงกลมแข็งสม่ำเสมอ นอกเหนือจากเศษส่วนของปริมาตรนี้ หยดเฟสที่กระจัดกระจายจะไม่แยกหน่วยทรงกลมออกจากกันอีกต่อไป แต่ถูกบีบอัดและเปลี่ยนรูปเป็นสัณฐานวิทยาหลายหน้า โดยหยดที่อยู่ติดกันจะถูกคั่นด้วยฟิล์มบางๆ ของเฟสต่อเนื่องเท่านั้น เรขาคณิตโครงสร้างจุลภาคที่เป็นเอกลักษณ์นี้ให้ชุดของคุณสมบัติทางรีโอโลยีของนิวตันที่ไม่ใช่--ความเครียด แรงเฉือน-พฤติกรรมการทำให้ผอมบาง และการตอบสนองแบบแข็งที่มีความหนืด- - ทำให้ HIPE เป็นเทมเพลตโครงสร้างในอุดมคติสำหรับผลิตภัณฑ์อาหารกึ่ง-ที่เป็นของแข็ง เช่น มายองเนส น้ำสลัด และสเปรดที่มีไขมันต่ำ

ภายในกลุ่มผลิตภัณฑ์ HIPE ที่กว้างกว่า น้ำ-ใน-น้ำมัน (W/O) อิมัลชันเฟสภายในสูงมีตำแหน่งที่โดดเด่น ต่างจาก O/W HIPE ที่แพร่หลายมากกว่า อิมัลชันแบบ W/O ใช้น้ำเป็นเฟสการกระจายตัว และใช้น้ำมันเป็นเฟสต่อเนื่อง ในอุตสาหกรรมอาหาร โครงสร้าง "น้ำ-ใน-น้ำมัน" นี้สอดคล้องกับความต้องการทางประสาทสัมผัสของน้ำสลัดและสเปรด โดยการใช้น้ำมันต่อเนื่องจะให้รสชาติที่เข้มข้น{6}}เต็มปาก และปล่อยรสชาติได้อย่างต่อเนื่อง ในขณะที่หยดน้ำที่กระจัดกระจายช่วยเพิ่มความรู้สึกสัมผัสที่สดชื่นและปริมาตร-ความสามารถในการเติมในสูตรที่มีไขมันลดลง- อย่างไรก็ตาม การเตรียมอิมัลชันเฟสภายในสูงที่มี W/O นั้นมีความท้าทายมากกว่าการเตรียม O/W ที่คล้ายกันอย่างมาก ความยากลำบากนี้เกิดขึ้นจากปัจจัยหลักสองประการ: อิมัลชันแบบไม่มี/O เป็นระบบที่ไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์โดยธรรมชาติ และเศษส่วนที่มีปริมาตรสูงของหยดน้ำจะบีบอัด-ระยะห่างของหยดให้ถึงระดับต่ำกว่า-ไมครอน ซึ่งช่วยเพิ่มแรงผลักดันในการรวมตัวกันอย่างมาก นอกจากนี้ อิมัลซิไฟเออร์-เกรด W/O สำหรับอาหารไม่ได้จำกัดเพียงความหลากหลายเท่านั้น แต่ยังเป็นสารลดแรงตึงผิวโมเลกุล-ที่มีขนาดเล็กเป็นพิเศษซึ่งมีความแข็งแรงของชั้นฟิล์มเคลือบผิวหน้าพอประมาณ ทำให้-มีความคงตัวในระยะยาวภายใต้สภาวะเฟสภายในที่สูงซึ่งทำได้ยาก

เมื่อเทียบกับฉากหลังนี้ อิมัลซิไฟเออร์เกรดอาหารที่ไม่ใช่-ไอออน-สองชนิด-โพลีกลีเซอรอล โพลีริซิโนเลเอต (PGPR) และโมโนกลีเซอไรด์กลั่น (DMG)- สองชนิดได้กลายมาเป็นส่วนผสมในอุดมคติสำหรับการสร้างอิมัลชันเฟสภายในสูงที่มี W/O ที่มีความเสถียร เนื่องมาจากลักษณะการประสานผิวหน้าที่เสริมกันและตำแหน่งการทำงาน PGPR คือหนึ่งในอิมัลซิไฟเออร์ที่ไม่มีส่วนประกอบของออกซิเจนที่สำคัญที่สุดในอุตสาหกรรมอาหาร ซึ่งสังเคราะห์ผ่านเอสเทอริฟิเคชันของกลีเซอรอลที่เกิดโพลีเมอร์กับกรดริซิโนเลอิกที่ควบแน่น มันมีหางที่ไม่ชอบน้ำแตกแขนงสูงและกระจายกลุ่มหัวที่ชอบน้ำในวงกว้าง การศึกษาได้แสดงให้เห็นว่า PGPR เข้าถึงสมดุลการดูดซับอย่างรวดเร็วที่ส่วนต่อประสานกับน้ำของน้ำมัน- ด้วยโครงสร้างลูกโซ่ที่แยกออก- ทำให้ฟิล์มที่ติดอยู่บนผิวหน้ามีโมดูลัสยืดหยุ่นหนืดที่ขยายตัวได้ดีซึ่งสามารถต้านทานการเสียรูปของฟิล์มที่ติดหน้าซึ่งเกิดจากการรวมตัวกันของอิมัลชันได้อย่างมีประสิทธิภาพ ที่ความเข้มข้นของ PGPR 4% และเศษส่วนของปริมาตรน้ำมัน 0.7–0.8 ผลลัพธ์ของอิมัลชัน W/O จะมีพฤติกรรมทางรีโอโลยีแบบเฉือน-บางและยืดหยุ่น-ที่เด่นชัด โดยมีเปอร์เซ็นต์การฟื้นตัวของทิโซโทรปิกที่ 131.26% และ 114.56% ตามลำดับ

DMG แสดงถึงกลไกการรักษาเสถียรภาพที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง เนื่องจากมอนอกลีเซอไรด์กลั่นระดับโมเลกุลซึ่งมีปริมาณมอนอเอสเทอร์มากกว่าหรือเท่ากับ 90% DMG มีค่า HLB อยู่ที่ประมาณ 3.9–5.3 และมีฤทธิ์ในการแทรกซึมในระดับปานกลางที่ส่วนต่อประสานของน้ำมัน- อย่างไรก็ตาม ความสามารถหลักในการรักษาเสถียรภาพของอิมัลชันที่ไม่มี O มาจากพฤติกรรมการสร้างเครือข่าย-ของผลึกไขมันที่ส่วนต่อประสานและในเฟสต่อเนื่อง ในระหว่างการทำความเย็น โมเลกุลของ DMG จะเกิดนิวเคลียสในแหล่งกำเนิดและการตกผลึกที่ส่วนต่อประสานกับน้ำของน้ำมัน- และภายในเฟสที่ต่อเนื่องกัน ก่อให้เกิดโครงสร้างเชิงพื้นที่ซึ่งมีความเสถียรของพิกเคอริงและความเสถียรของเครือข่ายอยู่ร่วมกันอย่างทำงานร่วมกัน เครือข่ายคริสตัลนี้ไม่เพียงแต่ป้องกันการรวมตัวกันของหยดผ่านสิ่งกีดขวางทางกายภาพเท่านั้น แต่ยังให้ความเครียดจากผลผลิตที่สำคัญและการกู้คืนแบบทิโซโทรปิกให้กับระบบอีกด้วย

การวิจัยก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าส่วนผสม PGPR + DMG ให้ความเสถียรของอิมัลชันสูงสุดในระบบผสมน้ำมันมะพร้าว- โดยมีอิมัลชัน W/O ที่เสถียรซึ่งเกิดขึ้นที่ความเข้มข้นของอิมัลซิไฟเออร์ทั้งหมด 3% ในระบบอิมัลซิฟายเออร์ผสม DAG-PGPR การทำงานร่วมกันระหว่างการตกผลึกบนพื้นผิวกับกิจกรรมพื้นผิวที่สูงของ PGPR ส่งผลให้เกิดอิมัลชันที่มีทั้งการกระจายหยดสม่ำเสมอและ-ความเสถียรของการแช่แข็งที่ยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตาม การศึกษาเหล่านี้มุ่งเน้นไปที่พารามิเตอร์การกำหนดสูตรแบบคงที่เป็นส่วนใหญ่ และความเข้าใจอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับวิธีการประมวลผลประวัติแรงเฉือน-กล่าวคือ ลักษณะเฉพาะของสนามการไหลที่สร้างขึ้นโดยอุปกรณ์อิมัลซิไฟเออร์ต่างๆ ส่งผลต่อจลนศาสตร์ของการดูดซับ พฤติกรรมการตกผลึก และผลการทำงานร่วมกันของอิมัลซิไฟเออร์ทั้งสองชนิดอย่างไร-ยังคงขาดอยู่

บทความนี้มีจุดมุ่งหมายจากมุมมองที่เป็นหนึ่งเดียวของรีโอโลจีของแรงเฉือน เพื่อสร้างห่วงโซ่เชิงสาเหตุที่สมบูรณ์: อุปกรณ์อิมัลซิไฟเออร์ → สนามการไหลของแรงเฉือน → พฤติกรรมของพื้นผิว → รีโอโลยีปริมาณมาก → ความเสถียรของผลิตภัณฑ์ วิทยานิพนธ์หลักคือการทำงานร่วมกันระหว่าง PGPR และ DMG ไม่ใช่ฟังก์ชันการกำหนดสูตรคงที่ แต่เป็นฟังก์ชันตอบสนองแรงเฉือนแบบไดนามิก- โดยพื้นฐานแล้ว ตัวเลือกระหว่างการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยแรงเฉือนสูง-และการกัดคอลลอยด์คือการจับคู่และการรวมกันของ "หน้าต่างแรงเฉือน" ของอิมัลซิไฟเออร์ทั้งสองชนิด

1 วัสดุ

PGPR (HLB µ 0.4–4.0, กวางโจวจงไห่เคมี); DMG (เนื้อหาโมโนเอสเตอร์มากกว่าหรือเท่ากับ 90%, HLB ความเข้มข้น 3.9–5.3, ซัพพลายเออร์รายเดียวกัน); น้ำมันดอกทานตะวัน (เกรดอาหาร); น้ำปราศจากไอออน เกลือ, ซูโครส, แซนแทนกัม (เกรดอาหาร)

ระบบจำลองน้ำสลัด 2 แบบ W/O

ระยะน้ำมัน: น้ำมันดอกทานตะวันที่มีอิมัลซิไฟเออร์ผสม PGPR/DMG (ความเข้มข้นรวม 1%–5%, ชุดอัตราส่วน PGPR:DMG ตั้งแต่ 0:10 ถึง 10:0) ละลายภายใต้การกวนที่ 70 องศา เฟสที่เป็นน้ำ: น้ำปราศจากไอออน + เกลือ 1.5% + ซูโครส 3% + แซนแทนกัม 0.1% ละลายภายใต้การกวนที่ 60 องศา อัตราส่วนน้ำ-ต่อ-มวลน้ำมัน: 70:30 (φₒ=0.7) และ 60:40 (φₒ=0.6) โดยแบ่งเป็น 2 ชุด

3 อุปกรณ์อิมัลชันและการแปรรูป

การทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยแรงเฉือน (HSH) สูง-ใช้โฮโมจีไนเซอร์กระจายความเร็วสูงแบบดิจิทัล- (FJ200-SH, Shanghai Huxi) โดยมีพารามิเตอร์การประมวลผล 8,000–18,000 รอบต่อนาทีและระยะเวลา 1–5 นาที การกัดคอลลอยด์ (CM) ใช้ห้องปฏิบัติการ-โรงสีคอลลอยด์หมุนเวียนตามขนาด (JMS-50D, Langfang General Machinery) โดยมีช่องว่างสเตเตอร์-โรเตอร์อยู่ที่ 100–500 μm ความเร็วของโรเตอร์ 3,000–6,000 รอบต่อนาที และมีการหมุนเวียนซ้ำ 1–5 รอบ หลังจากการอิมัลชัน อิมัลชันทั้งหมดถูกทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วถึง 25 องศาในอ่างน้ำแข็ง

4 วิธีการจำแนกลักษณะ

• สัณฐานวิทยาของหยด:กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (BX53, Olympus) ที่กำลังขยาย× 400; การกระจายขนาดหยด (d₃,₂) กำหนดโดยใช้ซอฟต์แวร์วิเคราะห์ภาพ ImageJ
• ลักษณะทางรีโอโลยี:รีโอมิเตอร์แบบหมุน (DHR-2, เครื่องมือ TA), รูปทรงของแผ่นขนาน 40 มม. (ช่องว่าง 1 มม.), 25 องศา แรงเฉือนในสถานะคงที่-: 0.01–100 s⁻¹; การกวาดความกว้าง: ความเครียด 0.01% –100% ที่ 1 Hz; การกวาดความถี่: 0.1–100 rad/s ที่ความเครียด 0.1% (ภายใน LVR); thixotropy: วงจรอัตราการเฉือนสามขั้นตอนที่ 10⁻³→100→10⁻³ s⁻¹
• การไหลออกของการขยายตัวระหว่างผิวหน้า:จี้ดรอป-ตามรีโอเมทรีการขยายระหว่างผิวหน้า (OCA 25, DataPhysics), ความถี่การสั่น 5–45 mHz, แอมพลิจูด 2%, อุณหภูมิ 25 องศา
• การวิเคราะห์การตกผลึกไขมันของ DSC:การวัดปริมาณความร้อนด้วยการสแกนดิฟเฟอเรนเชียล (DSC 214 Polyma, Netzsch) อัตราการทำความร้อน/ความเย็น 5 องศา/นาที
• ความเสถียรในการจัดเก็บ:การเก็บรักษาที่อุณหภูมิ 25 องศา /4 องศา เป็นเวลา 30 วัน โดยสังเกตการแยกเฟสและการรวมตัวกันด้วยสายตา

1 พฤติกรรมการเชื่อมต่อที่แตกต่างกันของ PGPR และ DMG ที่อินเทอร์เฟซ W/O

การวัดการไหลออกของการขยายตัวทางผิวหนังเผยให้เห็นความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง PGPR และ DMG ที่ส่วนต่อประสานของน้ำมัน- PGPR เข้าถึงสมดุลการดูดซับอย่างรวดเร็วแม้ที่ความเข้มข้นต่ำมาก (0.1%) โดยมีโมดูลัสการขยายระหว่างผิวระหว่างผิว E' แสดงการพึ่งพาความถี่ที่อ่อนแอตลอดช่วงความถี่ 5–45 MHz ซึ่งบ่งชี้ถึงลักษณะของแข็ง-เหมือนยืดหยุ่นของฟิล์มระหว่างผิว การค้นพบนี้สอดคล้องกับผลงานวิจัยหลายฉบับ: ส่วนหางที่ไม่ชอบน้ำของกรดริซิโนเลอิกแบบกิ่งก้านของ PGPR ให้โมดูลัสยืดหยุ่นหนืดที่ขยายตัวได้สูงแก่ฟิล์มระหว่างผิว ทำให้สามารถต้านทานการเสียรูปของผิวระหว่างผิวที่เกิดจากการรวมตัวกันของอิมัลชันได้อย่างมีประสิทธิภาพ หลังจากรอบการบีบอัด- 15 รอบ โมดูลัสของฟิล์มระหว่างผิว PGPR แสดงการลดทอนเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ซึ่งยืนยันได้ว่ามีความเสถียร-ที่ยอดเยี่ยมในระยะยาว

DMG แสดงพฤติกรรมการสัมผัสกับใบหน้าที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ภายใต้เงื่อนไขการวัดที่เหมือนกัน โมดูลัสการขยายตัวของฟิล์มติดผิวหน้า DMG จะต่ำกว่าของ PGPR อย่างมีนัยสำคัญ โดยมีการพึ่งพาความถี่ที่เด่นชัด-โมดูลัสจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วที่ความถี่สูงและลดลงที่ความถี่ต่ำ-ซึ่งบ่งชี้ถึงความหนืด-ที่มีลักษณะเด่นของฟิล์ม ที่สำคัญกว่านั้นคือ เมื่ออุณหภูมิลดลงจาก 70 องศาเป็น 25 องศา โมดูลัสการขยายตัวของฟิล์มติดผิวหน้า DMG จะเปลี่ยนไปเป็นขั้นตอน-เหมือนกับการเพิ่มขึ้น ซึ่งเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับพฤติกรรมการตกผลึกระหว่างผิวในแหล่งกำเนิด การวิเคราะห์ DSC ยืนยันสมมติฐานนี้: ในระหว่างการทำความเย็น DMG แสดงพีคคายความร้อนที่ชัดเจนที่ประมาณ 45–50 องศา ซึ่งสอดคล้องกับนิวเคลียสที่แตกต่างกันและการตกผลึกของโมโนกลีเซอไรด์ที่ส่วนต่อประสานกับน้ำของน้ำมัน-

พฤติกรรมการสอดประสานที่แตกต่างกันทั้งสองนี้กำหนดรูปแบบการตอบสนองตามลำดับภายในสนามเฉือน การดูดซับทางผิวหนังของ PGPR คือ aกระบวนการควบคุมจลน์: โมเลกุลสามารถปรับโครงสร้างได้อย่างรวดเร็วเมื่อมาถึงส่วนต่อประสานและบรรลุความครอบคลุมที่สมดุล ดังนั้นการพึ่งพาความเข้มของแรงเฉือนจึงค่อนข้างอ่อน ในทางตรงกันข้าม พฤติกรรมการสัมผัสของ DMG คือกระบวนการควบคู่ทางอุณหพลศาสตร์-จลน์: โมเลกุลจะต้องได้รับความเข้มข้นที่พื้นผิววิกฤตที่ส่วนต่อประสานก่อน ตามด้วยการทำความเย็น-ที่ขับเคลื่อนให้เกิดการตกผลึกในแหล่งกำเนิด โครงสร้างส่วนต่อประสานขั้นสุดท้ายจึงขึ้นอยู่กับเส้นทางประวัติการทำความเย็นของแรงเฉือน-อย่างมาก

2 อิทธิพลของประเภทสนามเฉือนกระแสต่อการกระจายขนาดหยด

การทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยแรงเฉือน (HSH) และการกัดคอลลอยด์ (CM) สูง-แสดงถึงฟิลด์การไหลของอิมัลชันโดยพื้นฐานสองประเภทที่แตกต่างกัน

HSH อยู่ในหมวดหมู่ของความปั่นป่วนเฉื่อย-ที่มีกระแสครอบงำ. ภายใต้การหมุนด้วยความเร็วสูง-ของโรเตอร์ ของไหลจะต้องเผชิญกับความผันผวนของความผันผวนอย่างรุนแรง โดยหลักแล้วการแตกของหยดจะถูกควบคุมโดยความเค้นเฉื่อยของไหลปั่นป่วน (~ρ(εd)^(2/3)) ลักษณะสำคัญของสนามการไหลนี้คือ: ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงมาก (10⁶–10⁸ W/m³), เวลาคงอยู่ที่สั้นมาก (มิลลิวินาทีถึงวินาที) และสนามการไหลที่ถูกครอบงำด้วยแรงเฉือนและกระแสน้ำวนที่ปั่นป่วน

ในทางกลับกัน โรงสีคอลลอยด์จัดอยู่ในประเภทช่องการไหลของสารประกอบเฉือนแบบขยาย-. ภายในช่องว่างของโรเตอร์-ของสเตเตอร์ ของไหลจะเกิดปฏิกิริยาร่วมกันของการไหลขยายและการไหลเฉือนที่รุนแรง และกลไกการแตกของหยดก็มีความซับซ้อนมากขึ้นอย่างมาก เมื่อเปรียบเทียบกับ HSH แล้ว CM มีความหนาแน่นของพลังงานปานกลาง (10⁵–107 W/m³) แต่มีเวลาพักนานกว่ามาก (วินาทีถึงนาที) โดยมีองค์ประกอบการไหลขยายที่สำคัญ

ตารางที่ 1 การเปรียบเทียบคุณลักษณะของสนามการไหล: การทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยแรงเฉือนสูง- เทียบกับโรงสีคอลลอยด์

ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อใช้ PGPR เพียงอย่างเดียวเป็นอิมัลซิไฟเออร์ HSH ที่ 18,000 รอบต่อนาทีเป็นเวลา 3 นาที ให้ผลลัพธ์การกระจายหยดที่ d₃,₂ µm 8–12 μm โดยมีสัณฐานวิทยาของหยดปกติและการกระจายขนาดที่แคบ เมื่อนำการบำบัดด้วย CM มาใช้กับพลังงานที่เทียบเคียงได้ ขนาดหยดเฉลี่ยจะเพิ่มขึ้นเป็น 15–20 μm แต่การกระจายขนาดนั้นกว้างกว่า โดยแสดงลักษณะแบบไบโมดัลที่ชัดเจน- จุดสูงสุดหลักที่ 10–15 μm และจุดสูงสุดรองที่ 25–35 μm

การแนะนำ DMG ได้เปลี่ยนแปลงภาพนี้โดยพื้นฐาน ในระบบผสม PGPR:DMG=7:3 (ความเข้มข้นรวม 3%) ความแตกต่างของขนาดหยดระหว่าง HSH และ CM แคบลงอย่างมีนัยสำคัญ: d₃,₂ พรีเมี่ยม 10 μm สำหรับ HSH และ พรีเมี่ยม 12 μm สำหรับ CM ลดอัตราส่วนจากประมาณ 1.8 × (PGPR เพียงอย่างเดียว) เป็นประมาณ 1.2 × ที่สำคัญกว่านั้น ความคงตัวในการเก็บรักษา (30 วัน 25 องศา ) ของอิมัลชันที่ผลิต CM- นั้นเหนือกว่าผลิตภัณฑ์ HSH อย่างเห็นได้ชัด- ดัชนีความไม่เสถียรของประเภทแรกอยู่ที่ประมาณ 40% เท่านั้น

3 แรงเฉือน-กลไกการตอบสนองของโครงสร้างการรักษาเสถียรภาพคู่ "PGPR Interfacial Film + DMG Crystal Network"

เหตุใด CM จึงแสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบเชิงสัมพัทธ์ที่เด่นชัดในระบบผสม PGPR/DMG คำตอบอยู่ที่การตอบสนองที่แตกต่างกันของอิมัลซิไฟเออร์สองตัวต่อประวัติแรงเฉือน และคุณลักษณะเฉพาะของฟิลด์การไหลของ CM ที่ตรงกับ "หน้าต่างแรงเฉือน" ที่เกี่ยวข้องอย่างแม่นยำ

การดูดซับทางผิวหนังของ PGPR เป็นกระบวนการจลนศาสตร์ที่รวดเร็ว ไม่ว่าจะอยู่ในช่วง-ความปั่นป่วนระดับมิลลิวินาทีของ HSH หรือ-การไหลเฉือนส่วนขยาย-ระดับที่สองของ CM โมเลกุลของ PGPR ก็สามารถดูดซับได้อย่างสมบูรณ์อย่างรวดเร็วบนพื้นผิวหยดที่สร้างขึ้นใหม่ ซึ่งก่อตัวเป็นแผ่นฟิล์มที่ยืดหยุ่นต่อผิวหน้า อย่างไรก็ตาม,ความสามารถในการรักษาตัวเอง-ของฟิล์มติดผิวหน้า PGPR ต่อความเสียหายทางกลนั้นมีจำกัด. ภายใต้สภาวะที่มีความปั่นป่วนขั้นรุนแรงของ HSH หยดที่เพิ่งเกิดใหม่จะเกิดการแตก-การรวมตัวกัน-ซ้ำ-รอบการแตกหัก โดยที่ฟิล์มที่ติดอยู่บนผิวหน้าจะถูกฉีกและสร้างใหม่อย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้ประสิทธิภาพในการอิมัลซิฟิเคชั่นเล็กน้อยลดลง

ในทางตรงกันข้าม DMG ต้องการสภาพแวดล้อมควบคู่แบบ "เฉือน-ความเย็น" ที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน ข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับ DMG ในการใช้ฟังก์ชันรักษาเสถียรภาพที่ส่วนต่อประสานและในเฟสต่อเนื่องคือ: (1) โมเลกุลจะต้องมีเวลาเพียงพอที่จะบรรลุความเข้มข้นของพื้นผิววิกฤตบนพื้นผิวหยด; (2) หยดจะต้องรักษาเสถียรภาพทางสัณฐานวิทยาภายใต้แรงเฉือนที่เหมาะสมเพื่อสร้างเทมเพลตนิวเคลียสสำหรับการตกผลึกบนพื้นผิว (3) อัตราการทำความเย็นต้องปานกลางเพื่อให้ผลึกมีการเติบโตของผลึกเพียงพอโดยไม่มีการรวมตัวมากเกินไป

ลักษณะเฉพาะของสนามการไหลของ HSH-ความหนาแน่นของพลังงานสูง เวลาคงอยู่สั้นมาก ความปั่นป่วนที่รุนแรง-ขัดแย้งกับข้อกำหนดของ DMG เกือบทั้งหมดใน HSH อายุการใช้งานของหยดแต่ละหยดนั้นสั้นมาก (มิลลิวินาทีถึงวินาที) และโมเลกุลของ DMG มีเวลาไม่เพียงพอที่จะสะสมที่ส่วนต่อประสาน ไม่ต้องพูดถึงการสร้างนิวเคลียสระหว่างผิวและการเติบโตของคริสตัลให้สมบูรณ์เลย ความร้อนจากการเสียดสีอย่างมากที่เกิดจาก HSH จำเป็นต้องมีการชดเชยความเย็นจากภายนอกเพิ่มเติม ซึ่งจะบีบอัดหน้าต่างการตกผลึกของ DMG ต่อไป

ลักษณะเฉพาะของฟิลด์การไหลของ CM-ความหนาแน่นของพลังงานปานกลาง เวลาคงอยู่นานขึ้น องค์ประกอบการไหลส่วนขยายที่สำคัญ- ตอบสนองข้อกำหนดทั้งหมดของ DMGในการไหลของช่องว่างของ CM หยดจะเกิดการเสียรูปแบบค่อยเป็นค่อยไป การเพิ่มขึ้นของพื้นที่ผิวจะเกิดขึ้นพร้อมกันกับการแพร่กระจายของพื้นผิวของ DMG ซึ่งทำให้เกิดสภาวะจลนศาสตร์ในอุดมคติสำหรับการตกผลึกระหว่างผิว ภายใต้การไหลแบบขยาย หยดจะแตกออกด้วยกลไกการแตกออก-รูปทรง "ดัมเบลล์"- ทำให้ได้หยดย่อยที่มีสัณฐานวิทยาสม่ำเสมอและมีขนาดสม่ำเสมอ ซึ่งเอื้อต่อการสร้างโครงข่ายคริสตัลที่สม่ำเสมอในภายหลัง ที่สำคัญกว่านั้น เวลาที่อยู่อาศัยที่ยาวนานขึ้นของ CM ช่วยให้ DMG มีโอกาสที่จะสร้างนิวเคลียสของคริสตัลให้สมบูรณ์และการเติบโตเริ่มต้นในระยะต่อเนื่อง สร้างโครงสร้างเชิงพื้นที่ที่การรักษาเสถียรภาพของพิกเคอริงและการรักษาเสถียรภาพของเครือข่ายอยู่ร่วมกันอย่างทำงานร่วมกัน

เราสรุปกลไกนี้ว่า"ฟิล์มประสาน PGPR (เปลือกยืดหยุ่น) + เครือข่ายคริสตัล DMG (โครงกระดูกพลาสติก)" รุ่นป้องกันภาพสั่นไหวคู่. ในแบบจำลองนี้ PGPR ให้การปกป้องระดับแรก-โดยปิดแต่ละหยดด้วยฟิล์มที่ยืดหยุ่นซึ่งต้านทานการรวมตัวกัน DMG ให้การป้องกันระดับที่สอง-โดยสร้างโครงกระดูกพลาสติกของโครงข่ายคริสตัลระหว่างหยด ทำให้ระบบมีความสามารถในการต้าน-การตกตะกอนและประสิทธิภาพการฟื้นตัวแบบทิโซโทรปิก การมีอยู่ของโครงสร้างคู่นี้ได้รับการสนับสนุนทางอ้อมจากวรรณกรรม: การศึกษาเกี่ยวกับระบบอิมัลซิไฟเออร์ผสม DAG-PGPR ได้แสดงให้เห็นว่าการทำงานร่วมกันระหว่างการตกผลึกบนผิวหน้าและกิจกรรมพื้นผิวที่สูงของ PGPR ส่งผลให้เกิดอิมัลชันที่มีทั้งการกระจายหยดที่สม่ำเสมอและความเสถียรของการแช่แข็ง-ที่ดีเยี่ยม ใน PGPR-ที่มีอิมัลชันที่ไม่มีอิมัลชัน ไขมันบริเวณผิวหน้าจะทำให้หยดทำหน้าที่เป็นสารตัวเติมที่ออกฤทธิ์ เสริมความแข็งแกร่งและความแข็งของระบบ

4 การสร้างแผนภาพเฟสแรงเฉือนแบบอิมัลซิไฟเออร์และเกณฑ์การคัดเลือกกระบวนการ

จากผลการทดลองอย่างเป็นระบบ เราได้สร้างแผนภาพเฟสเฉือนแบบอิมัลชันโดยใช้ความหนาแน่นของพลังงาน (Eᵥ) และพลังงานเฉือนจำเพาะ (SBE) เป็นพารามิเตอร์คู่ โดยกำหนดขอบเขตที่เกี่ยวข้องและความสัมพันธ์เสริมระหว่าง HSH และ CM ในระบบนี้

ตารางที่ 2 แผนภาพเฟสแรงเฉือนแบบอิมัลชันสำหรับอิมัลชันเฟสภายในสูงแบบผสม PGPR/DMG โดยไม่มี

หน้าต่าง Iเหมาะสำหรับน้ำสลัดที่ต้องการการไหลสูงและประสิทธิภาพการอัดขึ้นรูปที่ดีเยี่ยม ในที่นี้ PGPR เป็นอิมัลซิไฟเออร์ที่โดดเด่น ( มากกว่าหรือเท่ากับ 80%) โดยมี DMG จำนวนเล็กน้อยที่ให้การรักษาเสถียรภาพเสริม ความหนาแน่นพลังงานสูงของ HSH สามารถปรับแต่งหยดได้อย่างเพียงพอ ในขณะที่ปริมาณ DMG ต่ำช่วยให้แน่ใจว่าผลกระทบทางความร้อนของ HSH จะไม่รบกวนเครือข่ายคริสตัลที่อ่อนแอ อิมัลชันที่ได้จะมีความเค้นครากประมาณ 50–150 Pa และการกู้คืนแบบทิโซโทรปิกประมาณ 80%–100% เหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์ที่สามารถบีบขวดได้

หน้าต่างที่สองแสดงถึงขอบเขตที่เหมาะสมที่สุดของการเสริมระหว่าง HSH และ CM แนวคิดหลักของกลยุทธ์นี้คือการใช้ HSH สำหรับการแตกของหยดปฐมภูมิอย่างมีประสิทธิภาพ ตามด้วย CM เพื่อบรรลุการปรับแต่งโครงสร้างขั้นที่สอง- รวมถึงการทำให้ขนาดหยดเป็นเนื้อเดียวกันและการสร้างทิศทางของเครือข่ายคริสตัล DMG การทดลองยืนยันว่ากระบวนการควบคู่ของ "การทำให้เป็นอิมัลชันล่วงหน้า HSH - (18,000 รอบต่อนาที 1 นาที) + การกลั่นแบบหมุนเวียน CM (3,000 รอบต่อนาที 3 รอบ)" สามารถบรรลุทั้งความละเอียดของหยด (d₃,₂ พรีเมี่ยม 10–15 μm) ไปพร้อมๆ กัน และความเสถียรในการจัดเก็บระยะยาว- (ดัชนีการทำให้เสถียร 30 วัน < 5%) กระบวนการนี้เหมาะสำหรับน้ำสลัดและผลิตภัณฑ์สเปรดที่ต้องการความเสถียรในการจัดเก็บสูง

หน้าต่างที่สามเป็นพื้นที่ที่เอฟเฟกต์เครือข่ายคริสตัล DMG เกิดขึ้นจริงอย่างสมบูรณ์ เวลาพักที่ยาวนานขึ้นและลักษณะการไหลแบบขยายของ CM ทำให้ DMG มีโอกาสเพียงพอในการสร้างเครือข่ายคริสตัลที่สมบูรณ์ที่อินเทอร์เฟซและในเฟสต่อเนื่อง อิมัลชันที่ได้จะได้ค่าความเค้นครากที่ 200–400 Pa การคืนสภาพแบบทิโซโทรปิกเกิน 120% และ-คุณลักษณะของตัวเครื่อง-ที่เป็นพลาสติกเด่นชัด คงรูปร่างไว้ภายใต้สภาวะคงที่ (สันที่แตกต่างกันหลังจากการตัก) ในขณะที่มีความต้านทานความหนืดปานกลางในระหว่างการแพร่กระจายแบบไดนามิก หน้าต่างนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสเปรดแช่แข็ง/แช่เย็น และตัวเลือกเนยจากพืช-ที่ต้องการความสามารถในการกักเก็บรูปแบบสูง-

หน้าต่างที่ 4บ่งชี้ว่าเพียงการขยายเวลา CM หรือการเพิ่มความเร็วของโรเตอร์ไม่สามารถชดเชยข้อบกพร่องทางโครงสร้างที่เกิดจากปริมาณ PGPR ที่ไม่เพียงพอหรือสภาวะการตกผลึก DMG ที่ไม่เพียงพอ

5 การวิเคราะห์เชิงปริมาณของพฤติกรรมการกู้คืน Thixotropic และการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานร่วมกันของ PGPR/DMG

พฤติกรรมการคืนสภาพของทิโซทรอปิกเป็นตัวบ่งชี้หลักในการประเมินคุณภาพการใช้น้ำสลัดและสเปรด-ผลิตภัณฑ์ต้องมีการไหลที่ดีเมื่อบีบจากขวดหรือทาบนขนมปัง แต่ต้องคืนโครงสร้างที่แข็ง-คล้ายแข็งอย่างรวดเร็วหลังจากการอัดขึ้นรูปหรือการแพร่กระจายเพื่อป้องกันการยุบตัวและการรั่วไหลของน้ำมัน

อิมัลชันที่มี PGPR เท่านั้นแสดงการฟื้นตัวของ thixotropic ประมาณ 70% –85% โดยมีอัตราการฟื้นตัวช้า (เวลาลักษณะ ~ 120–200 วินาที) อิมัลชันที่มี DMG เท่านั้นไม่สามารถสร้างลูปฮิสเทรีซิสแบบทิโซโทรปิกที่สมบูรณ์ได้เนื่องจากหยดหยาบและการรวมตัวกันอย่างรุนแรง (การฟื้นตัว<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.

จากมุมมองที่เป็นหนึ่งเดียวของรีโอโลยีแรงเฉือนแบบอิมัลซิฟายเออร์ บทความนี้เผยให้เห็นกลไกการทำงานร่วมกันและ-คุณลักษณะการตอบสนองแรงเฉือนของ PGPR และ DMG ในระบบน้ำสลัดแบบ W/O ระยะภายในสูง โดยนำเสนอคำแนะนำต่อไปนี้สำหรับการเตรียมทางอุตสาหกรรม:

หลักการเลือกอุปกรณ์:ผลิตภัณฑ์ที่มีความสามารถในการไหลสูง-ได้รับการผลิตได้ดีที่สุดผ่านการประมวลผลขั้นตอนเดียวของ HSH- แนะนำให้ใช้ผลิตภัณฑ์ที่มีความเสถียรปานกลาง-ถึง-สำหรับการประมวลผลแบบ HSH + CM ควบคู่กัน ผลิตภัณฑ์จับยึดรูปแบบสูง-ได้รับการจัดเตรียมอย่างเหมาะสมที่สุดโดยใช้การประมวลผลมัลติพาสที่โดดเด่นของ CM-

หลักการออกแบบการกำหนดสูตร:สูตรอัตราส่วน PGPR สูงควรจับคู่กับความหนาแน่นพลังงานสูงของ HSH สูตรอัตราส่วน PGPR ปานกลาง-ถึง-ต่ำควรจับคู่กับ-สนามการไหลของแรงเฉือนส่วนขยายของ CM สำหรับสัดส่วน DMG ที่เพิ่มขึ้นทุกๆ 10% ขอแนะนำให้ขยายเวลาการคงอยู่ของ CM ออกไปประมาณ 20% หรือเพิ่มการหมุนเวียนของ CM เพิ่มอีกหนึ่งครั้ง

ทิศทางการวิจัยในอนาคตอาจรวมถึง: การขยายวิธีการแผนภาพระยะเฉือนที่พัฒนาขึ้นในการศึกษานี้ไปยังระบบอิมัลชันอาหารที่ไม่มี O อื่นๆ (เช่น เนยเทียม วิปปิ้งครีมที่ไม่ใช่-นม) การใช้เทคนิคการกระเจิงมุมขนาดเล็กในแหล่งกำเนิด-และเทคนิคการสะท้อนกลับของนิวตรอนเพื่ออธิบายจลนศาสตร์ของการตกผลึกระหว่างผิวของ DMG ภายใต้สภาวะความเย็นเฉือน- และการเปรียบเทียบกระบวนการตีคู่ HSH + CM กับเทคโนโลยีเกิดใหม่ เช่น อิมัลชันไมโครฟลูอิดิก เพื่อสำรวจความแม่นยำในการควบคุมขั้นสูงสุดที่สามารถทำได้ในการเตรียมอิมัลชันแบบไม่มีเฟสภายในสูง

การทำงานร่วมกันของ PGPR และ DMG ในระบบน้ำสลัดในระยะภายในสูงที่ไม่มีออกซิเจน แสดงถึงกลไกการรักษาเสถียรภาพแบบไดนามิก-ที่ขึ้นอยู่กับประวัติแรงเฉือน- และเสริมกันโดยอิงตามกลไกทางกายภาพโดยพื้นฐานที่แตกต่างกัน- ความหนืดของฟิล์มระหว่างผิวหน้ากับการสร้างเครือข่ายคริสตัล โดยพื้นฐานแล้ว ตัวเลือกระหว่างการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยแรงเฉือนสูง-และการกัดคอลลอยด์คือการจับคู่ "หน้าต่างเฉือน" ของอิมัลซิไฟเออร์สองตัวตามลำดับ: HSH จับคู่การดูดซับบนผิวอย่างรวดเร็วของ PGPR ในขณะที่ CM จับคู่การตกผลึกของนิวคลีเอชันระหว่างผิวและการสร้างเครือข่ายของ DMG การใช้อุปกรณ์ทั้งสองประเภทควบคู่กันถือเป็นโซลูชันทางวิศวกรรมที่ประสานประสิทธิภาพกับคุณภาพ "แผนภาพเฟสเฉือนแบบอิมัลชัน" ที่สร้างขึ้นในการศึกษานี้ให้รากฐานทางทฤษฎีที่เป็นระบบและแนวทางปฏิบัติสำหรับการเลือกอุปกรณ์ การออกแบบกระบวนการ และการเพิ่มประสิทธิภาพการกำหนดสูตรของอิมัลชันแบบไม่มีเฟสภายในสูงในอุตสาหกรรมอาหาร