第七届国际食品流变和结构研讨会：适用于食品流变学的新型过程粘度计
概述
国际食品流变和结构研讨会（ISFRS）由苏黎世联邦理工学院食品，营养与健康研究所主办。
国际食品流变学和结构研讨会讨论了食品流变学和结构研究人员的需求。 该专题讨论会专门讨论食品及其相关系统的流变学，食品结构和结构分析，以及食品加工，结构，流变学和最终食品质量之间的复杂关系。 开幕演讲和知名科学家举办的几场主题演讲均概述了最新技术，并重点关注了最近出现的问题。
Joe Goodbread 博士，首席技术官 Rheonics 发表了关于“用于食品流变学应用的新型过程粘度计”的演讲； 引用使用 SRV 粘度计在食品流变学中的应用。
抽象
振动过程粘度计已为人所知近 60 年，但在食品制造过程中的应用很少，而在食品制造过程中，产品一致性的控制是重中之重。 这是由于过程操作员根深蒂固的信念，即只有测量定义的剪切力才能预测他们制造的通常非牛顿且通常不均匀的产品的行为。 一种新仪器， Rheonics SRV 过程粘度计源自振动粘度计系列，该系列振动粘度计已在食品加工行业得到广泛认可，因为它们已证明能够控制面糊混合、奶酪凝结和啤酒糖化等复杂过程中的一致性。 SRV 建立在这一传统的基础上，并添加了一种新颖的平衡谐振器结构，使其结构紧凑、安装简单，并且不受安装条件的敏感性影响，而这种敏感性一直困扰着缺乏对称结构的早期设计。 由于振动粘度计通过测量浸入被测流体中的谐振器的能量损失率来发挥作用，因此由于振动传递到周围结构而导致的任何额外能量损失都会限制仪器测量的稳定性和可重复性。 这 Rheonics 平衡谐振器（正在申请专利）通过消除谐振器的振动传输到周围结构，确保谐振仪器尽可能高的再现性和稳定性。 对传统振动粘度计的进一步改进包括用于抑制泵和其他加工机械引起的环境振动的专利系统，以及先进的电磁传感器，可前所未有地抑制来自邻近设备的磁干扰。oring 机械。 这 Rheonics SRV 已经在复杂的浆料涂覆生产线中证明了自己，操作员最初认为只有流变学精确的仪器才能控制整个过程。 操作员发现 SRV 的高灵敏度和稳定性能够通过单点测量来控制过程，而能够测量密度和固体含量的其他一系列仪器的灵敏度不够高，无法测量过程流中的微小变化，对于均匀、粘附的涂层至关重要。
应用领域
无论是在牛顿流体还是非牛顿流体中，只要需要对表观粘度进行单点测量，就可以使用SRV。
应用范围包括：
- 面糊混合
- 重油粘度控制
- 浆料涂覆过程监控oring 和控制
- 抽水优化
- 聚合监测oring
流变测量振动粘度法的探索
- 振动粘度计似乎不太可能用于流变学测量：
- 剪切发生在探头周围的薄边界层中，而不是散装流体中
- 剪切力是振荡的，随着探头振动频率（大约 7.4 kHz）改变方向。 为了 Rheonics SRV。
- 传感器有效地浸没在半无限量的流体中，因此速度梯度不确定。
- 在积极方面：
- 他们很稳定
- 尽管剪切速率未知且不可知，但它是可重复的，因此振动粘度计有利于在过程环境中保持流体的流动特性恒定
在振动粘度计上叠加整体剪切场可产生有用的流变信息
- 观察：当将诸如SRV之类的振动传感器放置在对番茄酱等高剪切速率敏感的材料中时，随着探头在材料中移动，其指示的粘度会剧烈波动。
- 这表明，如果将传感器放置在均匀，可控的剪切场中，则更改其剪切速率可以提供有关流体的剪切敏感特性的信息。
一个简单的叠加剪切“流变仪”
- 可调速马达使样品筒绕其轴旋转
- 振动粘度计探头浸入液体中
- 当转速变化时，记录流体的指示粘度
“番茄酱计”
- A Rheonics SRV 粘度计浸入装有番茄酱样品的圆筒中。
- 计算机控制的电动机（在木制平台下方）以一系列固定的速率和持续时间旋转样品。
- 粘度计控制箱将测得的粘度值传输到计算机。
番茄酱的叠加剪切行为
- 固定筒中的指示粘度约为120mPa.S。 （区域1）
- 随着油缸旋转，指示粘度降低。 每一步都是旋转速率的两倍。 粘度接近渐近线（区域2）
- 停止旋转后，粘度缓慢增加到新的渐近水平（区域3）。
- 此行为的某些功能可以准确重复（第二个测量周期）。
传统的番茄酱稠度测量方法：Bostwick稠度计
- 番茄酱允许在其自身重量下流动。 30秒内经过的距离是其一致性的度量。
- 在我们的实验室中，使用了一个简易的Bostwick型槽来测量3种不同的番茄酱产品。 流过的距离为：
- 番茄酱1（知名品牌）：13毫米
- 番茄酱2（“廉价”商店品牌）：39毫米
- 番茄酱3（“轻型”商店品牌）：28毫米
叠加剪切测量中3个番茄酱的行为
- 观察
- K1具有最低的Bostwick，最高的初始粘度和最慢的回收率。
- K2的高剪切粘度最低，恢复最快。
- K3低速剪切稀化，高速剪切稠化
- 最终回收的粘度与Bostwick稠度密切相关
结论
- 叠加剪切对指示粘度有很大的影响。
- 对于所有三个番茄酱品种，叠加剪切和所示粘度之间的相关性是可重复的。
- 每个番茄酱品种对叠加剪切的变化都有独特且可重复的“签名”响应。
- “已恢复”表示粘度与Bostwick粘度计的测量结果具有很好的相关性，这意味着该方法可用于在线，在线测量与Bostwick测量所捕获的相同特性。
悬而未决的问题和未来的工作
- 振荡边界层中的局部剪切如何与叠加剪切场中的全局剪切相互作用？
- 这些测量值可以告诉我们有关番茄酱样物质的结构的信息-具有屈服应力和剪切相关粘度的物质？ 特别是，为什么结构化程度更高的材料（番茄酱1）要比结构化程度最低的材料（番茄酱2）花费更多的时间才能恢复到静止粘度值？
- 未来的实验将改变在振荡和叠加剪切场中剪切速率的相对幅度，以了解它们的相对贡献和相互作用的性质。
