رئولوژی در صنعت غذا
جوانه کریمی
دانشجوی کارشناسی ارشد رشته علوم و صنایع غذایی گرایش کنترل کیفی و بهداشتی دانشگاه علوم پزشکی یزد
رئولوژی در صنعت غذا
مقدمه:
دانشمندان علوم غذایی نیازمند اندازه گیری خواص فیزیکی مرتبط با بافت حسی و پردازش اطلاعات هستند. این خواص با روشهای رئولوژیکی تعیین میشوند. ویژگیهای رئولوژیکی را باید زیرمجموعهای از ویژگیهای بافتی غذاها در نظر گرفت ، زیرا تشخیص حسی بافت، عواملی فراتر از خواص رئولوژیکی را در بر میگیرد. روشهای رئولوژیکی بهطور دقیق «نیرو»، «تغییر شکل» و «جریان» را اندازهگیری میکنند، و دانشمندان و مهندسان مواد غذایی باید بهترین نحوه اعمال این اطلاعات را تعیین کنند. به عنوان مثال، جریان سس سالاد از یک بطری، شکستن یک آب نبات، یا پمپاژ خامه از طریق یک هموژنایزر، هر کدام به خواص رئولوژیکی این مواد مرتبط هستند. خواص رئولوژیکی با اعمال و اندازه گیری نیروها و تغییر شکل ها به عنوان تابعی از زمان تعیین می شود. علم رئولوژی کاربردهای زیادی در زمینههای پذیرش غذا، پردازش مواد غذایی و جابجایی مواد غذایی دارد. غذاها از نظر ساختاری و رئولوژیکی مواد پیچیده ای هستند و در بسیاری از موارد از مخلوطی از مواد جامد و همچنین اجزای ساختاری سیال تشکیل شده اند.
مفاهیم اولیه
رئولوژی : علم مطالعه رابطه بین تنش وارد شده به ماده و بررسی جریان یا تغییر شکل آن ماده ( جامد ، مایع ، گاز) است.
ماده الاستیک : موادی که در اثر اعمال نیرو تغییر شکل می دهند و پس از حذف آن به شکل اولیه خود بر می گردند مثل فنر و تغییر شکل می دهند و ماده جریان پیدا می کند.
ماده ویسکوز : ماده ای که در اثر اعمال نیرو به طور پیوسته تغییر شکل می دهند و پس از حذف نیرو به شکل اولیه برنمیگردند مثل شیر و آب.
ماده ویسکوالاستیک : ماده ای که هردو رفتار ویسکوز و الاستیک را نشان می دهد مثل خمیر نان.
تنش : اندازه گیری نیروی در واحد سطح است که واحد آن نیوتون بر متر مربع یا پاسکال است.
کرنش : یک کمیت بدون بعد است که تغییر شکل نسبی ماده ( جریان/ تغییر شکل ) در برابر اعمال تنش را بیان می کند.
رئومتر چیست ؟
رئومتر چیست : دستگاهی است که خواص رئولوژی یک سیال را از طریق اعمال نیروی معین و بررسی مقاومت ماده به تغییر شکل یا جریان می سنجد.برای اندازه گیری ویسکوزیته مواد غذایی مایع و شبه مایع دستگاه های مختلفی طراحی شدند که ممکن است اصول کار متفاوتی داشته باشند. ویسکومتر های بنیادی را بر اساس روش کار به دو دسته مهم لوله ای و چرخشی تقسیم می کنند. در این مبحث به انواع ویسکومتر های چرخشی خواهیم پرداخت.
انواع رئومترهای چرخشی
1.رئومتر استوانه متحدالمرکز
2.رئومتر مخروط صفحه
3.رئومتر صفحه موازی
4.رئومتر مخلوطی ( تک دوک )
رئومتر استوانه متحدالمرکز :
بسیار متداول است.این دستگاه از دو استوانه به نام Bob و Cup تشکیل شده است. استوانه ی داخلی باب و استوانه خارجی کاپ نام دارد. این دو استوانه با فاصله کم از هم قرار می گیرند این فاصله gap نام دارد. سیال در بین فضای دو استوانه قرار گرفته و نیروی گشتاور به استوانه داخلی اعمال می شود سپس استوانه داخلی می چرخد و نیرو به سیال منتقل می شود و در نهایت سیال گشتاوری را به استوانه خارجی وارد می کند و آن را به طرف محیط می کشاند در واقع جریان سیال توسط حسگر هایی که روی سطح استوانه خارجی هستند تعیین می شود. بر اساس چرخش باب یا کاپ ویسکومترهای استوانه ای هم مرکز را به دو دسته تقسیم می کنند :
سیستم سیرل : که در آن باب می چرخد و کاپ ثابت است.
سیستم کوته : که در آن کاپ می چرخد و باب ثابت است.
نوع سیرل رایج تر از نوع کوته بوده است.
رئومتر مخروط-صفحه :
ویسکومتر مخروط صفحه دارای اصول مشابه با ویسکومترهای استواته هم مرکز هستند. این دستگاه از یک قسمت مسطح و یک قسمت مخروطی شکل تشکیل شده است و قسمت مخروطی در یک سرعت زاویه ای معین میچرخد. در واقع سیال بین قسمت مسطح و مخروطی شکل ( gap ) قرار می گیرد، سپس نوک قسمت مخروطی پس از تماس با قسمت صفحه مانند می چرخد و گشتاور از قسمت مخروطی به سیال و سپس به سیال گشتاور را به قسمت مسطح منتقل می شود و گشتاور در صفحه ثابت و یا روی مخروط اندازه گیری میشود به عبارتی رفتار و جریان سیال توسط حسگرهایی که به قسمت مسطح یا مخروطی متصل اند اندازه گیری می شود. در برخی از طرح ها صفحه می چرخد و مخروط ثابت باقی می ماند. حداقل فاصله ی بین مخروط و صفحه 50 میکرومتر است و در طی اندازه گیری نوک مخروط صفحه را لمس میکند. در واقع بین قسمت مخروطی و صفحه مانند یک زاویه ای به نام تتا تشکیل می شود که اگر این زاویه کمتر از 5 درجه سانتی گراد باشد سرعت برشی و تنش برشی در تمام قسمت های سیال یکسان در نظر گرفته می شود. در این دستگاه ثابت نگه داشتن دما نسبت به رئومتر استوانه متحدالمرکز دشوار تر است چرا که دما بر ویسکوزیته تاثیر دارد. موادی که دارای ذرات با اندازه ی بزرگتر از گپ هستند نمی توانند در این روش مورد استفاده قرار گیرند چرا که اندازه ذرات بزرگتر از گپ است مانند سوپ.
مزیت :
نیاز به مقدار کمی از نمونه برای تست است.
اثرات دیواره و انتهایی وجود ندارد.
معایب :
روش گران تری است چرا که جهت طراحی این دستگاه به دقت بیشتری نیاز است.
خطر به بیرون پرتاب شدن موادی که ویسکوزینه بسیار کمی در سرعت برشی بالا در این دستگاه وجود دارد.
رئومتر صفحه موازی
از دو قسمت صفحه مسطح تشکیل شده است که یک قسمت متحرک و قسمت دیگر ثابت است و به فاصله h از یکدیگر قرار میگیرند. نمونه بین دو صفحه قرار می گیرد. این دستگاه برای مواد حاوی ذرات درشت مانند سوپ مناسب است چون گپ بیشتری وجود دارد. در این دستگاه چون حجم کوچکی از سیال به کار می رود امکان تبخیر و تغلیظ بخشی از سیال در حین انجام آزمون در دمای بالا وجود دارد بنابراین قرار دادن این سیستم در داخل یک محفظه مناسب اهمیت بسیاری دارد.
رئومتر مخلوطی ( تک دوک )
مشابه با استوانه متحدالمرکز است اما در این دستگاه گپ بیشتر است. در این دستگاه یک دوک توسط یک میلهی عمودی به دستگاه متصل است. دوک میچرخد و از طریق گشتاوری که به دوک وارد می شود بر ویسکوزیته نمونه غلبه می شود و سپس تغییر رفتار یا جریان ماده اندازه گیری می شود. دوک ها انواع مختلف در سایزها و اندازه های متفاوتی دارند ( دوک دیسکی، میله ای، پره ای ( پدالی یا پرچمی )، مارپیچی، T شکل) و شما بر اساس آزمون و خطا و نوع سیالی که دارید نوع دوک را مشخص میکنید. در این دستگاه سرعت برشی در تمام نقاط سیال یکسان نیست بنابراین ویسکوزیته ظاهری که از تجزیه و تحلیل داده های این روش بدست می آیند قابل ارائه نیستند و پس از مخلوط کردن نمونه در این دستگاه باید از ویسکومتر دیگری ( استوانه متحدالمرکز، مخروط-صفحه ، صفحه-صفحه ) جهت آنالیز نهایی رفتار ماده و اندازه گیری خواص رئولوژیکی استفاده کنید. ویسکومتر های مخلوط کننده اگرچه کمتر از ویسکومترهای دیگر رایج اند ولی از نظر حل مشکلاتی که در ویسکومتری مواد غذایی با آن مواجه می شویم بسیار عالی و کاربردی اند.
این دستگاه برای چه موادی مناسب است ؟
1.موادی که ذرات با اندازه بزرگ دارند.
2.سیالات مستق از زمان
3.موادی که خطر لغزش داند.
4.مناسب برای رب گوجه فرنگی و کچاپ.
نکته ای که در حین کار با ویسکومتر ها بسیار اهمیت دارد کنترل دما است. تغییرات جزئی دما می تواند موجب تغییرات زیادی در ویسکوزیته سیالات شود. بنابراین در طی تعیین ویسکوزیته دما باید در محدوده 1± درجه سانتی گرادکنترل شود.
دیدگاهتان را بنویسید
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.