انتقل إلى المحتوى

المؤتمر الدولي السابع حول ريولوجيا وبنية الأغذية: مقياس لزوجة جديد لتطبيقات ريولوجيا الأغذية

نظرة عامة

استضاف معهد الغذاء والتغذية والصحة في جامعة ETH زيورخ الندوة الدولية حول علم ريولوجيا وبنية الأغذية (ISFRS).

تُعنى الندوة الدولية حول ريولوجيا وبنية الأغذية بتلبية احتياجات الباحثين في هذا المجال. وتُكرّس الندوة لدراسة ريولوجيا الأغذية والأنظمة ذات الصلة، وبنية الأغذية وتحليلها، والعلاقة المعقدة بين معالجة الأغذية وبنيتها وريولوجياها وجودتها النهائية. وتُقدّم المحاضرة الافتتاحية، إلى جانب عدد من المحاضرات الرئيسية التي يُلقيها علماء مرموقون، لمحة عامة عن أحدث ما توصل إليه العلم في هذا المجال، مع تركيز مُفصّل على المشكلات الحديثة.

الدكتور جو جودبريد، كبير مسؤولي التكنولوجيا في Rheonics ألقى محاضرة بعنوان "مقياس لزوجة جديد لتطبيقات علم ريولوجيا الأغذية"؛ مستشهداً باستخدام  SRV مقياس اللزوجة في تطبيقات علم ريولوجيا الأغذية.

كتاب ملخصات المؤتمر الدولي لإعداد التقارير المالية 2015

الملخص

تُعرف مقاييس اللزوجة الاهتزازية منذ ما يقرب من 60 عامًا، لكنها لم تجد سوى استخدام محدود في عمليات تصنيع الأغذية، حيث يُعد التحكم في اتساق المنتج أولوية قصوى. ويعود ذلك إلى الاعتقاد الراسخ لدى مشغلي العمليات بأن القياسات المحددة للقص هي وحدها القادرة على التنبؤ بسلوك المنتجات التي يصنعونها، والتي عادةً ما تكون غير نيوتونية وغير متجانسة في كثير من الأحيان. وقد طُور جهاز جديد، هو... Rheonics يُعدّ مقياس لزوجة العمليات SRV امتدادًا لسلسلة من مقاييس اللزوجة الاهتزازية التي لاقت رواجًا واسعًا في صناعة الأغذية، نظرًا لقدرتها المثبتة على التحكم في اتساق العمليات المعقدة كخلط العجين وتخثير الجبن وهرس البيرة. ويستند SRV إلى هذا الإرث، مضيفًا إليه بنية رنانة متوازنة مبتكرة تجعله صغير الحجم وسهل التركيب، وخاليًا من حساسية ظروف التركيب التي عانت منها التصاميم السابقة التي تفتقر إلى بنيته المتناظرة. وبما أن مقاييس اللزوجة الاهتزازية تعمل عن طريق قياس معدل فقد الطاقة في رنان مغمور في السائل قيد الاختبار، فإن أي فقد إضافي للطاقة ناتج عن الاهتزازات المنتقلة إلى الهياكل المحيطة يحدّ من استقرار قياسات الجهاز وقابليتها للتكرار. Rheonics يضمن الرنان المتوازن (براءة اختراع قيد الانتظار) أعلى مستوى ممكن من الدقة والاستقرار في الأجهزة الرنانة، وذلك عن طريق منع انتقال اهتزازات الرنان إلى الهياكل المحيطة. وتشمل التحسينات الإضافية على مقاييس اللزوجة الاهتزازية التقليدية أنظمة حاصلة على براءة اختراع لرفض الاهتزازات المحيطة الناتجة عن المضخات وغيرها من آلات المعالجة، بالإضافة إلى محولات كهرومغناطيسية متطورة تتميز بقدرة غير مسبوقة على رفض التداخل المغناطيسي من الآلات المجاورة. Rheonics لقد أثبت جهاز SRV جدارته بالفعل في خط إنتاج معقد لطلاء الملاط، حيث كان المشغل يعتقد في البداية أن جهازًا دقيقًا من الناحية الريولوجية هو وحده القادر على التحكم في العملية. لكن تبين للمشغل أن الحساسية العالية والاستقرار الذي يتمتع به جهاز SRV مكّنا من التحكم في العملية من خلال قياس نقطة واحدة، في حين أن مجموعة من الأجهزة الأخرى القادرة على قياس الكثافة ومحتوى المواد الصلبة لم تكن حساسة بما يكفي لقياس التغيرات الطفيفة في تيار العملية، والتي كانت حاسمة للحصول على طلاء متجانس وملتصق.

الاستخدامات

يمكن استخدام جهاز قياس اللزوجة الظاهرية (SRV) أينما كانت هناك حاجة إلى قياسات أحادية النقطة للزوجة الظاهرية، سواء في السوائل النيوتونية أو غير النيوتونية.

وتشمل التطبيقات:

  • خلط العجين
  • التحكم في لزوجة زيت الوقود الثقيل
  • مراقبة عملية طلاء الملاط والتحكم بها
  • تحسين الضخ
  • مراقبة عملية البلمرة

استكشاف قياس اللزوجة الاهتزازية للقياسات الريولوجية

  • يبدو أن مقياس اللزوجة الاهتزازي مرشح غير محتمل للقياسات الريولوجية:
    • يحدث القص في طبقة حدودية رقيقة حول المسبار، بدلاً من حدوثه في السائل الرئيسي.
    • القصّ اهتزازي، ويتغير اتجاهه بتغير تردد اهتزاز المسبار - حوالي 7.4 كيلوهرتز. Rheonics SRV.
    • يتم غمر المستشعر بشكل فعال في حجم شبه لانهائي من السائل، بحيث تكون تدرجات السرعة غير محددة.
  • على الجانب الإيجابي:
    • إنها مستقرة للغاية
    • على الرغم من أن معدل القص غير معروف وغير قابل للمعرفة، إلا أنه قابل للتكرار، ولذلك فإن مقاييس اللزوجة الاهتزازية جيدة للحفاظ على خصائص تدفق السائل ثابتة في بيئة عملية.

يمكن أن يؤدي تطبيق مجال القص الكلي على مقياس اللزوجة الاهتزازي إلى الحصول على معلومات ريولوجية مفيدة

  • الملاحظة: عندما يتم وضع مستشعر اهتزازي مثل SRV في مادة حساسة للغاية لمعدل القص مثل كاتشب الطماطم، فإن لزوجته المشار إليها تتقلب بشدة أثناء تحريك المسبار عبر المادة.
  • يشير هذا إلى أنه إذا تم وضع المستشعر في مجال قص منتظم وقابل للتحكم، فإن تغيير معدل القص يمكن أن يعطي معلومات حول خصائص السائل الحساسة للقص.

مقياس لزوجة بسيط يعتمد على القص المتراكب

  • يتم تدوير أسطوانة العينة حول محورها بواسطة محرك يمكن التحكم في سرعته
  • يتم غمر مسبار مقياس اللزوجة الاهتزازي في السائل
  • يتم تسجيل لزوجة السائل عند تغيير معدل الدوران.
مقياس لزوجة بسيط يعتمد على القص المتراكب

مقياس الكاتشب

  • A Rheonics يتم غمر مقياس اللزوجة SRV في أسطوانة تحتوي على عينة من كاتشب الطماطم.
  • يقوم محرك يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر (أسفل المنصة الخشبية) بتدوير العينة بسلسلة من المعدلات والفترات الزمنية الثابتة.
  • يقوم صندوق التحكم في مقياس اللزوجة بنقل قيم اللزوجة المقاسة إلى الكمبيوتر.
مقياس الكاتشب

سلوك القص المتراكب للكاتشب

  • اللزوجة المشار إليها في الأسطوانة الثابتة تبلغ حوالي 120 ملي باسكال.ثانية (المنطقة 1)
  • مع دوران الأسطوانة، تنخفض اللزوجة المشار إليها. كل خطوة تمثل مضاعفة سرعة الدوران. تقترب اللزوجة من قيمة ثابتة (المنطقة 2).
  • عند إيقاف الدوران، تزداد اللزوجة ببطء إلى مستوى تقاربي جديد (المنطقة 3).
  • بعض سمات هذا السلوك قابلة للتكرار بدقة (دورة القياس الثانية).
سلوك القص المتراكب للكاتشب

القياس التقليدي لقوام الكاتشب: مقياس قوام بوستويك

  • يُسمح للكاتشب بالتدفق بفعل وزنه. وتُعتبر المسافة التي يقطعها في 30 ثانية مقياساً لقوامه.
  • استُخدم حوضٌ مُرتجلٌ من نوع بوستويك في مختبرنا لقياس ثلاثة أنواع مختلفة من الكاتشب. وكانت المسافات التي تم قياسها كالتالي:
    • كاتشب 1 (علامة تجارية مشهورة): 13 مم
    • كاتشب 2 (علامة تجارية "اقتصادية" للمتاجر): 39 مم
    • كاتشب 3 (علامة تجارية "خفيفة" للمتاجر): 28 مم
مقياس قوام بوستويك

سلوك ثلاثة أنواع من الكاتشب في قياسات القص المتراكبة

  • الملاحظات
    • كان لدى K1 أقل قيمة لـ Bostwick، وأعلى لزوجة أولية، وأبطأ عملية استعادة.
    • كان لدى K2 أقل لزوجة عند القص العالي، وأسرع استعادة.
    • كانت K3 تُظهر خاصية ترقق القص عند المعدلات المنخفضة، وخاصية زيادة سمك القص عند المعدلات الأعلى.
    • ارتبطت اللزوجة النهائية المستعادة ارتباطًا وثيقًا بقوام بوستويك

استنتاجات

  • كان للقص المتراكب تأثير كبير على اللزوجة المشار إليها.
  • كانت الارتباطات بين القص المتراكب واللزوجة المشار إليها قابلة للتكرار لجميع أنواع الكاتشب الثلاثة.
  • كان لكل نوع من أنواع الكاتشب استجابة "مميزة" فريدة وقابلة للتكرار للتغيرات في القص المتراكب.
  • يشير مصطلح "المستعاد" إلى أن اللزوجة ترتبط بشكل جيد بقياس مقياس قوام بوستويك، مما يعني أنه يمكن استخدام هذه الطريقة لإجراء قياسات مباشرة ومباشرة لنفس الخصائص التي تم التقاطها بواسطة قياسات بوستويك.

أسئلة مفتوحة وأعمال مستقبلية

  • كيف يتفاعل القص المحلي في الطبقة الحدية المتذبذبة مع القص العالمي في مجال القص المتراكب؟
  • ما الذي يمكن أن تخبرنا به هذه القياسات عن بنية المواد الشبيهة بالكاتشب - تلك التي تتميز بإجهاد خضوع ولزوجة تعتمد على القص؟ على وجه الخصوص، لماذا تستغرق المادة ذات البنية الأكثر كثافة - الكاتشب 1 - وقتًا أطول للعودة إلى قيمة لزوجة ثابتة مقارنةً بالمادة الأقل كثافة - الكاتشب 2؟
  • ستغير التجارب المستقبلية السعات النسبية لمعدلات القص في كل من مجالات القص المتذبذبة والمتراكبة لفهم كل من مساهماتها النسبية وطبيعة تفاعلاتها.

الحلول

للاطلاع على المزيد حول حلولنا لصناعة الأغذية، يرجى زيارة صفحة الحلول.

Rheonics حلول لصناعة الأغذية
البحث

Rheonics في معرض إكسبوكوبري 2026

انضم إلى أكثر من Rheonics في معرض إكسبوكوبري 2026 في ليما، اكتشف كيف تُحسّن تقنيات الاستشعار الدقيقة كفاءة التعدين. شاهد تقنيتنا وهي تعمل، بدءًا من كثافة الطين وحتى مراقبة المواد الكيميائية.