Abstraktus
Augalinių{0}}baltyminių gėrimų homogenizavimas yra esminė didelio{1}}šlyties aplinka. Veikiant kombinuotoms didelio-slėgio homogenizavimo ir intensyvaus šlyties jėgoms, alyvos fazė priverstinai išsklaidoma į mikronų- mastelio lašelius, o emulsikliai turi užbaigti paviršių adsorbciją, orientaciją ir plėvelės architektūrą per itin suspaustą laiko langą. PGPR (poliglicerolio poliricinoleatas) ir DATEM (diacetilo vyno rūgšties mono- ir digliceridų esteriai), du emulsikliai, kurių poliškumas ir molekulinė konfigūracija labai skiriasi, pasižymi ryškiu konkurenciniu ir vienas kitą papildančiu sąsajos elgesiu esant dideliam -šlyties poveikiui. Šiame straipsnyje analizuojama sinergetinė PGPR ir DATEM logika homogenizuojant augalinius baltyminius gėrimus iš trijų perspektyvų -sąsajų termodinamika, šlyties -sukeltas molekulinis pertvarkymas ir stabilumo palaikymo mechanizmai{12}} ir tiriamas ne{13}}tiesinis emulsijos mišinio stabilumo poveikis.
Didelės šlyties{0}}aplinkos išskirtinumas: laikas, kai langai veikia esant dideliam suspaudimui
Augalinių{0}}baltyminių gėrimų (tokių kaip sojos pienas, migdolų pienas ir avižų pienas) emulsinimas iš esmės yrane-pusiausvyros procesas. Aukšto slėgio homogenizatoriai taiko šlyties greitį, pasiekiantį 105105–106106 s–1–1, per mikrosekundes ištempdami ir suskaidydami alyvos fazę į smulkius lašelius. Šis procesas kelia du esminius iššūkius:
- Itin greitas sąsajos atsinaujinimo greitis: naujai sukurtos alyvos{0}}vandens sąsajos masiškai atskleidžiamos akimirksniu. Emulsikliai turi užbaigti adsorbcijąmikrosekundžių-iki-milisekundžių laikotarpiais, arba lašeliai greitai susijungs dėl pernelyg didelės sąsajos įtampos.
- Ardomosios turbulencijos ir kavitacijos jėgos: Staigus slėgio kritimas per homogenizacijos vožtuvą sukelia kavitaciją, sukuriant vietines aukštas temperatūras ir smūgines bangas, kurios gali suplėšyti jau -susiformavusias sąsajos plėveles.
Tokioje aplinkoje,migracijos greitisirplėvelės-formavimo greitisemulsiklių skaičius tampa lemiamais emulsinimo sėkmės parametrais{0}}, o ne vien tik pusiausvyros HLB vertės.
PGPR ir DATEM kontrastinės molekulinės charakteristikos
1. PGPR: didelio-molekulinio-svorio, stipriai lipofiliškas „lėtas plitimas“
PGPR molekulinė struktūra susideda iš poliglicerolio pagrindo su daugybe ricinolio rūgšties grandinių, kurių molekulinė masė paprastai svyruoja nuo 2000 iki 4000 Da-daug viršija įprastus mažų{3}}molekulinių emulsiklių. Jo lipofiliškumas yra ypač stiprus, jo tirpumas aliejaus fazėje gerokai viršija tirpumą vandenyje.
Privalumai: adsorbuotas alyvos{0}}vandens sąsajoje, PGPR sudaro astora, labai elastinga sąsajos plėvelėpasižymi puikiomis sterinėmis kliūtimis nuo lašelių susiliejimo.
Trūkumai: Jo didelė molekulinė masė lemia mažą difuzijos koeficientą vandeninėje fazėje ir lėtą migraciją į naujai sukurtas sąsajas. Esant dideliam-šlyties sąlygoms, dėl šio „lėtumo“ jis gali praleisti optimalų sąsajos užimtumo langą.
2. DATEM: vidutinis-molekulinis-svoris, labai poliarinis „greitasis atsakas“
DATEM molekulinė masė paprastai svyruoja nuo 500 iki 800 Da. Jo diacetilo vyno rūgšties grupės suteikia žymiai stipresnį poliškumą nei PGPR. Jis tirpsta tiek aliejaus, tiek vandens fazėse, tačiau linkęs koncentruotis sąsajos srityje.
Privalumai: Mažas molekulinis dydis ir stiprus poliškumas suteikia DATEM žymiai greitesnį difuzijos ir sąsajos adsorbcijos greitį vandeninėje fazėje, palyginti su PGPR. Didelės-šlyties homogenizacijos metu DATEM galipirmiausia pasiekite naujai sukurtas sąsajas, greitai sumažinant sąsajos įtampą ir užkertant kelią lašelių susiliejimui.
Trūkumai: Vien tik DATEM suformuotos sąsajos plėvelės yra gana plonos ir mechaniškai ribotos. Ilgai laikant arba termiškai sterilizuojant, plėvelė gali susitraukti arba desorbuotis, todėl gali susidaryti kremas arba atsiskirti aliejus.
Sąsajų konkurencija esant didelei šlyčiai: laikinoji seka, o ne tiesioginis antagonizmas
Augalinės{0}}baltyminių gėrimų sistemose, kuriose yra ir PGPR, ir DATEM, homogenizacijos metu vykstanti paviršinė adsorbcija rodochronologine sekao ne visiškai bendradarbiauti{0}}
1 etapas: DATEM „pirmasis{1}}darbas“
Akimirksniu atidarius homogenizavimo vožtuvą, matomas didžiulis kiekis naujai sukurtų alyvos{0}}vandens sąsajų. DATEM, turintis mažesnę molekulinę masę ir stipresnę vandeninės{2}}fazės difuzijos galimybę,užbaigia pradinę adsorbciją per mikrosekundes, greitai sumažindamas sąsajos įtampą nuo iš pradžių didelės vertės. Pagrindinis tikslas šiame etape yraužkirsti kelią momentiniam lašelių susiliejimuiir nusipirkti laiko vėlesnei sąsajos plėvelės konstrukcijai
2 etapas: PGPR „vėlyvo{1}}atvykimo pastiprinimas“
Kai DATEM baigia pradinį užimtumą, sąsajos plėvelė išlieka gana laisva. PGPR lėtai migruoja iš alyvos fazės link sąsajos, naudodamas savo daugialypės grandinės struktūrąįsiterpti į tarpus tarp DATEM molekulių, suformuojant „susiskverbiančio tinklo“ hibridinę sąsajos plėvelę. PGPR priedas žymiai padidina plėvelės storį ir klampumą, užtikrindamas ilgalaikį sterinį lašelių stabilizavimą.
3 etapas: konkurencinga{1}}baltymų adsorbcija
Augaliniai baltymai (tokie kaip sojos baltymai ir žirnių baltymai) patys yra stambiamolekuliniai emulsikliai. Homogenizacijos metu baltymų molekulės taip pat migruoja link sąsajos. Theiš anksto{0}}stabilizuotas sluoksnisPGPR-DATEM mišinio susidaręs sąsajoje veiksmingai slopina per didelę baltymų agregaciją ir ne-specifinį kryžminį- susiejimą sąsajoje, užkertant kelią trapiems baltymų tinklams, kurie gali plyšti terminės sterilizacijos metu.
Logikos derinimas stabilumui palaikyti
1. Langų proporcijos
Augaliniuose{0}}baltyminiuose gėrimuose (bendras riebalų kiekis 1–3 %) rekomenduojami PGPR-DATEM mišinio santykiai paprastai yra:
| Riebalų kiekis | DATEM Dalintis | PGPR dalis | Funkcinė logika |
|---|---|---|---|
| 1 %–1,5 % (mažas -riebumas) | 60%–70% | 30%–40% | DATEM dominuoja greitoje emulsijoje; PGPR papildo plėvelės tvirtumą |
| 1,5–2,5 % (vidutinio -riebumo) | 50%–60% | 40%–50% | Beveik{0}}subalansuotas, užtikrinantis greitį ir stabilumą |
| 2,5–3 % (daug riebalų) | 40%–50% | 50%–60% | PGPR dominuoja sterinėje stabilizacijoje; DATEM užtikrina pradinį sklaidą |
Bendra emulsiklio dozėpaprastai svyruoja nuo 8% iki 12% riebalų.
2. Proceso parametrų koordinavimas
- Homogenizacijos temperatūra: PGPR aliejaus{0}}fazės tirpumas ir migracijos greitis gerėja didėjant temperatūrai. Homogenizacijos temperatūra60-70 laipsniųrekomenduojamas -pakankamai didelis PGPR sklandumui sąsajos konstravimo metu, tačiau ne toks didelis, kad pakenktų DATEM sąsajos aktyvumui.
- Homogenizacijos slėgis: dviejų{0}}pakopų homogenizavimas, kai pirminis slėgis yra 25–35 MPa ir antrinis slėgis 5–10 MPa, palengvina PGPR „antrinį įsiterpimą“. Pirminėje stadijoje pasiekiama pradinė sklaida; antrinis etapas suteikia papildomą varomąją jėgą giliai PGPR migracijai iš alyvos fazės į sąsają.
- Praėjimų skaičius: Po vieno praėjimo hibridinė sąsajos plėvelė išlieka metastabilios būsenos. Jei apdorojimas leidžia,du recirkuliacijos praėjimaižymiai pagerina PGPR integraciją į sąsajos plėvelę.
Eksperimentiniai stebėjimai: maišymo ir pavienių{0}}emulgatorių sistemos
Sojų pieno sistemoje, kurioje yra 2 % sojų aliejaus ir 3 % bendro baltymų, buvo lyginamas trijų formų stabilumas per 7 dienas po homogenizacijos:
| Formulė | Po-homogenizavimo dalelių dydis (D[4,3]) | 7 dienų kremavimo indeksas | Dalelių dydžio padidėjimas per 7 dienas |
|---|---|---|---|
| Vien DATEM (0,2 %) | 1.8 μm | 12% | +85% |
| Vien PGPR (0,2 %) | 3.5 μm | 8% | +35% |
| DATEM 0,12 % + PGPR 0,08 % | 1.6 μm | 3% | +18% |
Interpretacija:
- Vien DATEM pagamino mažiausią pradinį dalelių dydį (puikus greitas emulsinimas), tačiau didžiausias dalelių dydis padidėjo po 7 dienų, o tai rodo nepakankamą ilgalaikį -tarpinės plėvelės stabilumą.
- Vien tik PGPR davė didžiausią pradinį dalelių dydį (atskleidė lėtos{0}}migracijos silpnumą), bet mažiausią 7-dienų dalelių dydžio padidėjimą, patvirtinantį ilgalaikį plėvelės tvirtumą.
- Themišinys vienu metu pasiekė ir mažą pradinį dalelių dydį, ir{0}}ilgalaikį stabilumą, kurių kremavimo indeksas yra žymiai mažesnis nei bet kurios vienos{0}}emulsiklio sistemos.
Išvada
Didelės{0}}šlyties aplinkos keliami reikalavimai emulsikliams iš esmės yra advigubas iššūkis – „greitis“ ir „stabilumas“.PGPR-DATEM mišinys, naudodamas laikiną „pirmojo-užimtumo-vėlyvo-atvykimo sustiprinimo“ mechanizmą, sukuria dinamiškai subalansuotą sąsajų sistemą augalinio-pagrįsto gėrimo homogenizavimo metu. Formulių inžinieriams supratimas apie šios sąsajos konkurencijos laiko logiką turi daug didesnę praktinę vertę nei įsiminti dviejų emulsiklių HLB reikšmes. Tikrai puikus emulsinimo sprendimas visada yra tas, kuris randa dinaminę pusiausvyros liniją tarp greičio ir kietumo, kuri priklauso pačiam gaminiui.
