Contexte

La Rhéologie expansive ou expansive d'une interface décrit comment une interface réagit à un changement de surface (augmentation ou diminution). Cette réaction peut être élastique ou visqueuse. Par la méthode de la goutte de commotion, il est possible d'obtenir les paramètres correspondants de la Rhéologie interfaciale, à savoir le module viscoélastique quantitatif e, le module élastique e 'et le module visqueux e' [1, 2].

Méthodes expérimentales

échantillon

Les essais ont été effectués avec trois échantillons différents qui avaient été préparés en solution aqueuse selon l'utilisation avant la mesure (tableau 1). Les trois échantillons sont des additifs tensioactifs typiques des aliments. Les protéines hydrolysées peuvent être utilisées comme exhausteurs de goût et conviennent aux personnes allergiques. L'extrait de quillaia est utilisé dans les boissons non alcoolisées pour soutenir les propriétés mousseuses, tandis que le mannate de propylène glycol agit comme épaississant, émulsifiant ou améliorant la mousse dans les sorbets, les arômes ou la bière.

Méthode d'essai

La méthode de la goutte oscillante est utilisée pour déterminer le module viscoélastique e, le module élastique e 'et le module visqueux e'. L'échantillon est aspiré dans une seringue en verre connectée au module de gouttelettes oscillantes ODM du dsa100. La détection et le couplage automatiques du piston de la seringue ainsi que le haut degré d'automatisation du logiciel Advance permettent une grande précision et une excellente répétabilité des mesures. Un volume spécifique de gouttelettes est suspendu sous la seringue et, à l'aide d'une céramique piézoélectrique, le volume de gouttelettes est soumis à une oscillation sinusoïdale, avec laquelle la tension superficielle des gouttelettes présente également une variation sinusoïdale due à la migration du tensioactif dans les gouttelettes (Figure 1). En fonction de la tension superficielle, de la variation de la surface de la goutte, ainsi que de l'angle de phase, on peut calculer e, e 'et e', le tout automatiquement à l'aide du logiciel advance.

Figure 1: dispositif expérimental du module de Gouttes oscillantes ODM dsa100. Gauche: la seringue chargée de liquide est insérée dans le module. Droite: la mesure peut commencer une fois la seringue fixée.

Les mesures ont été effectuées à des fréquences de 0,5, 1,0 et 3,0 Hz et à des amplitudes de 3,6% et 4,8% (déformation par rapport à la zone initiale) (données non présentées). Ces changements de fréquence et d'amplitude étaient auparavant complexes et peuvent maintenant être facilement configurés à l'aide du logiciel advance. Chaque goutte effectue dix cycles d'oscillation successifs et sert à l'évaluation.

résultat

Les valeurs de tension superficielle à l'équilibre mesurées pour les 3 échantillons étaient respectivement de 37,8, 35,5 et 53,4 Mn / m. La figure 2 montre le processus de variation sinusoïdale de la surface et de la tension superficielle des gouttelettes de l'échantillon 1 au cours de l'oscillation. Le logiciel Advance permet une visualisation intuitive des données brutes (en bleu), ainsi que des courbes de surface (en jaune) et de tension de surface (en bleu).

Figure 2: courbe d'oscillation de surface de l'échantillon 1 (bleu foncé) et Tension superficielle résultante (bleu clair) à une fréquence de 0,5 Hz avec une amplitude de fréquence de 3,6%. La fonction sinusoïdale optimisée est également affichée (courbe de surface jaune, tension de surface rouge).

Les figures 3A et 3b montrent les modules d'élasticité e 'et de viscosité e' pour 3 échantillons. La barre d'erreur correspond à l'écart type des deux mesures et est dans la plupart des cas inférieure au symbole correspondent. Le degré élevé d'automatisation de l'ODM et de ses mesures indique ce niveau élevé de répétabilité.

Figure 3A (en haut), 3b (en bas): module d'élasticité e 'et module de viscosité E "des trois échantillons en fonction de la fréquence de vibration. L'amplitude de la déformation de surface est de 3,6 ± 0,4%.

Dans les trois échantillons, la partie élastique domine le comportement rhéologique Interfacial (E '> > e). Le module d'élasticité de chaque échantillon varie peu à différentes fréquences, mais les résultats diffèrent fortement les uns des autres, le module d'élasticité de l'échantillon 2 étant le plus élevé, de l'ordre de 100 Mn / m. Le module d'élasticité de l'échantillon 3 est minimal, de l'ordre de 20 mn / m. Avec l'augmentation de la fréquence, le module de viscosité E "diminue pour chacun des 3 échantillons.

Les résultats des tests sont très significatifs pour le processus de production alimentaire. Par example pour l'échantillon 2, le rapport E '/ σ = 2,8 peut être calculé à partir du module d'élasticité e' et de la tension superficielle, selon le modèle de kloek et al., si e '/ σ > 1, la distribution de la taille initiale des bulles dans la mousse est très stable et le processus de décomposition de la maturation d'Ostwald peut être ralenti, voire arrêté. Échantillon 2, une substance à e '/ σ élevé est bien adaptée à la stabilisation des mousses dans l'industrie alimentaire.

Enfin, il est intéressant de noter que toutes les mesures mentionnées ici ont été effectuées sur une période d'environ deux heures et demie. Maintenant, les instruments capables de déterminer rapidement, facilement et avec une grande précision ces indicateurs clés ouvrent la porte aux utilisateurs qui étudient la Rhéologie interfaciale.

conclusion

Après essais, les modules d'élasticité e 'des trois émulsifiants sont très différents, allant de 20 à 110 Mn / m. Ces paramètres clés peuvent être déterminés facilement, rapidement et avec précision grâce au nouveau module de Gouttes oscillantes (ODM) associé au logiciel advance. Des mesures simples et intuitives dans les gammes de fréquences et d'amplitudes, ainsi qu'un haut degré d'automatisation grâce à une combinaison de logiciels et de matériel, peuvent être utilisées pour caractériser pleinement les propriétés des interfaces, et pas seulement dans l'industrie alimentaire.