Emulsion ominaisuudet ja homogenointiprosessi

Abstract

Opinnäytetyön tavoitteena oli tutkia emulsion mitattavissa olevia ominaisuuksia sekä lämpötilan ja paineen vaikutusta näihin ominaisuuksiin. Opinnäytetyön toisena tavoitteena oli mallintaa homogenointiprosessia saatujen mittaustulosten avulla. Kolmas tavoite oli jatkuvatoimisen tiedonkeruun hyödyntäminen mittauksissa. Toimeksianto opinnäytetyöhön tuli Seinäjoen ammattikorkeakoulun Wise Frami Food -projektilta ja opinnäytetyön mittaukset toteutettiin Seinäjoen ammattikorkeakoulun elintarvikelaboratoriossa.

Opinnäytetyössä valmistettiin emulsiota tislatusta vedestä, rypsiöljystä ja soijalesitiinistä. Ensin valmistusaineet esihomogenisoitiin tehokkaalla sekoittimella, jonka jälkeen karkea emulsio homogenoitiin korkeapainehomogenisaattorissa. Korkeapainehomogenisaattorin lohkojen painetta muutettiin mittaussuunnitelman mukaan ja jokaisesta paineyhdistelmästä kerättiin näyte. Emulsiota valmistettiin kaksi rinnakkaista annosta, joista toisessa nestemäisten valmistusaineiden lämpötila oli korkeampi. Näytteistä mitattiin lämpötila ja johtavuus ja näytteet kuvattiin hyperspektrikameralla. Osasta näytteistä mitattiin lisäksi pH.

Tuloksista voitiin päätellä, että homogenoinnissa käytetyn paineen ja emulsion lämpötilan välillä oli yhteys. Lisäksi regressioanalyysin avulla havaittiin korrelaatiota emulsion lämpötilan ja johtavuuden välillä. Paine ja lämpötila eivät odotetusti vaikuttaneet emulsion pH-arvoon. Paineen mittaaminen onnistui jatkuvatoimisesti korkeapainehomogenisaattorin paineantureiden avulla, mutta tiedon siirtämisessä oli haasteita eikä jatkuvatoimisen mittauksen tuloksia saatu analysoitavaksi. Hyperspektrikuvantamista kokeiltiin sameuden analysoimiseksi, mutta kuvien hyödyntäminen tuloksissa rajattiin lopulta opinnäytetyön ulkopuolelle.

Johtopäätöksinä todettiin, että jos mittauksia olisi jatkettu, niin paineen ja johtavuuden jatkuvatoiminen mittaaminen olisi ollut mahdollista. Myös sameuden jatkuvatoimista mittaamista olisi mahdollista kehittää esimerkiksi hyperspektrikuvantamisen avulla. Vaikka mittaukset eivät toteutuneet aivan suunnitellusti ja mittaussuunnitelma muuttui työn toteutuksen aikana, niin lopullinen prosessi kuvasi hyvin todellista tutkimus- tai kehittämisprosessia elintarvikealalla.

The aim of this thesis was to study the measurable properties of an emulsion and the influence of temperature and pressure on these properties. The second goal of this thesis was to model the homogenization process using the obtained measurement results. The third objective was to use continuous data collection in measurements. The assignment for the thesis came from Seinäjoki University of Applied Sciences project Wise Frami Food and the measurements were conducted at the food laboratory of Seinäjoki University of Applied Sciences. In the thesis, an emulsion was prepared using distilled water, rapeseed oil and soy lecithin. First, the ingredients were pre-homogenized with a powerful mixer. Then the coarse emulsion was homogenized using a high-pressure homogenizer. The pressure levels of the high-pressure homogenizer's blocks were adjusted according to the measurement plan, and a sample was collected from each pressure combination. Two parallel batches of emulsion were prepared, one of which had a higher temperature for the liquid ingredients. The samples were analyzed for temperature and conductivity, and imaged using a hyperspectral camera. Some of the samples were also analyzed for pH. The results indicated a relationship between the homogenization pressure and temperature. In addition, regression analysis revealed a correlation between temperature and conductivity. As expected, pressure and temperature did not affect the emulsion’s pH value. Continuous pressure measurement was successful using the pressure sensors of the high-pressure homogenizer, but there were challenges in transferring the data and the results of the continuous measurements could not be utilized. Hyperspectral imaging was tested for turbidity analysis, but the use of the images was eventually excluded from the thesis. The conclusions were that if the measurements were continued, continuous pressure and conductivity measurements would have been possible. Continuous turbidity measurement could also be developed, for example, through hyperspectral imaging. Although the measurements did not go entirely as planned and the measurement plan changed during the implementation of the work, the final process described a very realistic research or development process in the food industry.