DE69902155T2

DE69902155T2 - Anordnung und verfahren zum anwenden von diffusionswellenspektroskopie zur messung der eigenschaften von mehrphasigen systemen und änderungen darin

Info

Publication number: DE69902155T2
Application number: DE69902155T
Authority: DE
Inventors: Gijsbertus De Kruif; Goro Nishimura; Erik Ten Grotenhuis; Allan Weitz; Gaurang Yodh
Original assignee: Stichting Nederlands Instituut Voor Zuivelonderzoek (Nizo)
Current assignee: Stichting Nederlands Instituut Voor Zuivelonderzoek (Nizo)
Priority date: 1998-04-02
Filing date: 1999-04-06
Publication date: 2003-01-16
Anticipated expiration: 2019-04-07
Also published as: DE69902155D1; NO20004944L; DK1068498T3; BG104815A; EP0947822A1; NZ507260A; IL138815A0; NO20004944D0; KR20010074469A; IL138815A; ATE220790T1; CA2326987A1; EP1068498B1; AU3174299A; WO1999051954A1; ZA200005282B; US6831741B1; BG64013B1; PL343252A1; JP2002510796A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen der Eigenschaften von Mehrphasensystemen sowie der Änderungen darin, wie z. B. Änderung von Wechselwirkungen zwischen Partikeln in einer Lösung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine solche Anordnung zur Verwendung mit Mehrphasensystemen, bei der mindestens eine der Phasen eine Flüssigphase oder ein Fluid ist, wie z. B. Gele, Latizes, Suspensionen oder Emulsionen.
Die Anordnung der Erfindung umfasst eine Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtstrahls. Es ist möglich, mindestens eine Quellfaser zu verwenden, deren erstes Ende zum Empfang des Laserstrahls angeordnet und deren zweites Ende zur Emission von Licht in ein Mehrphasensystem angeordnet ist, oder das Licht direkt in das Mehrphasensystem zu lenken. Wobei mindestens eine Detektorfaser zur Detektion des Lichtes angeordnet ist, nachdem es durch das Mehrphasensystem gestreut worden ist, Verarbeitungseinrichtungen angeordnet sind, um ein Ausgangssignal aus der mindestens einen Detektorfaser zu empfangen und um vorbestimmte Parameter in Bezug zu dem Mehrphasensystem zu berechnen.
Eine solche Anordnung ist aus D. S. Horne, Dynamic Light Scattering Studies of Concentrated Casein Micelle Suspensions, Kapitel 15, in S. E. Hardings et al., Laser Light Scattering in Biochemistry, 1992, bekannt.
Die von Horne beschriebene Diffusionswellenspektroskopie (DWS)-Anordnung umfasst ein gabelförmiges optisches Faserbündel als Lichtwellenleiter. Die Hälfte der Fasern ist mit einem regellos polarisierten He-Ne-Laser verbunden. Die andere Hälfte der Fasern ist mit einem Fotomultiplier verbunden. Das Bündel von Fasern ist über der Fläche eines gemeinsamen Beins regellos verteilt. Im Gebrauch werden die nicht verbundenen Enden der Fasern in ein streuendes Mehrphasensystem eingetunkt, z. B. Milch oder ein von Milch abgeleitetes Medium/Lösung. Diejenigen Fasern, die mit dem Laser verbunden sind, emittieren Laserlicht in das Mehrphasensystem. Vom Mehrphasensystem rückgestreutes Licht wird durch die mit dem Fotomultiplier verbundenen Fasern detektiert. Abdecken durch einen Schlitz und ein Nadelloch kann sicherstellen, dass Licht nur von einem kleinen Bereich auf den Detektor auftrifft.
Mit einer solchen Anordnung können Intensitäts-Korrelationsfunktionen gemessen werden. Beispiele für solche Funktionen werden für Polystyrollatex und unverdünnte Magermilch für 330 nm vorgelegt. Außerdem zeigt Horne, dass die Relaxationszeit als Funktion vom Kaseinmizellen-Volumenbruchteil in rekonstituierter Milch gemessen werden kann. Horne zeigt auch, dass sich die Relaxationszeit aufgrund einer Milchgerinnselbildung ändert. Folglich kann der Übergang vom Fluid zum Gel detektiert werden. Einer von Hornes Schlüssen ist: "Es scheint deshalb, dass eine Beobachtung des DWS-Verhaltens in diesen Gelbildungssystemen vermöge seiner Relaxationsmessung im System schließlich Änderungen in viskoelastischen Eigenschaften widerspiegeln muss". Jedoch gibt Horne nicht an, wie viskoelastische Eigenschaften quantitativ aus DWS-Messungen hergeleitet werden können.
Außerdem können die von Horne beschriebenen Messungen nicht leicht quantitativ gemacht werden, weil diese Messungen mit einem regellos verteilten Bündel von ankommenden und abgehenden optischen Fasern gemacht werden.
A. C. M. von Hooydonk et al., Control and Determination of the Curd-setting during Cheesemaking, Bulletin of the International Dairy Federation (1988) (No. 255), Seiten 2-10, beobachten, dass eine Menge wissenschaftlicher Forschung der Labferment-induzierten Koagulation von Milch gewidmet worden ist. Jedoch ist bis jetzt keine quantitative Messung der Gelbildung und der anschließenden Synärese des Milchgerinnsels verfügbar. Zum Schneiden muss die optimale Koagulatfestigkeit online bestimmt werden, um eine maximale Käseausbeute und Käsequalität zu erhalten. Hooydonk et al. bemerken: "Bis jetzt beurteilen die meisten Käsehersteller die optimale Schneidzeit durch den "Gefühlseindruck" des Milchgerinnsels und.... mit erstaunlicher Genauigkeit". Außerdem bemerken sie, dass, obwohl viele Instrumente entwickelt worden sind, um diese Aufgabe automatisch auszuführen, keines von ihnen weitverbreitet angenommen worden ist. Der sogenannte "Gelograph" wird als Standardinstrument zur Messung der Gelbildung von Käsemilch bei geringer Gelfestigkeit betrachtet. Jedoch gibt es aufgrund fortlaufender Automation und Umfangserweiterung von Käseherstellungsfabriken ein starkes Interesse an automatischen Verfahren zur Überwachung des Milchgerinnseldickwerdungsprozesses.
Im US-Patent 4,975,237 wird eine Vorrichtung für dynamische Lichtstreuung offenbart, umfassend einen Laser als Lichtquelle, der über eine erste optische Faser und eine erste Linse optisch mit einer Licht streuenden Probe gekoppelt ist. Die Linse erzeugt eine Strahleinschnürung in einer Probe, und gestreutes Licht wird durch eine Empfangslinse und eine Empfangsfaser gesammelt. Ein Fotodetektor detektiert durch die Empfangsfaser übertragenes Licht und wandelt es in ein elektrisches Signal um. Der Fotodetektor ist mit einem Korrelator und Computer verbunden. Dieser Korrelator wird nicht für quantitative Messungen von Eigenschaften der Probe verwendet.
Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der die Eigenschaften von Flüssigkeiten, wie z. B. Lösungen, Dispersionen und Emulsionen, gemessen werden können, und physikalischchemische Eigenschaften mit Lichtstreumessungen in Flüssigkeiten in Beziehung zu bringen.
Für die Zwecke der Erfindung umfasst der Begriff "Flüssigkeiten" sowohl heterogene Systeme, die zwei verschiedene Phasen enthalten, wie z. B. eine flüssige Phase und eine suspendierte feste Phase, zwei unmischbare flüssige Phasen oder eine emulgierte (flüssige) Phase in einer flüssigen Phase sowie mehrere homogene Systeme, die Phasenänderungen, Phasenübergängen oder Phasenbildung unterworfen sind, wie z. B. Systeme, in denen Gelbildung, Koagulation, Aggregation oder Viskositätsänderungen auftreten können.
Diese homogenen oder heterogenen Systeme können organische, anorganische sowie biologische Medien oder Komponenten, wässrige Systeme oder Lösungen oder Systeme von einer gemischten organischen/anorganischen und/oder biologischen Beschaffenheit umfassen. In einer speziellen Ausführungsform ist das Mehrphasensystem Milch oder ein von Milch abgeleitetes Medium/Lösung, z. B. wie es bei der Käseherstellung verwendet wird.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, das durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung ausgeführt werden kann und das physikalisch-chemische Eigenschaften von solchen Flüssigkeiten mittels Diffusionswellenspektroskopie bereitstellen kann. Ein solches Verfahren kann mit der Überwachung der Labfermentierung von Käsemilch während der Käseherstellung in Beziehung gebracht werden, ist aber nicht darauf beschränkt.
Folglich ist die Anordnung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie oben definiert, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verarbeitungseinrichtung angeordnet ist, um aus der Autokorrelationsfunktion g(2) einen Maximalwert der mittleren quadratischen Verlagerung < Δrm²> als Funktion der Zeit und aus dem berechneten Maximalwert der mittleren quadratischen Verlagerung < Δrm²> den Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft des ganzen Mehrphasensystems zu berechnen.
In einer Ausführungsform ist die physikalisch-chemische Eigenschaft die Gelfestigkeit G', die unter Verwendung der folgenden Gleichung:
berechnet wird, wobei
kB.T = thermische Energie von Partikeln im Gel;
ξ = Größe eines Clusters im Gel.
Die Anordnung gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Verarbeitungseinrichtung angeordnet ist, um die Halbwertszeit als Funktion der Zeit von der Autokorrelationsfunktion zu bestimmen und den Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft unter Verwendung einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Halbwertszeit und der Autokorrelationsfunktion zu bestimmen, wobei bei jeder Bestimmung der Halbwertszeit nur das Signal von einer Detektorfaser verwendet wird. Dieser Wert kann die Gelfestigkeit sein.
Ein weiterer Unterschied zwischen der Anordnung gemäß der Erfindung und der Horne-Anordnung ist die Konfiguration der optischen Fasern. Während die Fasern in der Horne-Anordnung regellos verteilt sind und die gegenseitigen Abstände zwischen den Fasern unbekannt sind, sind in der Anordnung gemäß der Erfindung die gegenseitigen Abstände zwischen den Detektorfasern vorbestimmt. Um die Berechnungen zu erleichtern, sind die Detektorfasern vorzugsweise Einmodenfasern, die für eine spezielle monochromatische Wellenlänge geeignet sind. Die Fasern werden in der sogenannten "Rückstreugeometrie" aufgebaut, die es möglich macht, die Autokorrelationsfunktion, die gemessen wird, zu quantifizieren. Sie können die Form eines Tauchstabs aufweisen, so können sie leicht in jegliche Art von Flüssigkeit gesteckt werden.
Der Vorteil von DWS in Bezug zum Gelograph ist es, dass eine Änderung von Wechselwirkungen zwischen den (Tröpfchen, Blasen oder Partikeln der) Phasen gemessen werden kann. Im Fall einer Labfermentierung von Käsemilch können die Wirkungen des Zusatzes von Labferment in einem viel früheren Stadium des Prozesses beobachtet werden. Das Verfahren ist zerstörungsfrei, weil sein Arbeitsprinzip nicht auf mechanischen Prinzipien beruht, sondern auf der Streuung von monochromatischem Licht, das die Flüssigkeit nicht beschädigt.
Weiter kann die DWS verwendet werden, um örtliche Messungen durchzuführen, was es auch möglich macht, Inhomogenitäten in Proben zu untersuchen. Das Volumen, das durch ein Paar von Quellfaser und Detektorfasern untersucht wird, reicht von 1 nl bis 1 l oder mehr und kann sich in einem unendlich großen Volumen befinden. Es hängt vom Abstand zwischen der Quellfaser und den Detektorfasern ab.
In einer Ausführungsform der Anordnung gemäß der Erfindung werden eine Quellfaser und die mindestens eine Detektorfaser in eine Milch mit einem Zusatz eines Labferments eingetaucht.
Um Käsemilch bei der richtigen Gelfestigkeit automatisch zu schneiden, umfasst in einer weiteren Ausführungsform die Anordnung eine Schneidemaschine, die mit den Verarbeitungseinrichtungen gekoppelt ist, wobei die Verarbeitungseinrichtungen angeordnet sind, um die Gelfestigkeit mit einer Bezugs-Gelfestigkeit zu vergleichen und die Schneidemaschine zu aktivieren, nachdem die Gelfestigkeit die Bezugs-Gelfestigkeit zum Schneiden des Gels erreicht.
Außerdem zielt ein dritter Aspekt der Erfindung auf ein Verfahren zum Messen der physikalisch-chemischen Eigenschaften von Mehrphasensystemen ab, bei denen mindestens eine der Phasen eine Flüssigkeit oder ein Fluid ist, wie z. B. Gele, Latizes, Lösungen, Dispersionen und Emulsionen, umfassend die Schritte:
- Erzeugen eines Lichtstrahls (2)
- Emittieren von Licht in ein Mehrphasensystem (7);
- Detektieren des Lichts, nachdem es durch das Mehrphasensystem (7) gestreut worden ist;
- Umwandeln des detektierten Lichts in ein elektrisches Signal;
- Übertragen des elektrischen Signals zu einer Verarbeitungseinrichtung;
- Berechnen der Autokorrelationsfunktion g(2) in dem Zeit- oder dem Frequenzbereich des elektrischen Signals, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalwert der mittleren quadratischen Verlagerung < Δrm²> aus der Autokorrelationsfunktion g(2)(τ) oder aus g(2)(ν) auf eine ähnliche Weise als Funktion der Zeit berechnet wird und der Wert der Eigenschaft des ganzen Mehrphasensystems aus dem berechneten Maximalwert der mittleren quadratischen Verlagerung < Δrm²> berechnet wird. Der Wert kann die Gelfestigkeit sein, die unter Verwendung der folgenden Gleichung:
berechnet wird, wobei
kB.T = thermische Energie von Partikeln im Gel;
ξ = Größe eines Clusters im Gel.
Ein vierter Aspekt der Erfindung zielt auf ein Verfahren zum Messen von physikalisch-chemischen Eigenschaften von Mehrphasensystemen ab, bei denen mindestens eine der Phasen eine Flüssigkeit oder ein Fluid ist, wie z. B. Gele, Latizes, Lösungen, Dispersionen und Emulsionen, umfassend die Schritte:
- Erzeugen eines Lichtstrahls (2)
- Emittieren von Licht durch eine Sendefaser (5) in ein Mehrphasensystem (7);
- Detektieren des Lichts, nachdem es durch das Mehrphasensystem (7) gestreut worden ist, mittels mindestens einer Detektorfaser;
- Umwandeln des detektierten Lichts in ein elektrisches Signal;
- Übertragen des elektrischen Signals zu einer Verarbeitungseinrichtung;
- Berechnen der Autokorrelationsfunktion g(2) des elektrischen Signals, wobei die Halbwertszeit als Funktion der Zeit von der Autokorrelationsfunktion berechnet wird und der Wert der Eigenschaft unter Verwendung einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Halbwertszeit und der Autokorrelationsfunktion bestimmt wird, wobei bei jeder Bestimmung der Halbwertszeit nur das Signal von einer Detektorfaser verwendet wird. Der Wert kann die Gelfestigkeit sein.
Die Erfindung wird in Einzelheit mit Bezug auf einige Zeichnungen erklärt, die die vorliegende Erfindung veranschaulichen und ihren Bereich nicht begrenzen sollen.
Fig. 1 stellt ein schematisches Blockschaltbild einer Anordnung gemäß der Erfindung dar;
Fig. 2 stellt Autokorrelationsfunktionen für unterschiedliche Abstände zwischen der Quellfaser und den Detektorfasern dar;
Fig. 3 stellt dieselben Daten wie Fig. 2 dar, aber normalisiert für die Abstände zwischen der Quellfaser und den Detektorfasern;
Fig. 4 stellt Intensitätsprofile für verschiedene Typen von Milch als Funktion des Abstands Quelle-Detektor dar;
Fig. 5 stellt Autokorrelationsfunktionen zu verschiedenen Zeiten nach dem Zusatz von Labferment zu Milch für einen Abstand Quelle-Detektor von 4,9 mm dar;
Fig. 6 stellt dieselben Daten wie Fig. 5 dar, aber für einen Abstand Quelle-Detektor von 9 mm;
Fig. 7 stellt Halbwertszeiten für verschiedene Zusätze von Labferment zu Magermilch als Funktion der Zeit nach dem Zusatz des Labferments dar;
Fig. 8 stellt Intensitätsprofile für verschiedene Zusätze von Labferment zu Magermilch als Funktion der Zeit nach dem Zusatz des Labferments dar;
Fig. 9 vergleicht die Zeitabhängigkeit des Halbwertszeits- und des Intensitätsprofils für einen Zusatz von 0,02% Labferment zu Magermilch;
Fig. 10 vergleicht Halbwertszeiten für Magermilch mit denjenigen für Vollmilch als Funktion der Zeit nach dem Zusatz von Labferment;
Fig. 11 vergleicht die Zeitabhängigkeit des Halbwertszeits- und des Intensitätsprofils für einen Zusatz von 0,02% Labferment zu Vollmilch.
Fig. 1 stellt eine mögliche Ausführungsform einer Diffusionswellenspektroskopieanordnung gemäß der Erfindung dar. Die dargestellte Anordnung umfasst einen Laser 1, der ein Ar&spplus;-Laser mit einer Wellenlänge von 514 Nanometer sein kann. Der Laser 1 erzeugt einen Laserstrahl 2, der auf einen Kollimator 3 gerichtet ist, der einen kollimierten Laserstrahl 4 erzeugt, der auf eine Multimodenfaser 5 gerichtet ist. Das Laserlicht kann mittels eines Faserkopplers F220SMA-B, Thorlabs, in die Multimodenfaser 5 gekoppelt werden, der auf einer Kipparbeitsfläche montiert ist. Die Multimodenfaser 5 kann eine Faser FG-50-GLA, Thorlabs, sein, die einen Kerndurchmesser von 50 Mikrometern aufweist. Beim Gebrauch wird die Multimodenfaser 5 mit einem Ende in ein Mehrphasensystem/Lösung 7, z. B. Milch, in einem Behälter 6 eingetaucht.
In der in Fig. 1 dargestellten Anordnung sind fünf Detektorfasern 8(1), ..., 8(5) dargestellt, die in vorbestimmten Abständen von der Multimodenfaser 5 angeordnet sind. Jedoch kann die Anzahl von Detektorfasern 1 oder mehr sein. Die Detektorfasern sind vorzugsweise Einmodenfasern. Sie sind mit einem Fasermultiplexer 9 verbunden, der ein Dicon-Fasermultiplexer sein kann.
Der Ausgang des Fasermultiplexers 9 ist über eine Verbindung 10 mit einem Fotomultiplier 11 verbunden, z. B. einem HC-120PMT, Hamamatsu, der wiederum mit einem Verstärker/Diskriminator 12 verbunden ist. Der Verstärker/Diskriminator 12 ist mit einem Prozessor 13 verbunden, der eine Computer-montierte Korrelatorleiterplatte umfasst, z. B. ein Brookhaven Instruments 9000. Datenerfassung und -analyse wird durch den Prozessor 13 ausgeführt. Der Prozessor 13 ist mit einem Speicher 15 und Eingabeeinrichtungen wie einer Tastatur, einer Maus usw. verbunden.
In einer Ausführungsform wird der Prozessor 13 mit einer Schneidemaschine 14 zum Schneiden von steifgewordener Milch verbunden, wenn sie in einem Käseherstellungsprozess die richtige Gelfestigkeit erreicht hat.
Beim Gebrauch emittiert die Multimodenfaser 5 Laserlicht in das Mehrphasensystem 7. Das Laserlicht wird durch das Mehrphasensystem mehrfach gestreut, und das mehrfach gestreute Laserlicht wird durch die Detektorfasern 8(1),.., 8(5) detektiert. Diese Detektorfasern können Einmodenfasern FS-VS-2614, Thorlabs, sein. Mit dem Fasermultiplexer 9 kann ein Kanal, der das Signal von einer der Detektorfasern 8(1), ..., aufnimmt, zur Messung einer Korrelationsfunktion ausgewählt werden.
In einem Experiment war das Mehrphasensystem 7 frische Magermilch, wohingegen in einem anderen Experiment das Mehrphasensystem 7 Vollmilch war. Beide wurden von Wawa-Supermärkten erhalten.
Magermilch enthielt eine vernachlässigbare Menge an Fett, Vollmilch enthielt 33 g/l Fett. Die Milch wurde in einen Behälter 6 (6,6 cm · 12,0 cm · 11,0 cm) gegossen und auf eine Temperatur von 30ºC gebracht, indem man den Behälter in ein Wasserbad (nicht dargestellt) setzte. Die Temperatur der Milch wurde gesteuert, indem in regelmäßigen Zeitintervallen kaltes Wasser durch heißes Wasser ersetzt wurde. Auf diese Weise konnte die Temperatur innerhalb von 2ºC von 30ºC gehalten werden.
Labferment wurde mit einer gewöhnlichen Konzentration von 20 ml pro 100 l (0,02%) Milch zugesetzt. Zu Magermilch wurden auch höhere Konzentrationen von 0,04% und 0,08% zugesetzt. In den ersten Experimenten wurden Autokorrelationsfunktionen und Intensitäten von detektiertem rückgestreutem Laserlicht für jeden Kanal während 60 s mit verhältnismäßig großen Zeitintervallen gemessen. Später wurden die Korrelationsfunktionen und die Intensitäten auf dem Kanal, der einen Abstand Quelle-Detektor von 4,9 mm zwischen dem Ende der Multimodenfaser 5 und dem Ende der im Mehrphasensystem 7 eingetauchten Detektorfaser 8(1) aufwies, in 30 s in 60 s-Zeitintervallen während einer Zeitspanne von einigen Stunden gemessen. Der Fasermultiplexer 9 wurde im Aufbau gelassen, wies aber keine Funktion in diesen späteren Messungen auf.
Bevor einige Messergebnisse dargestellt werden, wird zuerst etwas Theorie angegeben.
Der Ausdruck für die Intensität in einem unendlichen System ist:
wobei A eine Konstante ist, die von z. B. der Lasereingangsleistung und den Kopplungswirkungsgraden der Fasern abhängt, ua der Absoptionskoeffizient ist und ρ der Abstand Quelle-Detektor ist. us' ist die reziproke mittlere freie Weglänge 1*. Die Elektrikfeld-Korrelationsfunktion g(1)(τ) (= < Es*(0)Es(τ)> /< Es²> ) für die Rückstreugeometrie ist durch:
gegeben, wobei Δr²(τ) die mittlere quadratische Verlagerung ist; q&sub0; der Wellenvektor ist, der mit der Wellenlänge in Beziehung steht und τ die Messzeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messpunkten ist.
Da die Autokorrelationsfunktion g(2)(τ) der Intensität I(g(2)(τ) = < I(0).I(τ)> /< I²(0)> ) durch die Siegert-Relation
g(2)(τ) = 1 + β g(1)(τ) ² (3)
gegeben ist, wobei β hierin eine Konstante ist, die mit der verwendeten Anordnung in Beziehung steht, kann die Autokorrelationsfunktion q(2)(τ) berechnet werden. In den Experimenten wird die Basislinie bei großem β, wobei g(1)(τ) = 0, gemessen und verwendet, um g(2)(τ) zu berechnen. Der Faktor β, der gleich 0,5 sein sollte, weil eine Einmodenfaser 8(1), ... verwendet wird, wurde aus dem Verhalten von g(2)(τ) für kurze Korrelationszeiten veranschlagt. Schließlich wurde die Basislinie von den Daten subtrahiert, und die Daten wurden für β normalisiert, was (g(2)(τ) - 1)/β ergibt, das gleich g(1)(τ) ² ist.
Für Braunsche Bewegung von Partikeln kann die mittlere quadratische Verlagerung als < Δr²> = 6Dτ geschrieben werden, wobei D die Diffusionskonstante ist. In diesem Fall ln(g(1)(τ))/ρ < < τ, und die experimentellen Daten sollten eine gemeinsame Linie in einer grafischen Darstellung bilden.
Die Fig. 2 bzw. 3 zeigen ln(g(2)(τ)) bzw. ln(g(2)(τ))/ρ als Funktion von τ, wie von den fünf Fasern (8(1), ..., 8(5) in Magermilch gemessen, die mit verschiedenen Abständen von der Quellfaser 5 angeordnet sind, wie in den rechten Teilen der Fig. 2 und 3 spezifiziert.
Die für die ersten Experimente verwendete Laserausgangsleistung betrug etwa 300 mW. ln(g(2)(τ)) gegen τ gibt eine Gerade für das Braunsche Verhalten. Die Datenpunkte in den Kurven ln(g(2)(τ))/ρ gegen τ befinden sich alle auf derselben Linie, wie von der Theorie vorhergesagt (Fig. 3), bis g(2)(τ) den Rauschpegel erreicht. Dies ist am augenscheinlichsten für den Kanal mit dem größten Abstand Quelle-Detektor ρ = 1,92 cm.
Die Abhängigkeit der Intensität vom Abstand Quelle-Detektor ist in Fig. 4 gegeben. Es wurde angenommen, dass die Faser/Multiplexer-Kopplungen alle ungefähr denselben Wirkungsgrad aufwiesen. Die Linien sind eine beste Anpassung, mit A und us' als Variablen. ua ist fest mit einem Wert von 0,03 cm&supmin;¹. Für A bzw. us' finden wir 31 bzw. 25,7 cm&supmin;¹ in Magermilch und 21 bzw. 67,7 cm&supmin;¹ in Vollmilch. Dies bedeutet, dass die mittlere freie Weglänge 1* in Magermilch 0,39 mm und 0,15 mm in Vollmilch ist. Dies wird durch Streuung der Fettkügelchen in Vollmilch hervorgerufen.
Die Zeitabhängigkeit der Korrelationsfunktionen wurde nach dem Zusatz von Labferment (0,02%) zur Zeit 0 verfolgt. Die Korrelationsfunktionen wurden bei t < 0 (d. h. vor Zusatz von Labferment), t = 10 min. t = 40 min und t = 120 min aufgezeichnet. Die Fig. 5 und 6 geben die Zeitabhängigkeit der Korrelationsfunktionen für Magermilch, gemessen auf dem Kanal, bei dem ρ = 4,9 mm bzw. bei dem ρ = 9,1 mm. Diese Figuren zeigen typische Korrelationsfunktionen ln(g(2)(τ), t) für Milch bei t = 0 und t = 10 min. während der Gelbildung bei (t = 40 min und, nachdem sich das Gel gebildet hat, bei t = 120 min.
Die Korrelationsfunktionen wurden auch während 30 s mit Zeitintervallen von 1 min gemessen, um mehr Einsicht in ihre Entwicklung mit der Zeit zu gewinnen. Da die Änderung der Korrelationsfunktionen während der Gelbildung für alle Abstände Quelle-Detektor zwischen 5 und 19 mm ähnlich zu verlaufen schien, wurden nur die Korrelationsfunktionen für den nächstgelegenen Kanal (ρ = 4,9 mm) gemessen. Die Leistungsabgabe des Lasers 1 wurde bis auf etwa 30 mW herunter abgestimmt. Die resultierende Zählrate war in der Größenordnung von 100 kHz. Die Änderung in den Korrelationsfunktionen g(2)(τ) kann in Form der Halbwertszeit ausgedrückt werden, d. h. der Zeit, die die Korrelationsfunktion g(2)(τ) braucht, um auf die Hälfte ihres ursprünglichen Wertes abzufallen. Diese Messungen wurden für Magermilch mit Labfermentkonzentrationen von 0,02%, 0,04% und 0,08% und für Vollmilch mit einer Labfermentkonzentration von 0,02% durchgeführt.
Die Änderung in den Halbwertszeiten ist in Fig. 7 in einer logarithmisch-linearen Auftragung dargestellt. Wenn die Labfermentkonzentration erhöht wird, beginnt die Gelbildung eher, wie erwartet. Die Halbwertszeit erhöht sich von etwa 2,5 us für Milch auf 100 us für das Gel. Bevor die Gelbildung beginnt, dh. in der Zeitspanne, in welcher Aggregate gebildet werden, nimmt die Halbwertszeit geringfügig ab. In dieser selben Zeitspanne weist das Intensitätsprofil ein Maximum auf, wie in Fig. 8 dargestellt, die die Intensität als Funktion der Zeit in Magermilch mit verschiedenen Labfermentkonzentrationen darstellt.
Zum besseren Vergleich sind sowohl die Halbwertszeit als auch die Intensität in Magermilch mit 0,02% zugesetztem Labferment in Fig. 9 gegeben. Die Gelbildung wurde visuell überprüft, und sie begann etwa bei t = 40 min. wenn 0,02% Labferment zugesetzt wurden.
Dieselben Messungen wurden für Vollmilch durchgeführt, die etwa 3,5% Fett aufweist. Das Fett ist in Fettkügelchen dispergiert, die zur Streuung der Milch beitragen. Dies wurde in Fig. 4 dargestellt. Der Anstieg in der Halbwertszeit verläuft ähnlich demjenigen in Magermilch (Fig. 10). Visuell wurde beobachtet, dass Vollmilch auch beginnt, bei t = 40 min ein Gel zu bilden.
Die Halbwertszeiten in Vollmilch sind kleiner als diejenigen in Magermilch. Die Halbwertszeit steigt von 1,5 us auf 25 us an. Das Verhältnis (Halbwertszeit für Magermilch)/(Halbwertszeit für Vollmilch) nimmt von etwa 2 für die milchartigen Flüssigkeiten auf mehr als 4 für die Gele zu.
Fig. 11 stellt sowohl die Halbwertszeit als auch Intensität in Vollmilch nach einem Zusatz von 0,02% Labferment dar. Ein Vergleich der Profile der Halbwertszeit und der Intensität zeigt ähnliches Verhalten zu demjenigen für Magermilch.
Aus diesen Messungen kann geschlossen werden, dass das Wachstum des das Gel bildenden Kaseinnetzwerks nicht empfindlich auf den Zusatz dieser Menge von Fett reagiert. Dies ist sehr bequem für die Anwendung von DWS bei der Käseherstellung.
Außerdem können viskoelastische Eigenschaften wie die Gelfestigkeit direkt aus den auf die folgende Weise gemachten Messungen hergeleitet werden.
Die Gelfestigkeit, die durch den sogenannten Gelmodulus G' gegeben ist, kann mit der mittleren quadratischen Verlagerung < Δr²> in Beziehung gebracht werden, indem man die folgende Herleitung vornimmt. Das Prinzip ist, dass eine sich bewegende Partikel durch die Elastizität des Gels eingefangen wird, was zu einem Gleichgewicht zwischen der thermischen Energie der Partikel und der Festigkeit des Gels führt:
In dieser Gleichung ist kB T die thermische Energie der Partikel, ξ ist die Größe eines Clusters im Gel, und < Δrm²> ist der Maximalwert der mittleren quadratischen Verlagerung. < Δrm²> kann auf die folgende Weise hergeleitet werden. Δr²(τ) steht in Beziehung mit der Elektrikfeldkorrelationsfunktion g(1)(τ) durch Gleichung 2. Jedoch ist g(1)(τ) auch eine Funktion der Zeit t, die seit dem Zusatz von Labferment zu Milch verstrichen ist, wie es z. B. aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich ist. Folglich ist Δr²(τ) auch eine Funktion der Zeit t. Es ergibt sich, dass Δr²(τ) ein Maximum < Δrm²> für ein gewisses τ aufweist, das von der Zeit t abhängt. < Δrm²> ist eine Funktion der Zeit t, was mittels Gleichung 2 automatisch überwacht werden kann.
Die Größe eines Gelclusters ist durch:
ξ = Ncp1/df a (5)
gegeben, wobei Ncp die Anzahl von Partikeln im Cluster ist, a die Größe von Partikeln (Kaseinmizellen im Käse) ist und df die fraktale Dimension des Clusters ist, die in einem Käsegel etwa 2 beträgt. Die Anzahl von Partikeln ist auch durch:
Ncp = Np/Nc (6)
gegeben, wobei Np die Anzahl von Partikeln ist, die ursprünglich in der Milch vorhanden sind, und Nc die Anzahl von Clustern im Gel ist. Die Volumenbruchteile geben eine andere Beziehung zwischen a und ξ.
wobei φ&sub0; der Anfangsvolumenbruchteil von Kaseinmizellen in der Milch ist (= 0,1), Vp das Volumen einer Kaseinmizelle ( = 4/3πa³) und Vt das Gesamtvolumen von Milch ist. Dieselbe Gleichung kann für das Gel angegeben werden, das das ganze Volumen füllt, so dass φ 1.
wobei Vc das Volumen eines Clusters mit dem Radius ξ ist (Vc = 4/3πξ³).
Indem man die Gleichungen 6, 7 und 8 kombiniert, ergibt sich:
Ncp = φ&sub0;ξ³/a³ (9)
Unter der Annahme, dass df = 2 und indem man Gleichung 5 verwendet, führt dies schließlich zu dem folgenden einfachen Ausdruck für ξ:
ξ = a/φ&sub0; (10)
Aus den Gleichungen 4 und 10 kann die folgende Gleichung hergeleitet werden:
In dieser Gleichung sind a, kB.T und φ&sub0; Konstanten, und < Δrm²> kann als Funktion der Zeit t überwacht werden. Folglich kann G' als Funktion der Zeit t durch den Prozessor 13 überwacht werden. Indem man G'(t) mit einem Bezugswert G'ref vergleicht, der im Speicher 15 gespeichert ist und die ideale Gelfestigkeit zum Schneiden anzeigt, kann das Schneiden durch die Schneidemaschine 14 automatisch gestartet werden, sobald G'(t) gleich G'ref ist. Der Speicher 15 kann eine Tabelle mit verschiedenen Werten für G'ref für verschiedene Typen von Milch speichern, mit verschiedenen Typen und/oder Mengen von zugesetztem Labferment. Die Bedienperson kann dann den richtigen Wert von G'ref mittels Eingabeeinrichtungen 16 auswählen.
Alternativ kann die Elektrikfeldkorrelation g(1)(τ) auch mit der Halbwertszeit τ1/2(t) in Beziehung gebracht werden. Dann kann mittels der Gleichung 11 die Gelfestigkeit G'(t) als Funktion der Halbwertszeit τ1/2(t) ausgedrückt werden. Folglich kann der Prozessor 13 die Gelfestigkeit G'(t) durch Messen der Halbwertszeit τ1/2(t) messen. Der Vorteil dieses alternativen Verfahrens ist es, dass die Halbwertszeit τ1/2(t) eine schnelle Werteänderung in dem Bereich zu zeigen scheint, wo eine Gelbildung auftritt und wo G'(t) den Bezugswert G'ref erreicht. Dieses letztgenannte Merkmal führt zu einer möglicherweise sehr genauen Messung des Augenblicks, bei dem eine Gelbildung auftritt.
Weiter konnte das Verfahren mindestens einen Hinweis selbst über den Fettgehalt der Milch geben, der verwendet wird, indem die Halbwertszeit bei bekanntem zugesetztem Prozentsatz von Labferment gemessen wird (vgl. Fig. 10).
Diese Experimente zeigen auch, dass, um die Gelbildung zu überwachen, ohne dass man die Absoptions- und Streukoeffizienten berechnen muss, eine Ausgangsfaser statt 5 verwendet werden könnte, vorausgesetzt dass ein geeigneter Abstand Quelle-Detektor verwendet wird. Dies würde die Beseitigung des Fasermultiplexers aus dem experimentellen Aufbau ermöglichen.
Die Laserleistung konnte auf etwa 30 mW herunter abgestimmt werden, wenn der Abstand Quelle-Detektor 4,9 mm betrug. Kleinere Abstände, könnten verwendet werden, was die Verwendung von Lasern mit selbst niedrigeren Leistungen ermöglicht, bis die Abstände zu klein werden, um nur Mehrfachstreuung sicherzustellen. Die DWS-Theorie ist nicht länger gültig, wenn der Einfachstreubereich erreicht wird. Das ist der Fall, wenn sich der Abstand Quelle-Detektor in der Größenordnung der mittleren freien Weglänge befindet, die in Magermilch etwa 0,4 mm beträgt.
Oben ist das Verfahren gemäß der Erfindung mit Bezug auf Messen/Überwachen einer Labfermentierung von Milch erklärt worden.
Jedoch kann es in einem viel breiteren Gebiet angewandt werden. Insbesondere kann die Erfindung auf jegliches System, Prozess, Medium, Reaktion, Mischung, Suspension, Emulsion usw. angewandt werden, in der mindestens zwei Phasen gleichzeitig auftreten - d. h. im selben Behälter, Gefäß oder Reaktor - und bei der mindestens eine der Phasen eine Flüssigkeit (Phase), eine Fluidphase und/oder eine Lösung ist.
Die außer der flüssigen Phase anwesende weitere Phase(n) ist nicht besonders beschränkt, vorausgesetzt dass sie von der ersten flüssigen Phase für die Zwecke der Erfindung unterschieden werden kann, d. h. dass sie die Streuung eines Laserstrahls beeinflusst, der dahinein oder dorthindurch emittiert wird.
Als solche kann die weitere Phase(n) z. B. sein: eine feste Phase, wie z. B. eine ausgeflockte feste Phase, eine suspendierte feste Phase und/oder ein suspendiertes aus Partikeln bestehendes Material; eine halbfeste oder flüssige Phase, die für die gegenwärtigen Zwecke umfasst: Gele, aggregierte Zustände, suspendierte Tröpfchen einer unmischbaren Flüssigkeit, emulgierte Tröpfchen, einschließlich derjenigen, die in bekannten W/O-Emulsionen, O/W-Emulsionen und Mehrfach- und/oder Invertemulsionen, wie z. B. O/W/O-Emulsionen und W/O/W- Emulsionen, auftreten, sowie Mizellen; oder selbst eine gasförmige Phase, wie z. B. kleine Blasen eines suspendierten Gases oder Blasen eines Gases, das durch die flüssige Phase geleitet wird. In dieser Hinsicht sollte erwähnt werden, dass in der allgemeinen Offenbarung oben der Begriff "Partikel" verwendet wird, um jegliche solche weitere vorhandene Phase zu bezeichnen, die vorzugsweise von der flüssigen Phase verschieden und von kleiner Größe ist.
Die Erfindung kann verwendet werden, um die oben angegebenen Eigenschaften von solchen heterogenen Systemen zu messen und insbesondere Änderungen in der Zeit derselben, wie sie spontan oder - gewöhnlich - infolge einer chemischen Reaktion, eines physikalischen Prozesses oder eines biologischen Prozesses auftreten können und die zu Änderungen in der Laserstrahlstreuung führen.
Z. B. kann das System verwendet werden, um die Stabilität oder Homogenität von Suspensionen, Emulsionen oder Latizes zu messen. Es kann auch verwendet werden, um den Verlauf einer chemischen Reaktion, wie z. B. einer Polymerisation, eines physikalischen Prozesses, wie z. B. Mischen oder Phasentrennung, oder einer biologischen Umwandlung, wie z. B. einer Fermentation, zu verfolgen, d. h. indem man die Änderungen in der Phase(n) und/oder in der Wechselwirkung(en) zwischen ihnen über die Zeit verfolgt; oder indem man die Änderungen in der Zusammensetzung oder den Eigenschaften von einer oder mehreren der vorhandenen Phasen verfolgt.
Vorzugsweise sind dies Prozesse, in denen Gelbildung, Koagulation, Flockenbildung, Aggregation oder Änderungen in der Viskosität eine wichtige Rolle spielen. Auch kann eine Änderung von Wechselwirkungen, die nicht notwendigerweise zu einer Gelbildung führen, gemessen werden, z. B. wenn ein sogenannter Stabilisator zu einer Suspension hinzugefügt wird. Es kann selbst verwendet werden, um Partikeln in einem klaren Gel von z. B. Polymeren (Xanthangele) zu untersuchen. Gebiete, in denen es angewandt werden kann, umfassen: Fermentation, Milchwirtschaft (Käse, Jogurt, Creme), Pilze, Anstrichstoffe, Kunststoffe und Polymere, Kosmetika, die Ölindustrie und die chemische Industrie.
Wie ersichtlich ist, kann die Erfindung auch verwendet werden, um Phasenänderungen oder -übergänge von einer homogeneren Beschaffenheit oder von homogeneren (d. h. im Wesentlichen einphasigen) Systemen zu studieren, wie sie z. B. bei die Gelbildung, Koagulation, Flockenbildung oder Aggregation oder selbst infolge von Änderungen in der Temperatur auftreten können. Wie oben erwähnt, werden für die Zwecke der Erfindung solche Systeme im Begriff "Mehrphasensystem" eingeschlossen, da es Unterschiede zwischen dem anfänglichen physikalischen Zustand (Phase) und dem endgültigen physikalischen Zustand (Phase) gibt.
Die Erfindung kann auch verwendet werden, um Viskosität, Homogenität usw. von solchen Systemen oder Änderungen darin über die Zeit zu messen.
Der Abstand zwischen den Fasern fällt typischerweise in den Bereich von 0,1 mm bis 100 mm und kann eingestellt werden. Die Partikeln sind vorzugsweise im Kolloidgrößenbereich, was bedeutet, dass ihre maximale Größe etwa 10 um beträgt.
Die Temperaturgrenzen werden dadurch bestimmt, was die optischen Fasern und die Kollimatoren aushalten können. Eine rohe Veranschlagung ist -20ºC< T< 80ºC, 2< pH< 9. Etwa 1 Messung kann in 5 sec mit einer verhältnismäßig niedrigen Laserleistung von 25 mW durchgeführt werden. Wenn ein Laser mit einer größeren Leistung verwendet wird (z. B. 500 mW), kann die Messzeit auf 1 sec reduziert werden. Änderungen, die langsamer sind als die Messzeit, können mit DWS überwacht werden.

Claims

1. Diffusionswellenspektroskopieanordnung zum Messen von physikalisch-chemischen Eigenschaften von Mehrphasensystemen, bei denen mindestens eine der Phasen eine Flüssigphase oder ein Fluid ist, wie z. B. Gele, Latizes, Lösungen, Dispersionen und Emulsionen, umfassend eine Lichtquelle (1) zum Erzeugen und Emittieren von Licht in das Mehrphasensystem (7), einen Detektor zum Detektieren des Lichts, nachdem es durch das Mehrphasensystem (7) gestreut worden ist, eine Verarbeitungseinrichtung, die zum Empfangen eines Ausgangssignals aus dem Detektor und zum Berechnen der Autokorrelationsfunktion g(2) des Ausgangssignals aus dem Detektor angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung angeordnet ist, um aus der Autokorrelationsfunktion g(2) einen Maximalwert der mittleren quadratischen Verlagerung < Δrm²> als Funktion der Zeit und aus dem berechneten Maximalwert der mittleren quadratischen Verlagerung < Δrm²> den Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft des ganzen Mehrphasensystems zu berechnen.

2. Diffusionswellenspektroskopieanordnung zum Messen von physikalisch-chemischen Eigenschaften von Mehrphasensystemen, bei denen mindestens eine der Phasen eine Flüssigkeit oder ein Fluid ist, wie z. B. Gele, Latizes, Lösungen, Dispersionen und Emulsionen, umfassend eine an eine Sendefaser (5) gekoppelte Lichtquelle (1) zum Erzeugen und Emittieren von Licht in das Mehrphasensystem (7), einen mindestens eine Detektorfaser (8(1),8(2).......) umfassenden Detektor, der zum Detektieren des Lichts, nachdem es durch das Mehrphasensystem (7) gestreut worden ist, angeordnet ist, eine Verarbeitungseinrichtung (11-13), die zum Empfangen eines Ausgangssignals aus der mindestes einen Detektorfaser und zum Berechnen der Autokorrelationsfunktion g(2) des Ausgangssignals aus der mindestens einen Detektorfaser angeordnet ist, wobei die Verarbeitungseinrichtung angeordnet ist, um die Halbwertszeit als Funktion der Zeit von der Autokorrelationsfunktion zu bestimmen und den Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft unter Verwendung einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Halbwertzeit und der Autokorrelationsfunktion zu bestimmen, wobei bei jeder Bestimmung der Halbwertszeit nur das Signal von einer Detektorfaser (8) verwendet wird.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalischchemische Eigenschaft die Gelfestigkeit ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalischchemische Eigenschaft die Gelfestigkeit G' ist und die Verarbeitungseinrichtung angeordnet ist, um die Gelfestigkeit G' aus dem berechneten Maximalwert der mittleren quadratischen Verlagerung < Δrm²> unter Verwendung der folgenden Gleichung

zu berechnen, wobei

kB.T = Wärmeenergie von Partikeln im Gel;

ξ = Größe eines Clusters im Gel.

5. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, umfassend eine mit den Verarbeitungseinrichtungen gekoppelte Maschine (14) und wobei die Verarbeitungseinrichtungen (11-13) angeordnet sind, um den Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft mit einem Bezugswert der Eigenschaft zu vergleichen und die Maschine (14) zu aktivieren, wenn der Wert den Bezugswert erreicht.

6. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, umfassend eine Maschine (14) zum Behandeln eines Gels, die mit den Verarbeitungseinrichtungen gekoppelt ist, und wobei die Verarbeitungseinrichtungen angeordnet sind, um die Gelfestigkeit G' mit einer Bezugsgelfestigkeit (Gref) zu vergleichen und die Maschine (14) zu aktivieren, wenn die Gelfestigkeit G' die Bezugsgelfestigkeit erreicht, um das Gel zu behandeln.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 4-6, umfassend mindestens eine Detektorfaser (8(1),8(2)......), die zum Detektieren des Lichts angeordnet ist, nachdem es durch das Mehrphasensystem (7) gestreut worden ist, Verarbeitungseinrichtungen (11-13), die zum Empfangen eines Ausgangssignals aus der mindestens einen Detektorfaser und zum Berechnen von Parametern in Bezug zu dem Mehrphasensystem (7) angeordnet sind, wobei jegliche der mindestens einen Detektorfaser (8(1),8(2), ......) an vorbestimmten Stellen in Bezug zu einer an die Lichtquelle gekoppelten Sendefaser (5) angeordnet sind.

8. Anordnung nach den Ansprüchen 2, 3 oder 7, bei der jegliche der mindestens einen Detektorfaser (8(1),8(2), .....) Einmodenfasern sind.

9. Anordnung nach den Ansprüchen 2, 3, 7 oder 8, bei der die Quellenfaser (5) eine Multimodenfaser ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 2, 3, 7-9, bei der die Abstände zwischen jeglicher der mindestens einen Detektorfaser (8(1),8(2), ....) und dem Punkt eines Auftreffens von Licht auf das Mehrphasensystem größer sind als die mittlere freie Weglänge des Lichtstrahls in der Flüssigkeit (7).

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 2, 3, 7-10, bei der das Licht auf ein Milchmedium mit einem Zusatz eines Labferments gerichtet ist und die mindestens eine Detektorfaser in demselben eingetaucht ist.

12. Diffusionswellenspektroskopieverfahren zum Messen von physikalisch-chemischen Eigenschaften von Mehrphasensystemen, bei dem mindestens eine der Phasen eine Flüssigkeit oder ein Fluid ist, wie z. B. Gele, Latizes, Lösungen, Dispersionen und Emulsionen, umfassend die Schritte:

- Erzeugen eines Lichtstrahls (2)

- Emittieren von Licht in ein Mehrphasensystem (7);

- Detektieren des Lichts, nachdem es durch das Mehrphasensystem (7) gestreut worden ist;

- Umwandeln des detektierten Lichts in ein elektrisches Signal (11 und 12);

- Übertragen des elektrischen Signals zu einer Verarbeitungseinrichtung (13);

- Berechnen der Autokorrelationsfunktion g(2) in dem Zeit- oder dem Frequenzbereich des elektrischen Signals

dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalwert der mittleren quadratischen Verlagerung < Δrm²> aus der Autokorrelationsfunktion g(2)(τ) oder aus g(2)(ν) auf eine ähnliche Weise als Funktion der Zeit berechnet wird und der Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft des ganzen Mehrphasensystems aus dem berechneten Maximalwert der mittleren quadratischen Verlagerung < Δrm²> berechnet wird.

13. Diffusionswellenspektroskopieverfahren zum Messen von physikalischchemischen Eigenschaften von Mehrphasensystemen, bei dem mindestens eine der Phasen eine Flüssigkeit oder ein Fluid ist, wie z. B. Gele, Latizes, Lösungen, Dispersionen und Emulsionen, umfassend die Schritte:

- Erzeugen eines Lichtstrahls (2)

- Emittieren von Licht durch eine Sendefaser (5) in ein Mehrphasensystem (7);

- Detektieren des Lichts, nachdem es durch das Mehrphasensystem (7) gestreut worden ist, mittels mindestens einer Detektorfaser (8(1),8(2)......);

- Umwandeln des detektierten Lichts in ein elektrisches Signal;

- Übertragen des elektrischen Signals zu einer Verarbeitungseinrichtung;

- Berechnen der Autokorrelationsfunktion g(2) des elektrischen des Signals, wobei die Halbwertzeit als Funktion der Zeit von der Autokorrelationsfunktion berechnet wird und der Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft unter Verwendung einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Halbwertzeit und der Autokorrelationsfunktion bestimmt wird, wobei bei jeder Bestimmung der Halbwertzeit nur das Signal von einer Detektorfaser (8) verwendet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die physikalisch-chemische Eigenschaft die Gelfestigkeit ist.

15. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die physikalisch-chemische Eigenschaft die Gelfestigkeit G' ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelfestigkeit G' aus dem berechneten Maximalwert der mittleren quadratischen Verlagerung < Δrm²> unter Verwendung der folgenden Gleichung

berechnet wird, wobei

kB.T = Wärmeenergie von Partikeln im Gel;

ξ = Größe eines Clusters im Gel.

16. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem der Wert der physikalischchemischen Eigenschaft mit einem Bezugswert zum Steuern einer Maschine zum Behandeln des Mehrphasensystems verglichen wird.

17. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Gelfestigkeit G' mit einer Bezugsgelfestigkeit (Gref) verglichen wird und eine Maschine (14) aktiviert wird, wenn die Gelfestigkeit G' die Bezugsgelfestigkeit erreicht, um das Gel zu behandeln.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, bei dem entweder ein Gelierungs-, ein Ausflockungs- oder ein Aggregationsprozess in dem Mehrphasensystem überwacht wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12, 15-18, umfassend die Schritte

- Detektieren des Lichts, nachdem es durch das Mehrphasensystem (7) gestreut worden ist, mittels mindestens einer Detektorfaser (8(1),8(2), .....);

- Senden eines Ausgangssignals von der mindestens einen Detektorfaser zu einer Verarbeitungseinrichtung;

- Berechnen von Parametern in Bezug zu dem Mehrphasensystem (7), wobei jegliche der mindestens einen Detektorfaser (8(1),8(2), ....) an vorbestimmten Stellen in Bezug zu einer an die Lichtquelle gekoppelten Sendefaser (5) angeordnet sind.

20. Verfahren nach Anspruch 13, 14 oder 19, bei dem die Abstände zwischen jeglicher der mindestens einen Detektorfaser (8(1),8(2).......) und dem Punkt eines Auftreffens von Licht auf das Mehrphasensystem größer sind als die mittlere freie Weglänge des Laserlichts in dem Mehrphasensystem (7).

21. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Mehrphasensystem ein Milchmedium mit einem Zusatz von einem Labferment ist.