هل تريد الخواص الريولوجية للشوكولاتة؟ Kinexus يجعل الأمر سهلاً!

جنرال لواء

يمكن وصف الشوكولاتة الذائبة بأنها معلق مركز من الجسيمات الصلبة الدقيقة الخشنة، مثل مسحوق الكاكاو والسكر ومسحوق الحليب المشتت في مرحلة مستمرة من الدهون، وعادةً ما تكون زبدة الكاكاو [1]. يتم تحديد سلوكه الانسيابي من خلال الخصائص الفيزيائية الكيميائية لمكوناته، إلى جانب العديد من العوامل الأخرى مثل التركيب ودرجة الحرارة. ومن بين عوامل أخرى، يحدد توزيع حجم الجسيمات ونوع المستحلب وتبلور السكر لزوجة المنتج المراد معالجته.

من لزوجة الشوكولاتة إلى رضا العملاء ...والمصنعين!

وبدورها، تؤثر لزوجة الشوكولاتة الذائبة على مذاق الشوكولاتة الذائبة في الفم بالنسبة للمستهلكين. هذه اللزوجة للشوكولاتة مهمة للغاية ليس فقط من حيث إسعاد المستهلك، ولكن أيضًا في عملية التصنيع وفي مراقبة جودة المنتج النهائي. على سبيل المثال، يضمن وجود خصائص اللزوجة المرنة المناسبة في الشوكولاتة الذائبة كفاءة عمليات التقطيع والصب ومنع تكون فقاعات الهواء أثناء التشكيل وضمان إنتاج قشور متجانسة أثناء عملية الصب.

تُعد لزوجة القص ونقطة الخضوع من الخصائص الانسيابية الرئيسية ذات الأهمية في العمليات الصناعية للشوكولاتة. يتم حساب لزوجة القص ببساطة عن طريق قسمة إجهاد القص على معدل القص. يمكن تحديد إجهاد الخضوع بطرق مختلفة [2]. يطبق أحدها دوال نموذجية مختلفة، مثل نموذج كاسون، على منحنى التدفق.

ولضمان معايير الجودة العالية على العمليات الصناعية التي تخضع لها تركيبات الكاكاو المختلفة، أصدر المكتب الدولي للكاكاكاو والشوكولاتة والحلويات السكرية (IOCCC) مراجعة للطريقة التحليلية 46 في عام 2000، والتي تحدد بروتوكولًا قياسيًا لقياس لزوجة الشوكولاتة ومنتجات الكاكاو [3].

الطريقة التحليلية 46 باستخدام Kinexus Prime Rotational Method 46 مع Ki Prime Rotationalمقياس الريومتر

في اتباع هذه الطريقة، يتم قياس لزوجة الشوكولاتة المذابة باستخدام مقياس ريومتر دوراني مزود بهندسة كوب ومكعب مصنوع من الفولاذ المصقول. يمكن أن يكون طرف الكوب، أو الدوّار، مخروطي الشكل أو غائرًا.

وتصف الطريقة تحضير العينة بالتفصيل، مع إعطاء توجيه محدد للعينات السائلة والصلبة من الشوكولاتة البيضاء أو الحليب أو الشوكولاتة الداكنة، مع السكر أو بدونه. باختصار، يجب تسخين العينات في البداية لفترة من الوقت، حيث تعتمد درجة الحرارة والمدة على نوع منتج الكاكاو. يجب تكييف الهندسة مسبقًا إلى 40 درجة مئوية لتجنب تبلور الشوكولاتة المذابة أثناء عملية التحميل. هناك حاجة أيضًا إلى خطوة القص المسبق لضمان توازن درجة الحرارة، والتوزيع المتجانس للعينة داخل الشكل الهندسي، والتخلص من فقاعات الهواء.

يتم إجراء القص المسبق عند درجة حرارة 40 درجة مئوية (± 0.1 درجة مئوية) بمعدل قص ثابت، عادةً 5 ^ث-1 (أو 2 ^ث-1 للمنتجات الأكثر سمكًا)؛ ويجب أن يستمر حتى يظل عزم الدوران ثابتًا لمدة دقيقتين على الأقل مع انحراف أقصى قدره 2%. يجب تحقيق الاستقرار في غضون 15 دقيقة، وإلا لا يمكن إجراء القياس.

يتم إجراء القياس عند درجة حرارة 40 درجة مئوية على ثلاث خطوات:

1. يتم زيادة معدل القص من 2 ^ث-1 إلى 50 ^ث-1 على مدى 3 دقائق. يمكن إجراؤه بشكل مستمر أو تدريجي بمعدلات قص 2 و5 و10 و20 و50 ^ث-1.
2. يتم الاحتفاظ بمعدل القص عند 50 ^ث-1 لمدة دقيقة واحدة.
3. يتم تقليل معدل القص من 50 ^ث-1 إلى 2 ^ث-1 في 3 دقائق، مرة أخرى بشكل مستمر أو تدريجي، باتباع نفس مخطط معدل القص المحدد في الخطوة الأولى.

لتوضيح تطبيق هذا التسلسل، نناقش فيما يلي النتائج التي تم الحصول عليها من مقارنة أربع قطع شوكولاتة تجارية مختلفة من علامة تجارية واحدة. كانت الأولى عبارة عن شوكولاتة بالحليب تحتوي على 55% من الكاكاو، أما الثلاثة الباقية فكانت ألواح شوكولاتة داكنة تحتوي على 70 و85 و100% من الكاكاو. أُجريت القياسات باستخدام مقياس الانسيابية الدورانية Kinexus Prime ultra+ المزود بخرطوشة أسطوانية وهندسة كوب ومكعب مقاس 34 مم. تم تطبيق درجة الحرارة والخطوات التحليلية تمامًا كما هو محدد في الطريقة التحليلية 46. ويعرض الشكل 1 معدل القص (باللون الأخضر) المطبق أثناء القص المسبق والخطوات الثلاث بالإضافة إلى لزوجة القص (باللون الأزرق) التي تم الوصول إليها لشوكولاتة الكاكاو بنسبة 100٪.

تُظهر منحنيات لزوجة القص للشوكولاتة الأربعة التي تم اختبارها سلوك ترقق القص: كلما زاد معدل القص، انخفضت لزوجة القص؛ الشكل 2. لا تُظهر منحنيات التدفق نتيجة بديهية. تؤثر تركيبة وتركيز كل مكوّن، وتوزيع حجم الجسيمات الصلبة العالقة تأثيرًا مباشرًا على لزوجة الشوكولاتة المذابة.

تحتوي هذه العينات الأربع المختلفة على تركيبات مختلفة، كما يتضح من الجدول 1، وبالتالي تختلف اللزوجة. على سبيل المثال، شوكولاتة الكاكاو بالحليب بنسبة 55% من الكاكاو هي الوحيدة التي تحتوي على مسحوق القشدة والمستحلب.

الجدول 1: تركيبة وترتيب وزن الشوكولاتة بالحليب والشوكولاتة الداكنة بتركيزات مختلفة من الكاكاو.

*ترتيب الوزن: 1 = أعلى تركيز و5 = أدنى تركيز

كما ذكرنا من قبل، يُطبَّق نموذج كاسون على منحنى التدفق الناتج لتحديد إجهاد خضوع كاسون، أي الحد الأدنى من إجهاد القص اللازم لحث التدفق وكذلك لزوجة كاسون، أي اللزوجة النهائية في منطقة القص المرتفع. تصف المعادلة التالية ملاءمة نموذج كاسون:

ويوضح الشكل 3 أدناه منحنى التدفق النموذجي مع تحليل كاسون التلقائي، بينما يلخص الجدول 2 نتائج تحليل كاسون لجميع أنواع الشوكولاتة الأربعة.

الجدول 2: نتائج تحليل كاسون لجميع أنواع الشوكولاتة الأربعة.

برنامج rSpace - تطبيق إجراءات التشغيل القياسية البسيطة (إجراءات التشغيل القياسية)

يُعرَّف إجهاد الخضوع بأنه إجهاد القص الذي تبدأ فوقه المادة اللزجة المرنة في التدفق. وكلما انخفض إجهاد الخضوع انخفضت مقاومة الشوكولاتة للتدفق. وبالتالي فهي خاصية مهمة من شأنها تحديد قابلية معالجة تركيبة الكاكاو؛ على سبيل المثال، القوة اللازمة لضخ الشوكولاتة المذابة [4].

على الرغم من أن الطريقة التحليلية 46 كانت موضوعًا للعديد من الاقتراحات للتحسين في العديد من المنشورات التي تقترح، على سبيل المثال، تغييرات في فترة معدل القص أو تطبيق نماذج رياضية مختلفة لتصحيح المعلمات، إلا أن تطبيقها المرتبط بنموذج كاسون لا يزال البروتوكول القياسي لتحديد اللزوجة ونقطة إنتاجية الشوكولاتة [4]. نموذج كاسون وتسلسل التحليل متاحان في rSpace library.

يتميز مقياس الانسيابية الدورانية Kinexus بإمكانية إنشاء طرق للتحليل استنادًا إلى إجراءات منطقية ريو فردية في برنامج rSpace. يمكن إنشاء تسلسلات القياس هذه وتخصيصها لتلبية احتياجات أي روتين معملي. هنا، تم إنشاء وتطبيق تسلسل قياس يحتوي على جميع تفاصيل الطريقة التحليلية 46. بنقرة واحدة، يتم بدء القياس؛ ويتم إجراء التحليل اللاحق دون أي تدخل من المستخدم، ويتم إعطاء النتائج النهائية، بما في ذلك نقطة الإنتاجية، تلقائيًا.