مقدمة
الزبدة عبارة عن مستحلب متعدد الأطوار يتكون من كريات دهنية ودهون بلورية ومرحلة مائية مشتتة في مرحلة زيتية مستمرة. وبالإضافة إلى الطعم، فإن أهم خصائص الزبدة من حيث إدراك العميل هي الملمس والمظهر وقابلية الانتشار. وترتبط الصلابة وقابلية الدهن بالدهن ارتباطًا عكسيًا وهما أيضًا أكثر خاصيتين يتم قياسهما شيوعًا للزبد (Wright 2001). ومن المعروف أن كلاهما يعتمدان بشدة على درجة الحرارة، ولكنهما يتأثران أيضًا بمعدل التبريد بعد المخض والتباين الإقليمي أو الموسمي الناجم عن النظام الغذائي للبقرة (برينتس 1972).
يمكن أن تكون الريولوجيا أداة مفيدة في توصيف وتحسين الخصائص التركيبية للزبد. يرتبط معامل القص بصلابة المنتج، والتي يمكن قياسها كدالة لدرجة الحرارة باستخدام الاختبار التذبذبي، ويمثل إجهاد الخضوع الإجهاد الذي يجب التغلب عليه حتى تتشوه الزبدة بشكل بلاستيكي، أي الانتشار. كما تتمتع أجهزة قياس الريومتر الحديثة مثل مقياس الريومتر الدوراني Kinexus بقدرات محورية متقدمة يمكن أن تكون مفيدة في فحص الخصائص الأخرى للزبد مثل الصلابة (قابلية الانضغاط) والالتصاق (الالتصاق).
توضح هذه المذكرة التطبيقية كيف يمكن استخدام الريولوجيا لمقارنة خصائص الذوبان وخصائص الانتشار لمنتجين تجاريين - زبدة عادية وزبدة قابلة للدهن. صُنعت الزبدة العادية من دهون الحليب فقط بينما احتوت الزبدة القابلة للدهن على نسبة من الزيت النباتي لتقليل درجة حرارة الذوبان وصلابة المادة عند إخراجها من الثلاجة.
تجريبي
- تم تقييم عينتي الزبدة على مدى درجة الحرارة من 4 درجات مئوية إلى 35 درجة مئوية باستخدام اختبار تذبذبي صغير السعة واختبار محوري.
- أُجريت القياسات باستخدام مقياس الانسيابية Kinexus مع خرطوشة صفيحة بلتيير ونظام قياس الصفيحة الخشنة وباستخدام تسلسلات معدة مسبقًا في برنامج rSpace.
- تم استخدام تسلسل تحميل قياسي لضمان خضوع العينات لتاريخ حراري وبروتوكول تحميل متسق.
- تم إجراء اختبار منحدر درجة الحرارة المتحكم في درجة الحرارة بتردد واحد بين 4 درجات مئوية و35 درجة مئوية بمعدل درجتين مئويتين/دقيقة باستخدام إجهاد داخل منطقة اللزوجة اللزجة الخطية (LVR).
- تم إجراء دورة ضغط-ضغط محوري عند درجة حرارة 4 درجات مئوية على 1 مم من العينة الطازجة وقياس استجابة القوة العادية لتحديد الصلابة والتثبيت.
النتائج والمناقشة
الاختبار التذبذبي
الاختبار التذبذبي ذو السعة الصغيرة هو اختبار غير مدمر وبالتالي يمكنه إظهار التغيرات التي تحدث في البنية المجهرية المعقدة مع مرور الوقت أو درجة الحرارة دون تكسيرها. المعلمات التي يتم قياسها عادةً هي G'، معامل المرونة (التخزين)، و G"، معامل اللزوجة (الفقد). يتوافق هذان المعاملان مع صلابة المكونات الشبيهة بالمادة الصلبة والسائلة للعينة على التوالي، مع الصلابة الكلية التي يتم الحصول عليها من خلال المعامل المركب، G* = √ (G'2 + G"2).
تُعد زاوية الطور (δ) مقياسًا لفرق الطور بين الإجهاد المطبق والإجهاد المقيس ويمكن استخدامها لتحديد البنية من حيث خصائصها اللزجة المرنة. سيكون للمادة الشبيهة بالسائل زاوية طور أكبر من 45 درجة (90 درجة = سائل تمامًا) والمادة الشبيهة بالمادة الصلبة ستكون زاوية الطور أقل من 45 درجة (0 درجة = صلب تمامًا).
يوضح الشكل 1 نتائج منحدر درجة الحرارة التذبذبي أحادي التردد الذي تم إجراؤه على عينتي الزبدة. عند درجة حرارة 4 درجات مئوية، تكون الزبدة العادية أكثر صلابة من الزبدة القابلة للدهن من حيث G'. ويعطي هذا أول مؤشر على سبب إمكانية استخدام الزبدة القابلة للدهن مباشرةً من الثلاجة، حيث من المتوقع أن تتوافق القيم المنخفضة ل G' مع انخفاض إجهاد الخضوع. كما أن زوايا الطور كلاهما منخفضة جدًا (أقل من 10 درجات) مما يشير إلى أن العينات تكون صلبة جدًا عند تخزينها في الثلاجة مع كون الزبدة القابلة للدهن أكثر مرونة بقليل.
ومع زيادة درجة الحرارة، تنخفض قيم المعامل، مما يشير إلى تليين البنية التي ترتبط في المقام الأول بذوبان دهون الحليب البلورية. ويكون هذا الانخفاض أكثر أهمية بالنسبة إلى الزبدة العادية حيث ينخفض G 'G بحوالي 10 ميجا باسكال بين 4 درجات مئوية و20 درجة مئوية مقارنةً ب 0.5 ميجا باسكال للزبدة القابلة للدهن. كما يتوافق هذا الانتقال في الذوبان أيضًا مع ذروة في زاوية الطور التي تكون أكثر بروزًا في عينة الزبدة العادية وتحدث عند درجة حرارة أعلى قليلًا مقارنةً بالمتغير القابل للدهن القابل للدهن.
الاختبار المحوري
كان الاختبار الثاني الذي تم إجراؤه على عينات الزبدة هو اختبار الضغط المحوري - الضغط المحوري، كما هو موضح في الشكل 2. تضمن هذا الاختبار ضغط العينة بين اللوحين ثم فصل اللوحين مع تسجيل استجابة القوة العادية باستمرار. تتوافق مرحلة الضغط مع خضوع العينة وتشوهها وينبغي أن تكون مرتبطة بصلابة الزبدة وسهولة انتشارها. تتوافق مرحلة تخفيف الضغط مع الالتصاق أو الالتصاق وينبغي أن تشير إلى ميل الزبدة للالتصاق بالسكين أثناء الدهن.
يوضح الشكل 3 ملامح القوة العمودية لعينتي الزبدة استجابة للتشوه المحوري. تطلب ضغط الزبد العادي بمقدار 1 مم قوة 30 نيوتن من القوة، بينما تطلب ضغط الزبد القابل للدهن قوة 6 نيوتن فقط. يشير هذا إلى أن الزبدة القابلة للدهن تتشوه بسهولة أكبر بكثير (فهي أقل صلابة) من الزبدة العادية كما هو متوقع. عند تخفيف الضغط، ولّدت الزبدة العادية قوة شد قصوى بلغت -10 نيوتن، ولم تُلاحظ أي ذروة حادة في الزبدة القابلة للدهن. يشير هذا إلى أن الزبدة العادية لديها ميل أكبر للالتصاق بالسكين أثناء الدهن.
الاستنتاجات
يمكن استخدام مقياس الانسيابية لإجراء مجموعة من القياسات المختلفة لتوصيف ومقارنة الزبدة المختلفة من حيث بنيتها المجهرية وقوامها وسهولة انتشارها. ويشمل ذلك الاختبارات التذبذبية أحادية التردد لسبر التغيرات في الصلابة والمرونة اللزجة مع درجة الحرارة والاختبارات المحورية لتقييم الصلابة والالتصاق أثناء الاستخدام.