Въведение
Вискозитетът на срязване на шоколада е ключова характеристика за осигуряване на постоянно качество и оптимизиране на промишлените процеси. За да се стандартизира измерването на това критично свойство, през 2000 г. Международното бюро за какао, шоколад и захарни изделия (IOCCC) актуализира Аналитичен метод 46. Този метод описва протокол за определяне на вискозитета на шоколад и продукти на какаова основа. Той описва щателно процедурата за подготовка на пробата и измерване, съобразена с различните видове какаови продукти.
По-долу са измерени два шоколада (млечен и черен шоколад) с ротационния реометър Kinexus, като се спазва този SOP (Standard Operating Procedure). След това към кривите се прилага анализът на Касон. Това е математически модел, който описва поведението на шоколада при течливост, по-специално неговата граница на провлачане. Тази стойност е от значение в шоколадовата индустрия, например за процесите на изпомпване, тъй като представлява минималната сила, необходима за предизвикване на течливост.
Моделът на Касон се използва за характеризиране на поведението на потока на флуиди, които се характеризират с напрежение на течливост, като например шоколад, кръв или печатарски мастила. Той се изразява като:
σ: Напрежение на срязване [Pa]
σ0: Напрежение на Касон на провлачане (напрежение, необходимо за започване на потока) [Pa]
k: Краен вискозитет при срязване (вискозитет при висока скорост на срязване) [Pa-s]
- γ: Скорост на срязване [s-1]
Параметри на измерването
Всеки шоколад се съхраняваше при 60°C и след това се хомогенизираше ръчно с помощта на шпатула, преди да се въведе в геометрията, която се поддържаше при 40°C. Таблица 1 обобщава условията на измерване.
Таблица 1: Условия за измерване
| Инструмент | Kinexus Prime ultra+ |
|---|---|
| Касета | Цилиндър |
| Изпитване | Въртене |
| Геометрия | Чаша и боб: 25 mm |
| Пролука | 9.15 mm |
| Температура | 40°C |
| Скорост на срязване |
|
Резултати и обсъждане
На фигура 1 е представена графиката на кривите на вискозитета при срязване за млечния и тъмния шоколад в хода на прогресията на скоростта на срязване между 2 и 50 s-1 (UP, кръгове) и между 50 и 2 s-1 (DOWN, квадрати). Двата образеца показват поведение на разреждане при срязване с добро съответствие между рампите нагоре и надолу: Вискозитетът на срязване намалява с увеличаване на скоростта на срязване. Това е благоприятно за преработката, тъй като намаляването на вискозитета на срязване при скорости на срязване, необходими за операции като изпомпване, намалява съпротивлението на потока. По този начин прехвърлянето на шоколад през тръби по време на производството е по-лесно и изисква по-малко енергия.
Черният шоколад има по-висок вискозитет на срязване от млечния шоколад в целия измерен диапазон на скоростта на срязване. Това го прави по-подходящ за покрития, при които вискозитетът на срязване е ключова характеристика за постигане на равномерен слой върху бонбони без капене и разнасяне. Освен това това свойство е свързано и с усещането в устата на потребителя: Колкото по-висок е вискозитетът на срязване, толкова по-кремообразен се възприема шоколадът.
На фигури 2 и 3 са показани резултатите от анализа на Касон за диапазона на скоростта на срязване между 5 и 50 s-1 съответно за млечния и тъмния шоколад. Анализът се извършва автоматично в софтуера за измерване и оценка rSpace веднага след приключване на измерването.
Както възходящите, така и низходящите таблици на скоростта на срязване показват добра корелация между измерените криви на потока и модела на Касон. Напрежението на провлачане на черния шоколад е много по-високо от това на млечния шоколад, което означава, че изпомпването ще бъде по-трудно, т.е. ще изисква по-голяма сила.
Как да проверим повторяемостта на теста: Измервания, контролирани от скоростта на срязване и напрежението на срязване
Надежден метод за проверка на повторяемостта на измерванията е те да се извършват или с друга геометрия, или с друг вид контрол. Това е така, защото вискозитетът на срязване при определена температура и скорост на срязване е абсолютна стойност. Тя е независима от използваната геометрия. Освен това, независимо дали се контролира скоростта на срязване или напрежението на срязване, трябва да се получи една и съща стойност.
За да се илюстрира това, беше извършено измерване на черен шоколад по почти същия начин. Единствената разлика е, че вместо възходяща и низходяща таблица на скоростта на срязване се прилага възходяща и низходяща таблица на напрежението на срязване. Получените криви, показани на фигура 4, показват добра повторяемост.
Заключение
Кривите на вискозитета при срязване, изготвени с ротационния реометър Kinexus, се използват не само за осигуряване на постоянно качество на партидите, но и за прогнозиране на поведението на шоколада по време на обработката му, както и на усещането му в устата. Така че реологичното разбиране на шоколада е от решаващо значение за оптимизацията на процесите и дизайна на продуктите.
Последователността, както и оценката на анализа на Касон, която следва автоматично след всяко измерване, превръщат първоначално сложния метод в рутинна дейност.