09.08.2023 by Philip Rolfe, Milena Riedl
Perfecting Delicious… Optimizing the Rheology of Chocolate
Chocolate is one of the world’s favorite snack foods. The texture, or mouthfeel, of chocolate is critical for the consumer perception of product quality. It is possible to finely control the textural aspects of the signature flavor of chocolates. The mouthfeel can be characterized through the determination of flow ‒ by rheology. Learn how to do this in our article!
Шоколадът е една от любимите закуски в света. През 2017 г. Швейцария оглави класацията за най-висока консумация на шоколад на глава от населението. През тази година гражданите са изяли близо девет килограма от сладкото изкушение.
Уникалната привлекателност на шоколада се крие в неговия вкус, аромат и усещане в устата. Тези три качества се съчетават в комплексния вкус на шоколада. Тъй като естествените съставки на шоколада варират в зависимост от условията на отглеждане, производителите на шоколад полагат известни усилия, за да гарантират, че вкусът на шоколадовите им продукти съответства на характерния им аромат. Гарантирането, че характерният вкус се възпроизвежда в различните партиди, изисква съпоставяне на аналитични техники със скъпоструващи сензорни тестове. Сензорното тестване на всяка партида не е практически възможно, колкото и желана да е тази работа!
Какво прави шоколада идеален?
Няколко фактора се считат за важни за повишаване на привлекателността на шоколада.
Те включват:
- Температура на топене под 37°C, така че да се разтопи в устата
- Блясък, за да изглежда привлекателен
- Гладка текстура, която придава приятно усещане в устата
- Чупливост, за да има първоначално "захапване"
Свойствата на течливост на мастната фаза (какаово масло, което може да бъде смесено с други мазнини) контролират начина, по който шоколадът се покрива в устата, и влияят върху възприемането на вкуса. Течението или реологичните свойства на шоколада също оказват значително влияние върху процеса на производство на шоколад. Намаляването на размера на частиците повишава вискозитета, което може да доведе до блокиране на течния шоколад по тръбите в завода.
Крайният продукт може да бъде плочка или таблетка от твърд шоколад или шоколадът може да се използва в процес на енробиране, за да обгради центъра на пълнежа. Шоколадът за процеси на втвърдяване често се оптимизира, за да се постигне добро покритие, и може да има различна рецепта от шоколада за таблетки.
Реологично изпитване за перфектния шоколад
Най-основното реологично измерване, което се прави на шоколад, е измерването на вискозитета. Количество от пробата small се срязва с фиксирана скорост на срязване (скорост) и се измерва напрежението (силата), необходимо за постигане на тази скорост на срязване. След това вискозитетът при срязване може да се изчисли, като се раздели напрежението при срязване на скоростта на срязване.
Влияние на температурата върху вискозитета на шоколада
Вискозитетно-температурният профил на шоколада е от решаващо значение при оптимизирането на процеса на формулиране и темпериране, като трябва да се вземе предвид дори средата на консумация. Интересно е например, че температурата на топене на шоколада, използван за украса на сладоледени блокчета (choc-ices и т.н.), е трябвало да бъде намалена значително. Това е така, защото когато някой яде сладоледено блокче, букалната му температура се понижава значително, а стандартната шоколадова формула не се топи при тези условия. Крайният резултат от покриването на сладоледа със стандартен шоколад е, че той придава само лек какаов вкус; но и усещане в устата за сладолед с твърди парченца в него. За щастие реологията на твърдия шоколад може да бъде напълно характеризирана с осцилираща температурна рампа от под до над точката на топене, както е показано на фигура 1. Това позволява на формулаторите да оптимизират захапката на твърдото шоколадово блокче, а също и вкусът на шоколада да бъде напълно усетен над точката на топене.
За по-малко вискозен шоколадов сироп могат да се използват вискометрични тестове. Забележително е, че вискозитетът е формулиран така, че спада с почти два порядъка около 18-24°C, както се вижда на фигура 2:
Вискозитет на тъмен, млечен и бял шоколад
За измерването бяха избрани тъмен, млечен и бял шоколад от една гама и марка шоколад, за да се сведат до минимум вариациите в процеса на производство на шоколада и вариациите в съставките. Измерванията бяха извършени с реометърNETZSCH Kinexus. Частичните съставки на тъмния, млечния и белия шоколад са показани в таблица 1.
Таблица 1: Частични съставки в различните видове шоколад
| Твърди какаови частици | Захар | Мляко на прах | |
| Тъмен | Y | Y | |
| Мляко | Y | Y | Y |
| Бял | Y |
Тъмният шоколад има най-нисък вискозитет в целия измерен диапазон на скоростта на срязване и най-лесно ще се транспортира по тръбите в завода (фигура 1). Интересно е, че млечният шоколад има по-висок вискозитет, но е с подобен коефициент на провлачване като при тъмния шоколад (таблица 2). Това предполага, че млечният и тъмният шоколад ще имат сходни свойства на "слягане" и ще запълват формите по подобен начин. Белият шоколад е с най-висок вискозитет в целия диапазон и с най-висок коефициент на полезно действие. Белият шоколад е известен на студентите по готварство и сладкарство като най-трудния за работа, а в този случай той със сигурност има много различни реологични свойства.
Таблица 2: Напрежение на провлачване и вискозитет на срязване за тъмен, млечен и бял шоколад, произведени от един и същ производител
| Напрежение на пластичност (Pa) | Вискозитет на срязване (Pa s) | |
| Тъмен | 5.03 | 0.94 |
| Мляко | 5.71 | 1.66 |
| Бял | 18.9 | 1.86 |
Как да оптимизираме обработката на шоколад
Допълнителна представа за реологичните свойства на шоколада може да бъде получена чрез осцилационно изпитване с ротационен реометър. Това дава допълнителна информация за вискоеластичните свойства на шоколада чрез модула на еластичност (G'), вискозния модул (G'') и фазовия ъгъл (δ). Той също така предоставя алтернативен метод на изпитването с равномерно срязване за определяне на границата на провлачане.
Еластичният и вискозният модул са свързани с микроструктурните характеристики на шоколада и могат да се използват за изследване на взаимодействията между компонентите и характеристиките на топене на шоколада чрез оценка на твърдоподобните и течноподобните свойства.
Напрежението на провлачване, което е напрежението, необходимо за разрушаване на твърдата структура и разтичането ѝ, влияе върху това как шоколадът ще покрие формите и колко добре ще прилепне към стените на формата или ще се свлече, преди да се втвърди.
Осцилационните измервания са недеструктивни тестове, които показват как се държи материалът при small деформации или сили - преди материалът да се поддаде и да започне да тече. Областта на напреженията или деформациите, в която се проявява това поведение, е известна като линейна вискоеластична област (ЛВР).
Чрез измерване на G' като функция на напрежението на срязване може да се определи границата на провлачане на конструкцията - обикновено тя се приема като напрежението, при което G' започва да спада и се прекратява LVR. Важно е да се отбележи, че различните методи за определяне на границата на провлачване могат да дадат малко по-различни отговори. Например моделите на Касон и Уиндхаб обикновено се използват за определяне на границата на провлачане на шоколад чрез екстраполиране на графиката на напрежението при устойчиво срязване в зависимост от скоростта на срязване до нулева скорост на срязване. Макар че осцилаторното изпитване е по-рядко срещано, е доказано, че то може по-добре да определи разликите между шоколадите. За тествания млечен шоколад беше установено, че напрежението на провлачане е 0,45 Ра (фигура 4).
Реологията гарантира качеството на шоколадовите продукти
Текстурата или усещането за вкус на шоколада е от решаващо значение за възприемането на качеството на продукта от потребителите. Чрез съпоставяне на скъпоструващите сензорни тестове с аналитичните резултати е възможно да се контролират прецизно текстурните аспекти на характерния вкус на шоколадовите марки. Усещането за вкус в устата може да се характеризира чрез определяне на потока - чрез реология.
Източници
www.howitworksdaily.com/why-is-chocolate-so-tasty
Chan, F. and De Kee, D. (1994) Yield stress and small amplitude oscillatory flow in transient networks (Напрежение на провлачване и амплитуден осцилационен поток в преходни мрежи). Изследвания в областта на индустриалната и инженерната химия, 33(10), стр. 2374-2376
De Graef, V., Depypere, F., Minnaert, M., & Dewettinck, K. (2011). Предел на пластичност на шоколада, измерен чрез осцилаторна реология. Food Research International, 44(9), 2660-2665.