Úvod
Smyková viskozita čokolády je klíčovou vlastností pro zajištění stálé kvality a optimalizaci průmyslových procesů. Za účelem standardizace měření této kritické vlastnosti aktualizoval Mezinárodní úřad pro kakao, čokoládu a cukrovinky (IOCCC) v roce 2000 analytickou metodu 46. Tato metoda popisuje protokol pro stanovení viskozity čokolády a výrobků na bázi kakaa. Pečlivě popisuje přípravu vzorku a postup měření, přizpůsobený různým typům kakaových výrobků.
V následujícím textu jsou podle této SOP (Standard Operating Procedure) měřeny dvě čokolády (mléčná a hořká čokoláda) pomocí rotačního reometru Kinexus. Poté je na křivky aplikována Cassonova analýza. Jedná se o matematický model popisující tokové chování čokolády, zejména její Mez kluzuMez kluzu je definována jako napětí, pod nímž nedochází k toku; v klidu se chová doslova jako slabá pevná látka a při poddajnosti jako kapalina.mez kluzu. Tato hodnota je důležitá v čokoládovém průmyslu, například pro čerpací procesy, protože představuje minimální sílu potřebnou k vyvolání toku.
Cassonův model se používá k charakterizaci chování tekutin, které vykazují chování při mezeře kluzu, jako je čokoláda, krev nebo tiskařské barvy. Vyjadřuje se jako:
σ: Σ: smykové napětí [Pa]
σ0: Cassonova Mez kluzuMez kluzu je definována jako napětí, pod nímž nedochází k toku; v klidu se chová doslova jako slabá pevná látka a při poddajnosti jako kapalina.mez kluzu (napětí potřebné k iniciaci toku) [Pa]
k: Konečná smyková viskozita (viskozita při vysoké smykové rychlosti) [Pa-s]
- γ: Smyková rychlost [s-1]
Parametry měření
Každá čokoláda byla skladována při teplotě 60 °C a poté byla ručně homogenizována špachtlí před vložením do geometrie, která byla udržována při teplotě 40 °C. Tabulka 1 shrnuje podmínky měření.
Tabulka 1: Podmínky měření
| Přístroj | Kinexus Prime ultra+ |
|---|---|
| Kazeta | Válec |
| Test | Rotace |
| Geometrie | Baňka a bob: 25 mm |
| Mezera | 9.15 mm |
| Teplota | 40°C |
| Smyková rychlost |
|
Výsledky a diskuse
Na obrázku 1 je znázorněn graf křivek smykové viskozity pro mléčnou a hořkou čokoládu v průběhu progrese smykové rychlosti mezi 2 a 50 s-1 (UP, kruhy) a mezi 50 a 2 s-1 (DOWN, čtverce). Oba vzorky vykazují smykové ztenčení s dobrou shodou mezi náběhy nahoru a dolů: S rostoucí smykovou rychlostí viskozita klesá. To je výhodné pro zpracování, protože snižování smykové viskozity při smykových rychlostech potřebných pro operace, jako je čerpání, snižuje odpor proti toku. Přenos čokolády potrubím při výrobě je tak snazší a vyžaduje méně energie.
Hořká čokoláda má vyšší smykovou viskozitu než mléčná čokoláda v celém měřeném rozsahu smykové rychlosti. Díky tomu je vhodnější pro potahování, kde je smyková viskozita klíčovou vlastností pro dosažení rovnoměrné vrstvy na cukrovinkách bez odkapávání a roztírání. Kromě toho tato vlastnost souvisí také s pocitem, který má spotřebitel v ústech: Čím vyšší je smyková viskozita, tím krémovější je čokoláda vnímána.
Na obrázcích 2 a 3 jsou zobrazeny výsledky Cassonovy analýzy pro rozsah smykových rychlostí mezi 5 a 50 s-1 pro mléčnou a tmavou čokoládu. Analýza se provádí automaticky v softwaru pro měření a vyhodnocování rSpace, jakmile je měření dokončeno.
Tabulky střihové rychlosti nahoru i dolů vykazují dobrou korelaci mezi naměřenými křivkami průtoku a Cassonovým modelem. Mez kluzuMez kluzu je definována jako napětí, pod nímž nedochází k toku; v klidu se chová doslova jako slabá pevná látka a při poddajnosti jako kapalina.Mez kluzu hořké čokolády je mnohem vyšší než u mléčné čokolády, což znamená, že čerpání by bylo obtížnější, tj. vyžadovalo by větší sílu.
Jak zkontrolovat opakovatelnost testu: Měření řízená smykovou rychlostí a smykovým napětím
Spolehlivou metodou pro kontrolu opakovatelnosti měření je provedení měření buď s jinou geometrií, nebo s jiným druhem kontroly. Je to proto, že smyková viskozita při určité teplotě a smykové rychlosti je absolutní hodnota. Je nezávislá na použité geometrii. Rovněž bez ohledu na to, zda je řízena smykovou rychlostí nebo smykovým napětím, je třeba získat stejnou hodnotu.
Pro ilustraci bylo provedeno měření na hořké čokoládě téměř stejným způsobem. Jediný rozdíl byl v tom, že místo tabulky smykové rychlosti nahoru a dolů byla použita tabulka smykového napětí nahoru a dolů. Výsledné křivky zobrazené na obrázku 4 vykazují dobrou opakovatelnost.
Závěr
Smykové viskozitní křivky prováděné pomocí rotačního reometru Kinexus se používají nejen k zajištění konzistentní kvality jednotlivých šarží, ale pomáhají také předpovědět chování čokolády během zpracování a její pocit v ústech. Reologická znalost čokolády je tedy zásadní pro optimalizaci procesů a návrh výrobku.
Sekvence i vyhodnocení Cassonovy analýzy, které následuje automaticky po každém měření, mění původně složitou metodu v rutinní činnost.