Obecné
Rozpuštěnou čokoládu lze popsat jako koncentrovanou suspenzi hrubých jemných pevných částic, jako je kakaový prášek, cukr a sušené mléko, rozptýlených v kontinuální fázi tuku, obvykle kakaového másla [1]. Její reologické chování je určeno fyzikálně-chemickými vlastnostmi jejích složek spolu s několika dalšími faktory, jako je složení a teplota. Viskozitu zpracovávaného výrobku určuje mimo jiné distribuce velikosti částic, typ emulgátoru a KrystalizaceKrystalizace je fyzikální proces tuhnutí při vzniku a růstu krystalů. Při tomto procesu se uvolňuje krystalizační teplo.krystalizace cukru.
Od viskozity čokolády ke spokojeným zákazníkům...a výrobci!
Smyková viskozita rozpuštěné čokolády zase ovlivňuje její chuť pro spotřebitele. Tato viskozita čokolády je nesmírně důležitá nejen z hlediska potěšení spotřebitele, ale také ve výrobním procesu a při kontrole kvality konečného výrobku. Správné viskoelastické vlastnosti rozpuštěné čokolády například zaručují efektivitu procesů formování a odlévání, zabraňují tvorbě vzduchových bublin při formování a zajišťují výrobu homogenních skořápek při enrobaci.
Viskozita ve smyku a 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 jsou hlavními reologickými vlastnostmi, které jsou v průmyslových procesech výroby čokolády předmětem zájmu. Smyková viskozita se jednoduše vypočítá vydělením smykového napětí smykovou rychlostí. 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 lze stanovit různými způsoby [2]. Jeden z nich aplikuje na křivku toku různé modelové funkce, jako je Cassonův model.
Pro zajištění vysokých standardů kvality nad průmyslovými procesy, kterým jsou různé kakaové receptury vystaveny, vydal Mezinárodní úřad pro kakao, čokoládu a cukrovinky (IOCCC) v roce 2000 revizi analytické metody 46, která definuje standardní protokol pro měření viskozity čokolády a kakaových výrobků [3].
Analytická metoda 46 s rotačním přístrojem Kinexus PrimeReometrem
Při této metodě se viskozita rozpuštěné čokolády měří rotačním reometrem s geometrií šálku a baňky z leštěné oceli. Konec misky nebo rotoru může být kuželovitý nebo zapuštěný.
Metoda podrobně předepisuje přípravu vzorku a uvádí konkrétní orientaci pro tekuté a pevné vzorky bílé, mléčné nebo hořké čokolády s cukrem nebo bez cukru. Stručně řečeno, vzorky se musí nejprve po určitou dobu zahřívat, přičemž teplota a doba trvání závisí na druhu kakaového výrobku. Geometrie musí být předem připravena na 40 °C, aby se zabránilo krystalizaci roztavené čokolády během procesu nakládání. Je rovněž zapotřebí provést krok předběžného stříhání, aby byla zajištěna teplotní rovnováha, homogenní rozložení vzorku uvnitř geometrie a odstranění vzduchových bublin.
Předstřihování se provádí při teplotě 40 °C (± 0,1 °C) při konstantní smykové rychlosti, obvykle 5 s-1 (nebo 2 s-1 u silnějších výrobků); musí pokračovat tak dlouho, dokud točivý moment nezůstane konstantní po dobu nejméně 2 minut s maximální odchylkou 2 %. Stabilizace musí být dosaženo do 15 minut, jinak nelze měření provést.
Měření se provádí při teplotě 40 °C ve třech krocích:
- Smyková rychlost se zvyšuje z 2 s-1 na 50 s-1 po dobu 3 minut. Měření může probíhat kontinuálně nebo postupně při smykových rychlostech 2, 5, 10, 20 a 50 s-1.
- Smyková rychlost se udržuje na 50 s-1 po dobu 1 minuty.
- Smyková rychlost se sníží z 50 s-1 na 2 s-1 během 3 minut, opět kontinuálně nebo postupně, podle stejného schématu smykové rychlosti definovaného v prvním kroku.
Pro ilustraci použití této posloupnosti jsou v následujícím textu popsány výsledky získané porovnáním čtyř různých komerčních čokoládových tyčinek jedné značky. První byla mléčná čokoláda obsahující 55 % kakaa a zbývající tři byly hořké čokoládové tyčinky obsahující 70, 85 a 100 % kakaa. Měření byla provedena pomocí rotačního reometru Kinexus Prime ultra+ vybaveného válcovou kazetou a geometrií pohárku a tyčinky o průměru 34 mm. Teplota a analytické kroky byly použity přesně podle definice v analytické metodě 46. Na obrázku 1 je zobrazena smyková rychlost (zeleně) použitá během předstřihu a tří kroků, jakož i smyková viskozita (modře) dosažená pro čokoládu se 100 % kakaa.
Křivky smykové viskozity čtyř testovaných čokolád vykazují smykové ztenčení: čím vyšší je smyková rychlost, tím nižší je smyková viskozita; obrázek 2. Křivky toku nezobrazují intuitivní výsledek. Složení, koncentrace jednotlivých složek a rozdělení velikosti suspendovaných pevných částic přímo ovlivňují viskozitu roztavené čokolády.
Tyto čtyři různé vzorky mají různé složení, jak je patrné z tabulky 1, a tedy i různou viskozitu. Například mléčná čokoláda s 55 % kakaa je jediná, která obsahuje smetanový prášek a emulgátor.
Tabulka 1: Složení a hmotnostní pořadí mléčné a hořké čokolády s různou koncentrací kakaa.
Složení | Pořadí podle hmotnosti* | |||
|---|---|---|---|---|
100 % | 85 % | 70 % | 55 % | |
| Kakaová hmota | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Kakaové máslo | 2 | 2 | 3 | 3 |
| Lehký kakaový prášek | 3 | 3 | - | - |
| Cukr | - | 4 | 2 | 2 |
| Emulgátor | - | - | - | 5 |
| Smetanový prášek | - | - | - | 4 |
| Vanilka | - | 5 | 4 | - |
*Pořadí podle hmotnosti: 1 = nejvyšší koncentrace a 5 = nejnižší koncentrace
Jak již bylo zmíněno, na výslednou křivku toku se aplikuje Cassonův model, aby se určila 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, tj. minimální smykové napětí potřebné k vyvolání toku, a také Cassonova viskozita, tj. konečná viskozita v oblasti vysokého smyku. Následující rovnice popisuje přizpůsobení Cassonova modelu:
Typická průtoková křivka s automatickou Cassonovou analýzou je znázorněna na obrázku 3, zatímco tabulka 2 shrnuje výsledky Cassonovy analýzy pro všechny čtyři typy čokolád.
Tabulka 2: Výsledky Cassonovy analýzy pro všechny čtyři čokolády.
Vzorek | Cassonovo výtěžkové napětí (Pa) | Cassonova smyková viskozita (Pa-s) |
|---|---|---|
| 55 % | 7.07 | 0.37 |
| 70 % | 5.30 | 1.19 |
| 85 % | 0.68 | 0.29 |
| 100 % | 1.45 | 0.91 |
rSpace Software - Jednoduchá aplikace SOP (Standardní operační postupy)
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 je definována jako smykové napětí, při jehož překročení začne viskoelastický materiál téct. Čím nižší je 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, tím nižší je odpor čokolády proti toku. Jedná se tedy o důležitou charakteristiku, která bude určovat zpracovatelnost kakaové receptury; například sílu potřebnou k čerpání roztavené čokolády [4].
Přestože analytická metoda 46 byla v různých publikacích předmětem několika návrhů na zlepšení, které navrhovaly například změny intervalu smykové rychlosti nebo použití různých matematických modelů pro korekci parametrů, její použití spojené s Cassonovým modelem je stále standardním protokolem pro stanovení viskozity a bodu kluzu čokolády [4]. Cassonův model a posloupnost analýz jsou k dispozici v knihovně rSpace.
Rotační reometr Kinexus je vybaven možností vytvářet metody analýzy na základě jednotlivých reo-logických dějů v softwaru rSpace. Tyto sekvence měření lze vytvářet a přizpůsobovat tak, aby splňovaly potřeby jakékoli laboratorní rutiny. Zde byla vytvořena a použita sekvence měření obsahující všechny podrobnosti analytické metody 46. Jedním kliknutím se spustí měření, následná analýza se provede bez zásahu uživatele a automaticky se uvedou konečné výsledky včetně bodu výtěžnosti.