Introduktion
Chokoladens forskydningsviskositet er en vigtig egenskab for at sikre ensartet kvalitet og optimere industrielle processer. For at standardisere målingen af denne kritiske egenskab opdaterede International Office of Cocoa, Chocolate, and Sugar Confectionery (IOCCC) analysemetode 46 i 2000. Denne metode beskriver en protokol til bestemmelse af viskositeten af chokolade og kakaobaserede produkter. Den beskriver omhyggeligt prøveforberedelsen og måleproceduren, der er skræddersyet til forskellige typer kakaoprodukter.
I det følgende måles to chokolader (mælkechokolade og mørk chokolade) med Kinexus rotationsreometer i henhold til denne SOP (Standard Operating Procedure). Derefter anvendes Casson-analysen på kurverne. Det er en matematisk model, der beskriver chokoladens flydeadfærd, især dens UdløbsspændingFlydespænding er defineret som den spænding, hvorunder der ikke sker nogen flydning; opfører sig bogstaveligt talt som et svagt fast stof i hvile og som en væske, når det giver efter.flydespænding. Denne værdi er relevant i chokoladeindustrien, f.eks. i forbindelse med pumpeprocesser, da den repræsenterer den mindste kraft, der kræves for at få chokoladen til at flyde.
Casson-modellen bruges til at karakterisere strømningsadfærden for væsker, der udviser flydespændingsadfærd som f.eks. chokolade, blod eller trykfarver. Den udtrykkes som:
σ: Forskydningsspænding [Pa]
σ0: Casson UdløbsspændingFlydespænding er defineret som den spænding, hvorunder der ikke sker nogen flydning; opfører sig bogstaveligt talt som et svagt fast stof i hvile og som en væske, når det giver efter.flydespænding (spænding, der kræves for at starte strømningen) [Pa]
k: Terminal forskydningsviskositet (viskositet ved høj forskydningshastighed) [Pa-s]
- γ: Forskydningshastighed [s-1]
Måleparametre
Hver chokolade blev opbevaret ved 60 °C og derefter manuelt homogeniseret med en spatel, før den blev ført ind i geometrien, som blev holdt på 40 °C. Tabel 1 opsummerer målebetingelserne.
Tabel 1: Målebetingelser
| Instrument | Kinexus Prime ultra+ |
|---|---|
| Patron | Cylinder |
| Test | Rotation |
| Geometri | Kop og bob: 25 mm |
| Mellemrum | 9.15 mm |
| Temperatur | 40°C |
| Forskydningshastighed |
|
Resultater og diskussion
Figur 1 viser grafen over forskydningsviskositetskurverne for mælk og mørk chokolade i løbet af forskydningshastighedens progression mellem 2 og 50 s-1 (UP, cirkler) og mellem 50 og 2 s-1 (DOWN, firkanter). De to prøver viser forskydningsfortyndende adfærd med god overensstemmelse mellem op- og nedramperne: Forskydningsviskositeten falder med stigende forskydningshastigheder. Dette er en fordel for forarbejdningen, fordi en reduktion af forskydningsviskositeten ved de forskydningshastigheder, der er nødvendige for operationer som pumpning, mindsker modstanden mod flow. På den måde er det lettere at overføre chokolade gennem rør under fremstillingen, og det kræver mindre energi.
Den mørke chokolade har en højere forskydningsviskositet end mælkechokoladen i hele det målte forskydningshastighedsområde. Det gør den mere velegnet til overtræk, hvor forskydningsviskositeten er en vigtig egenskab for at opnå et ensartet lag på slik uden at dryppe og sprede sig. Desuden er denne egenskab også relateret til forbrugerens mundfornemmelse: Jo højere forskydningsviskositet, jo mere cremet opleves chokoladen.
Figur 2 og 3 viser resultaterne af Casson-analysen for forskydningshastigheden mellem 5 og 50 s-1 for henholdsvis mælkechokoladen og den mørke chokolade. Analysen udføres automatisk i rSpace-måle- og evalueringssoftwaren, så snart målingen er færdig.
Både op- og nedtabellerne for forskydningshastigheden viser en god korrelation mellem de målte flowkurver og Casson-modellen. Flydespændingen for den mørke chokolade er meget højere end for mælkechokoladen, hvilket betyder, at pumpning ville være vanskeligere, dvs. kræve en større kraft.
Sådan tjekker du testens repeterbarhed: Målinger med kontrol af forskydningshastighed og forskydningsspænding
En pålidelig metode til at kontrollere målingernes repeterbarhed er at udføre dem enten med en anden geometri eller med en anden form for kontrol. Det skyldes, at en forskydningsviskositet ved en bestemt temperatur og forskydningshastighed er en absolut værdi. Den er uafhængig af den anvendte geometri. Og uanset om man kontrollerer forskydningshastigheden eller forskydningsspændingen, skal man opnå den samme værdi.
For at illustrere dette blev der udført en måling på mørk chokolade på næsten samme måde. Den eneste forskel var, at der i stedet for en op- og nedadgående tabel for forskydningshastighed blev anvendt en op- og nedadgående tabel for forskydningsspænding. De resulterende kurver, der vises i figur 4, udviser god repeterbarhed.
Konklusion
Forskydningsviskositetskurver udført med Kinexus rotationsreometer bruges ikke kun til at sikre ensartet kvalitet på tværs af partier, de hjælper også med at forudsige chokoladens opførsel under forarbejdning samt dens mundfølelse. Så en reologisk forståelse af chokolade er afgørende for procesoptimering og produktdesign.
Sekvenserne samt evalueringen af Casson-analysen, som følger automatisk efter hver måling, gør en oprindeligt kompleks metode til en rutineaktivitet.