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!
Chokolade er en af verdens foretrukne snacks. I 2017 toppede Schweiz listen over det højeste chokoladeforbrug pr. indbygger. Borgerne spiste næsten ni kilo af de søde lækkerier det år.
Chokoladens unikke tiltrækningskraft ligger i dens smag, aroma og mundfølelse. Disse tre egenskaber kombineres til chokoladens komplekse smag. Da de naturlige ingredienser i chokolade varierer alt efter dyrkningsforholdene, går chokoladeproducenterne langt for at sikre, at smagen af deres chokoladeprodukter er i overensstemmelse med deres signatursmag. For at sikre, at signatursmagen gentages på tværs af partier, skal man kombinere analytiske teknikker med dyre sensoriske tests. Det er ikke praktisk muligt at sensorisk teste hvert eneste parti, uanset hvor ønskværdigt det job måtte være!
Hvad gør chokolade perfekt?
Flere faktorer anses for at være vigtige for at øge chokoladens tiltrækningskraft.
Disse inkluderer:
- Smeltetemperatur på langt under 37°C, så den smelter i munden
- Glans, så den ser tiltalende ud
- Glat tekstur, som giver en behagelig mundfølelse
- Snap, så der er et indledende "bid"
Flydeegenskaberne i fedtfasen (kakaosmør, som kan være blandet med andre fedtstoffer) styrer, hvordan chokoladen lægger sig i munden og påvirker smagsopfattelsen. Chokoladens flydeegenskaber, eller reologiske egenskaber, har også stor indflydelse på chokoladefremstillingsprocessen. Hvis man reducerer partikelstørrelsen, øges viskositeten, hvilket potentielt kan forårsage blokeringer, når den flydende chokolade ledes gennem fabrikken.
Det endelige produkt kan være en bar eller tablet af fast chokolade, eller chokoladen kan bruges i en overtrækningsproces til at omslutte et fyldcenter. Chokolade til overtræksprocesser er ofte optimeret til at opnå god dækning og kan have en anden opskrift end chokolade til tabletter.
Reologisk testning for den perfekte chokolade
Den mest grundlæggende reologiske måling, der foretages på chokolade, er en viskositetsmåling. En small mængde prøve forskydes ved en fast forskydningshastighed, og den stress (kraft ), der kræves for at opnå denne forskydningshastighed, måles. Forskydningsviskositeten kan derefter beregnes ved at dividere forskydningsspændingen med forskydningshastigheden.
Temperaturens indvirkning på chokoladens viskositet
En chokolades viskositets- og temperaturprofil er af afgørende betydning, når man skal optimere formuleringen og tempereringsprocessen, og selv forbrugsmiljøet skal tages i betragtning. Det er for eksempel interessant, at smeltepunktet for chokolade, der bruges til at overtrække isbarer (choko-is osv.), skal reduceres betydeligt. Det skyldes, at når nogen spiser en isbar, falder deres bukkale temperatur betydeligt, og en standard chokoladeformulering smelter ikke under disse forhold. Nettoresultatet af at overtrække is med en standardchokolade er, at det kun giver en svag kakaosmag; men også mundfølelsen af is med hårde stykker i den. Heldigvis kan reologien i fast chokolade karakteriseres fuldt ud med en svingningstemperaturrampe fra under til over smeltepunktet som vist i figur 1. Det gør det muligt for producenterne at optimere biddet af den faste chokoladebar og også smagen af chokoladen, så den kan smages fuldt ud over smeltepunktet.
For mindre tyktflydende chokoladesirup kan man bruge viskositetstest. Det er bemærkelsesværdigt, at viskositeten falder med næsten to størrelsesordener omkring 18-24 °C, som det ses i figur 2:
Viskositet af mørk, mælke- og hvid chokolade
Mørk, mælke- og hvid chokolade fra et enkelt sortiment og mærke blev udvalgt til måling for at minimere variationer i chokoladefremstillingsprocessen og variationer i ingredienserne. Målingerne blev udført med NETZSCH Kinexus Rheometer. De partikelformede ingredienser i mørk, mælke- og hvid chokolade er vist i tabel 1.
Tabel 1: De partikelformede ingredienser i forskellige typer chokolade
| Kakaotørstof | Sukker | Mælkepulver | |
| Mørk | Y | Y | |
| Mælk | Y | Y | Y |
| Hvid | Y |
Den mørke chokolade har den laveste viskositet i hele det målte shear rate-område og vil være nemmest at føre rundt i anlægget (figur 1). Interessant nok har mælkechokoladen en højere viskositet, men en lignende FlydespændingFlydespænding defineres som den spænding, hvorunder der ikke sker nogen flydning; opfører sig bogstaveligt talt som et svagt fast stof i hvile og en væske, når det giver efter.flydespænding som den mørke chokolade (tabel 2). Det tyder på, at mælkechokoladen og den mørke chokolade vil have lignende "slump"-egenskaber og vil fylde formene på samme måde. Den hvide chokolade har den højeste viskositet i hele området og den højeste FlydespændingFlydespænding defineres som den spænding, hvorunder der ikke sker nogen flydning; opfører sig bogstaveligt talt som et svagt fast stof i hvile og en væske, når det giver efter.flydespænding med en vis margin. Hvid chokolade er kendt af studerende inden for madlavning og konfekture som den sværeste at arbejde med, og i dette tilfælde har den helt sikkert meget forskellige reologiske egenskaber.
Tabel 2: Flydespænding og forskydningsviskositet for mørk, mælke- og hvid chokolade produceret af samme producent
| FlydespændingFlydespænding defineres som den spænding, hvorunder der ikke sker nogen flydning; opfører sig bogstaveligt talt som et svagt fast stof i hvile og en væske, når det giver efter.Flydespænding (Pa) | Forskydningsviskositet (Pa s) | |
| Mørk | 5.03 | 0.94 |
| Mælk | 5.71 | 1.66 |
| Hvid | 18.9 | 1.86 |
Sådan optimerer du behandlingen af chokolade
Yderligere indsigt i chokoladens reologiske egenskaber kan bestemmes ved hjælp af oscillerende test på et rotationsreometer. Dette giver yderligere oplysninger om chokoladens viskoelastiske egenskaber gennem det elastiske modul (G'), det viskøse modul (G'') og fasevinklen (δ). Det giver også en alternativ metode til steady shear-testning til bestemmelse af flydespændingen.
De elastiske og viskøse moduler relaterer til chokoladens mikrostrukturelle egenskaber og kan bruges til at undersøge komponenternes interaktioner og chokoladens smelteegenskaber ved at evaluere de faststoflignende og væskelignende egenskaber.
Flydespændingen, som er den spænding, der kræves for at nedbryde den faste struktur og få den til at flyde, har indflydelse på, hvordan chokoladen overtrækker formene, og hvor godt chokoladen klæber til formens vægge eller falder sammen, før den stivner.
Oscillerende målinger er ikke-destruktive tests, som viser, hvordan materialet opfører sig under small deformationer eller kræfter - før materialet giver efter og begynder at flyde. Det spændings- eller belastningsområde, hvor denne adfærd forekommer, er kendt som det lineære viskoelastiske område (LVR).
Ved at måle G' som en funktion af forskydningsspændingen kan strukturens FlydespændingFlydespænding defineres som den spænding, hvorunder der ikke sker nogen flydning; opfører sig bogstaveligt talt som et svagt fast stof i hvile og en væske, når det giver efter.flydespænding bestemmes - det er normalt den spænding, hvor G' begynder at falde, og LVR ophører. Det er vigtigt at bemærke, at forskellige flydespændingsmetoder kan give lidt forskellige svar. For eksempel bruges Casson- og Windhab-modellerne ofte til at bestemme flydespændingen for chokolade ved at ekstrapolere et stabilt forskydningsplot af forskydningsspænding vs. forskydningshastighed til nul forskydningshastighed. Selvom oscillerende test er mindre almindelige, har de vist sig at være i stand til bedre at opløse forskelle mellem chokolader. For den testede mælkechokolade blev flydespændingen fundet til at være 0,45 Pa (figur 4).
Reologi sikrer chokoladeproduktets kvalitet
Chokoladens tekstur eller mundfølelse er afgørende for forbrugernes opfattelse af produktets kvalitet. Ved at sammenholde dyre sensoriske test med analytiske resultater er det muligt at finjustere de teksturelle aspekter af chokolademærkernes karakteristiske smag. Mundfølelsen kan karakteriseres gennem bestemmelse af flow - ved hjælp af reologi.
Kilder
www.howitworksdaily.com/why-is-chocolate-so-tasty
Chan, F. og De Kee, D. (1994) Yield StressStress defineres som et kraftniveau, der påføres en prøve med et veldefineret tværsnit. (Spænding = kraft/areal). Prøver med et cirkulært eller rektangulært tværsnit kan komprimeres eller strækkes. Elastiske materialer som gummi kan strækkes op til 5 til 10 gange deres oprindelige længde.stress and small amplitude oscillatory flow in transient networks. Industrial & engineering chemistry research, 33(10), p2374-2376
De Graef, V., Depypere, F., Minnaert, M., & Dewettinck, K. (2011). Chokoladens FlydespændingFlydespænding defineres som den spænding, hvorunder der ikke sker nogen flydning; opfører sig bogstaveligt talt som et svagt fast stof i hvile og en væske, når det giver efter.flydespænding målt ved hjælp af oscillerende reologi. Food Research International, 44(9), 2660-2665.