Εισαγωγή
Το βούτυρο είναι ένα πολυφασικό γαλάκτωμα που αποτελείται από σφαιρίδια λίπους, κρυσταλλικό λίπος και μια υδατική φάση διασκορπισμένα σε μια συνεχή φάση ελαίου. Μαζί με τη γεύση, οι πιο σημαντικές ιδιότητες του βουτύρου όσον αφορά την αντίληψη των πελατών είναι η υφή, η εμφάνιση και η απλωσιμότητα. Η σκληρότητα και η απλωσιμότητα συνδέονται αντιστρόφως ανάλογα μεταξύ τους και είναι επίσης οι δύο πιο συχνά μετρούμενες ιδιότητες του βουτύρου (Wright 2001). Είναι γνωστό ότι και οι δύο εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία, αλλά επηρεάζονται επίσης από τον ρυθμό ψύξης μετά το άλεσμα και από τις περιφερειακές ή εποχιακές διακυμάνσεις που προκαλούνται από τη διατροφή της αγελάδας (Prentice 1972).
Η ρεολογία μπορεί να αποτελέσει χρήσιμο εργαλείο για τον χαρακτηρισμό και τη βελτιστοποίηση των ιδιοτήτων υφής του βουτύρου. Το μέτρο διάτμησης σχετίζεται με τη δυσκαμψία του προϊόντος, η οποία μπορεί να μετρηθεί ως συνάρτηση της θερμοκρασίας με τη χρήση ταλαντωτικών δοκιμών, και το όριο διαρροής αντιπροσωπεύει την τάση που πρέπει να ξεπεραστεί για να παραμορφωθεί πλαστικά το βούτυρο, δηλαδή να απλωθεί. Τα σύγχρονα ρεόμετρα, όπως το περιστροφικό ρεόμετρο Kinexus, διαθέτουν επίσης προηγμένες αξονικές δυνατότητες, οι οποίες μπορούν να είναι χρήσιμες για τη διερεύνηση άλλων χαρακτηριστικών του βουτύρου, όπως η σκληρότητα (συμπιεστότητα) και η κολλητικότητα (κολλητικότητα).
Αυτό το σημείωμα εφαρμογής δείχνει πώς η ρεολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη σύγκριση των χαρακτηριστικών τήξης και εξάπλωσης δύο εμπορικών προϊόντων - ενός κανονικού βουτύρου και ενός βούτυρου με δυνατότητα εξάπλωσης. Το κανονικό βούτυρο παρασκευάστηκε μόνο από λίπος γάλακτος, ενώ το απλωτό βούτυρο περιείχε ένα ποσοστό φυτικών ελαίων για να μειωθεί η θερμοκρασία τήξης και η ακαμψία του υλικού όταν αφαιρείται από το ψυγείο.
Πειραματικό
- Τα δύο δείγματα βουτύρου αξιολογήθηκαν σε εύρος θερμοκρασιών από 4°C έως 35°C με τη χρήση ταλαντωτικών δοκιμών πλάτους small και αξονικών δοκιμών.
- Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση ρεομέτρου Kinexus με φυσίγγιο πλάκας Peltier και σύστημα μέτρησης τραχιάς πλάκας και με τη χρήση προκαθορισμένων ακολουθιών στο λογισμικό rSpace.
- Χρησιμοποιήθηκε μια τυποποιημένη ακολουθία φόρτισης για να διασφαλιστεί ότι τα δείγματα υποβλήθηκαν σε ένα σταθερό θερμικό ιστορικό και πρωτόκολλο φόρτισης.
- Πραγματοποιήθηκε μια δοκιμή ράμπας θερμοκρασίας ελεγχόμενης από τάσεις μίας συχνότητας μεταξύ 4°C και 35°C με ρυθμό 2°C/min χρησιμοποιώντας μια τάση εντός της γραμμικής ιξωδοελαστικής περιοχής (LVR).
- Πραγματοποιήθηκε ένας κύκλος αξονικής συμπίεσης-συμπίεσης στους 4°C σε 1 mm φρέσκου δείγματος και μετρήθηκε η απόκριση της κανονικής δύναμης για τον προσδιορισμό της σκληρότητας και της πρόσφυσης.
Διαπιστώσεις και συζήτηση
Δοκιμές ταλάντωσης
Small η ταλαντωτική δοκιμή πλάτους είναι μια μη καταστροφική δοκιμή και επομένως μπορεί να δείξει τις αλλαγές που συμβαίνουν σε μια πολύπλοκη μικροδομή με το χρόνο ή τη θερμοκρασία χωρίς να τη διασπάσει. Οι παράμετροι που συνήθως μετρώνται είναι το G', το μέτρο ελαστικότητας (αποθήκευσης), και το G", το μέτρο ιξώδους (απώλειας). Αυτές αντιστοιχούν στη δυσκαμψία των στερεόμορφων και υγροειδών συστατικών του δείγματος αντίστοιχα, με τη συνολική δυσκαμψία να δίνεται από το σύνθετο μέτρο ελαστικότητας, G* = √(G'2 + G "2).
Η γωνία φάσης (δ) είναι ένα μέτρο της διαφοράς φάσης μεταξύ της εφαρμοζόμενης παραμόρφωσης και της μετρούμενης τάσης και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ποσοτικοποίηση της δομής όσον αφορά τα ιξωδοελαστικά χαρακτηριστικά της. Ένα υλικό που μοιάζει με υγρό θα έχει γωνία φάσης μεγαλύτερη από 45° (90° = εντελώς υγρό) και ένα υλικό που μοιάζει με στερεό θα είναι μικρότερη από 45° (0° = εντελώς στερεό).
Στο Σχήμα 1 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα για την ταλαντωτική ράμπα θερμοκρασίας μίας συχνότητας που πραγματοποιήθηκε στα δύο δείγματα βουτύρου. Στους 4°C, το κανονικό βούτυρο είναι κατά μια τάξη μεγέθους πιο σκληρό από το βούτυρο με επάλειψη όσον αφορά το G'. Αυτό δίνει την πρώτη ένδειξη γιατί το βούτυρο με επάλειψη μπορεί να χρησιμοποιηθεί κατευθείαν από το ψυγείο, καθώς χαμηλότερες τιμές του G' αναμένεται να αντιστοιχούν σε χαμηλότερη τάση διαρροής. Οι γωνίες φάσης είναι και οι δύο πολύ χαμηλές (λιγότερο από 10°), υποδεικνύοντας ότι τα δείγματα είναι πολύ στερεά όταν αποθηκεύονται στο ψυγείο, με το απλώσιμο βούτυρο να είναι ελαφρώς πιο ελαστικό.
Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, οι τιμές του μέτρου ελαστικότητας μειώνονται, γεγονός που υποδηλώνει μαλάκυνση της δομής, η οποία σχετίζεται κυρίως με την τήξη του κρυσταλλικού λίπους του γάλακτος. Η πτώση αυτή είναι πιο σημαντική για το κανονικό βούτυρο, με το G' να πέφτει κατά περίπου 10 MPa μεταξύ 4°C και 20°C σε σύγκριση με 0,5 MPa για το βούτυρο με επάλειψη. Αυτή η μετάβαση τήξης αντιστοιχεί επίσης σε μια κορυφή της γωνίας φάσης, η οποία είναι πιο εμφανής για το δείγμα κανονικού βουτύρου και εμφανίζεται σε ελαφρώς υψηλότερη θερμοκρασία σε σύγκριση με την παραλλαγή με επάλειψη.
Αξονική δοκιμή
Η δεύτερη δοκιμή που πραγματοποιήθηκε στα δείγματα βουτύρου ήταν μια δοκιμή αξονικής συμπίεσης-συμπίεσης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2. Αυτή περιελάμβανε τη συμπίεση του δείγματος μεταξύ των δύο πλακών και στη συνέχεια τον διαχωρισμό των πλακών, ενώ καταγραφόταν συνεχώς η απόκριση της κανονικής δύναμης. Το στάδιο της συμπίεσης αντιστοιχεί στην υποχώρηση και την παραμόρφωση του δείγματος και πρέπει να σχετίζεται με τη σκληρότητα του βουτύρου και την ευκολία επάλειψης. Το στάδιο αποσυμπίεσης αντιστοιχεί στην κολλώδη ή κολλώδη κατάσταση και θα πρέπει να δείχνει την τάση του βουτύρου να προσκολλάται στο μαχαίρι κατά το άπλωμα.
Στο Σχήμα 3 παρουσιάζονται τα προφίλ της ορθής δύναμης για τα δύο δείγματα βουτύρου σε απόκριση στην αξονική παραμόρφωση. Για να συμπιεστεί το κανονικό βούτυρο κατά 1 mm χρειάστηκαν 30 N δύναμης, ενώ το βούτυρο με επάλειψη χρειάστηκε μόνο 6 N δύναμης. Αυτό υποδηλώνει ότι το βούτυρο με επάλειψη υποχωρεί και παραμορφώνεται πολύ πιο εύκολα (είναι λιγότερο σκληρό) από το κανονικό βούτυρο, όπως θα ήταν αναμενόμενο. Κατά την αποσυμπίεση, το κανονικό βούτυρο δημιούργησε μέγιστη εφελκυστική δύναμη -10 N, ενώ δεν παρατηρήθηκε απότομη κορυφή για το βούτυρο με επάλειψη. Αυτό δείχνει ότι το κανονικό βούτυρο θα είχε μεγαλύτερη τάση να κολλήσει στο μαχαίρι κατά το άπλωμα.
Συμπεράσματα
Ένα ρεόμετρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διεξαγωγή μιας σειράς διαφορετικών μετρήσεων για τον χαρακτηρισμό και τη σύγκριση διαφορετικών βουτύρων όσον αφορά τη μικροδομή, την υφή και την ευκολία εξάπλωσης. Αυτές περιλαμβάνουν ταλαντωτικές δοκιμές μονής συχνότητας για τη διερεύνηση των αλλαγών στη δυσκαμψία και την ιξωδοελαστικότητα με τη θερμοκρασία και αξονικές δοκιμές για την αξιολόγηση της σκληρότητας και της κολλώδους συμπεριφοράς κατά τη χρήση.