Introducción
La viscosidad de cizallamiento del chocolate es una característica clave para garantizar una calidad constante y optimizar los procesos industriales. Para estandarizar la medición de esta propiedad crítica, la Oficina Internacional del Cacao, Chocolate y Confitería (IOCCC) actualizó el Método Analítico 46 en 2000. Este método esboza un protocolo para determinar la viscosidad del chocolate y los productos a base de cacao. Describe meticulosamente la preparación de la muestra y el procedimiento de medición, adaptados a los distintos tipos de productos de cacao.
A continuación, se miden dos chocolates (chocolate con leche y chocolate negro) con el reómetro rotacional Kinexus siguiendo este PNT (Procedimiento Operativo Estándar). A continuación, se aplica el análisis de Casson a las curvas. Se trata de un modelo matemático que describe el comportamiento de flujo del chocolate, en particular su Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico. Este valor es relevante en la industria del chocolate, por ejemplo, para los procesos de bombeo, ya que representa la fuerza mínima necesaria para inducir la fluidez.
El modelo de Casson se utiliza para caracterizar el comportamiento del flujo de fluidos que presentan un comportamiento de Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico, como el chocolate, la sangre o las tintas de impresión. Se expresa como:
σ: Tensión de cizallamiento [Pa]
σ0: Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.Tensión de fluencia de Casson (tensión necesaria para iniciar el flujo) [Pa]
k: Viscosidad de cizallamiento terminal (viscosidad a alta velocidad de cizallamiento) [Pa-s]
- γ: Velocidad de cizallamiento [s-1]
Parámetros de medición
Cada chocolate se almacenó a 60°C y luego se homogeneizó manualmente con una espátula antes de introducirlo en la geometría, que se mantuvo a 40°C. En la Tabla 1 se resumen las condiciones de medición.
Tabla 1: Condiciones de medición
| Instrumento | Kinexus Prime ultra |
|---|---|
| Cartucho | Cilindro |
| Prueba | Rotación |
| Geometría | Copa y bob: 25 mm |
| Separación | 9.15 mm |
| Temperatura | 40°C |
| Velocidad de corte |
|
Resultados y debate
La figura 1 representa el gráfico de las curvas de viscosidad de cizallamiento de los chocolates con leche y negro a lo largo de la progresión de la velocidad de cizallamiento entre 2 y 50 s-1 (ARRIBA, círculos) y entre 50 y 2 s-1 (ABAJO, cuadrados). Las dos muestras muestran un comportamiento de Adelgazamiento por cizallamientoEl tipo más común de comportamiento no newtoniano es el adelgazamiento por cizallamiento o flujo pseudoplástico, en el que la viscosidad del fluido disminuye al aumentar el cizallamiento.adelgazamiento por cizallamiento con buena concordancia entre las rampas ascendente y descendente: La viscosidad de cizallamiento disminuye al aumentar la velocidad de cizallamiento. Esto es ventajoso para el procesado porque la reducción de la viscosidad de cizallamiento a las velocidades de cizallamiento necesarias para operaciones como el bombeo disminuye la resistencia al flujo. De este modo, la transferencia de chocolate a través de tuberías durante la fabricación es más fácil y requiere menos energía.
El chocolate negro tiene una viscosidad de cizallamiento mayor que el chocolate con leche en todo el intervalo de velocidad de cizallamiento medido. Esto lo hace más adecuado para aplicaciones de recubrimiento, en las que la viscosidad de cizallamiento es una característica clave para conseguir una capa uniforme sobre los caramelos sin que goteen ni se extiendan. Además, esta propiedad también está relacionada con la sensación en boca del consumidor: Cuanto mayor es la viscosidad de corte, más cremoso se percibe el chocolate.
Las figuras 2 y 3 muestran los resultados del análisis de Casson para el intervalo de velocidad de cizallamiento entre 5 y 50 s-1 para los chocolates con leche y negro, respectivamente. El análisis se realiza automáticamente en el software de medición y evaluación rSpace en cuanto finaliza la medición.
Tanto las tablas ascendentes como descendentes de la velocidad de cizallamiento muestran una buena correlación entre las curvas de flujo medidas y el modelo de Casson. El Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico del chocolate negro es mucho mayor que el del chocolate con leche, lo que significa que el bombeo sería más difícil, es decir, requeriría una fuerza mayor.
Cómo comprobar la repetibilidad de las pruebas: Mediciones controladas por la velocidad de cizallamiento y la tensión de cizallamiento
Un método fiable para comprobar la repetibilidad de las mediciones es realizarlas con otra geometría o con otro tipo de control. Esto se debe a que la viscosidad de cizallamiento a una temperatura y velocidad de cizallamiento especificadas es un valor absoluto. Es independiente de la geometría utilizada. Además, tanto si se controla la velocidad de cizallamiento como si se controla la tensión de cizallamiento, debe obtenerse el mismo valor.
Para ilustrar esto, se realizó una medición en chocolate negro casi de la misma manera. La única diferencia fue que, en lugar de una tabla ascendente y descendente de velocidad de cizallamiento, se aplicó una tabla ascendente y descendente de tensión de cizallamiento. Las curvas resultantes mostradas en la figura 4 muestran una buena repetibilidad.
Conclusión
Las curvas de viscosidad de cizallamiento realizadas con el reómetro rotacional Kinexus no sólo se utilizan para garantizar una calidad uniforme en todos los lotes, sino que también ayudan a predecir el comportamiento del chocolate durante el procesado, así como su sensación en boca. Así pues, la comprensión reológica del chocolate es crucial para la optimización del proceso y el diseño del producto.
Las secuencias, así como la evaluación del análisis de Casson que se realiza automáticamente después de cada medición, convierten un método inicialmente complejo en una actividad rutinaria.