¿Desea conocer las propiedades reológicas del chocolate? Kinexus se lo pone fácil

General

El chocolate fundido puede describirse como una suspensión concentrada de partículas sólidas finas y gruesas, como cacao en polvo, azúcar y leche en polvo, dispersas en una fase continua grasa, normalmente manteca de cacao [1]. Su comportamiento reológico viene determinado por las características fisicoquímicas de sus componentes, junto con otros factores como la composición y la temperatura. Entre otros, la distribución del tamaño de las partículas, el tipo de emulsionante y la CristalizaciónCrystallization is the physical process of hardening during the formation and growth of crystals. During this process, heat of crystallization is released.cristalización del azúcar determinan la viscosidad del producto que se va a procesar.

De la viscosidad del chocolate a clientes satisfechos ...¡y fabricantes!

A su vez, la viscosidad de corte del chocolate fundido influye en su sensación en boca para los consumidores. Esta viscosidad del chocolate es extremadamente importante no sólo para deleitar al consumidor, sino también en el proceso de fabricación y en el control de calidad del producto final. Tener las propiedades viscoelásticas adecuadas en el chocolate fundido, por ejemplo, garantiza la eficacia de los procesos de tubería y fundición, evitando la formación de burbujas de aire durante el moldeado y asegurando la producción de cáscaras homogéneas durante el recubrimiento.

La viscosidad de cizallamiento y 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 son las principales propiedades reológicas de interés en los procesos industriales del chocolate. La viscosidad de cizallamiento se calcula simplemente dividiendo el esfuerzo de cizallamiento por la velocidad de cizallamiento. 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 puede determinarse de diferentes maneras [2]. Una de ellas aplica diferentes funciones modelo, como el modelo de Casson, en la curva de flujo.

Para garantizar un alto nivel de calidad en los procesos industriales a los que se someten las distintas formulaciones de cacao, la Oficina Internacional del Cacao, Chocolate y Confitería (IOCCC) publicó en 2000 una revisión del Método Analítico 46, que define un protocolo estándar para medir la viscosidad del chocolate y los productos del cacao [3].

Método analítico 46 con el reómetro rotacional Kinexus PrimeReómetro

Siguiendo este método, la viscosidad del chocolate fundido se mide con un reómetro rotacional equipado con una geometría de taza y bob de acero pulido. El extremo del rotor puede ser cónico o rebajado.

El método prescribe detalladamente la preparación de la muestra, dando orientaciones específicas para muestras líquidas y sólidas de chocolate blanco, con leche o negro, con o sin azúcar. En resumen, las muestras deben calentarse inicialmente durante un tiempo, cuya temperatura y duración dependen del tipo de producto de cacao. La geometría debe preacondicionarse a 40°C para evitar la CristalizaciónCrystallization is the physical process of hardening during the formation and growth of crystals. During this process, heat of crystallization is released.cristalización del chocolate fundido durante el proceso de carga. También es necesario un paso de cizallado previo para garantizar el equilibrio de la temperatura, la distribución homogénea de la muestra dentro de la geometría y la eliminación de las burbujas de aire.

El cizallamiento previo se realiza a 40°C (± 0,1°C) a una velocidad de cizallamiento constante, normalmente 5 ^s-1 (o 2 ^s-1 para productos más espesos); debe continuarse hasta que el par se mantenga constante durante al menos 2 minutos con una desviación máxima del 2%. La estabilización debe conseguirse en 15 minutos, de lo contrario no podrá realizarse la medición.

La medición se realiza a 40°C en tres etapas:

1. La velocidad de cizallamiento aumenta de 2 ^s-1 a 50 ^s-1 en un período de 3 minutos. Puede hacerse de forma continua o escalonada a velocidades de cizallamiento de 2, 5, 10, 20 y 50 ^s-1.
2. La velocidad de cizallamiento se mantiene en 50 ^s-1 durante 1 minuto.
3. La velocidad de cizallamiento se reduce de 50 ^s-1 a 2 ^s-1 en 3 minutos, de nuevo de forma continua o escalonada, siguiendo el mismo esquema de velocidad de cizallamiento definido en el primer paso.

Para ilustrar la aplicación de esta secuencia, a continuación se exponen los resultados obtenidos de la comparación de cuatro tabletas de chocolate comerciales diferentes de una misma marca. La primera era un chocolate con leche que contenía un 55% de cacao, y las tres restantes eran tabletas de chocolate negro que contenían un 70, 85 y 100% de cacao. Las mediciones se realizaron con el reómetro rotacional Kinexus Prime ultra+, equipado con un cartucho cilíndrico y una geometría de copa y tazón de 34 mm. La temperatura y los pasos analíticos se aplicaron exactamente como se definen en el método analítico 46. La figura 1 muestra la velocidad de cizallamiento (en verde) aplicada durante el cizallamiento previo y las tres etapas, así como la viscosidad de cizallamiento (en azul) alcanzada para un chocolate 100 % cacao.

Las curvas de viscosidad de cizallamiento de los cuatro chocolates probados 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: cuanto mayor es la velocidad de cizallamiento, menor es la viscosidad de cizallamiento (figura 2). Las curvas de flujo no muestran un resultado intuitivo. La composición, la concentración de cada componente y la distribución del tamaño de las partículas sólidas en suspensión afectan directamente a la viscosidad del chocolate fundido.

Estas cuatro muestras diferentes tienen composiciones distintas, como puede verse en la tabla 1, y por tanto viscosidades diferentes. El chocolate con leche al 55% de cacao, por ejemplo, es el único que contiene nata en polvo y emulgente.

Tabla 1: Composición y orden de peso de los chocolates con leche y negro, con diferentes concentraciones de cacao.

*Orden de peso: 1 = la mayor concentración y 5 = la menor concentración

Como ya se ha mencionado, el modelo de Casson se aplica a la curva de flujo resultante para determinar 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 de Casson, es decir, el esfuerzo cortante mínimo necesario para inducir el flujo, así como la viscosidad de Casson, es decir, la viscosidad terminal en la región de alto cizallamiento. La siguiente ecuación describe el ajuste del modelo de Casson:

En la figura 3 se muestra una curva de flujo típica con análisis de Casson automático, mientras que en la tabla 2 se resumen los resultados del análisis de Casson para los cuatro tipos de chocolate.

Tabla 2. Resultados del análisis de Casson para los cuatro chocolates Resultados del análisis de Casson para los cuatro chocolates.

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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 se define como el esfuerzo cortante por encima del cual el material viscoelástico empieza a fluir. Cuanto menor sea 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, menor será la resistencia del chocolate a fluir. Por lo tanto, es una característica importante que definirá la procesabilidad de la formulación de cacao; por ejemplo, la fuerza necesaria para bombear el chocolate fundido [4].

Aunque el Método Analítico 46 ha sido objeto de varias sugerencias de mejora en diversas publicaciones proponiendo, por ejemplo, cambios en el intervalo de velocidad de cizallamiento o la aplicación de diferentes modelos matemáticos para la corrección de los parámetros, su aplicación asociada al modelo de Casson sigue siendo el protocolo estándar para la determinación de la viscosidad y 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 [4]. El modelo Casson y la secuencia de análisis están disponibles en la biblioteca rSpace.

El reómetro rotacional Kinexus ofrece la posibilidad de crear métodos de análisis basados en acciones reológicas individuales en el software rSpace. Estas secuencias de medición pueden crearse y personalizarse para satisfacer las necesidades de cualquier rutina de laboratorio. En este caso, se creó y aplicó una secuencia de medición que contiene todos los detalles del método analítico 46. Con un solo clic, se inicia la medición. Con un solo clic, se inicia la medición; el análisis posterior se lleva a cabo sin intervención del usuario, y los resultados finales, incluido 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, se indican automáticamente.