Suklaan laadunvalvonta hetkessä Kinexuksen avulla

Johdanto

Suklaan leikkausviskositeetti on keskeinen ominaisuus, kun halutaan varmistaa tasainen laatu ja optimoida teollisia prosesseja. Tämän kriittisen ominaisuuden mittaamisen standardoimiseksi Kansainvälinen kaakao-, suklaa- ja sokerivalmisteiden toimisto (IOCCC) päivitti analyysimenetelmän 46 vuonna 2000. Menetelmässä esitetään protokolla suklaan ja kaakaopohjaisten tuotteiden viskositeetin määrittämiseksi. Siinä kuvataan yksityiskohtaisesti näytteen valmistelu- ja mittausmenettely, joka on räätälöity erityyppisille kaakaotuotteille.

Seuraavassa mitataan kaksi suklaata (maitosuklaa ja tumma suklaa) Kinexus-rotaatioreometrillä tämän SOP:n (Standard Operating Procedure) mukaisesti. Sen jälkeen käyrille tehdään Casson-analyysi. Se on matemaattinen malli, jolla kuvataan suklaan virtauskäyttäytymistä ja erityisesti sen myötörajaa. Tällä arvolla on merkitystä suklaateollisuudessa, esimerkiksi pumppausprosesseissa, koska se edustaa vähimmäisvoimaa, joka tarvitaan virtauksen aikaansaamiseksi.

Casson-mallia käytetään kuvaamaan virtauskäyttäytymistä nesteissä, joissa on MyötöjännitysMyötöjännitys määritellään jännitykseksi, jonka alapuolella ei tapahdu virtausta; se käyttäytyy kirjaimellisesti kuin heikko kiinteä aine levossa ja neste, kun se myötää.myötöjännitys, kuten suklaassa, veressä tai painoväreissä. Se ilmaistaan seuraavasti:

σ:
_σ0: Cassonin myötöraja (virtauksen käynnistymiseen tarvittava jännitys) [Pa]
k: Terminaalinen leikkausviskositeetti (viskositeetti suurella leikkausnopeudella) [Pa-s]
- γ: Leikkausnopeus [^s-1]

Mittausparametrit

Kukin suklaa säilytettiin 60 °C:ssa, minkä jälkeen se homogenisoitiin käsin lastalla ennen sen syöttämistä geometriaan, jota pidettiin 40 °C:ssa. Taulukossa 1 esitetään yhteenveto mittausolosuhteista.

Taulukko 1: Mittausolosuhteet

Laite	Kinexus Prime ultra+
Kasetti	Sylinteri
Testi	Pyöriminen
Geometria	Kuppi ja napa: 25 mm
Välys	9.15 mm
Lämpötila	40°C
Leikkausnopeus	Esileikkaus: 5 ^s-1 (15 min) 2-50 ^s-1, 10 näytettä vuosikymmenessä 50-2 ^s-1, 10 näytettä vuosikymmenessä

Tulokset ja keskustelu

Kuvassa 1 esitetään maito- ja tumman suklaan leikkausviskositeettikäyrät leikkausnopeuden edetessä välillä 2-50 ^s-1 (UP, ympyrät) ja välillä 50-2 ^s-1 (DOWN, neliöt). Molemmat näytteet käyttäytyvät leikkausohuena, ja ylös- ja alaspäin suuntautuvien ramppien välillä on hyvä vastaavuus: Leikkausviskositeetti pienenee leikkausnopeuden kasvaessa. Tämä on edullista prosessoinnin kannalta, koska leikkausviskositeetin pieneneminen leikkausnopeuksilla, joita tarvitaan pumppauksen kaltaisissa toiminnoissa, pienentää virtausvastusta. Näin suklaan siirtäminen putkien läpi valmistuksen aikana on helpompaa ja vaatii vähemmän energiaa.

1) Maito- ja tummien suklaiden leikkausviskositeettikäyrät

Tummalla suklaalla on suurempi leikkausviskositeetti kuin maitosuklaalla koko mitatulla leikkausnopeusalueella. Tämän vuoksi se soveltuu paremmin päällystyssovelluksiin, joissa leikkausviskositeetti on keskeinen ominaisuus, jotta karkkeihin saadaan tasainen kerros ilman tippumista ja leviämistä. Lisäksi tämä ominaisuus liittyy myös kuluttajan suuntuntuntumaan: Mitä korkeampi leikkausviskositeetti on, sitä kermaisemmaksi suklaa koetaan.

Kuvissa 2 ja 3 esitetään Casson-analyysin tulokset leikkausnopeusalueella 5-50 ^s-1 maitosuklaan ja tumman suklaan osalta. Analyysi suoritetaan automaattisesti rSpace mittaus- ja arviointiohjelmistossa heti mittauksen päätyttyä.

Sekä leikkausnopeuden ylös- että alaspäin suuntautuvissa taulukoissa on hyvä korrelaatio mitattujen virtauskäyrien ja Cassonin mallin välillä. Tumman suklaan myötöraja on paljon korkeampi kuin maitosuklaan, mikä tarkoittaa, että pumppaus olisi vaikeampaa eli vaatisi suuremman voiman.

2) Maitosuklaa. Casson-analyysi ylös- ja alaspäin suuntautuville taulukoille leikkausnopeuksilla 5-50 s-1

3) Tumma suklaa. Casson-analyysi leikkausnopeuden ylös- ja alaspäin suuntautuville taulukoille 5 ja 50 s-1 välillä

Miten testin toistettavuus tarkistetaan: Leikkausnopeuden ja leikkausjännityksen ohjaamat mittaukset

Luotettava menetelmä mittausten toistettavuuden tarkistamiseksi on suorittaa mittaukset joko toisella geometrialla tai toisenlaisella valvonnalla. Tämä johtuu siitä, että leikkausviskositeetti tietyssä lämpötilassa ja leikkausnopeudella on absoluuttinen arvo. Se on riippumaton käytetystä geometriasta. Lisäksi sama arvo on saatava riippumatta siitä, onko leikkausnopeusohjattu vai leikkausjännitysohjattu.

Tämän havainnollistamiseksi mittaus suoritettiin tummalle suklaalle lähes samalla tavalla. Ainoa ero oli se, että leikkausnopeuden ylös- ja alaspäin suuntautuvan taulukon sijasta käytettiin leikkausjännityksen ylös- ja alaspäin suuntautuvaa taulukkoa. Tuloksena saadut käyrät, jotka esitetään kuvassa 4, ovat hyvin toistettavissa.

4) Tumma suklaa. Leikkausnopeus- ja leikkausjännitysohjatut mittaukset.

Päätelmä

Kinexus-rotaatioreometrillä tehtyjä leikkausviskositeettikäyriä ei käytetä ainoastaan erien tasaisen laadun varmistamiseen, vaan niiden avulla voidaan myös ennustaa suklaan käyttäytymistä jalostuksen aikana ja sen suutuntumaa. Suklaan reologinen ymmärtäminen on siis ratkaisevan tärkeää prosessin optimoinnin ja tuotesuunnittelun kannalta.

Sekvenssit sekä jokaisen mittauksen jälkeen automaattisesti seuraava Casson-analyysin arviointi tekevät alun perin monimutkaisesta menetelmästä rutiininomaisen toiminnan.