Introduction
La viscosité de cisaillement du chocolat est une caractéristique essentielle pour garantir une qualité constante et optimiser les processus industriels. Afin de normaliser la mesure de cette propriété essentielle, l'Office international du cacao, du chocolat et de la confiserie (IOCCC) a mis à jour la méthode analytique 46 en 2000. Cette méthode décrit un protocole de détermination de la viscosité du chocolat et des produits à base de cacao. Elle décrit minutieusement la préparation de l'échantillon et la procédure de mesure, adaptées aux différents types de produits à base de cacao.
Dans ce qui suit, deux chocolats (chocolat au lait et chocolat noir) sont mesurés avec le rhéomètre rotatif Kinexus conformément à cette SOP (Standard Operating Procedure). Ensuite, l'analyse de Casson est appliquée aux courbes. Il s'agit d'un modèle mathématique décrivant le comportement d'écoulement du chocolat, en particulier sa limite d'élasticité. Cette valeur est importante dans l'industrie du chocolat, par exemple pour les processus de pompage, car elle représente la force minimale requise pour provoquer l'écoulement.
Le modèle de Casson est utilisé pour caractériser le comportement de l'écoulement d'un fluide qui présente une ContrainteLa Contrainte est définie par un niveau de force appliquée sur un échantillon d’une section bien définie. (Contrainte = force/surface). Les échantillons qui possèdent une section rectangulaire ou circulaire peuvent être comprimés ou étirés. Les matériaux élastiques comme les élastomères peuvent être étirés jusqu’à 5 à 10 fois leur longueur initiale.contrainte d'écoulement, comme le chocolat, le sang ou les encres d'imprimerie. Il s'exprime comme suit :
σ : ContrainteLa Contrainte est définie par un niveau de force appliquée sur un échantillon d’une section bien définie. (Contrainte = force/surface). Les échantillons qui possèdent une section rectangulaire ou circulaire peuvent être comprimés ou étirés. Les matériaux élastiques comme les élastomères peuvent être étirés jusqu’à 5 à 10 fois leur longueur initiale.Contrainte de cisaillement [Pa]
σ0: Limite d'élasticité de Casson (contrainte nécessaire pour initier l'écoulement) [Pa]
k : Viscosité de cisaillement terminale (viscosité à un taux de cisaillement élevé) [Pa-s]
- γ : Taux de cisaillement [s-1]
Paramètres de mesure
Chaque chocolat a été stocké à 60°C puis homogénéisé manuellement à l'aide d'une spatule avant d'être introduit dans la géométrie maintenue à 40°C. Le tableau 1 résume les conditions de mesure.
Tableau 1 : Conditions de mesure
| Instrument | Kinexus Prime ultra+ |
|---|---|
| Cartouche | Cylindre |
| Test | Rotation |
| Géométrie | Coupe et bob : 25 mm |
| Espace | 9.15 mm |
| Température d'utilisation | 40°C |
| Taux de cisaillement |
|
Résultats et discussion
La figure 1 représente les courbes de viscosité de cisaillement pour les chocolats au lait et noir au cours de la progression du taux de cisaillement entre 2 et 50 s-1 (UP, cercles) et entre 50 et 2 s-1 (DOWN, carrés). Les deux échantillons présentent un comportement d'Effet de cisaillementLe type le plus courant de comportement non newtonien est l'amincissement par cisaillement ou l'écoulement pseudoplastique, où la viscosité du fluide diminue avec l'augmentation du cisaillement.amincissement par cisaillement avec une bonne concordance entre les rampes de montée et de descente : La viscosité de cisaillement diminue avec l'augmentation des taux de cisaillement. Ceci est avantageux pour le traitement car la réduction de la viscosité de cisaillement aux taux de cisaillement nécessaires pour des opérations telles que le pompage diminue la résistance à l'écoulement. Ainsi, le transfert du chocolat dans les tuyaux pendant la fabrication est plus facile et nécessite moins d'énergie.
Le chocolat noir a une viscosité de cisaillement plus élevée que le chocolat au lait sur toute la plage de taux de cisaillement mesurée. Il convient donc mieux aux applications d'enrobage, dans lesquelles la viscosité de cisaillement est une caractéristique essentielle pour obtenir une couche uniforme sur les bonbons sans couler ni s'étaler. En outre, cette propriété est également liée à la sensation en bouche du consommateur : Plus la viscosité de cisaillement est élevée, plus le chocolat est perçu comme crémeux.
Les figures 2 et 3 présentent les résultats de l'analyse de Casson pour un taux de cisaillement compris entre 5 et 50 s-1 pour le chocolat au lait et le chocolat noir, respectivement. L'analyse est effectuée automatiquement dans le logiciel de mesure et d'évaluation rSpace dès que la mesure est terminée.
Les tableaux de taux de cisaillement vers le haut et vers le bas présentent une bonne corrélation entre les courbes d'écoulement mesurées et le modèle de Casson. La limite d'élasticité du chocolat noir est beaucoup plus élevée que celle du chocolat au lait, ce qui signifie que le pompage serait plus difficile, c'est-à-dire qu'il nécessiterait une force plus importante.
Comment vérifier la répétabilité du test : Mesures contrôlées par le taux de cisaillement et la contrainte de cisaillement
Une méthode fiable pour vérifier la répétabilité des mesures consiste à les effectuer soit avec une autre géométrie, soit avec un autre type de contrôle. En effet, la viscosité de cisaillement à une température et à un taux de cisaillement donnés est une valeur absolue. Elle est indépendante de la géométrie utilisée. De plus, qu'elle soit contrôlée par le taux de cisaillement ou par la contrainte de cisaillement, la même valeur doit être obtenue.
Pour illustrer cela, une mesure a été effectuée sur du chocolat noir de manière presque identique. La seule différence est qu'au lieu d'une table de taux de cisaillement ascendante et descendante, une table de contrainte de cisaillement ascendante et descendante a été appliquée. Les courbes résultantes affichées dans la figure 4 présentent une bonne répétabilité.
Conclusion
Les courbes de viscosité de cisaillement réalisées avec le rhéomètre rotatif Kinexus sont utilisées non seulement pour garantir une qualité constante d'un lot à l'autre, mais aussi pour prédire le comportement du chocolat au cours de la transformation ainsi que sa sensation en bouche. La compréhension rhéologique du chocolat est donc cruciale pour l'optimisation des processus et la conception des produits.
Les séquences ainsi que l'évaluation de l'analyse de Casson qui suit automatiquement chaque mesure transforment une méthode initialement complexe en une activité de routine.