Bevezetés
A csokoládé nyírási viszkozitása kulcsfontosságú jellemző az egyenletes minőség biztosítása és az ipari folyamatok optimalizálása szempontjából. E kritikus tulajdonság mérésének szabványosítása érdekében a Nemzetközi Kakaó-, Csokoládé- és Cukorkacukrászati Hivatal (IOCCC) 2000-ben frissítette a 46. analitikai módszert. Ez a módszer a csokoládé és a kakaóalapú termékek viszkozitásának meghatározására szolgáló protokollt vázolja fel. Aprólékosan leírja a minta előkészítését és a mérési eljárást, a különböző típusú kakaótermékekhez igazítva.
A következőkben két csokoládé (tej- és étcsokoládé) mérése történik a Kinexus rotációs reométerrel az SOP (Standard Operating Procedure) szerint. Ezután a görbékre a Casson-elemzést alkalmazzák. Ez egy matematikai modell, amely leírja a csokoládé áramlási viselkedését, különösen a Termelési feszültségA folyási feszültséget úgy határozzák meg, mint azt a feszültséget, amely alatt nem következik be áramlás; a szó szoros értelmében nyugalmi állapotban gyenge szilárd anyagként, folyékony anyagként viselkedik, amikor folyik.folyáshatárát. Ez az érték fontos a csokoládéiparban, például a szivattyúzási folyamatok esetében, mivel ez jelenti az áramlás előidézéséhez szükséges minimális erőt.
A Casson-modellt olyan folyadékok áramlási viselkedésének jellemzésére használják, amelyek Termelési feszültségA folyási feszültséget úgy határozzák meg, mint azt a feszültséget, amely alatt nem következik be áramlás; a szó szoros értelmében nyugalmi állapotban gyenge szilárd anyagként, folyékony anyagként viselkedik, amikor folyik.folyáshatár-függő viselkedést mutatnak, mint például a csokoládé, a vér vagy a nyomdafestékek. Ezt a következőképpen fejezik ki:
σ:
σ0: Casson Termelési feszültségA folyási feszültséget úgy határozzák meg, mint azt a feszültséget, amely alatt nem következik be áramlás; a szó szoros értelmében nyugalmi állapotban gyenge szilárd anyagként, folyékony anyagként viselkedik, amikor folyik.folyáshatár (az áramlás megindulásához szükséges feszültség) [Pa]
k: (viszkozitás nagy nyírási sebességnél) [Pa-s]
- γ: Nyírási sebesség [s-1]
Mérési paraméterek
Minden csokoládét 60°C-on tároltunk, majd kézzel, spatulával homogenizáltuk, mielőtt a 40°C-on tartott geometriába helyeztük. Az 1. táblázat foglalja össze A mérési feltételeket.
Táblázat: Mérési feltételek
| Műszer | Kinexus Prime ultra+ |
|---|---|
| Patron | Henger |
| Vizsgálat | Forgatás |
| Geometria | Csésze és bólintó: 25 mm |
| Hézag | 9.15 mm |
| Hőmérséklet | 40°C |
| Nyírási sebesség |
|
Eredmények és vita
Az 1. ábra a nyírási viszkozitási görbék grafikonját ábrázolja a tej- és étcsokoládéra a nyírási sebesség 2 és 50 s-1 (UP, körök), illetve 50 és 2 s-1 (DOWN, négyzetek) között. A két minta nyírási hígító viselkedést mutat, jó összhangban a felfelé és lefelé irányuló rámpák között: A nyírási viszkozitás csökken a nyírási sebesség növekedésével. Ez a feldolgozás szempontjából előnyös, mivel a nyírási viszkozitás csökkenése az olyan műveletekhez, mint a szivattyúzás, szükséges nyírási sebességeknél csökkenti az áramlási ellenállást. Így a csokoládé csöveken keresztüli átvitele a gyártás során könnyebb és kevesebb energiát igényel.
Az étcsokoládé nyírási viszkozitása a teljes mért nyírási sebességtartományban magasabb, mint a tejcsokoládéé. Ez alkalmassá teszi a csokoládét bevonási alkalmazásokhoz, ahol a nyírási viszkozitás kulcsfontosságú jellemző az édességeken az egyenletes réteg eléréséhez, csepegés és szétterülés nélkül. Továbbá ez a tulajdonság a fogyasztó szájérzetével is összefügg: Minél magasabb a nyírási viszkozitás, annál krémesebbnek érzékelik a csokoládét.
A 2. és a 3. ábra a Casson-analízis eredményeit mutatja be az 5 és 50 s-1 közötti nyírási sebességtartományban a tej- és az étcsokoládé esetében. Az elemzést a rSpace mérési és kiértékelő szoftver automatikusan elvégzi, amint a mérés befejeződött.
A nyírási sebesség felfelé és lefelé mutató táblázatai egyaránt jó korrelációt mutatnak a mért áramlási görbék és a Casson-modell között. Az étcsokoládé folyáshatára sokkal magasabb, mint a tejcsokoládéé, ami azt jelenti, hogy a szivattyúzás nehezebb lenne, azaz nagyobb erőt igényelne.
Hogyan ellenőrizze a teszt megismételhetőségét: Nyírási sebességgel és nyírófeszültséggel szabályozott mérések
A mérések megismételhetőségének ellenőrzésére megbízható módszer, ha azokat más geometriával vagy másfajta ellenőrzéssel végezzük. Ennek oka, hogy a nyírási viszkozitás egy adott hőmérsékleten és nyírási sebességnél abszolút érték. Ez független az alkalmazott geometriától. Továbbá, akár a nyírási sebességgel, akár a nyírási feszültséggel szabályozott, ugyanazt az értéket kell kapnunk.
Ennek illusztrálására egy mérést végeztünk étcsokoládén, majdnem ugyanilyen módon. Az egyetlen különbség az volt, hogy a nyírási sebesség fel-le táblázat helyett a nyírási feszültség fel-le táblázatát alkalmazták. A 4. ábrán látható eredménygörbék jó megismételhetőséget mutatnak.
Következtetés
A Kinexus rotációs reométerrel készített nyírási viszkozitási görbék nemcsak a tételek közötti minőség konzisztenciájának biztosítására szolgálnak, hanem segítenek megjósolni a csokoládé feldolgozás közbeni viselkedését és a szájérzetét is. A csokoládé reológiai megértése tehát kulcsfontosságú a folyamatoptimalizálás és a terméktervezés szempontjából.
A szekvenciák, valamint az egyes mérések után automatikusan következő Casson-elemzés kiértékelése egy kezdetben összetett módszert rutinszerűvé tesz.