A csokoládé reológiai tulajdonságai Wanted? A Kinexus megkönnyíti!

Általános

Az olvasztott csokoládét úgy lehet leírni, mint durva, finom szilárd részecskék, például kakaópor, cukor és tejpor koncentrált szuszpenzióját, amely egy folytonos zsírfázisban, általában kakaóvajban van eloszlatva [1]. Reológiai viselkedését az összetevők fizikai-kémiai jellemzői határozzák meg, számos más tényezővel együtt, mint például az összetétel és a hőmérséklet. Többek között a részecskeméret-eloszlás, az emulgeálószer típusa és a cukor kristályosodása határozza meg a feldolgozandó termék viszkozitását.

A csokoládé viszkozitásától az elégedett ügyfelekig ...és gyártókig!

Az olvasztott csokoládé nyírási viszkozitása viszont befolyásolja a fogyasztók szájízét. A csokoládé viszkozitása nemcsak a fogyasztó gyönyörködtetése szempontjából rendkívül fontos, hanem a gyártási folyamat és a végtermék minőségellenőrzése szempontjából is. Az olvasztott csokoládé megfelelő viszkoelasztikus tulajdonságai például garantálják a csövezési és öntési folyamatok hatékonyságát, megakadályozzák a légbuborékok kialakulását a formázás során, és biztosítják a homogén héjak előállítását a bevonás során.

A nyírási viszkozitás és 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.folyáshatár a fő reológiai tulajdonságok, amelyek a csokoládé ipari folyamatokban érdekesek. A nyírási viszkozitást egyszerűen úgy számítják ki, hogy a nyírási feszültséget elosztják a nyírási sebességgel. 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.folyáshatár különböző módon határozható meg [2]. Az egyik különböző modellfüggvényeket, például a Casson-modellt alkalmazza az áramlási görbére.

Annak érdekében, hogy a különböző kakaóformulákat érintő ipari folyamatok során magas minőségi szabványokat biztosítsanak, a Nemzetközi Kakaó-, Csokoládé- és Cukorkacukrászati Hivatal (IOCCC) 2000-ben kiadta a 46. analitikai módszer felülvizsgálatát, amely szabványos protokollt határoz meg a csokoládé és a kakaótermékek viszkozitásának mérésére [3].

A 46. analitikai módszer a Kinexus Prime rotációs készülékkelRheometer

Ezt a módszert követve az olvasztott csokoládé viszkozitását egy csiszolt acélból készült csésze- és bob geometriával ellátott rotációs reométerrel mérik. A csésze vagy rotor vége lehet kúpos vagy süllyesztett.

A módszer részletesen leírja a minta előkészítését, és konkrét útmutatást ad a fehér, tej- vagy étcsokoládéból, cukorral vagy anélkül készült folyékony és szilárd mintákhoz. Röviden, a mintákat kezdetben egy ideig melegíteni kell, a hőmérséklet és az időtartam a kakaótermék típusától függ. A geometriát 40°C-ra kell előkondicionálni, hogy elkerülhető legyen az olvadt csokoládé kristályosodása a betöltési folyamat során. A hőmérsékleti egyensúly, a minta homogén eloszlása a geometriában és a légbuborékok eltávolítása érdekében egy elő-nyírási lépésre is szükség van.

Az előnyírást 40°C-on (± 0,1°C) végzik állandó nyírási sebességgel, jellemzően 5 ^s-1 (vagy 2 ^s-1 vastagabb termékek esetén); ezt addig kell folytatni, amíg a nyomaték legalább 2 percig állandó marad, legfeljebb 2%-os eltéréssel. A stabilizációt 15 percen belül el kell érni, különben a mérés nem végezhető el.

A mérést 40 °C-on három lépésben kell elvégezni:

1. A nyírási sebességet 2 ^s-1-ről 50 ^s-1-re növeljük 3 perc alatt. A mérés végezhető folyamatosan vagy lépcsőzetesen 2, 5, 10, 20 és 50 ^s-1 nyírási sebességgel.
2. A nyírási sebességet 1 percig 50 ^s-1 értéken tartjuk.
3. A nyírási sebességet 3 perc alatt 50 ^s-1-ről 2 ^s-1-re csökkentjük, ismét folyamatosan vagy fokozatosan, az első lépésben meghatározott nyírási sebességsémát követve.

E sorrend alkalmazásának illusztrálására a következőkben egy márka négy különböző kereskedelmi forgalomban kapható csokoládészeletének összehasonlításából kapott eredményeket tárgyaljuk. Az első egy 55%-os kakaótartalmú tejcsokoládé volt, a maradék három pedig 70, 85 és 100%-os kakaótartalmú étcsokoládé. A méréseket a Kinexus Prime ultra+ rotációs reométerrel végeztük, amely hengeres patronnal és 34 mm-es cup-and-bob geometriával volt felszerelve. A hőmérsékletet és az analitikai lépéseket pontosan a 46. analitikai módszerben meghatározottak szerint alkalmaztuk. Az 1. ábra az előnyírás és a három lépés során alkalmazott nyírási sebességet (zöld színnel), valamint a 100 %-os kakaótartalmú csokoládé esetében elért nyírási viszkozitást (kék színnel) mutatja.

A négy vizsgált csokoládé nyírási viszkozitási görbéi nyírási vékonyodást mutatnak: minél nagyobb a nyírási sebesség, annál kisebb a nyírási viszkozitás; 2. ábra. Az áramlási görbék nem ábrázolnak intuitív eredményt. Az összetétel, az egyes összetevők koncentrációja és a lebegő szilárd részecskék méreteloszlása közvetlenül befolyásolja az olvasztott csokoládé viszkozitását.

Ez a négy különböző minta különböző összetételű, amint az az 1. táblázatban látható, és ezért különböző viszkozitású. Az 55%-os kakaótartalmú tejcsokoládé például az egyetlen, amely tejszínport és emulgeálószert tartalmaz.

1. táblázat: A tej- és étcsokoládék összetétele és súly szerinti sorrendje, különböző kakaó-koncentrációkkal.

*Súly szerinti sorrend: 1 = a legmagasabb koncentráció és 5 = a legalacsonyabb koncentráció

Mint már említettük, a Casson-modellt alkalmazzák a kapott áramlási görbére, hogy meghatározzák a Casson-folyási feszültséget, azaz az áramlás megindításához szükséges minimális nyírófeszültséget, valamint a Casson-viszkozitást, azaz a nagy nyírási tartományban a végső viszkozitást. A következő egyenlet a Casson-modell illesztését írja le:

Az automatikus Casson-elemzéssel készült tipikus áramlási görbe a 3. ábrán látható, míg a 2. táblázat a Casson-elemzés eredményeit foglalja össze mind a négy csokoládétípusra vonatkozóan.

2. táblázat: A Casson-elemzés eredményei mind a négy csokoládé esetében.

rSpace Szoftver - Egyszerű SOP alkalmazás (szabványos működési eljárások)

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.folyáshatár az a nyírófeszültség, amely felett a viszkoelasztikus anyag folyni kezd. Minél kisebb 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.folyáshatár, annál kisebb a csokoládé áramlási ellenállása. Ezért fontos jellemző, amely meghatározza a kakaókészítmény feldolgozhatóságát; például az olvasztott csokoládé szivattyúzásához szükséges erőt [4].

Bár a 46. analitikai módszerre számos fejlesztési javaslat született különböző publikációkban, amelyekben például a nyírási sebesség intervallumának megváltoztatását vagy különböző matematikai modellek alkalmazását javasolják a paraméterek korrekciójára, a Casson-modellel kapcsolatos alkalmazása még mindig a csokoládé viszkozitásának és 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.folyáshatárának meghatározására szolgáló szabványos protokoll [4]. A Casson-modell és az elemzési sorrend elérhető a rSpace könyvtárban.

A Kinexus rotációs reométer rendelkezik azzal a lehetőséggel, hogy a rSpace szoftverben egyedi reo-logikai műveleteken alapuló elemzési módszereket hozhatunk létre. Ezek a mérési szekvenciák létrehozhatók és testre szabhatók, hogy megfeleljenek bármely laboratóriumi rutin igényeinek. Itt a 46. analitikai módszer minden részletét tartalmazó mérési szekvenciát hoztunk létre és alkalmaztunk. Egyetlen kattintással elindul a mérés; az azt követő elemzés a felhasználó beavatkozása nélkül történik, és a végeredményeket, beleértve a folyáspontot is, automatikusan megadja.