Introduzione
La viscosità di taglio del cioccolato è una caratteristica fondamentale per garantire una qualità costante e ottimizzare i processi industriali. Per standardizzare la misurazione di questa proprietà critica, l'Ufficio Internazionale del Cacao, del Cioccolato e dei Prodotti Dolciari (IOCCC) ha aggiornato il Metodo Analitico 46 nel 2000. Questo metodo delinea un protocollo per la determinazione della viscosità del cioccolato e dei prodotti a base di cacao. Descrive minuziosamente la preparazione del campione e la procedura di misurazione, adattata ai diversi tipi di prodotti a base di cacao.
Di seguito, due cioccolati (al latte e fondente) vengono misurati con il reometro rotazionale Kinexus seguendo questa SOP (Standard Operating Procedure). Successivamente, alle curve viene applicata l'analisi di Casson. Si tratta di un modello matematico che descrive il comportamento di scorrimento del cioccolato, in particolare la sua Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.tensione di snervamento. Questo valore è importante nell'industria del cioccolato, ad esempio per i processi di pompaggio, in quanto rappresenta la forza minima necessaria per indurre lo scorrimento.
Il modello di Casson viene utilizzato per caratterizzare il comportamento del flusso di un fluido che presenta uno Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.sforzo di snervamento, come il cioccolato, il sangue o gli inchiostri da stampa. Si esprime come:

σ: Sforzo di taglio [Pa]
σ0: Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.Sforzo di snervamento di Casson (sforzo necessario per avviare il flusso) [Pa]
k: Viscosità di taglio terminale (viscosità ad alta velocità di taglio) [Pa-s]
- γ: Velocità di taglio [s-1]
Parametri di misura
Ogni cioccolato è stato conservato a 60°C e poi omogeneizzato manualmente con una spatola prima di essere introdotto nella geometria, che è stata mantenuta a 40°C. La Tabella 1 riassume le condizioni di misurazione.
Tabella 1: Condizioni di misura
Strumento | Kinexus Prime ultra+ |
---|---|
Cartuccia | Cilindro |
Test | Rotazione |
Geometria | Tazza e bob: 25 mm |
Spazio | 9.15 mm |
Temperatura di esercizio | 40°C |
Velocità di taglio |
|
Risultati e discussione
La Figura 1 mostra il grafico delle curve di viscosità al taglio per i cioccolati al latte e fondenti nel corso della progressione della velocità di taglio tra 2 e 50 s-1 (UP, cerchi) e tra 50 e 2 s-1 (DOWN, quadrati). I due campioni mostrano un comportamento di Assottigliamento a taglioIl tipo più comune di comportamento non newtoniano è l'assottigliamento al taglio o flusso pseudoplastico, in cui la viscosità del fluido diminuisce all'aumentare del taglio.assottigliamento al taglio con un buon accordo tra le rampe di salita e discesa: La viscosità di taglio diminuisce con l'aumento della velocità di taglio. Ciò è vantaggioso per la lavorazione, poiché la riduzione della viscosità di taglio alle velocità di taglio necessarie per operazioni come il pompaggio diminuisce la resistenza al flusso. In questo modo, il trasferimento del cioccolato attraverso i tubi durante la produzione è più facile e richiede meno energia.

Il cioccolato fondente ha una viscosità di taglio superiore a quella del cioccolato al latte in tutto l'intervallo di velocità di taglio misurato. Questo lo rende più adatto alle applicazioni di rivestimento, in cui la viscosità di taglio è una caratteristica fondamentale per ottenere uno strato uniforme sulle caramelle senza colare e spandere. Inoltre, questa proprietà è anche legata alla sensazione in bocca del consumatore: Più alta è la viscosità di taglio, più il cioccolato viene percepito come cremoso.
Le figure 2 e 3 mostrano i risultati dell'analisi di Casson per un intervallo di velocità di taglio compreso tra 5 e 50 s-1 per i cioccolatini al latte e fondenti, rispettivamente. L'analisi viene eseguita automaticamente nel software di misurazione e valutazione rSpace al termine della misurazione.
Entrambe le tabelle di velocità di taglio, in salita e in discesa, mostrano una buona correlazione tra le curve di flusso misurate e il modello di Casson. La Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.tensione di snervamento del cioccolato fondente è molto più alta di quella del cioccolato al latte, il che significa che il pompaggio sarebbe più difficile, cioè richiederebbe una forza maggiore.


Come controllare la ripetibilità del test: Misure controllate dalla velocità di taglio e dallo sforzo di taglio
Un metodo affidabile per verificare la ripetibilità delle misure è quello di eseguirle con un'altra geometria o con un diverso tipo di controllo. Questo perché la viscosità di taglio a una determinata temperatura e velocità di taglio è un valore assoluto. È indipendente dalla geometria utilizzata. Inoltre, che si tratti di controllo della velocità di taglio o di controllo dello sforzo di taglio, si deve ottenere lo stesso valore.
Per illustrare questo aspetto, è stata eseguita una misurazione sul cioccolato fondente in modo pressoché analogo. L'unica differenza è che, invece di una tabella di velocità di taglio, è stata applicata una tabella di sollecitazione di taglio. Le curve risultanti, riportate nella figura 4, mostrano una buona ripetibilità.

Conclusione
Le curve di viscosità al taglio eseguite con il reometro rotazionale Kinexus non servono solo a garantire una qualità costante tra i vari lotti, ma aiutano anche a prevedere il comportamento del cioccolato durante la lavorazione e la sua sensazione in bocca. La comprensione reologica del cioccolato è quindi fondamentale per l'ottimizzazione del processo e la progettazione del prodotto.
Le sequenze e la valutazione dell'analisi di Casson che segue automaticamente dopo ogni misurazione trasformano un metodo inizialmente complesso in un'attività di routine.