일반
녹은 초콜릿은 코코아 파우더, 설탕, 분유와 같은 거친 미세 고체 입자가 지방 연속상, 일반적으로 코코아 버터에 분산된 농축 현탁액으로 설명할 수 있습니다[1]. 유변학적 거동은 구성 성분의 물리화학적 특성과 조성 및 온도와 같은 여러 가지 다른 요인에 의해 결정됩니다. 무엇보다도 입자 크기 분포, 유화제 유형 및 설탕 결정화에 따라 가공할 제품의 점도가 결정됩니다.
초콜릿의 점성에서 고객 만족까지 ... 그리고...그리고 제조업체까지!
녹은 초콜릿의 전단 점도는 소비자가 느끼는 식감에 영향을 미칩니다. 초콜릿의 점도는 소비자에게 즐거움을 줄 뿐만 아니라 제조 공정과 최종 제품의 품질 관리 측면에서도 매우 중요합니다. 예를 들어 녹은 초콜릿의 점탄성이 적절하면 배관 및 주조 공정의 효율성을 보장하고 성형 중 기포 형성을 방지하며 엔로빙 시 균일한 쉘을 생산할 수 있습니다.
전단 점도와 항복점은 초콜릿 산업 공정에서 관심을 갖는 주요 유변학적 특성입니다. 전단 점도는 전단 응력을 전단 속도로 나누어 간단히 계산할 수 있습니다. 항복 응력은 다양한 방법으로 결정할 수 있습니다[2]. 그 중 하나는 흐름 곡선에 Casson 모델과 같은 다양한 모델 함수를 적용하는 것입니다.
다양한 코코아 제형이 적용되는 산업 공정에서 높은 품질 기준을 보장하기 위해 국제 코코아, 초콜릿 및 설탕 제과 사무국(IOCCC)은 2000년에 초콜릿 및 코코아 제품의 점도를 측정하는 표준 프로토콜을 정의하는 분석 방법 46의 개정판을 발표했습니다[3].
키넥서스 프라임 로테이셔널을 사용한 분석 방법 46레오미터
이 방법에서는 녹은 초콜릿의 점도를 광택이 나는 강철로 만든 컵과 밥 형상이 장착된 회전 레오미터로 측정합니다. 밥 또는 로터의 끝은 원뿔형이거나 오목할 수 있습니다.
이 방법은 시료 전처리 방법을 자세히 규정하고 있으며, 설탕 유무에 관계없이 화이트, 우유 또는 다크 초콜릿의 액체 및 고체 시료에 대한 구체적인 방향을 제시합니다. 간단히 말해, 샘플은 처음에 일정 시간 동안 예열해야 하며, 온도와 시간은 코코아 제품의 유형에 따라 다릅니다. 로딩 과정에서 녹은 초콜릿이 결정화되는 것을 방지하기 위해 40°C로 사전 예열해야 합니다. 또한 온도 평형, 지오메트리 내부의 균일한 샘플 분포 및 기포 제거를 보장하기 위해 사전 전단 단계가 필요합니다.
사전 전단은 40°C(± 0.1°C)에서 일정한 전단 속도(일반적으로 5초-1 (또는 두꺼운 제품의 경우 2초-1 )로 수행되며, 토크가 최대 2%의 편차로 최소 2분 동안 일정하게 유지될 때까지 계속 진행해야 합니다. 15분 이내에 안정화가 이루어지지 않으면 측정을 수행할 수 없습니다.
측정은 40°C에서 3단계로 진행됩니다:
- 전단 속도는 3분 동안 2초-1에서 50초-1로 증가합니다. 2, 5, 10, 20, 50초-1의 전단 속도에서 연속적으로 또는 단계적으로 측정할 수 있습니다.
- 전단 속도는 1분 동안 50초-1로 유지됩니다.
- 전단 속도는 첫 번째 단계에서 정의한 것과 동일한 전단 속도 체계에 따라 3분 동안 50초-1에서 2초-1로 다시 연속적으로 또는 단계적으로 감소합니다.
이 순서의 적용을 설명하기 위해 단일 브랜드의 네 가지 시판 초콜릿 바를 비교하여 얻은 결과를 아래에 설명합니다. 첫 번째는 55%의 코코아를 함유한 밀크 초콜릿이고 나머지 세 개는 70, 85, 100% 코코아를 함유한 다크 초콜릿 바입니다. 측정은 실린더 카트리지와 34mm 컵 앤 밥 지오메트리가 장착된 키넥서스 프라임 울트라+ 회전 레오미터를 사용하여 수행했습니다. 온도 및 분석 단계는 분석 방법 46에 정의된 대로 정확하게 적용되었습니다. 그림 1은 전단 전단 중 적용된 전단 속도(녹색)와 세 단계 및 100% 코코아 초콜릿에 도달한 전단 점도(파란색)를 표시합니다.

테스트한 네 가지 초콜릿의 전단 점도 곡선은 전단 속도가 높을수록 전단 점도가 낮아지는 전단 묽어짐 현상을 보여줍니다(그림 2). 흐름 곡선은 직관적인 결과를 나타내지 않습니다. 부유 고체 입자의 구성, 각 성분의 농도 및 크기 분포는 녹은 초콜릿의 점도에 직접적인 영향을 미칩니다.

이 네 가지 샘플은 표 1에서 볼 수 있듯이 구성이 다르므로 점도도 다릅니다. 예를 들어 55% 코코아 밀크 초콜릿은 크림 파우더와 유화제가 포함된 유일한 제품입니다.
표 1: 코코아 농도가 다른 우유와 다크 초콜릿의 구성 및 중량 순서.
성분 | 중량 순서* | |||
---|---|---|---|---|
100 % | 85 % | 70 % | 55 % | |
코코아 질량 | 1 | 1 | 1 | 1 |
코코아 버터 | 2 | 2 | 3 | 3 |
라이트 코코아 파우더 | 3 | 3 | - | - |
설탕 | - | 4 | 2 | 2 |
유화제 | - | - | - | 5 |
크림 파우더 | - | - | - | 4 |
바닐라 | - | 5 | 4 | - |
*무게 순서: 1 = 가장 높은 농도, 5 = 가장 낮은 농도
앞서 언급했듯이 결과 흐름 곡선에 카슨 모델을 적용하여 카슨 항복 응력, 즉 흐름을 유도하는 데 필요한 최소 전단 응력과 카슨 점도, 즉 높은 전단 영역의 말단 점도를 결정합니다. 다음 방정식은 카슨 모델 적합도를 설명합니다:

자동 캐슨 분석을 사용한 일반적인 흐름 곡선은 아래 그림 3에 표시되어 있으며, 표 2에는 네 가지 초콜릿 유형에 대한 캐슨 분석 결과가 요약되어 있습니다.

표 2: 네 가지 초콜릿 모두에 대한 카슨 분석 결과.
샘플 | 카슨 수율 스트레스 (Pa) | 카슨 전단 점도 (Pa-s) |
---|---|---|
55 % | 7.07 | 0.37 |
70 % | 5.30 | 1.19 |
85 % | 0.68 | 0.29 |
100 % | 1.45 | 0.91 |
rSpace 소프트웨어 - 간단한 SOP 애플리케이션(표준 운영 절차)
항복 응력은 점탄성 재료가 흐르기 시작하는 전단 응력으로 정의됩니다. 항복 응력이 낮을수록 초콜릿의 흐름에 대한 저항이 낮아집니다. 따라서 이는 코코아 제형의 가공성, 예를 들어 녹은 초콜릿을 펌핑하는 데 필요한 힘을 정의하는 중요한 특성입니다[4].
분석 방법 46은 전단 속도 간격의 변경 또는 매개변수 보정을 위한 다른 수학적 모델의 적용 등을 제안하는 여러 출판물에서 개선에 대한 여러 제안의 대상이 되었지만, 여전히 초콜릿의 점도 및 항복점 결정을 위한 표준 프로토콜은 Casson 모델과 관련된 응용 프로그램입니다 [4]. Casson 모델과 분석 시퀀스는 rSpace 라이브러리에서 사용할 수 있습니다.
키넥서스 회전 레오미터는 rSpace 소프트웨어에서 개별 유변학적 동작을 기반으로 분석 방법을 생성할 수 있는 것이 특징입니다. 이러한 측정 시퀀스는 모든 실험실 루틴의 요구 사항을 충족하도록 생성 및 사용자 지정할 수 있습니다. 여기에서는 분석법 46의 모든 세부 사항이 포함된 측정 시퀀스를 생성하고 적용했습니다. 클릭 한 번으로 측정이 시작되고 후속 분석이 사용자 개입 없이 수행되며 항복점을 포함한 최종 결과가 자동으로 제공됩니다.