키넥서스를 통한 신속한 초콜릿 품질 관리

소개

초콜릿의 전단 점도는 일관된 품질을 보장하고 산업 공정을 최적화하기 위한 핵심 특성입니다. 이 중요한 특성의 측정을 표준화하기 위해 국제 코코아, 초콜릿 및 설탕 제과 협회(IOCCC)는 2000년에 분석 방법 46을 업데이트했습니다. 이 분석법은 초콜릿 및 코코아 기반 제품의 점도를 측정하는 프로토콜을 간략하게 설명합니다. 다양한 유형의 코코아 제품에 맞춘 시료 준비 및 측정 절차를 꼼꼼하게 설명합니다.

다음에서는 이 SOP(표준 작동 절차)에 따라 두 가지 초콜릿(밀크 초콜릿과 다크 초콜릿)을 키넥서스 회전 레오미터로 측정합니다. 그런 다음 곡선에 카슨 분석을 적용합니다. 이는 초콜릿의 유동 거동, 특히 항복 응력을 설명하는 수학적 모델입니다. 이 값은 흐름을 유도하는 데 필요한 최소 힘을 나타내므로 초콜릿 산업에서 예를 들어 펌핑 공정과 관련이 있습니다.

카슨 모델은 초콜릿, 혈액 또는 인쇄 잉크와 같이 항복 응력 거동을 보이는 유체의 흐름 거동을 특성화하는 데 사용됩니다. 다음과 같이 표현됩니다:

σ: 전단 응력 [Pa]
_σ0: 카슨 항복 응력(흐름을 시작하는 데 필요한 응력) [Pa]
k: 말단 전단 점도(높은 전단 속도에서의 점도) [Pa-s]
- γ: 전단 속도 [^s-1]

측정 매개변수

각 초콜릿은 60°C에서 보관한 후 40°C로 유지된 지오메트리에 넣기 전에 주걱으로 수작업으로 균질화했습니다. 표 1에는 측정 조건이 요약되어 있습니다.

표 1: 측정 조건

결과 및 토론

그림 1은 전단 속도가 ^2~50초-1 (위쪽, 원)과 ^50~2초-1 (아래쪽, 사각형) 사이에서 진행되는 동안 우유와 다크 초콜릿의 전단 점도 곡선 그래프를 보여줍니다. 두 샘플은 위쪽과 아래쪽 램프 사이에서 잘 일치하는 전단 얇아짐 거동을 보여줍니다: 전단 점도는 전단 속도가 증가함에 따라 감소합니다. 이는 펌핑과 같은 작업에 필요한 전단 속도에서 전단 점도를 낮추면 흐름에 대한 저항이 감소하기 때문에 가공에 유리합니다. 이렇게 하면 제조 과정에서 파이프를 통해 초콜릿을 이송하는 것이 더 쉬워지고 에너지도 덜 필요합니다.

다크 초콜릿은 전체 측정 전단 속도 범위에서 밀크 초콜릿보다 전단 점도가 더 높습니다. 따라서 전단 점도가 사탕에 흘러내리거나 퍼지지 않고 균일한 층을 형성하는 데 핵심적인 역할을 하는 코팅 용도에 더 적합합니다. 또한 이 특성은 소비자의 식감과도 관련이 있습니다: 전단 점도가 높을수록 초콜릿이 더 크리미한 것으로 인식됩니다.

그림 2와 3은 각각 우유와 다크 초콜릿의 전단 속도 범위인 ^{5초~50초-1에} 대한 카슨 분석 결과를 보여줍니다. 분석은 측정이 완료되는 즉시 rSpace 측정 및 평가 소프트웨어에서 자동으로 수행됩니다.

전단 속도의 상하 표 모두 측정된 유동 곡선과 Casson 모델 간에 좋은 상관 관계를 보여줍니다. 다크 초콜릿의 항복 응력은 밀크 초콜릿보다 훨씬 높기 때문에 펌핑이 더 어렵고, 즉 더 큰 힘이 필요하다는 것을 의미합니다.

테스트 반복성을 확인하는 방법: 전단 속도 및 전단 응력 제어 측정

측정의 반복성을 확인하는 신뢰할 수 있는 방법은 다른 지오메트리 또는 다른 종류의 제어 장치로 측정을 수행하는 것입니다. 이는 지정된 온도와 전단 속도에서의 전단 점도가 절대값이기 때문입니다. 이는 사용된 지오메트리와 무관합니다. 또한 전단 속도를 제어하든 전단 응력을 제어하든 동일한 값을 얻어야 합니다.

이를 설명하기 위해 거의 동일한 방식으로 다크 초콜릿에 대한 측정을 수행했습니다. 유일한 차이점은 전단 속도의 상하 표 대신 전단 응력의 상하 표가 적용되었다는 것입니다. 그림 4에 표시된 결과 곡선은 좋은 반복성을 보여줍니다.

결론

키넥서스 회전식 레오미터로 수행한 전단 점도 곡선은 배치 간 일관된 품질을 보장하는 데 사용될 뿐만 아니라 가공 중 초콜릿의 거동과 식감을 예측하는 데도 도움이 됩니다. 따라서 초콜릿에 대한 유변학적 이해는 공정 최적화 및 제품 설계에 매우 중요합니다.

각 측정 후 자동으로 이어지는 카슨 분석의 평가와 시퀀스는 처음에 복잡했던 방법을 일상적인 활동으로 바꿔줍니다.