소개
버터는 지방 구상, 결정성 지방 및 연속적인 오일 상에 분산된 수성 상으로 구성된 다상 에멀젼입니다. 맛과 함께 고객 인식 측면에서 버터의 가장 중요한 특성은 질감, 외관 및 퍼짐성입니다. 경도와 퍼짐성은 서로 반비례 관계에 있으며 버터의 가장 일반적으로 측정되는 두 가지 특성입니다(Wright 2001). 두 가지 모두 온도에 크게 의존하는 것으로 알려져 있지만, 교반 후 냉각 속도와 젖소의 사료로 인한 지역적 또는 계절적 변화의 영향도 받습니다(Prentice 1972).
유변학은 버터의 텍스처 특성을 분석하고 최적화하는 데 유용한 도구가 될 수 있습니다. 전단 계수는 진동 테스트를 사용하여 온도의 함수로 측정할 수 있는 제품 강성과 관련이 있으며, 항복 응력은 버터가 소성 변형(즉, 퍼짐)을 일으키기 위해 극복해야 하는 응력을 나타냅니다. 키넥서스 회전 레오미터와 같은 최신 레오미터는 경도(압축성) 및 점성(끈적임)과 같은 버터의 다른 특성을 조사하는 데 유용한 고급 축 방향 기능도 갖추고 있습니다.
이 애플리케이션 노트에서는 유변학을 사용하여 일반 버터와 스프레더블 버터라는 두 가지 상용 제품의 용융 특성과 퍼짐 특성을 비교하는 방법을 보여줍니다. 일반 버터는 유지방으로만 만든 반면, 스프레더블 버터는 냉장고에서 꺼냈을 때 재료의 녹는 온도와 뻣뻣함을 줄이기 위해 식물성 기름을 일정 비율 함유하고 있습니다.
실험적
- 두 버터 샘플은 small 진폭 진동 테스트 및 축 테스트를 사용하여 4°C ~ 35°C 온도 범위에서 평가되었습니다.
- 측정은 펠티에 플레이트 카트리지와 거친 플레이트 플레이트 측정 시스템이 장착된 키넥서스 레오미터를 사용하고 rSpace 소프트웨어에서 사전 구성된 시퀀스를 활용하여 수행했습니다.
- 표준 로딩 시퀀스를 사용하여 시료가 일관된 열 이력 및 로딩 프로토콜을 따르도록 했습니다.
- 단일 주파수 변형률 제어 온도 램프 테스트는 선형 점탄성 영역(LVR) 내의 변형을 사용하여 4°C~35°C 사이에서 2°C/min의 속도로 수행되었습니다.
- 1mm의 신선한 샘플에 대해 4°C에서 축 방향 압축-감압 사이클을 수행하고 경도와 점착력을 결정하기 위해 정상 힘 반응을 측정했습니다.
결과 및 토론
진동 테스트
Small 진폭 진동 테스트는 비파괴 테스트이므로 시간이나 온도에 따라 복잡한 미세 구조에서 발생하는 변화를 분해하지 않고 보여줄 수 있습니다. 일반적으로 측정되는 파라미터는 탄성(저장) 계수인 G' 및 점성(손실) 계수인 G"입니다. 이는 각각 시료의 고체와 액체 성분의 강성을 나타내며, 총 강성은 복합 계수인 G* = √(G'2 + G"2)에 의해 주어집니다.
위상각(δ)은 적용된 변형률과 측정된 응력 사이의 위상차를 측정한 값으로, 점탄성 특성 측면에서 구조를 정량화하는 데 사용할 수 있습니다. 액체와 같은 물질은 위상각이 45°(90° = 완전 액체)보다 크고 고체와 같은 물질은 45°(0° = 완전 고체) 미만입니다.
그림 1은 두 버터 샘플에 대해 수행한 단일 주파수 진동 온도 상승의 결과를 보여줍니다. 4°C에서 일반 버터는 G' 측면에서 스프레더블 버터보다 훨씬 더 단단합니다. 이는 스프레더블 버터를 냉장고에서 바로 사용할 수 있는 이유에 대한 첫 번째 징후를 제공하는데, G' 값이 낮을수록 항복 응력이 낮을 것으로 예상되기 때문입니다. 위상각은 모두 매우 낮아(10° 미만) 냉장고에 보관했을 때 샘플이 매우 단단한 상태이며, 스프레더블 버터가 약간 더 탄성이 있음을 나타냅니다.
온도가 높아질수록 모듈러스 값이 감소하여 주로 결정 유지방의 용융과 관련된 구조의 연화를 나타냅니다. 이 감소는 일반 버터의 경우 4°C에서 20°C 사이에서 약 10MPa가 떨어지는 반면, 스프레더블 버터의 경우 0.5MPa가 떨어지는 등 가장 두드러집니다. 이 용융 전이는 또한 일반 버터 샘플에서 가장 두드러지는 위상 각의 피크와 일치하며 스프레더블 변종에 비해 약간 더 높은 온도에서 발생합니다.
축 방향 테스트
버터 샘플에 대해 수행한 두 번째 테스트는 그림 2와 같이 축 방향 압축-감압 테스트였습니다. 이 테스트는 두 플레이트 사이에서 샘플을 압착한 다음 정상적인 힘의 반응을 계속 기록하면서 플레이트를 분리하는 방식으로 진행되었습니다. 압축 단계는 시료의 항복 및 변형에 해당하며 버터 경도 및 퍼짐 용이성과 관련이 있어야 합니다. 감압 단계는 끈적임 또는 끈적임에 해당하며 버터가 퍼지는 동안 나이프에 달라붙는 경향을 나타내야 합니다.
그림 3은 축 방향 변형에 대한 두 버터 샘플의 일반 힘 프로파일을 보여줍니다. 일반 버터를 1mm 압축하려면 30N의 힘이 필요한 반면, 스프레더블 버터는 6N의 힘만 필요했습니다. 이는 스프레더블 버터가 예상대로 일반 버터보다 훨씬 더 쉽게 물러지고 변형된다는 것을 나타냅니다(덜 단단함). 감압 시 일반 버터는 -10N의 최대 인장력이 발생했지만, 스프레더블 버터에서는 급격한 피크가 관찰되지 않았습니다. 이는 일반 버터가 퍼지는 동안 칼에 달라붙는 경향이 더 크다는 것을 나타냅니다.
결론
레오미터는 미세 구조, 질감 및 확산 용이성 측면에서 다양한 버터의 특성을 분석하고 비교하기 위한 다양한 측정을 수행하는 데 사용할 수 있습니다. 여기에는 온도에 따른 강성 및 점탄성 변화를 조사하기 위한 단일 주파수 진동 테스트와 사용 중 경도 및 점착성을 평가하기 위한 축 방향 테스트가 포함됩니다.