09.08.2023 by Philip Rolfe, Milena Riedl
Perfecting Delicious… Optimizing the Rheology of Chocolate
Chocolate is one of the world’s favorite snack foods. The texture, or mouthfeel, of chocolate is critical for the consumer perception of product quality. It is possible to finely control the textural aspects of the signature flavor of chocolates. The mouthfeel can be characterized through the determination of flow ‒ by rheology. Learn how to do this in our article!
초콜릿은 세계에서 가장 인기 있는 간식 중 하나입니다. 2017년 스위스는 1인당 초콜릿 소비량이 가장 많은 국가 1위를 차지했습니다. 스위스 국민들은 그 해에 거의 9킬로그램의 달콤한 초콜릿을 먹었습니다.
초콜릿의 독특한 매력은 맛, 향, 식감에 있습니다. 이 세 가지 속성이 결합되어 초콜릿의 복합적인 풍미가 만들어집니다. 초콜릿의 천연 성분은 재배 조건에 따라 달라지기 때문에 초콜릿 제조업체는 초콜릿 제품의 풍미가 시그니처 풍미와 일관되게 유지되도록 하기 위해 많은 노력을 기울입니다. 여러 배치에 걸쳐 시그니처 풍미를 재현하려면 분석 기술과 고가의 관능 테스트의 상관관계가 필요합니다. 모든 배치에 대해 관능 테스트를 하는 것은 아무리 바람직한 작업이라 해도 현실적으로 불가능합니다!
초콜릿이 완벽한 이유는 무엇인가요?
초콜릿의 매력을 높이는 데는 몇 가지 요소가 중요한 것으로 간주됩니다.
여기에는 다음이 포함됩니다:
- 입안에서 녹을 수 있도록 37°C 이하의 녹는 온도
- 매력적으로 보이도록 빛나는 광택
- 부드러운 질감으로 기분 좋은 식감을 선사합니다
- 스냅, 그래서 초기 "물림"이 있습니다
지방상(다른 지방과 혼합될 수 있는 코코아 버터)의 유동 특성은 초콜릿이 입안을 코팅하고 풍미 인식에 영향을 미치는 방식을 제어합니다. 초콜릿의 유동성 또는 유변학적 특성은 초콜릿 제조 공정에도 상당한 영향을 미칩니다. 입자 크기를 줄이면 점도가 증가하여 액체 초콜릿이 공장을 통과할 때 막힘 현상이 발생할 수 있습니다.
최종 제품은 고체 초콜릿의 바 또는 정제가 될 수도 있고, 필링 센터를 둘러싸는 엔로빙 공정에 초콜릿이 사용될 수도 있습니다. 엔로빙 공정용 초콜릿은 종종 좋은 커버리지를 얻기 위해 최적화되며 정제용 초콜릿과는 다른 레시피가 적용될 수 있습니다.
초콜릿의 점도에 대한 온도의 영향
초콜릿의 점도-온도 프로파일은 제형과 템퍼링 공정을 최적화할 때 매우 중요하며, 소비 환경까지 고려해야 합니다. 예를 들어, 아이스크림 바(초코 아이스 등)를 입히는 데 사용되는 초콜릿의 녹는점을 크게 낮춰야 한다는 것은 흥미로운 일입니다. 사람이 아이스크림 바를 먹을 때 구강 온도가 크게 떨어지고 표준 초콜릿 제형은 이러한 조건에서 녹지 않기 때문입니다. 표준 초콜릿으로 아이스크림을 코팅하면 결과적으로 약간의 코코아 맛만 나고 단단한 조각이 들어간 아이스크림의 식감이 사라지게 됩니다. 다행히도 고체 초콜릿의 유변학은 그림 1과 같이 녹는점 아래에서 위로 진동 온도 상승을 통해 완전히 특성화할 수 있습니다. 이를 통해 제조사는 고체 초콜릿 바의 씹는 맛을 최적화하고 녹는점 위에서도 초콜릿의 풍미를 충분히 느낄 수 있습니다.
점도가 낮은 초콜릿 시럽의 경우 점도 측정 테스트를 사용할 수 있습니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 점도가 18~24°C 주변에서 거의 두 배 가까이 떨어지도록 배합되어 있다는 점이 주목할 만합니다:
다크, 밀크, 화이트 초콜릿의 점도
초콜릿 제조 공정의 변화와 성분의 변이를 최소화하기 위해 단일 범위 및 브랜드의 다크 초콜릿, 밀크 초콜릿, 화이트 초콜릿을 측정 대상으로 선정했습니다. 측정은 NETZSCH 키넥서스 레오미터로 수행되었습니다. 다크 초콜릿, 밀크 초콜릿, 화이트 초콜릿의 미립자 성분은 표 1에 나와 있습니다.
표 1: 다양한 유형의 초콜릿의 미립자 성분
| 코코아 고형물 | 설탕 | 밀크 파우더 | |
| 다크 | Y | Y | |
| 밀크 | Y | Y | Y |
| 흰색 | Y |
다크 초콜릿은 측정된 전단 속도 범위에서 점도가 가장 낮으며 공장 주변으로 파이프하기 가장 쉽습니다(그림 1). 흥미롭게도 밀크 초콜릿의 점도는 더 높지만 수율 응력은 다크 초콜릿과 비슷합니다(표 2). 이는 밀크 초콜릿과 다크 초콜릿이 비슷한 "슬럼프" 특성을 가지며 비슷한 방식으로 금형을 채울 것임을 시사합니다. 화이트 초콜릿은 전 범위에서 점도가 가장 높고 수율 응력도 약간의 차이로 가장 높습니다. 화이트 초콜릿은 요리와 제과를 전공하는 학생들에게는 가장 작업하기 어려운 것으로 알려져 있으며, 이 경우에는 확실히 유변학적 특성이 매우 다릅니다.
표 2: 동일한 제조업체에서 생산한 다크, 밀크, 화이트 초콜릿의 항복 응력 및 전단 점도
| 항복 응력(Pa) | 전단 점도(Pa s) | |
| 다크 | 5.03 | 0.94 |
| Milk | 5.71 | 1.66 |
| 흰색 | 18.9 | 1.86 |
초콜릿 가공을 최적화하는 방법
회전식 레오미터의 진동 테스트를 통해 초콜릿의 유변학적 특성에 대한 추가 정보를 확인할 수 있습니다. 이는 탄성 계수(G'), 점성 계수(G'') 및 위상각(δ)을 통해 초콜릿의 점탄성 특성에 대한 추가 정보를 제공합니다. 또한 항복 응력을 결정하기 위한 정전단 시험을 대체할 수 있는 방법도 제공합니다.
탄성 및 점성 계수는 초콜릿의 미세 구조적 특성과 관련이 있으며, 고체 및 액체와 같은 특성을 평가하여 초콜릿의 성분 상호 작용 및 용융 특성을 조사하는 데 사용할 수 있습니다.
항복 응력은 고체 구조를 분해하여 유동시키는 데 필요한 응력으로, 초콜릿이 금형을 코팅하는 방법과 초콜릿이 굳기 전에 금형 벽에 얼마나 잘 달라붙거나 슬럼프가 발생하는지에 영향을 미칩니다.
small 진동 측정은 비파괴 검사로, 재료가 변형되거나 힘이 가해졌을 때 재료가 어떻게 작동하는지 - 재료가 항복하고 흐르기 시작하기 전에 - 보여줍니다. 이러한 동작이 발생하는 응력 또는 변형 영역을 선형 점탄성 영역(LVR)이라고 합니다.
전단 응력의 함수로서 G'를 측정하여 구조물의 항복 응력을 결정할 수 있으며, 이는 일반적으로 G'가 떨어지기 시작하고 LVR이 끝나는 응력으로 간주됩니다. 항복 응력 측정 방법에 따라 약간씩 다른 답이 나올 수 있다는 점에 유의하세요. 예를 들어, 전단 응력 대 전단 속도에 대한 안정된 전단 플롯을 제로 전단 속도로 외삽하여 초콜릿의 항복 응력을 결정하는 데는 일반적으로 Casson 및 Windhab 모델이 사용됩니다. 진동 테스트는 덜 일반적이지만 초콜릿 간의 차이를 더 잘 해결할 수 있는 것으로 나타났습니다. 테스트한 밀크 초콜릿의 경우 항복 응력은 0.45Pa로 확인되었습니다(그림 4).
유변학으로 초콜릿 제품 품질 보장
초콜릿의 질감, 즉 식감은 제품 품질에 대한 소비자의 인식에 매우 중요합니다. 고가의 관능 테스트와 분석 결과를 상호 연관시켜 초콜릿 브랜드의 시그니처 맛의 질감을 세밀하게 제어할 수 있습니다. 식감은 유변학에 의한 유동성 측정을 통해 특성화할 수 있습니다.
출처
www.howitworksdaily.com/why-is-chocolate-so-tasty
Chan, F. and De Kee, D. (1994) 과도 네트워크에서 항복 응력 및 small 진폭 진동 흐름. 산업 및 공학 화학 연구, 33(10), p2374-2376
De Graef, V., Depypere, F., Minnaert, M., & Dewettinck, K. (2011). 진동 유변학으로 측정 한 초콜릿 항복 응력. 국제 식품 연구, 44(9), 2660-2665.