Inleiding
De afschuifviscositeit van chocolade is een belangrijke eigenschap om consistente kwaliteit te garanderen en industriële processen te optimaliseren. Om de meting van deze kritieke eigenschap te standaardiseren, heeft het International Office of Cocoa, Chocolate, and Sugar Confectionery (IOCCC) in 2000 analysemethode 46 bijgewerkt. Deze methode beschrijft een protocol voor het bepalen van de viscositeit van chocolade en cacaoproducten. Het beschrijft nauwkeurig de monstervoorbereiding en meetprocedure, aangepast aan verschillende soorten cacaoproducten.
Hieronder worden twee chocolades (melk en pure chocolade) gemeten met de Kinexus rotatie reometer volgens deze SOP (Standard Operating Procedure). Vervolgens wordt de Casson-analyse toegepast op de curven. Dit is een wiskundig model dat het vloeigedrag van chocolade beschrijft, in het bijzonder de OpbrengstspanningDe vloeispanning wordt gedefinieerd als de spanning waaronder geen vloei optreedt; letterlijk gedraagt het zich als een zwakke vaste stof in rust en als een vloeistof wanneer het vloeit.vloeispanning. Deze waarde is relevant in de chocolade-industrie, bijvoorbeeld voor pompprocessen, omdat het de minimale kracht weergeeft die nodig is om te vloeien.
Het Casson-model wordt gebruikt om het stromingsgedrag te karakteriseren van vloeistoffen die OpbrengstspanningDe vloeispanning wordt gedefinieerd als de spanning waaronder geen vloei optreedt; letterlijk gedraagt het zich als een zwakke vaste stof in rust en als een vloeistof wanneer het vloeit.vloeispanning vertonen, zoals chocolade, bloed of drukinkt. Het wordt uitgedrukt als:
σ: Schuifspanning [Pa]
σ0: Casson OpbrengstspanningDe vloeispanning wordt gedefinieerd als de spanning waaronder geen vloei optreedt; letterlijk gedraagt het zich als een zwakke vaste stof in rust en als een vloeistof wanneer het vloeit.vloeispanning (spanning die nodig is om de stroming op gang te brengen) [Pa]
k: Eindschuifviscositeit (viscositeit bij hoge afschuifsnelheid) [Pa-s]
- γ: Schuifsnelheid [s-1]
Meetparameters
Elke chocolade werd opgeslagen bij 60°C en vervolgens handmatig gehomogeniseerd met een spatel voordat hij in de meetkamer werd gebracht, die op 40°C werd gehouden. Tabel 1 geeft een overzicht van de meetomstandigheden.
Tabel 1: Meetomstandigheden
| Instrument | Kinexus Prime ultra+ |
|---|---|
| Patroon | Cilinder |
| Test | Rotatie |
| Geometrie | Kop en voet: 25 mm |
| Kloof | 9.15 mm |
| Temperatuur | 40°C |
| Afschuifsnelheid |
|
Resultaten en discussie
Figuur 1 toont de grafiek van de afschuifviscositeitscurves voor de melk- en pure chocolades tijdens het verloop van de afschuifsnelheid tussen 2 en 50 s-1 (OMHOOG, cirkels) en tussen 50 en 2 s-1 (OMLAAG, vierkanten). De twee monsters vertonen afschuifverdunningsgedrag met een goede overeenkomst tussen de stijgende en dalende schijven: De afschuifviscositeit neemt af met toenemende afschuifsnelheden. Dit is voordelig voor de verwerking omdat het verlagen van de afschuifviscositeit bij de afschuifsnelheden die nodig zijn voor bewerkingen zoals pompen, de stromingsweerstand vermindert. Op die manier is de chocolade tijdens de productie gemakkelijker en met minder energie door de leidingen te transporteren.
De donkere chocolade heeft een hogere afschuifviscositeit dan de melkchocolade over het hele gemeten afschuifbereik. Dit maakt hem geschikter voor coatingtoepassingen, waarbij de afschuifviscositeit een sleuteleigenschap is om een uniforme laag op snoepjes te krijgen zonder te druipen of te spreiden. Bovendien is deze eigenschap ook gerelateerd aan het mondgevoel van de consument: Hoe hoger de afschuifviscositeit, hoe romiger de chocolade wordt ervaren.
Figuren 2 en 3 tonen de resultaten van de Casson-analyse voor het afschuifbereik tussen 5 en 50 s-1 voor respectievelijk de melkchocolade en de pure chocolade. De analyse wordt automatisch uitgevoerd in de meet- en evaluatiesoftware rSpace zodra de meting beëindigd is.
Zowel de op- als neerwaartse afschuivingstabellen vertonen een goede correlatie tussen de gemeten stroomcurves en het Casson-model. De OpbrengstspanningDe vloeispanning wordt gedefinieerd als de spanning waaronder geen vloei optreedt; letterlijk gedraagt het zich als een zwakke vaste stof in rust en als een vloeistof wanneer het vloeit.vloeispanning van de pure chocolade is veel hoger dan die van de melkchocolade, wat betekent dat het pompen moeilijker zou zijn, d.w.z. een grotere kracht zou vereisen.
Hoe de herhaalbaarheid van de test te controleren: Metingen onder controle van afschuifsnelheid en afschuifspanning
Een betrouwbare methode om de herhaalbaarheid van de metingen te controleren is om ze uit te voeren met een andere geometrie of met een ander soort controle. Dit komt omdat een afschuifviscositeit bij een bepaalde temperatuur en afschuifsnelheid een absolute waarde is. Deze is onafhankelijk van de gebruikte geometrie. Ook moet dezelfde waarde worden verkregen, of de afschuifsnelheid nu wordt gecontroleerd of de afschuifspanning.
Om dit te illustreren werd op bijna dezelfde manier een meting uitgevoerd op pure chocolade. Het enige verschil was dat in plaats van een op- en neerwaartse tabel van afschuifsnelheid, een op- en neerwaartse tabel van afschuifspanning werd toegepast. De resulterende curven in figuur 4 vertonen een goede herhaalbaarheid.
Conclusie
De afschuifviscositeitscurves die met de Kinexus rotatie reometer worden uitgevoerd, worden niet alleen gebruikt om een consistente kwaliteit van de verschillende batches te garanderen, maar ze helpen ook om het gedrag van de chocolade tijdens de verwerking en het mondgevoel te voorspellen. Een reologisch begrip van chocolade is dus cruciaal voor procesoptimalisatie en productontwerp.
De sequenties en de evaluatie van de Casson-analyse die automatisch volgt na elke meting, maken van een aanvankelijk complexe methode een routineactiviteit.