Inleiding
Boter is een meerfasenemulsie die bestaat uit vetbolletjes, kristallijn vet en een waterige fase gedispergeerd in een continue oliefase. Naast smaak zijn textuur, uiterlijk en smeerbaarheid de belangrijkste eigenschappen van boter in termen van klantperceptie. Hardheid en smeerbaarheid zijn omgekeerd evenredig aan elkaar en zijn ook de twee meest gemeten eigenschappen van boter (Wright 2001). Van beide is bekend dat ze sterk afhankelijk zijn van de temperatuur, maar ze worden ook beïnvloed door de afkoelsnelheid na het karnen en regionale of seizoensgebonden variatie door het dieet van de koe (Prentice 1972).
Reologie kan een nuttig hulpmiddel zijn bij het karakteriseren en optimaliseren van de textuureigenschappen van boter. De afschuifmodulus is gerelateerd aan de stijfheid van het product, die kan worden gemeten als functie van de temperatuur met behulp van oscillerende tests, en 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 vertegenwoordigt de spanning die moet worden overwonnen voordat de boter plastisch vervormt, d.w.z. uitvloeit. Moderne reometers zoals de Kinexus roterende reometer hebben ook geavanceerde axiale mogelijkheden die nuttig kunnen zijn voor het onderzoeken van andere eigenschappen van boter, zoals hardheid (samendrukbaarheid) en KleverigheidKleverigheid beschrijft de interactie tussen 2 lagen identieke (autohesie) of verschillende (cohesie) materialen in termen van kleverigheid van het oppervlak.kleverigheid (KleverigheidKleverigheid beschrijft de interactie tussen 2 lagen identieke (autohesie) of verschillende (cohesie) materialen in termen van kleverigheid van het oppervlak.kleverigheid).
Deze toepassingsnotitie laat zien hoe reologie gebruikt kan worden om de smelt- en spreidkarakteristieken van twee commerciële producten te vergelijken - een normale boter en een smeerbare boter. De normale boter was gemaakt van alleen melkvet, terwijl de smeerbare boter een percentage plantaardige olie bevatte om de Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelttemperatuur en de stijfheid van het materiaal te verminderen wanneer het uit de koelkast wordt gehaald.
Experimenteel
- De twee botermonsters werden geëvalueerd over het temperatuurbereik van 4 °C tot 35 °C met behulp van small amplitude oscillerende testen en axiale testen.
- De metingen werden uitgevoerd met een Kinexus reometer met een Peltier-platencartridge en een meetsysteem met een geruwd platenplateau, waarbij gebruik werd gemaakt van vooraf geconfigureerde sequenties in de rSpace software.
- Er werd een standaard beladingsvolgorde gebruikt om ervoor te zorgen dat de monsters een consistente thermische geschiedenis en beladingsprotocol ondergingen.
- Een rekgestuurde temperatuurstijgtest met één frequentie werd uitgevoerd tussen 4°C en 35°C met een snelheid van 2°C/min met een rek binnen de lineaire visco-elastische regio (LVR).
- Er werd een axiale compressie-decompressiecyclus uitgevoerd bij 4°C op 1 mm vers monster en de normale krachtrespons werd gemeten om de hardheid en tack te bepalen.
Bevindingen en discussie
Oscillerende testen
Small oscillerend testen met amplitude is een niet-destructieve test en kan daarom veranderingen aantonen die optreden in een complexe microstructuur met de tijd of temperatuur zonder deze te breken. De parameters die gewoonlijk gemeten worden zijn G', de elastische (opslag) modulus, en G", de viskeuze (verlies) modulus. Deze komen overeen met de stijfheid van respectievelijk de vaste en vloeibare componenten van het monster, waarbij de totale stijfheid wordt gegeven door de Complexe ModulusDe complexe modulus bestaat uit twee componenten, de opslagmodulus en de verliesmodulus. De opslagmodulus (of Young's modulus) beschrijft de stijfheid en de verliesmodulus beschrijft het dempende (of visco-elastische) gedrag van het overeenkomstige monster volgens de methode van Dynamische Mechanische Analyse (DMA). complexe modulus, G* = √(G'2 + G"2).
De fasehoek (δ) is een maat voor het faseverschil tussen de toegepaste rek en de gemeten spanning en kan gebruikt worden om de structuur te kwantificeren in termen van zijn visco-elastische eigenschappen. Een vloeistofachtig materiaal heeft een fasehoek groter dan 45° (90° = volledig vloeibaar) en een vast materiaal kleiner dan 45° (0° = volledig vast).
Figuur 1 toont de resultaten voor de oscillerende temperatuurhelling met één frequentie die werd uitgevoerd op de twee botermonsters. Bij 4°C is de normale boter een orde van grootte stijver dan de smeerbare boter in termen van G'. Dit geeft een eerste indicatie waarom de smeerbare boter direct uit de koelkast kan worden gebruikt, omdat lagere waarden van G' naar verwachting zouden corresponderen met een lagere 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. De fasehoeken zijn beide erg laag (minder dan 10°), wat aangeeft dat de monsters erg vast zijn als ze in de koelkast worden bewaard, waarbij de smeerbare boter iets elastischer is.
Naarmate de temperatuur toeneemt, dalen de moduluswaarden, wat duidt op een verweking van de structuur die voornamelijk samenhangt met het Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelten van het kristallijne melkvet. Deze daling is het grootst voor de normale boter, waarbij G' ongeveer 10 MPa daalt tussen 4°C en 20°C vergeleken met 0,5 MPa voor de smeerbare boter. Deze smeltovergang komt ook overeen met een piek in de fasehoek die het duidelijkst is voor het normale botermonster en bij een iets hogere temperatuur optreedt dan bij de smeerbare variant.
Axiale testen
De tweede test die op de botermonsters werd uitgevoerd was een axiale compressie-decompressietest, zoals geïllustreerd in figuur 2. Hierbij werd het monster tussen de twee platen geperst en vervolgens van elkaar gescheiden terwijl continu de normale krachtrespons werd geregistreerd. Hierbij werd het monster tussen de twee platen geperst en vervolgens van elkaar gescheiden terwijl de normale krachtrespons voortdurend werd geregistreerd. De compressiefase komt overeen met het meegeven en vervormen van het monster en moet in verband worden gebracht met de hardheid van de boter en de smeerbaarheid. De decompressiefase komt overeen met KleverigheidKleverigheid beschrijft de interactie tussen 2 lagen identieke (autohesie) of verschillende (cohesie) materialen in termen van kleverigheid van het oppervlak.plakkerigheid of KleverigheidKleverigheid beschrijft de interactie tussen 2 lagen identieke (autohesie) of verschillende (cohesie) materialen in termen van kleverigheid van het oppervlak.kleverigheid en moet de neiging van de boter aangeven om aan het mes te kleven tijdens het smeren.
Figuur 3 toont de normaalkrachtprofielen voor de twee botermonsters in reactie op de axiale vervorming. Om de normale boter 1 mm in te drukken was 30 N kracht nodig, terwijl de smeerbare boter slechts 6 N kracht nodig had. Dit geeft aan dat de smeerbare boter veel gemakkelijker meegeeft en vervormt (minder hard is) dan de normale boter, zoals te verwachten was. Bij decompressie genereerde de normale boter een piektrekkracht van -10 N, terwijl er geen scherpe piek werd waargenomen voor de smeerbare boter. Dit geeft aan dat de normale boter een grotere neiging zou hebben om aan het mes te blijven plakken tijdens het smeren.
Conclusies
Een reometer kan gebruikt worden om een reeks verschillende metingen uit te voeren voor het karakteriseren en vergelijken van verschillende boters op het gebied van hun microstructuur, textuur en smeerbaarheid. Deze omvatten oscillerende testen met een enkele frequentie om veranderingen in stijfheid en visco-elasticiteit met de temperatuur te meten en axiale testen om de hardheid en KleverigheidKleverigheid beschrijft de interactie tussen 2 lagen identieke (autohesie) of verschillende (cohesie) materialen in termen van kleverigheid van het oppervlak.kleverigheid tijdens gebruik te evalueren.