Błyskawiczna kontrola jakości czekolady za pomocą urządzenia Kinexus

Wprowadzenie

Lepkość czekolady przy ścinaniu jest kluczową cechą zapewniającą stałą jakość i optymalizację procesów przemysłowych. W celu standaryzacji pomiaru tej krytycznej właściwości, Międzynarodowe Biuro Kakao, Czekolady i Wyrobów Cukierniczych (IOCCC) zaktualizowało w 2000 roku metodę analityczną nr 46. Metoda ta określa protokół oznaczania lepkości czekolady i produktów na bazie kakao. Opisuje ona skrupulatnie procedurę przygotowania próbki i pomiaru, dostosowaną do różnych rodzajów wyrobów kakaowych.

Poniżej, dwie czekolady (mleczna i ciemna) są mierzone za pomocą reometru rotacyjnego Kinexus zgodnie ze standardową procedurą operacyjną (SOP). Następnie do krzywych zastosowano analizę Cassona. Jest to model matematyczny opisujący zachowanie czekolady podczas płynięcia, w szczególności jej granicę plastyczności. Wartość ta jest istotna w przemyśle czekoladowym, na przykład w procesach pompowania, ponieważ reprezentuje minimalną siłę wymaganą do wywołania płynięcia.

Model Cassona jest używany do scharakteryzowania zachowania przepływu płynu, który wykazuje zachowanie granicy plastyczności, takiego jak czekolada, krew lub farby drukarskie. Jest on wyrażony jako:

σ: Naprężenie ścinające [Pa]
_σ0: Granica plastyczności Cassona (naprężenie wymagane do zainicjowania przepływu) [Pa]
k: Końcowa lepkość ścinania (lepkość przy dużej szybkości ścinania) [Pa-s]
- γ: Szybkość ścinania [^s-1]

Parametry pomiaru

Każda czekolada była przechowywana w temperaturze 60°C, a następnie ręcznie homogenizowana szpatułką przed wprowadzeniem do geometrii, która była utrzymywana w temperaturze 40°C. Tabela 1 podsumowuje warunki pomiaru.

Tabela 1: Warunki pomiaru

Urządzenie	Kinexus Prime ultra+
Wkład	Cylinder
Test	Obrót
Geometria	Kubek i bob: 25 mm
Szczelina	9.15 mm
Temperatura	40°C
Szybkość ścinania	Ścinanie wstępne: 5 ^s-1 (15 min) 2 do 50 ^s-1, 10 próbek na dekadę 50 do 2 ^s-1, 10 próbek na dekadę

Wyniki i dyskusja

Rysunek 1 przedstawia wykres krzywych lepkości ścinania dla czekolady mlecznej i ciemnej w trakcie progresji szybkości ścinania od 2 do 50 ^s-1 (UP, kółka) i od 50 do 2 ^s-1 (DOWN, kwadraty). Obie próbki wykazują zachowanie rozrzedzania ścinaniem z dobrą zgodnością między rampami w górę i w dół: Lepkość ścinania zmniejsza się wraz ze wzrostem szybkości ścinania. Jest to korzystne dla przetwarzania, ponieważ zmniejszenie lepkości ścinania przy szybkościach ścinania potrzebnych do operacji takich jak pompowanie zmniejsza opór przepływu. W ten sposób przenoszenie czekolady przez rury podczas produkcji jest łatwiejsze i wymaga mniej energii.

1) Krzywe lepkości ścinania czekolady mlecznej i ciemnej

Ciemna czekolada ma wyższą lepkość ścinania niż czekolada mleczna w całym mierzonym zakresie szybkości ścinania. To sprawia, że jest bardziej odpowiednia do powlekania, w którym lepkość przy ścinaniu jest kluczową cechą dla uzyskania jednolitej warstwy na cukierkach bez kapania i rozprzestrzeniania się. Co więcej, właściwość ta jest również związana z odczuciem w ustach konsumenta: Im wyższa lepkość przy ścinaniu, tym czekolada jest postrzegana jako bardziej kremowa.

Rysunki 2 i 3 przedstawiają wyniki analizy Cassona dla zakresu szybkości ścinania od 5 do 50 ^s-1, odpowiednio dla czekolady mlecznej i ciemnej. Analiza jest wykonywana automatycznie w oprogramowaniu do pomiarów i oceny rSpace zaraz po zakończeniu pomiaru.

Zarówno tabele szybkości ścinania w górę, jak i w dół wykazują dobrą korelację między zmierzonymi krzywymi przepływu a modelem Cassona. Granica plastyczności ciemnej czekolady jest znacznie wyższa niż czekolady mlecznej, co oznacza, że pompowanie byłoby trudniejsze, tj. wymagałoby większej siły.

2) Czekolada mleczna. Analiza Cassona dla tabel szybkości ścinania w górę i w dół w zakresie od 5 do 50 s-1

3) Ciemna czekolada. Analiza Cassona dla tabel szybkości ścinania w górę i w dół w zakresie od 5 do 50 s-1

Jak sprawdzić powtarzalność testu: Pomiary kontrolowane szybkością ścinania i naprężeniem ścinającym

Niezawodną metodą sprawdzenia powtarzalności pomiarów jest wykonanie ich z inną geometrią lub z innym rodzajem kontroli. Wynika to z faktu, że lepkość ścinania w określonej temperaturze i szybkości ścinania jest wartością bezwzględną. Jest ona niezależna od zastosowanej geometrii. Ponadto, niezależnie od tego, czy kontrolowana jest szybkość ścinania, czy naprężenie ścinające, należy uzyskać tę samą wartość.

Aby to zilustrować, przeprowadzono pomiar ciemnej czekolady w niemal identyczny sposób. Jedyna różnica polegała na tym, że zamiast tabeli szybkości ścinania w górę i w dół zastosowano tabelę naprężenia ścinającego w górę i w dół. Wynikowe krzywe przedstawione na rysunku 4 wykazują dobrą powtarzalność.

4) Ciemna czekolada. Pomiary kontrolowane szybkością ścinania i naprężeniem ścinającym.

Wnioski

Krzywe lepkości ścinania wykonane za pomocą reometru rotacyjnego Kinexus są wykorzystywane nie tylko do zapewnienia stałej jakości w różnych partiach, ale także pomagają przewidzieć zachowanie czekolady podczas przetwarzania, a także jej odczucia w ustach. Reologiczne zrozumienie czekolady ma zatem kluczowe znaczenie dla optymalizacji procesu i projektowania produktu.

Sekwencje, a także ocena analizy Cassona, która następuje automatycznie po każdym pomiarze, zamieniają początkowo złożoną metodę w rutynowe działanie.