Introdução
A viscosidade de cisalhamento do chocolate é uma característica fundamental para garantir uma qualidade consistente e otimizar os processos industriais. Para padronizar a medição dessa propriedade essencial, o International Office of Cocoa, Chocolate, and Sugar Confectionery (IOCCC) atualizou o Método Analítico 46 em 2000. Esse método descreve um protocolo para determinar a viscosidade do chocolate e de produtos à base de cacau. Ele descreve meticulosamente a preparação da amostra e o procedimento de medição, adaptados a diferentes tipos de produtos de cacau.
A seguir, dois chocolates (ao leite e amargo) são medidos com o reômetro rotacional Kinexus seguindo esse POP (Procedimento Operacional Padrão). Em seguida, a análise de Casson é aplicada às curvas. Trata-se de um modelo matemático que descreve o comportamento de fluxo do chocolate, especialmente sua Tensão de escoamentoA tensão de escoamento é definida como a tensão abaixo da qual não ocorre fluxo; comporta-se literalmente como um sólido fraco em repouso e como um líquido quando escoado.tensão de escoamento. Esse valor é relevante no setor de chocolate, por exemplo, para processos de bombeamento, pois representa a força mínima necessária para induzir o fluxo.
O modelo de Casson é usado para caracterizar o comportamento do fluxo de fluidos que apresentam comportamento de Tensão de escoamentoA tensão de escoamento é definida como a tensão abaixo da qual não ocorre fluxo; comporta-se literalmente como um sólido fraco em repouso e como um líquido quando escoado.tensão de escoamento, como chocolate, sangue ou tintas de impressão. Ele é expresso como:
σ: Tensão de cisalhamento [Pa]
σ0: Tensão de rendimento de Casson (EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão necessária para iniciar o fluxo) [Pa]
k: Viscosidade de cisalhamento terminal (viscosidade em alta taxa de cisalhamento) [Pa-s]
- γ: Taxa de cisalhamento [s-1]
Parâmetros de medição
Cada chocolate foi armazenado a 60°C e, em seguida, homogeneizado manualmente com uma espátula antes de ser introduzido na geometria, que foi mantida a 40°C. A Tabela 1 resume as condições de medição.
Tabela 1: Condições de medição
| Instrumento | Kinexus Prime ultra+ |
|---|---|
| Cartucho | Cilindro |
| Teste | Rotação |
| Geometria | Copo e bobina: 25 mm |
| Folga | 9.15 mm |
| Temperatura de rotação | 40°C |
| Taxa de cisalhamento |
|
Resultados e discussão
A Figura 1 mostra o gráfico das curvas de viscosidade de cisalhamento para os chocolates ao leite e amargo no curso da progressão da taxa de cisalhamento entre 2 e 50 s-1 (UP, círculos) e entre 50 e 2 s-1 (DOWN, quadrados). As duas amostras apresentam comportamento de afinamento por cisalhamento com boa concordância entre as rampas de subida e descida: A viscosidade de cisalhamento diminui com o aumento das taxas de cisalhamento. Isso é vantajoso para o processamento porque a redução da viscosidade de cisalhamento nas taxas de cisalhamento necessárias para operações como bombeamento diminui a resistência ao fluxo. Dessa forma, a transferência do chocolate pelos tubos durante a fabricação é mais fácil e requer menos energia.
O chocolate amargo tem uma viscosidade de cisalhamento mais alta do que o chocolate ao leite em toda a faixa de taxa de cisalhamento medida. Isso o torna mais adequado para aplicações de revestimento, nas quais a viscosidade de cisalhamento é uma característica fundamental para a obtenção de uma camada uniforme em doces sem gotejamento ou espalhamento. Além disso, essa propriedade também está relacionada à sensação na boca do consumidor: Quanto maior a viscosidade de cisalhamento, mais cremoso o chocolate é percebido.
As Figuras 2 e 3 exibem os resultados da análise de Casson para a faixa de taxa de cisalhamento entre 5 e 50 s-1 para os chocolates ao leite e amargo, respectivamente. A análise é realizada automaticamente no software de medição e avaliação rSpace assim que a medição é concluída.
As tabelas ascendentes e descendentes da taxa de cisalhamento apresentam uma boa correlação entre as curvas de fluxo medidas e o modelo de Casson. A Tensão de escoamentoA tensão de escoamento é definida como a tensão abaixo da qual não ocorre fluxo; comporta-se literalmente como um sólido fraco em repouso e como um líquido quando escoado.tensão de escoamento do chocolate amargo é muito maior do que a do chocolate ao leite, o que significa que o bombeamento seria mais difícil, ou seja, exigiria uma força maior.
Como verificar a repetibilidade do teste: Medições controladas por taxa de cisalhamento e tensão de cisalhamento
Um método confiável para verificar a repetibilidade das medições é realizá-las com outra geometria ou com um tipo diferente de controle. Isso ocorre porque a viscosidade de cisalhamento em uma temperatura e taxa de cisalhamento especificadas é um valor absoluto. Ele é independente da geometria usada. Além disso, seja com controle de taxa de cisalhamento ou com controle de EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão de cisalhamento, o mesmo valor deve ser obtido.
Para ilustrar isso, foi realizada uma medição em chocolate amargo quase da mesma forma. A única diferença foi que, em vez de uma tabela ascendente e descendente de taxa de cisalhamento, foi aplicada uma tabela ascendente e descendente de EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão de cisalhamento. As curvas resultantes exibidas na figura 4 apresentam boa repetibilidade.
Conclusão
As curvas de viscosidade de cisalhamento realizadas com o reômetro rotacional Kinexus são usadas não apenas para garantir a qualidade consistente dos lotes, mas também ajudam a prever o comportamento do chocolate durante o processamento e a sensação na boca. Portanto, a compreensão reológica do chocolate é fundamental para a otimização do processo e o design do produto.
As sequências, bem como a avaliação da análise de Casson, que ocorre automaticamente após cada medição, transformam um método inicialmente complexo em uma atividade rotineira.