Introducere
Vâscozitatea de forfecare a ciocolatei este o caracteristică esențială pentru asigurarea calității constante și optimizarea proceselor industriale. Pentru a standardiza măsurarea acestei proprietăți critice, Oficiul Internațional al Cacaoului, Ciocolatei și Dulciurilor (IOCCC) a actualizat metoda analitică 46 în 2000. Această metodă prezintă un protocol pentru determinarea vâscozității ciocolatei și a produselor pe bază de cacao. Ea descrie meticulos procedura de preparare și măsurare a probelor, adaptată la diferite tipuri de produse pe bază de cacao.
În cele ce urmează, două ciocolate (ciocolată cu lapte și ciocolată neagră) sunt măsurate cu reometrul rotativ Kinexus conform acestei proceduri standard de operare (SOP). Apoi, analiza Casson este aplicată curbelor. Acesta este un model matematic care descrie comportamentul de curgere al ciocolatei, în special tensiunea sa de curgere. Această valoare este relevantă în industria ciocolatei, de exemplu, pentru procesele de pompare, deoarece reprezintă forța minimă necesară pentru a induce curgerea.
Modelul Casson este utilizat pentru a caracteriza comportamentul de curgere al fluidelor care prezintă tensiuni de curgere, cum ar fi ciocolata, sângele sau cernelurile tipografice. Acesta este exprimat astfel:
σ: Tensiunea de forfecare [Pa]
σ0: Tensiunea de curgere Casson (tensiunea necesară pentru inițierea curgerii) [Pa]
k: Vâscozitatea de forfecare terminală (vâscozitatea la viteză mare de forfecare) [Pa-s]
- γ: Viteza de forfecare [s-1]
Parametrii de măsurare
Fiecare ciocolată a fost stocată la 60°C și apoi omogenizată manual cu o spatulă înainte de a fi introdusă în geometrie, care a fost menținută la 40°C. Tabelul 1 rezumă condițiile de măsurare.
Tabelul 1: Condiții de măsurare
| Instrument | Kinexus Prime ultra+ |
|---|---|
| Cartuș | Cilindru |
| Test | Rotire |
| Geometrie | Cupa și bob: 25 mm |
| Gap | 9.15 mm |
| Temperatura | 40°C |
| Viteza de forfecare |
|
Rezultate și discuții
Figura 1 prezintă graficul curbelor de vâscozitate la forfecare pentru ciocolata cu lapte și ciocolata neagră pe parcursul progresiei ratei de forfecare între 2 și 50 s-1 (UP, cercuri) și între 50 și 2 s-1 (DOWN, pătrate). Cele două probe prezintă un comportament de subțiere prin forfecare cu o bună concordanță între rampele ascendente și descendente: Vâscozitatea de forfecare scade odată cu creșterea vitezelor de forfecare. Acest lucru este avantajos pentru prelucrare, deoarece reducerea vâscozității de forfecare la vitezele de forfecare necesare pentru operațiuni precum pomparea scade rezistența la curgere. În acest fel, transferul ciocolatei prin conducte în timpul fabricației este mai ușor și necesită mai puțină energie.
Ciocolata neagră are o vâscozitate de forfecare mai mare decât ciocolata cu lapte în întreaga gamă de viteze de forfecare măsurate. Acest lucru o face mai potrivită pentru aplicațiile de acoperire, în care vâscozitatea la forfecare este o caracteristică cheie pentru obținerea unui strat uniform pe bomboane, fără picurare și împrăștiere. În plus, această proprietate este legată și de senzația în gură a consumatorului: Cu cât vâscozitatea de forfecare este mai mare, cu atât ciocolata este percepută ca fiind mai cremoasă.
Figurile 2 și 3 prezintă rezultatele analizei Casson pentru intervalul de viteză de forfecare cuprins între 5 și 50 s-1 pentru ciocolata cu lapte și, respectiv, ciocolata neagră. Analiza este efectuată automat în software-ul de măsurare și evaluare rSpace de îndată ce măsurarea este finalizată.
Atât tabelele ascendente, cât și cele descendente ale vitezei de forfecare prezintă o bună corelație între curbele de curgere măsurate și modelul Casson. Tensiunea de curgere a ciocolatei negre este mult mai mare decât cea a ciocolatei cu lapte, ceea ce înseamnă că pomparea ar fi mai dificilă, adică ar necesita o forță mai mare.
Cum să verificați repetabilitatea testului: Măsurări controlate de rata de forfecare și de tensiunea de forfecare
O metodă fiabilă de verificare a repetabilității măsurătorilor este de a le efectua fie cu o altă geometrie, fie cu un alt tip de control. Acest lucru se datorează faptului că o vâscozitate de forfecare la o temperatură și o rată de forfecare specificate este o valoare absolută. Aceasta este independentă de geometria utilizată. De asemenea, indiferent dacă este controlată de rata de forfecare sau de tensiunea de forfecare, trebuie obținută aceeași valoare.
Pentru a ilustra acest lucru, a fost efectuată o măsurare pe ciocolată neagră aproape în același mod. Singura diferență a fost că, în loc de un tabel ascendent și descendent al ratei de forfecare, s-a aplicat un tabel ascendent și descendent al tensiunii de forfecare. Curbele rezultate prezentate în figura 4 prezintă o bună repetabilitate.
Concluzie
Curbele de vâscozitate la forfecare realizate cu reometrul rotativ Kinexus sunt utilizate nu numai pentru a asigura o calitate constantă între loturi, ci ajută și la prezicerea comportamentului ciocolatei în timpul procesării, precum și a senzației în gură. Așadar, înțelegerea reologică a ciocolatei este esențială pentru optimizarea procesului și proiectarea produsului.
Secvențele, precum și evaluarea analizei Casson care urmează automat după fiecare măsurare transformă o metodă inițial complexă într-o activitate de rutină.