Generalități
Ciocolata topită poate fi descrisă ca o suspensie concentrată de particule solide fine și grosiere, cum ar fi pudra de cacao, zahărul și laptele praf, dispersate într-o fază continuă de grăsime, de obicei unt de cacao [1]. Comportamentul său reologic este determinat de caracteristicile fizico-chimice ale componentelor sale, împreună cu mai mulți alți factori, cum ar fi compoziția și temperatura. Printre altele, distribuția dimensiunii particulelor, tipul de emulgator și cristalizarea zahărului determină vâscozitatea produsului care urmează să fie prelucrat.
De la vâscozitatea ciocolatei la clienți mulțumiți ...și producători!
La rândul său, vâscozitatea de forfecare a ciocolatei topite influențează senzația în gură a acesteia pentru consumatori. Această vâscozitate a ciocolatei este extrem de importantă nu numai în ceea ce privește încântarea consumatorului, ci și în procesul de fabricație și în controlul calității produsului final. Proprietățile vâscoelastice adecvate ale ciocolatei topite, de exemplu, garantează eficiența proceselor de tubulatură și turnare, împiedicând formarea bulelor de aer în timpul turnării și asigurând producerea de coji omogene în timpul înrobării.
Vâscozitatea de forfecare și punctul de curgere sunt principalele proprietăți reologice de interes în procesele industriale ale ciocolatei. Vâscozitatea de forfecare se calculează simplu prin împărțirea tensiunii de forfecare la viteza de forfecare. Tensiunea de curgere poate fi determinată în diferite moduri [2]. Una dintre acestea aplică diferite funcții de model, cum ar fi modelul Casson, pe curba de curgere.
Pentru a asigura standarde înalte de calitate asupra proceselor industriale la care sunt supuse diferitele formulări de cacao, Oficiul Internațional al Cacaoului, Ciocolatei și Dulciurilor (IOCCC) a publicat o revizuire a metodei analitice 46 în 2000, care definește un protocol standard pentru măsurarea vâscozității ciocolatei și a produselor din cacao [3].
Metoda analitică 46 cu Kinexus Prime RotationalReometru
În conformitate cu această metodă, vâscozitatea ciocolatei topite se măsoară cu un reometru rotativ echipat cu o geometrie de cupă și bob din oțel lustruit. Capătul bobului, sau al rotorului, poate fi conic sau adâncit.
Metoda prescrie în detaliu pregătirea probei, oferind orientări specifice pentru probele lichide și solide de ciocolată albă, cu lapte sau neagră, cu sau fără zahăr. Pe scurt, probele trebuie încălzite inițial pentru o perioadă de timp, temperatura și durata depinzând de tipul de produs de cacao. Geometria trebuie să fie precondiționată la 40 °C pentru a evita cristalizarea ciocolatei topite în timpul procesului de încărcare. De asemenea, este necesară o etapă de predespicare pentru a asigura echilibrul temperaturii, distribuția omogenă a probei în interiorul geometriei și eliminarea bulelor de aer.
Pre-tăierea se efectuează la 40°C (± 0,1°C) la o rată de forfecare constantă, de obicei 5 s-1 (sau 2 s-1 pentru produsele mai groase); aceasta trebuie continuată până când cuplul rămâne constant timp de cel puțin 2 minute, cu o abatere maximă de 2%. Stabilizarea trebuie obținută în termen de 15 minute, altfel măsurarea nu poate fi efectuată.
Măsurarea se efectuează la 40°C în trei etape:
- Viteza de forfecare este crescută de la 2 s-1 la 50 s-1 pe o perioadă de 3 minute. Aceasta se poate efectua continuu sau în trepte la rate de forfecare de 2, 5, 10, 20 și 50 s-1.
- Viteza de forfecare este menținută la 50 s-1 timp de 1 minut.
- Viteza de forfecare se reduce de la 50 s-1 la 2 s-1 în 3 minute, din nou în mod continuu sau progresiv, urmând aceeași schemă de viteze de forfecare definită în prima etapă.
Pentru a ilustra aplicarea acestei secvențe, în cele ce urmează sunt discutate rezultatele obținute în urma comparării a patru tablete comerciale diferite de ciocolată de o singură marcă. Prima a fost o ciocolată cu lapte conținând 55% cacao, iar celelalte trei au fost tablete de ciocolată neagră conținând 70, 85 și 100% cacao. Măsurătorile au fost efectuate cu ajutorul reometrului rotațional Kinexus Prime ultra+ echipat cu un cartuș cilindric și o geometrie cup-and-bob de 34 mm. Temperatura și etapele analitice au fost aplicate exact așa cum sunt definite în metoda analitică 46. Figura 1 prezintă rata de forfecare (în verde) aplicată în timpul preforfecării și a celor trei etape, precum și vâscozitatea de forfecare (în albastru) atinsă pentru o ciocolată cu 100 % cacao.
Curbele de vâscozitate la forfecare ale celor patru ciocolate testate arată un comportament de subțiere la forfecare: cu cât rata de forfecare este mai mare, cu atât vâscozitatea la forfecare este mai mică; figura 2. Curbele de curgere nu descriu un rezultat intuitiv. Compoziția, concentrația fiecărui component și distribuția dimensiunilor particulelor solide în suspensie afectează în mod direct vâscozitatea ciocolatei topite.
Aceste patru probe diferite au compoziții diferite, după cum se poate vedea în tabelul 1, și, prin urmare, vâscozități diferite. Ciocolata cu lapte cu 55% cacao, de exemplu, este singura care conține pudră de smântână și emulgator.
Tabelul 1: Compoziția și ordinea de greutate a ciocolatei cu lapte și a ciocolatei negre, cu diferite concentrații de cacao.
Ingrediente | Ordinea greutății* | |||
|---|---|---|---|---|
100 % | 85 % | 70 % | 55 % | |
| Masa de cacao | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Unt de cacao | 2 | 2 | 3 | 3 |
| Pudră ușoară de cacao | 3 | 3 | - | - |
| Zahăr | - | 4 | 2 | 2 |
| Emulsificator | - | - | - | 5 |
| Pudră cremă | - | - | - | 4 |
| Vanilie | - | 5 | 4 | - |
*Ordinea ponderii: 1 = cea mai mare concentrație și 5 = cea mai mică concentrație
După cum s-a menționat anterior, modelul Casson este aplicat pe curba de curgere rezultată pentru a determina tensiunea de curgere Casson, adică tensiunea de forfecare minimă necesară pentru a induce curgerea, precum și vâscozitatea Casson, adică vâscozitatea finală în regiunea de forfecare ridicată. Următoarea ecuație descrie ajustarea modelului Casson:
O curbă de debit tipică cu analiză Casson automată este prezentată mai jos în figura 3, în timp ce tabelul 2 rezumă rezultatele analizei Casson pentru toate cele patru tipuri de ciocolată.
Tabelul 2: Rezultatele analizei Casson pentru toate cele patru ciocolate.
Eșantion | Casson Tensiune de cedare (Pa) | Vâscozitatea de forfecare Casson (Pa-s) |
|---|---|---|
| 55 % | 7.07 | 0.37 |
| 70 % | 5.30 | 1.19 |
| 85 % | 0.68 | 0.29 |
| 100 % | 1.45 | 0.91 |
rSpace Software - Aplicație simplă SOP (proceduri standard de operare)
Tensiunea de curgere este definită ca tensiunea de forfecare peste care materialul vâscoelastic începe să curgă. Cu cât este mai mică tensiunea de curgere, cu atât este mai mică rezistența ciocolatei la curgere. Prin urmare, aceasta este o caracteristică importantă care va defini procesabilitatea formulei de cacao; de exemplu, forța necesară pentru pomparea ciocolatei topite [4].
Deși metoda analitică 46 a făcut obiectul mai multor sugestii de îmbunătățire în diverse publicații care propun, de exemplu, modificări ale intervalului ratei de forfecare sau aplicarea unor modele matematice diferite pentru corectarea parametrilor, aplicarea sa asociată cu modelul Casson este încă protocolul standard pentru determinarea vâscozității și a punctului de curgere al ciocolatei [4]. Modelul Casson și secvența de analiză sunt disponibile în biblioteca rSpace.
Reometrul rotațional Kinexus oferă posibilitatea de a crea metode de analiză bazate pe acțiuni reo-logice individuale în software-ul rSpace. Aceste secvențe de măsurare pot fi create și personalizate pentru a satisface nevoile oricărei rutine de laborator. Aici, a fost creată și aplicată o secvență de măsurare care conține toate detaliile metodei analitice 46. Cu un singur clic, măsurarea este inițiată; analiza ulterioară este efectuată fără intervenția utilizatorului, iar rezultatele finale, inclusiv punctul de randament, sunt furnizate automat.