Введение
Вязкость шоколада при сдвиге является ключевой характеристикой для обеспечения стабильного качества и оптимизации производственных процессов. Чтобы стандартизировать измерение этого важнейшего свойства, Международное бюро по какао, шоколаду и сахаристым кондитерским изделиям (МОКК) в 2000 году обновило аналитический метод 46. Этот метод описывает протокол определения вязкости шоколада и продуктов на основе какао. В нем тщательно описаны подготовка проб и процедура измерения, адаптированные к различным видам какао-продуктов.
Далее два вида шоколада (молочный и темный) измеряются на ротационном реометре Kinexus в соответствии со стандартной операционной процедурой (SOP). Затем к кривым применяется анализ Кассона. Это математическая модель, описывающая поведение шоколада при течении, в частности, его предел текучести. Эта величина важна в шоколадной промышленности, например, для процессов перекачки, так как она представляет собой минимальное усилие, необходимое для вытекания.
Модель Кассона используется для описания поведения потока жидкости с пределом текучести, например, шоколада, крови или печатных красок. Она выражается следующим образом:
σ: Напряжение сдвига [Па]
σ0: Предел текучести Кассона (напряжение, необходимое для начала течения) [Па]
k: Конечная сдвиговая вязкость (вязкость при высокой скорости сдвига) [Па-с]
- γ: Скорость сдвига [с-1]
Параметры измерения
Каждый шоколад хранился при температуре 60°C, а затем вручную гомогенизировался шпателем перед внесением в геометрию, которая поддерживалась при температуре 40°C. В таблице 1 приведены условия измерений.
Таблица 1: Условия измерений
| Прибор | Kinexus Prime ultra+ |
|---|---|
| Картридж | Цилиндр |
| Тест | Вращение |
| Геометрия | Чашка и шарик: 25 мм |
| Зазор | 9.15 мм |
| Температура | 40°C |
| Скорость сдвига |
|
Результаты и обсуждение
На рис. 1 представлен график кривых сдвиговой вязкости для молочного и темного шоколада при изменении скорости сдвига от 2 до 50 с-1 (круги - UP) и от 50 до 2 с-1 (квадраты - DOWN). Оба образца демонстрируют поведение сдвигового утончения с хорошим соответствием между скоростью сдвига вверх и вниз: Вязкость при сдвиге уменьшается с увеличением скорости сдвига. Это выгодно для переработки, так как снижение вязкости при скоростях сдвига, необходимых для таких операций, как перекачка, уменьшает сопротивление потоку. Таким образом, перемещение шоколада по трубам в процессе производства становится проще и требует меньше энергии.
Темный шоколад имеет более высокую сдвиговую вязкость, чем молочный, во всем диапазоне измеренных скоростей сдвига. Это делает его более подходящим для нанесения глазури, в которой вязкость при сдвиге является ключевой характеристикой для получения равномерного слоя на конфетах без подтеков и растекания. Кроме того, это свойство также связано с ощущением во рту у потребителя: Чем выше вязкость при сдвиге, тем более кремовым воспринимается шоколад.
На рисунках 2 и 3 представлены результаты анализа Кассона для диапазона скоростей сдвига от 5 до 50 с-1 для молочного и темного шоколада, соответственно. Анализ выполняется автоматически в программе измерения и оценки rSpace сразу после завершения измерения.
Как в таблице скорости сдвига вверх, так и в таблице скорости сдвига вниз наблюдается хорошая корреляция между измеренными кривыми течения и моделью Кассона. Предел текучести темного шоколада намного выше, чем у молочного, что означает, что перекачивание будет более сложным, т.е. потребует больших усилий.
Как проверить повторяемость испытаний: Измерения, контролируемые по скорости сдвига и напряжению сдвига
Надежным методом проверки повторяемости измерений является их проведение либо с другой геометрией, либо с другим видом контроля. Это связано с тем, что сдвиговая вязкость при определенной температуре и скорости сдвига является абсолютной величиной. Она не зависит от используемой геометрии. Кроме того, независимо от того, контролируется ли скорость сдвига или напряжение сдвига, должно быть получено одно и то же значение.
Чтобы проиллюстрировать это, почти таким же образом было проведено измерение на темном шоколаде. Единственное отличие заключалось в том, что вместо таблицы скорости сдвига вверх и вниз применялась таблица напряжения сдвига вверх и вниз. Полученные кривые, представленные на рисунке 4, демонстрируют хорошую воспроизводимость.
Заключение
Кривые сдвиговой вязкости, полученные с помощью ротационного реометра Kinexus, используются не только для обеспечения стабильного качества партий, но и помогают предсказать поведение шоколада в процессе обработки, а также его ощущение во рту. Таким образом, реологическое понимание шоколада имеет решающее значение для оптимизации процесса и разработки продукта.
Последовательность и оценка результатов анализа Кассона, которые автоматически следуют после каждого измерения, превращают изначально сложный метод в рутинную работу.