Введение
Сливочное масло представляет собой многофазную эмульсию, состоящую из жировых глобул, кристаллического жира и водной фазы, диспергированной в непрерывной масляной фазе. Наряду со вкусом, наиболее важными свойствами сливочного масла с точки зрения потребительского восприятия являются текстура, внешний вид и распределяемость. Твердость и размазываемость находятся в обратной зависимости друг от друга и являются двумя наиболее часто измеряемыми свойствами сливочного масла (Wright 2001). Известно, что оба эти свойства в значительной степени зависят от температуры, но на них также влияет скорость охлаждения после взбивания, а также региональные или сезонные колебания, вызванные рационом питания коровы (Prentice 1972).
Реология может быть полезным инструментом для определения и оптимизации текстурных свойств сливочного масла. Модуль сдвига связан с жесткостью продукта, которая может быть измерена в зависимости от температуры с помощью осцилляторных испытаний, а предел текучести представляет собой напряжение, которое должно быть преодолено, чтобы масло пластически деформировалось, т.е. растекалось. Современные реометры, такие как ротационный реометр Kinexus, также имеют расширенные возможности осевого измерения, что может быть полезно для исследования других характеристик сливочного масла, таких как твердость (сжимаемость) и липкость (клейкость).
В данном приложении показано, как реология может быть использована для сравнения характеристик плавления и растекания двух коммерческих продуктов - обычного сливочного масла и масла для растекания. Обычное масло было изготовлено только из молочного жира, в то время как масло для спрединга содержало некоторое количество растительного масла для снижения температуры плавления и жесткости материала при извлечении из холодильника.
Экспериментальный
- Два образца сливочного масла были исследованы в диапазоне температур от 4°C до 35°C с помощью амплитудных колебательных испытаний small и осевых испытаний.
- Измерения проводились с помощью реометра Kinexus с картриджем для пластин Пельтье и системой измерения шероховатых пластин, а также с использованием предварительно настроенных последовательностей в программном обеспечении rSpace.
- Стандартная последовательность загрузки использовалась для того, чтобы образцы подвергались одинаковой термической истории и протоколу загрузки.
- Одночастотное испытание на температурный темп с контролем деформации проводилось в диапазоне от 4°C до 35°C со скоростью 2°C/мин при деформации в пределах линейной вязкоупругой области (LVR).
- Цикл осевого сжатия-декомпрессии проводился при температуре 4°C на 1 мм свежего образца, и измерялась нормальная реакция силы для определения твердости и липкости.
Выводы и обсуждение
Осцилляторные испытания
Small амплитудно-колебательные испытания являются неразрушающими испытаниями и поэтому могут показать изменения, происходящие в сложной микроструктуре со временем или температурой без ее разрушения. Обычно измеряются такие параметры, как G' - модуль упругости (сохранения) и G" - модуль вязкости (потери). Они соответствуют жесткости твердого и жидкого компонентов образца соответственно, а общая жесткость определяется комплексным модулем, G* = √(G'2 + G "2).
Фазовый угол (δ) является мерой разности фаз между приложенной деформацией и измеренным напряжением и может быть использован для количественной оценки структуры с точки зрения ее вязкоупругих характеристик. У материала, похожего на жидкость, фазовый угол будет больше 45° (90° = полностью жидкий), а у материала, похожего на твердое тело, - меньше 45° (0° = полностью твердый).
На рис. 1 показаны результаты одночастотного колебания температуры, выполненного для двух образцов сливочного масла. При температуре 4°C нормальное сливочное масло на порядок жестче, чем спредированное, с точки зрения G'. Это дает первое представление о том, почему сливочное масло можно использовать прямо из холодильника, поскольку более низкие значения G', как ожидается, будут соответствовать более низкому пределу текучести. Фазовые углы обоих образцов очень низкие (менее 10°), что указывает на то, что образцы очень твердые при хранении в холодильнике, а спредированное масло немного более эластичное.
При повышении температуры значения модуля упругости уменьшаются, что указывает на размягчение структуры, связанное в первую очередь с плавлением кристаллического молочного жира. Это падение наиболее значительно для нормального масла: G' падает примерно на 10 МПа между 4°C и 20°C по сравнению с 0,5 МПа для растекающегося масла. Этому переходу плавления также соответствует пик фазового угла, который наиболее заметен для образца нормального масла и происходит при несколько более высокой температуре по сравнению с вариантом спреда.
Осевое испытание
Вторым испытанием образцов сливочного масла было испытание на осевое сжатие-декомпрессию, как показано на рисунке 2. При этом образец сдавливался между двумя пластинами, а затем пластины разъединялись, при этом постоянно регистрировалась нормальная реакция силы. Стадия сжатия соответствует текучести и деформации образца и должна быть связана с твердостью и легкостью распределения масла. Стадия декомпрессии соответствует липкости или липкости и должна указывать на тенденцию сливочного масла прилипать к ножу при распределении.
На рисунке 3 показаны профили нормальной силы для двух образцов сливочного масла в ответ на осевую деформацию. Для сжатия обычного сливочного масла на 1 мм потребовалось усилие 30 Н, в то время как для спредированного масла - всего 6 Н. Это указывает на то, что масло для спрединга поддается и деформируется гораздо легче (оно менее твердое), чем обычное масло, как и следовало ожидать. При декомпрессии обычное сливочное масло создавало пиковое растягивающее усилие -10 Н, в то время как для рафинированного масла резкого пика не наблюдалось. Это указывает на то, что обычное масло будет иметь большую склонность к прилипанию к ножу во время намазывания.
Выводы
Реометр можно использовать для проведения ряда различных измерений, позволяющих охарактеризовать и сравнить различные масла с точки зрения их микроструктуры, текстуры и легкости распределения. К ним относятся одночастотные колебательные тесты для определения изменений жесткости и вязкоупругости в зависимости от температуры и осевые тесты для оценки твердости и липкости в процессе использования.