Kvalitetskontroll av choklad på nolltid med hjälp av Kinexus

Inledning

Chokladens skjuvviskositet är en viktig egenskap för att säkerställa jämn kvalitet och optimera industriella processer. För att standardisera mätningen av denna kritiska egenskap uppdaterade International Office of Cocoa, Chocolate, and Sugar Confectionery (IOCCC) Analytical Method 46 år 2000. Denna metod beskriver ett protokoll för bestämning av viskositeten hos choklad och kakaobaserade produkter. Den beskriver noggrant provberednings- och mätningsförfarandet, som är anpassat till olika typer av kakaoprodukter.

I det följande mäts två chokladsorter (mjölkchoklad och mörk choklad) med Kinexus rotationsreometer enligt denna SOP (Standard Operating Procedure). Därefter tillämpas Casson-analysen på kurvorna. Det är en matematisk modell som beskriver chokladens flödesbeteende, i synnerhet dess SträckgränsFlytspänning definieras som den spänning under vilken inget flöde uppstår; bokstavligen beter sig som ett svagt fast ämne i vila och som en vätska när det flyter.flytspänning. Detta värde är relevant inom chokladindustrin, t.ex. för pumpningsprocesser, eftersom det representerar den minsta kraft som krävs för att framkalla flöde.

Casson-modellen används för att karakterisera flödesbeteendet hos vätskor som uppvisar flytspänningsbeteende, t.ex. choklad, blod eller tryckfärger. Den uttrycks som:

Mätkurvor som visar statiska spänningar och temperatur över tid för 6 μm tjocka biaxiellt orienterade polypropenfolier.

σ: Skjuvspänning [Pa]
_σ0: Cassons SträckgränsFlytspänning definieras som den spänning under vilken inget flöde uppstår; bokstavligen beter sig som ett svagt fast ämne i vila och som en vätska när det flyter.flytspänning (spänning som krävs för att initiera flödet) [Pa]
k: Terminal skjuvviskositet (viskositet vid hög skjuvhastighet) [Pa-s]
- γ: Skjuvningshastighet [^s-1]

Mätning av parametrar

Varje choklad förvarades vid 60°C och homogeniserades sedan manuellt med en spatel innan den fördes in i geometrin, som hölls vid 40°C. Tabell 1 sammanfattar mätförhållandena.

Tabell 1: Mätförhållanden

Instrument	Kinexus Prime ultra+
Patron	Cylinder
Test	Rotation
Geometri	Kopp och bob: 25 mm
Spalt	9.15 mm
Temperatur	40°C
Skjuvningshastighet	Förskjuvning: 5 ^s-1 (15 min) 2 till 50 ^s-1, 10 prover per decennium 50 till 2 ^s-1, 10 prover per decennium

Resultat och diskussion

I figur 1 visas grafen över skjuvviskositetskurvorna för mjölkchokladen och den mörka chokladen under skjuvhastighetsutvecklingen mellan 2 och 50 ^s-1 (UP, cirklar) och mellan 50 och 2 ^s-1 (DOWN, rutor). De två proverna uppvisar ett skjuvtunnande beteende med god överensstämmelse mellan upp- och nedramperna: Skjuvviskositeten minskar med ökande skjuvhastigheter. Detta är fördelaktigt för bearbetningen eftersom en minskning av skjuvviskositeten vid de skjuvhastigheter som behövs för operationer som pumpning minskar flödesmotståndet. På så sätt blir överföringen av choklad genom rör under tillverkningen enklare och kräver mindre energi.

Kurvor för skjuvviskositet som jämför mjölk- och mörk choklad och visar viskositetsförändringar vid olika skjuvhastigheter. — 1) Kurvor för skjuvviskositet för mjölkchoklad och mörk choklad

Den mörka chokladen har en högre skjuvviskositet än mjölkchokladen över hela det uppmätta skjuvhastighetsintervallet. Detta gör den mer lämplig för överdragsapplikationer, där skjuvviskositeten är en viktig egenskap för att uppnå ett jämnt lager på godis utan dropp och spridning. Dessutom är denna egenskap också relaterad till konsumentens munkänsla: Ju högre viskositet, desto krämigare upplevs chokladen.

Figurerna 2 och 3 visar resultaten av Casson-analysen för skjuvhastigheten mellan 5 och 50 ^s-1 för mjölkchokladen respektive den mörka chokladen. Analysen utförs automatiskt i mät- och utvärderingsprogrammet rSpace så snart mätningen är klar.

Både upp- och nedtabellerna för skjuvhastigheten uppvisar en god korrelation mellan de uppmätta flödeskurvorna och Casson-modellen. Den mörka chokladens SträckgränsFlytspänning definieras som den spänning under vilken inget flöde uppstår; bokstavligen beter sig som ett svagt fast ämne i vila och som en vätska när det flyter.flytspänning är mycket högre än mjölkchokladens, vilket innebär att pumpningen skulle vara svårare, dvs. kräva en högre kraft.

Casson-modellanalys av skjuvspänning och viskositet för mjölkchoklad, med datapunkter och statistik för upp- och nedrampning. — 2) Mjölkchoklad. Casson-analys för upp- och nedåtgående tabeller med skjuvhastigheter mellan 5 och 50 s-1

Casson-analysdiagram för mörk choklad som visar skjuvspänning mot skjuvhastighet, med data för upp- och nedåtgående ramper. — 3) Mörk choklad. Casson-analys för upp- och nedåtgående tabeller med skjuvhastighet mellan 5 och 50 s-1

Hur man kontrollerar testets repeterbarhet: Mätningar med kontrollerad skjuvhastighet och skjuvspänning

En tillförlitlig metod för att kontrollera mätningarnas repeterbarhet är att utföra dem antingen med en annan geometri eller med en annan typ av kontroll. Detta beror på att en skjuvviskositet vid en specificerad temperatur och skjuvhastighet är ett absolut värde. Det är oberoende av vilken geometri som används. Dessutom måste samma värde erhållas oavsett om det är kontrollerat med skjuvhastighet eller skjuvspänning.

För att illustrera detta utfördes en mätning på mörk choklad på nästan samma sätt. Den enda skillnaden var att i stället för en upp- och nedåtgående tabell för skjuvhastigheten användes en upp- och nedåtgående tabell för skjuvspänningen. De resulterande kurvorna som visas i figur 4 uppvisar god repeterbarhet.

Grafen illustrerar skjuvviskositeten hos mörk choklad vid olika skjuvhastigheter, vilket visar kontrollerade mätningar under olika förhållanden. — 4) Mörk choklad. Kontrollerade mätningar av skjuvhastighet och skjuvspänning.

Slutsats

Kurvor för skjuvviskositet som utförs med Kinexus rotationsreometer används inte bara för att säkerställa jämn kvalitet mellan olika batcher, de hjälper också till att förutsäga chokladens beteende under bearbetning samt dess munkänsla. En reologisk förståelse av choklad är därför avgörande för processoptimering och produktdesign.

Sekvenserna och utvärderingen av Casson-analysen, som följer automatiskt efter varje mätning, förvandlar en ursprungligen komplex metod till en rutinaktivitet.