Reologi för att studera smörets hårdhet och bredbarhet

Inledning

Smör är en flerfasemulsion som består av fettkulor, kristallint fett och en vattenfas dispergerade i en kontinuerlig oljefas. Vid sidan av smaken är smörets textur, utseende och bredbarhet de viktigaste egenskaperna när det gäller kundernas uppfattning. Hårdhet och bredbarhet är omvänt relaterade till varandra och är också de två vanligaste egenskaperna som mäts hos smör (Wright 2001). Båda är kända för att vara starkt temperaturberoende, men påverkas också av kylningshastigheten efter kärning samt regionala eller säsongsmässiga variationer som orsakas av kons diet (Prentice 1972).

Reologi kan vara ett användbart verktyg för att karakterisera och optimera smörets texturella egenskaper. Skjuvmodulen är relaterad till produktens styvhet, som kan mätas som en funktion av temperaturen med hjälp av oscillerande testning, och flytspänningen representerar den spänning som måste övervinnas för att smöret ska deformeras plastiskt, dvs. spridas. Moderna reometrar som Kinexus rotationsreometer har också avancerade axiella funktioner som kan vara användbara för att undersöka andra egenskaper hos smör, t.ex. hårdhet (kompressibilitet) och KlibbighetKlibbighet beskriver interaktionen mellan 2 lager av identiska (autohesion) eller olika (kohesion) material i termer av ytans klibbighet.klibbighet (stickiness).

Den här applikationsnoten visar hur reologi kan användas för att jämföra smält- och spridningsegenskaperna hos två kommersiella produkter - ett normalt smör och ett bredbart smör. Det normala smöret tillverkades enbart av mjölkfett medan det bredbara smöret innehöll en viss andel vegetabilisk olja för att minska smälttemperaturen och styvheten hos materialet när det togs ut ur kylskåpet.

Experimentell

• De två smörproverna utvärderades inom temperaturintervallet 4°C till 35°C med hjälp av small amplitudoscillatorisk testning och axiell testning.
• Mätningarna gjordes med en Kinexus-reometer med en Peltier-plattpatron och ett mätsystem med uppruggad platta och med hjälp av förkonfigurerade sekvenser i programvaran rSpace.
• En standardiserad laddningssekvens användes för att säkerställa att proverna genomgick en konsekvent termisk historia och ett konsekvent laddningsprotokoll.
• Ett enfrekvent töjningsstyrt temperaturramptest utfördes mellan 4°C och 35°C med en hastighet av 2°C/min med en töjning inom den linjära viskoelastiska regionen (LVR).
• En axiell kompressions-dekompressionscykel utfördes vid 4°C på 1 mm av ett färskt prov och normalkraftsvaret mättes för att bestämma hårdhet och KlibbighetKlibbighet beskriver interaktionen mellan 2 lager av identiska (autohesion) eller olika (kohesion) material i termer av ytans klibbighet.klibbighet.

Resultat och diskussion

Oscillerande provning

Small amplitudoscillatorisk provning är ett icke-destruktivt test och kan därför visa förändringar som sker i en komplex mikrostruktur med tiden eller temperaturen utan att bryta ner den. De parametrar som vanligen mäts är G', den elastiska (lagrings)modulen, och G", den viskösa (förlust)modulen. Dessa motsvarar styvheten hos de fastliknande respektive vätskeliknande komponenterna i provet, där den totala styvheten ges av den komplexa modulen, G* = √(G'2 + G"2).

Fasvinkeln (δ) är ett mått på fasskillnaden mellan den pålagda töjningen och den uppmätta spänningen och kan användas för att kvantifiera strukturen med avseende på dess viskoelastiska egenskaper. Ett vätskeliknande material kommer att ha en fasvinkel som är större än 45° (90° = helt flytande) och ett fast material kommer att ha en fasvinkel som är mindre än 45° (0° = helt fast).

Figur 1 visar resultaten för den oscillerande temperaturrampen med en frekvens som utfördes på de två smörproverna. Vid 4°C är det normala smöret en storleksordning styvare än det bredbara smöret när det gäller G'. Detta ger den första indikationen på varför det bredbara smöret kan användas direkt från kylskåpet, eftersom lägre värden på G' förväntas motsvara en lägre 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. Fasvinklarna är båda mycket låga (mindre än 10°), vilket tyder på att proverna är mycket fasta när de förvaras i kylskåpet, medan det bredbara smöret är något mer elastiskt.

När temperaturen höjs sjunker modulvärdena, vilket tyder på att strukturen mjuknar, vilket främst beror på att det kristallina mjölkfettet smälter. Denna minskning är mest signifikant för det normala smöret där G' sjunker med cirka 10 MPa mellan 4°C och 20°C jämfört med 0,5 MPa för det bredbara smöret. Denna smältövergång motsvarar också en topp i fasvinkeln som är mest framträdande för det normala smörprovet och inträffar vid en något högre temperatur jämfört med den bredbara varianten.

Axiell provning

Det andra testet som utfördes på smörproverna var ett axiellt kompressions-dekompressionstest, vilket illustreras i figur 2. Detta innebar att provet klämdes mellan de två plattorna och att plattorna sedan separerades samtidigt som den normala kraftresponsen registrerades kontinuerligt. Kompressionsfasen motsvarar eftergivlighet och deformation av provet och bör vara relaterad till smörets hårdhet och lätthet att breda ut. Dekompressionsstadiet motsvarar KlibbighetKlibbighet beskriver interaktionen mellan 2 lager av identiska (autohesion) eller olika (kohesion) material i termer av ytans klibbighet.klibbighet och bör indikera smörets tendens att fastna på kniven under bredningen.

Figur 3 visar normalkraftsprofilerna för de två smörproverna som svar på den axiella deformationen. För att komprimera det normala smöret med 1 mm krävdes en kraft på 30 N, medan det bredbara smöret endast krävde en kraft på 6 N. Detta tyder på att det bredbara smöret ger efter och deformeras mycket lättare (det är mindre hårt) än det normala smöret, vilket man skulle kunna förvänta sig. Vid dekompression genererade det normala smöret en maximal dragkraft på -10 N, utan att någon skarp topp observerades för det bredbara smöret. Detta tyder på att det normala smöret skulle ha en större tendens att fastna på kniven under bredningen.

Slutsatser

En reometer kan användas för att utföra en rad olika mätningar för att karakterisera och jämföra olika smör med avseende på mikrostruktur, textur och lätthet att breda ut. Dessa inkluderar oscillerande tester med en frekvens för att undersöka förändringar i styvhet och viskoelasticitet med temperaturen och axiella tester för att utvärdera hårdhet och KlibbighetKlibbighet beskriver interaktionen mellan 2 lager av identiska (autohesion) eller olika (kohesion) material i termer av ytans klibbighet.klibbighet under användning.