09.08.2023 by Philip Rolfe, Milena Riedl
Perfecting Delicious… Optimizing the Rheology of Chocolate
Chocolate is one of the world’s favorite snack foods. The texture, or mouthfeel, of chocolate is critical for the consumer perception of product quality. It is possible to finely control the textural aspects of the signature flavor of chocolates. The mouthfeel can be characterized through the determination of flow ‒ by rheology. Learn how to do this in our article!
Choklad är ett av världens mest populära snacks. År 2017 toppade Schweiz rankningen över den högsta chokladkonsumtionen per capita. Medborgarna åt nästan nio kilo av den söta läckerheten det året.
Chokladens unika dragningskraft ligger i dess smak, arom och munkänsla. Dessa tre attribut kombineras till chokladens komplexa smak. Eftersom de naturliga ingredienserna i choklad varierar beroende på odlingsförhållandena, anstränger sig chokladtillverkarna för att säkerställa att smaken på deras chokladprodukter överensstämmer med deras signatursmak. För att säkerställa att den karakteristiska smaken återkommer i alla batcher krävs att analytiska tekniker kombineras med dyrbara sensoriska tester. Att sensoriskt testa varje batch är inte praktiskt genomförbart, hur önskvärt det jobbet än skulle vara!
Vad gör choklad perfekt?
Flera faktorer anses vara viktiga för att öka chokladens attraktionskraft.
Dessa inkluderar:
- Smälttemperatur på långt under 37°C, så att den smälter i munnen
- Glans, så att den ser tilltalande ut
- Smidig konsistens, som ger en behaglig munkänsla
- Snap, så att det finns ett första "bett"
Flödesegenskaperna hos fettfasen (kakaosmör, som kan vara blandat med andra fetter) styr hur chokladen hamnar i munnen och påverkar smakupplevelsen. Chokladens flödesegenskaper, eller reologiska egenskaper, har också en betydande inverkan på tillverkningsprocessen. Om partikelstorleken minskas ökar viskositeten, vilket kan orsaka blockeringar när den flytande chokladen leds genom fabriken.
Slutprodukten kan vara en bar eller tablett av fast choklad, eller så kan chokladen användas i en överdragningsprocess för att omge ett fyllningscentrum. Choklad för överdragningsprocesser är ofta optimerad för att uppnå god täckning och kan ha ett annat recept än choklad för tabletter.
Reologisk testning för den perfekta chokladen
Den mest grundläggande reologiska mätningen som görs på choklad är en viskositetsmätning. En small mängd av provet skjuvas med en fast skjuvhastighet (hastighet) och den spänning (kraft ) som krävs för att uppnå denna skjuvhastighet mäts. Skjuvviskositeten kan sedan beräknas genom att skjuvspänningen divideras med skjuvhastigheten.
Temperaturens inverkan på chokladens viskositet
En choklads viskositets- och temperaturprofil är av avgörande betydelse för att optimera formulerings- och tempereringsprocessen, och även konsumtionsmiljön måste beaktas. Det är till exempel intressant att smältpunkten för choklad som används för att överdraga glassbarer (choc-ices etc.) behövde sänkas avsevärt. Detta beror på att när någon äter en glassbar sjunker deras buckala temperatur avsevärt och en standardchokladformulering smälter inte under dessa förhållanden. Nettoresultatet av att överdraga glass med en standardchoklad är att det bara ger en liten kakaosmak; men också munkänslan av glass med hårda bitar i den. Lyckligtvis kan reologin hos fast choklad karakteriseras fullständigt med en oscillerande temperaturramp från under till över smältpunkten enligt figur 1. Detta gör det möjligt för formulerare att optimera bettet på den fasta chokladkakan och även chokladens smak så att den smakar fullt ut ovanför smältpunkten.
För chokladsirap med lägre viskositet kan viskometritest användas. Det är anmärkningsvärt att viskositeten sjunker med nästan två storleksordningar runt 18-24°C, vilket framgår av figur 2:
Viskositet hos mörk, mjölk- och vit choklad
Mörk, mjölk- och vit choklad från ett och samma sortiment och varumärke valdes ut för mätning för att minimera variationer i chokladtillverkningsprocessen och variationer i ingredienserna. Mätningarna utfördes med NETZSCH Kinexus Rheometer. De partikelformiga ingredienserna i mörk, mjölk- och vit choklad visas i tabell 1.
Tabell 1: De partikelformiga ingredienserna i olika typer av choklad
| Kakao torrsubstans | Socker | Mjölkpulver | |
| Mörk | Y | Y | |
| Mjölk | Y | Y | Y |
| Vit | Y |
Den mörka chokladen har den lägsta viskositeten i hela det uppmätta skjuvhastighetsintervallet och är lättast att leda runt i anläggningen (figur 1). Intressant nog har mjölkchokladen högre viskositet men liknande 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 som den mörka chokladen (tabell 2). Detta tyder på att mjölkchokladen och den mörka chokladen kommer att ha liknande "slump"-egenskaper och fylla formarna på ett liknande sätt. Den vita chokladen har den högsta viskositeten över hela intervallet och den högsta flytspänningen med viss marginal. Vit choklad är känd för studenter inom matlagning och konfektyr som den svåraste att arbeta med, och i det här fallet har den verkligen mycket olika reologiska egenskaper.
Tabell 2: Flytspänning och skjuvviskositet för mörk choklad, mjölkchoklad och vit choklad tillverkad av samma tillverkare
| Avkastningsspänning (Pa) | Skjuvviskositet (Pa s) | |
| Mörk | 5.03 | 0.94 |
| Mjölk | 5.71 | 1.66 |
| Vit | 18.9 | 1.86 |
Hur man optimerar bearbetningen av choklad
Ytterligare insikter om chokladens reologiska egenskaper kan erhållas med hjälp av oscillerande testning på en rotationsreometer. Detta ger ytterligare information om chokladens viskoelastiska egenskaper genom Elastisk modulDen komplexa modulen (den elastiska komponenten), lagringsmodulen eller G', är den "verkliga" delen av provets totala komplexa modul. Den elastiska komponenten indikerar den fasta responsen, eller responsen i fas, hos det prov som mäts. elasticitetsmodul (G'), ViskositetsmodulDen komplexa modulen (viskösa komponenten), förlustmodulen eller G'', är den "imaginära" delen av provets totala komplexa modul. Den viskösa komponenten indikerar det vätskeliknande, eller ur fas, svaret hos det prov som mäts. viskositetsmodul (G'') och fasvinkel (δ). Det ger också en alternativ metod till skjuvprovning för bestämning av flytspänningen.
Den elastiska och viskösa modulen är relaterade till chokladens mikrostrukturella egenskaper och kan användas för att undersöka komponentinteraktioner och chokladens smältegenskaper genom att utvärdera de fast- och vätskeliknande egenskaperna.
Flytspänningen, som är den spänning som krävs för att bryta ner den fasta strukturen och få den att flyta, påverkar hur chokladen täcker formarna och hur väl chokladen fäster vid formens väggar eller sjunker ihop innan den stelnar.
Oscillerande mätningar är icke-destruktiva tester som visar hur materialet beter sig under small deformationer eller krafter - innan materialet ger efter och börjar flyta. Den spännings- eller töjningsregion där detta beteende uppstår kallas den linjära viskoelastiska regionen (LVR).
Genom att mäta G' som en funktion av skjuvspänningen kan konstruktionens 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 bestämmas - detta anses i allmänhet vara den spänning vid vilken G' börjar sjunka och LVR upphör. Det är viktigt att notera att olika metoder för 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 kan ge något olika svar. Casson- och Windhab-modellerna används t.ex. ofta för att bestämma flytspänningen för choklad genom att extrapolera en kurva över skjuvspänningen i förhållande till skjuvhastigheten till noll skjuvhastighet. Även om oscillerande testning är mindre vanligt har det visat sig att det bättre kan lösa skillnader mellan choklad. För den testade mjölkchokladen visade sig flytspänningen vara 0,45Pa (figur 4).
Reologi säkerställer chokladproduktens kvalitet
Chokladens textur, eller munkänsla, är avgörande för konsumentens uppfattning om produktens kvalitet. Genom att korrelera dyra sensoriska tester med analytiska resultat är det möjligt att finjustera de texturella aspekterna av chokladvarumärkenas signatursmak. Munkänslan kan karakteriseras genom bestämning av flödet - genom reologi.
Källor
www.howitworksdaily.com/why-is-chocolate-so-tasty
Chan, F. och De Kee, D. (1994) Yield StressSpänning definieras som en kraftnivå som appliceras på ett prov med ett väldefinierat tvärsnitt. (Spänning = kraft/area). Prover med cirkulärt eller rektangulärt tvärsnitt kan komprimeras eller sträckas. Elastiska material som gummi kan sträckas upp till 5 till 10 gånger sin ursprungliga längd.stress and small amplitude oscillatory flow in transient networks. Industrial & engineering chemistry research, 33(10), s. 2374-2376
De Graef, V., Depypere, F., Minnaert, M., & Dewettinck, K. (2011). 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 mätt med oscillerande reologi. Food Research International, 44(9), 2660-2665.