Giriş
Çikolatanın kesme viskozitesi, tutarlı kalitenin sağlanması ve endüstriyel proseslerin optimize edilmesi için önemli bir özelliktir. Bu kritik özelliğin ölçümünü standartlaştırmak için Uluslararası Kakao, Çikolata ve Şekerleme Ofisi (IOCCC) 2000 yılında Analitik Metot 46'yı güncellemiştir. Bu metot, çikolata ve kakao bazlı ürünlerin viskozitesini belirlemeye yönelik bir protokolün ana hatlarını çizmektedir. Farklı kakao ürünleri türlerine göre uyarlanmış numune hazırlama ve ölçüm prosedürünü titizlikle açıklamaktadır.
Aşağıda, iki çikolata (sütlü ve bitter çikolata) bu SOP (Standart Çalışma Prosedürü) takip edilerek Kinexus rotasyonel reometre ile ölçülmüştür. Daha sonra eğrilere Casson analizi uygulanmıştır. Çikolatanın akış davranışını, özellikle de akma gerilimini tanımlayan matematiksel bir modeldir. Bu değer, akışa neden olmak için gereken minimum kuvveti temsil ettiği için çikolata endüstrisinde, örneğin pompalama işlemleri için önemlidir.
Casson modeli, çikolata, kan veya baskı mürekkepleri gibi akma gerilimi davranışı gösteren akışkanların akış davranışını karakterize etmek için kullanılır. Şu şekilde ifade edilir:
σ: Kayma gerilmesi [Pa]
σ0: Casson Akma GerilmesiAkma gerilmesi, altında akmanın meydana gelmediği gerilme olarak tanımlanır; kelimenin tam anlamıyla hareketsizken zayıf bir katı gibi, akarken ise bir sıvı gibi davranır.akma gerilmesi (akışı başlatmak için gereken gerilme) [Pa]
k: Terminal kayma viskozitesi (yüksek kayma hızındaki viskozite) [Pa-s]
- γ: Kayma hızı [s-1]
Ölçüm Parametreleri
Her bir çikolata 60°C'de saklanmış ve daha sonra 40°C'de tutulan geometriye sokulmadan önce bir spatula ile manuel olarak homojenize edilmiştir. Tablo 1 ölçüm koşullarını özetlemektedir.
Tablo 1: Ölçüm koşulları
| Enstrüman | Kinexus Prime ultra+ |
|---|---|
| Kartuş | Silindir |
| Test | Rotasyon |
| Geometri | Fincan ve bob: 25 mm |
| Boşluk | 9.15 mm |
| Sıcaklık | 40°C |
| Kayma Oranı |
|
Sonuçlar ve Tartışma
Şekil 1'de sütlü ve bitter çikolataların 2 ila 50 s-1 (YUKARI, daireler) ve 50 ila 2 s-1 (AŞAĞI, kareler) arasındaki kayma hızı ilerlemesi boyunca kayma viskozitesi eğrilerinin grafiği gösterilmektedir. Her iki numune de yukarı ve aşağı rampalar arasında iyi bir uyum ile kayma incelmesi davranışı göstermektedir: Kayma viskozitesi artan kayma hızlarıyla azalır. Bu durum işleme için avantajlıdır çünkü pompalama gibi işlemler için gereken kesme hızlarında kesme viskozitesinin azalması akışa karşı direnci azaltır. Bu şekilde, üretim sırasında çikolatanın borulardan aktarılması daha kolay olur ve daha az enerji gerektirir.
Bitter çikolata, ölçülen tüm kesme hızı aralığı boyunca sütlü çikolatadan daha yüksek bir kesme viskozitesine sahiptir. Bu, kesme viskozitesinin şekerler üzerinde damlama ve yayılma olmadan düzgün bir katman elde etmek için önemli bir özellik olduğu kaplama uygulamaları için daha uygun olmasını sağlar. Ayrıca, bu özellik tüketicinin ağız hissi ile de ilgilidir: Kesme viskozitesi ne kadar yüksek olursa, çikolata o kadar kremsi olarak algılanır.
Şekil 2 ve 3, sırasıyla sütlü ve bitter çikolatalar için 5 ile 50 s-1 arasındaki kesme hızı aralığında Casson analizinin sonuçlarını göstermektedir. Analiz, ölçüm biter bitmez rSpace ölçüm ve değerlendirme yazılımında otomatik olarak gerçekleştirilir.
Hem yukarı hem de aşağı kayma hızı tabloları, ölçülen akış eğrileri ve Casson modeli arasında iyi bir korelasyon sergilemektedir. Bitter çikolatanın akma gerilimi sütlü çikolatanınkinden çok daha yüksektir, bu da pompalamanın daha zor olacağı, yani daha yüksek bir kuvvet gerektireceği anlamına gelir.
Test Tekrarlanabilirliği Nasıl Kontrol Edilir? Kayma Hızı ve Kayma Gerilmesi Kontrollü Ölçümler
Ölçümlerin tekrarlanabilirliğini kontrol etmek için güvenilir bir yöntem, bunları başka bir geometri veya farklı bir kontrol türü ile gerçekleştirmektir. Bunun nedeni, belirli bir sıcaklık ve kayma hızındaki kayma viskozitesinin mutlak bir değer olmasıdır. Kullanılan geometriden bağımsızdır. Ayrıca, ister kayma hızı kontrollü ister kayma gerilimi kontrollü olsun, aynı değer elde edilmelidir.
Bunu göstermek için, bitter çikolata üzerinde hemen hemen aynı şekilde bir ölçüm gerçekleştirilmiştir. Tek fark, yukarı ve aşağı kayma hızı tablosu yerine, yukarı ve aşağı kayma gerilimi tablosunun uygulanmasıydı. Şekil 4'te gösterilen sonuç eğrileri iyi bir tekrarlanabilirlik sergilemektedir.
Sonuç
Kinexus rotasyonel reometre ile gerçekleştirilen kesme viskozitesi eğrileri sadece partiler arasında tutarlı kalite sağlamak için kullanılmaz, aynı zamanda çikolatanın işleme sırasındaki davranışını ve ağızda bıraktığı hissi tahmin etmeye de yardımcı olur. Bu nedenle, çikolatanın reolojik olarak anlaşılması proses optimizasyonu ve ürün tasarımı için çok önemlidir.
Her ölçümden sonra otomatik olarak takip edilen Casson analizinin sıralaması ve değerlendirilmesi, başlangıçta karmaşık olan bir yöntemi rutin bir faaliyete dönüştürür.