扩大流变信息的重要性

扩展流变学信息和乳化剂功能在巧克力生产中的重要性

流变巧克力测量的总体思想是提供任何巧克力或化合物在成型、包覆、淘洗、纺丝、壳模等方面的可加工性的信息。为了得到这一结果,需要一种更有用的测量流变性的方法。

历史上,糖果行业一直使用相对简单的仪器来获取巧克力和复合纹理的信息。福特杯烧杯、麦克迈克尔粘度计和单速粘度计仍被用来测量巧克力和化合物的流动特性。然而,测量巧克力流动特性的艺术可以也应该进行评估,因为获得的结果只是指示性的,不包括重要的信息。

在工厂中,半液体巧克力是固体颗粒 - 糖,可可和牛奶的混合物,漂浮在周围的连续液体脂肪相中。因此,巧克力(和类似的糖果系统)是非牛顿物质,见表1.牛顿物质,如液体,见表2,具有恒定粘度(质地);独立于剪切速率(速度),而非牛顿物质以不同的剪切速率具有不同的粘度。

剪切速率 粘度
100转 6000 Cp
50转 6400 CP
25转/分 7000 Cp
10转 8000 CP
5 rpm. 12000 Cp
2转 40000 Cp

表格1:30% TF牛奶巧克力在40ºC(104ºF)(非牛顿物质)下的粘度。

剪切速率 粘度
100转 120 Cp
50转 120 Cp
25转/分 120 Cp
10转 120 Cp
5 rpm. 120 Cp
2转 120 Cp

表2:25ºC(77ºF)(牛顿物质)牛奶粘度。

如果两种不同的人测量相同巧克力的粘度,并且在不可思议地衡量40ºC(104ºF)的粘度,它们将提出两种不同的巧克力粘度值,具体取决于其所选的剪切速率。牛奶或其他液体,将恢复相同的粘度结果。因此,测量巧克力中的单剪切速率粘度不提供足够的信息。

与测量

许多生产商在评估巧克力流动性能很长一段时间时使用过老年方法。最初创建了这种单速评估方法,以便甚至一个简单的粘度计的每个人都可以使用它。然而,在生产类型和巧克力流动之间存在关系,因此需要更多的剪切速率来描述巧克力剪切速率和测量粘度之间的链接。在巧克力成型期间,巧克力速度低(0.1-5 [1 / s]),而巧克力相对快速地在纳入的吹入阶段(> 25 -30 [1 / s])。

简单的仪器和测量方法都着眼于有限数量的剪切速率,通常只有一个。使用单速度方法,可以获得巧克力的良好泵送信息,但它不能给出成型性能、覆盖层厚度或底部成型的任何指示。没有适当的粘度概述时,有关测量实际生产情况,如成型,外壳成型和覆盖。

造型评价

在巧克力成型的沉积和振动方面,振动对最终产品有最关键的影响。在沉积过程中,巧克力移动相对较快,而振动使巧克力移动相当缓慢,并扩散到模具的所有印痕中。为了正确地评估一个成型巧克力,你需要通过选择一个相当低的剪切速率来模仿这个缓慢的运动。这种低剪切速率粘度是非常重要的,也是片剂生产过程中的一个关键点——粘度越低,流动性越好。

您需要一种流变方法,通过制作一组测量,将提供足够的信息来定义在壳成型期间链接到壳厚度形成所需的关键巧克力速度的类型。它还需要暗示脚部形成性能,巧克力流入特定的模具设计,巧克力沉积和芯片成型以及空气释放。

举个例子,尽管在剪切率7.0 [1/S]下具有相同的单速粘度,但两种总脂肪含量为29.8%和34.8%的牛奶巧克力在成型和包覆生产过程中仍然可以以非常不同的方式工作。

图1:尽管在7.0剪切速率下单速粘度相似,但使用29.8%(左)和34.8%(右)巧克力的成型性能差异[1/S]

在图1中,与34.8%的牛奶巧克力相比,29.8%的低脂牛奶巧克力在不同的模具中分布得更好,尽管它们都有相同的单速粘度。因此,这些粘度结果并不能反映实际的成型性能差异。

使穿长袍的行为

其他的形成过程,如包裹,包括更关键的巧克力速度,因此是一个组合的不同的流动行为,必须观察。在一个例子(图2)中,使用与上述模压例子相同的34.8和29.8%牛奶巧克力,Granola棒是在完全相同的包裹条件下包裹的-相同的皮带速度,窗帘和吹条件和类似的冷却。然而,29.8%的低脂牛奶巧克力用15.6克巧克力包裹在巧克力棒上,而34.8%的牛奶巧克力用11.9克巧克力包裹在巧克力棒上,尽管两种牛奶巧克力具有相同的单速粘度。

这表明单速粘度信息不符合谱系生产结果。如果他们这样做的巧克力拿起应该是一样的。

涂层粘度(高剪切粘度)与吹走多余的巧克力后涂层厚度的形成有关。包裹后,可以评估是否得到了正确和预期的巧克力层计算和设计(重量控制)。

在包裹帷幕通过的过程中,巧克力的剪切速率是中等的,覆盖在瑞士卷上的巧克力层相对较厚。包裹帘后,由鼓风机吹出的气流速度产生的相对高的剪切速率形成巧克力层厚度。一个较低的包裹粘度,(在高剪切粘度)确保更薄的巧克力包裹层,而较高的包裹粘度达到更厚的巧克力包裹层。

图2:尽管两个巧克力具有相同的单速粘度,但是使用29.8%和34.8%脂肪乳巧克力涂覆格兰诺拉多棒的变化。

低剪切粘度将告知包裹的巧克力是否会在冷却通道中形成脚。它可以预测吹气过程中形成的波纹巧克力装饰是否会保持不变。如果低剪切粘度高于某一临界最低水平,顶层巧克力将站起来,保持它原来的波纹“吹”形状。

流程曲线测量

两种评估方法提供了这些额外的信息,并有助于更好地了解实际生产情况——流动曲线和三步剪切速率测量。

流量曲线测量是粘度计程序设计的一种形式,使用带有旋转主轴和固定杯的粘度计来创建一个定义良好的巧克力剪切速率。当旋转主轴使巧克力流动时,粘度计可以检测产生流动所需的力。通过选择一系列不同的剪切速率,流动曲线涵盖了与巧克力生产相关的不同速度-慢、中、快。不同的仪器有不同的具体方法,但都模仿了许多不同的关键巧克力生产步骤。

产生巧克力流动所需的力(在PA或DYN / cm2)上抵抗剪切速率(巧克力[1 / s]的速度或主轴速度:rpm)。Casson屈服值是开始巧克力流动所需的力,Casson塑料粘度是保持巧克力恒定流动所需的力,也称为“剪切增稠因子”。

图3:2流动曲线具有相同“流动”的剪切速率11.5,但屈服值和塑料粘度非常不同。

如图3所示的两条流动曲线决定了巧克力之间的差异:绿色曲线巧克力的Casson“屈服值”比蓝色曲线巧克力(启动流动所需的力)更高。蓝色曲线巧克力比绿色曲线巧克力具有更高的卡森“塑料粘度”(曲线陡度)。

绿色曲线巧克力将被涂上最薄的一层巧克力,因为它的涂覆粘度/塑料粘度最低。蓝色曲线巧克力将是最液体的巧克力在困难的片剂成型,由于它的非常低的收率值。由于卡森屈服值低,它能够在正常振动下填充非常小和困难的模具。单速粘度测量不能显示这类产品的相关信息。使用流量曲线模型的优点是,通过简单地查看和比较图形,可以很容易地看到和理解各种巧克力之间的差异。

三步粘度测量

进行流变学测量的第二种方法是在选定的速度下观察表观粘度。这些剪切速率模拟缓慢移动的巧克力运动类似于巧克力在振动(成型粘度在剪切速率0.54),介质移动巧克力模拟回火,泵送或旋转巧克力速度在剪切速率7.0。最后,一个快速移动的巧克力模拟了涂覆过程中的吹气运动(涂覆粘度在剪切速率25.0)。

这种在三种剪切速率下的粘度测量的好处是,通常似乎更容易解释,一个成型巧克力需要一定的最低成型粘度来很好地填充模具,而没有孔和缺陷。同样合理的是,告诉生产团队,包裹巧克力需要适当的低包裹粘度,例如8200至8700 Cp (mPas),以便包裹蛋糕以适合最终产品的合适层厚。

图4:曲线显示:粘度免受时间(3种不同的剪切速率25.0,7.0和0.54 [1 / s]。
图5:曲线显示了基于卵磷脂与放大器的巧克力乳化剂效应的差异。基于AMP的牛奶巧克力与卵磷脂相比需要1.0%的可可脂。

乳化剂的影响

高级评估方法还透露了有关通过最佳乳化剂包含所创建的真实节省的更多信息。乳化剂对巧克力和糖果产品的流动性有着强烈影响。

主要使用三种类型:

大豆卵磷脂是糖果工业中最古老、最著名的乳化剂,而磷酸铵(AMP)具有强大的表面活性。AMP经常因为各种原因取代大豆卵磷脂,如使用效率成本、节省可可脂、食品安全和转基因地位。PGPR(聚甘油聚蓖麻油酸酯)用于各种糖果产品以及人造奶油,食品乳剂,面包脱模剂和化妆品。

乳化剂可分为两类。基础乳化剂,如卵磷脂和AMP,可以单独使用,也可以与其他乳化剂结合使用。像PGPR这样的Co乳化剂单独添加到巧克力中并不能很好地发挥作用,需要与基本乳化剂一起使用,以显示对巧克力的积极的最佳影响
流变学。

流变的影响

将卵磷脂添加到乳化剂游离巧克力的效果是,减少了开始流动,Casson屈服值和维持该流动所需的力的力,降低了腺塑料粘度所需的力。卵磷脂的最佳巧克力剂量约为0.35-0.40%,较高的卵磷脂添加产生屈服价值
增加。

在无乳化剂巧克力中加入AMP会降低卡森产率和卡森塑料粘度。与卵磷脂相比,较高剂量的AMP不会产生增加产量值的不良效果。这意味着使用AMP可以达到更强的效果,最佳剂量为0.60-1.0%。

这两种产品对同一种巧克力的影响并不相同。AMP将卡森塑料粘度(包裹粘度)降低到可能的最低水平。

在牛奶巧克力中添加卵磷脂和AMP,其卡森屈服值和卡森塑料粘度的差异可以用屈服值和塑料粘度的变化来表示。

这种差异也可以通过总脂肪水平的差异来量化,这是在相同的开始巧克力中创造相同的流变性所需要的。如果一个巧克力制造商用0.40%的卵磷脂生产一种涂覆29.5%的牛奶巧克力,想要在涂覆过程中减少巧克力层的厚度,他可以更换乳化剂。从0.40%卵磷脂到0.60% AMP的初步变化可以降低巧克力的包裹层厚度。AMP通常只需要减少2-4%的可可脂就可以在巧克力中创造“正常”的流变性。

PGPR

没有卵磷脂或放大器添加的PGPR不适用于“正常”巧克力应用(图6中的非常陡峭的黄色流动曲线),但图表显示组合AMP / PGPR会产生最有效的混合物,为有显着的可可脂还原的空间进行空间PGPR以极其有效的方式降低了Casson产量值。通过选择适当的PGPR剂量,可以实现所需的几乎任何低产量值。PGPR对Casson塑料粘度的影响很小。

结论

流量曲线和三步剪切速率测量允许更多信息巧克力测量,并从粘度计信息到巧克力生产中的清晰链接。所示的实施例已经给出了明确的指示,以及可以获得的益处,特别是在模塑和谱系中。

对粘度的进一步理解也允许更多地使用乳化剂来增强巧克力的特性。卵磷脂作为一种基本乳化剂,在0.35-0.40%的用量下效果良好,而AMP,如Palsgaard®AMP 4455产品,在0.60-1.0%的最佳用量水平下改善了功能。PGPR,如Palsgaard®PGPR 4150产品,是一种强屈服值还原剂,对低剪切粘度有非常强的影响。在巧克力中添加PGPR的典型水平是0.10-0.30%。这确保了许多公司可以通过使用帕尔斯加乳化剂来节省开支。

使用这些方法,粘度计信息与巧克力生产的直接链接,实验室观察涉及以逻辑的方式直接生产。

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