BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN 1 MÔN CÁC TÍNH CHẤT KĨ THUẬT CỦA THỰC PHẨM ĐỀ TÀI TÍNH CHẤT LƯU BIẾN CỦA CHOCOLATE (RHEOLOGICAL PROPERTIES OF CHOCOLATE)

Trong đó, phân loại theo nguyên liệu sản xuất là phổ biến nhất, chocolate được chia làm các loại sau đây: Chocolate đen Dark chocolate Chocolate chỉ được sản xuất từ bơ cacao chất béo,

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN 1 MÔN CÁC TÍNH CHẤT KĨ THUẬT CỦA THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI TÍNH CHẤT LƯU BIẾN CỦA CHOCOLATE (RHEOLOGICAL PROPERTIES OF CHOCOLATE)

Lớp: L01 - Nhóm 10 - HK212 GVHD: ThS Châu Trần Diễm Ái Nhóm sinh viên thực hiện:

TP HCM – 5/2022

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC BẢNG

NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHOCOLATE

1.1 Tổng quan

Chocolate (Choco) là loại thực phẩm được chế biến từ hạt cây cacao Nó được sử dụng nhiều trong nhiều món tráng miệng như bánh pudding, bánh kem, kẹo, kem… Choco có thể tồn tại ở dạng rắn như ở trong kẹo hay ở dạng lỏng như choco nóng

Đối với dòng sản phẩm chocolate thương mại, nhà sản xuất thường thêm đường để tạo vị ngọt, đôi khi có thể bổ sung thêm sữa, tạo thành sản phẩm choco sữa Choco đen thì có ít đường

và vị đắng hơn Ban đầu nó được dùng để làm choco để uống Choco có nhiệt độ nóng chảy ở khoảng 32 độ C (90 độ F)

1.2 Phân loại

Có rất nhiều cách để phân loại các loại chocolate Người ta có thể phân loại chocolate theo mục đích sử dụng, theo chocolate, theo thành phần hoặc là theo nguyên liệu sản xuất chocolate Trong đó, phân loại theo nguyên liệu sản xuất là phổ biến nhất, chocolate được chia làm các loại sau đây:

Chocolate đen

(Dark

chocolate)

Chocolate chỉ được sản xuất từ bơ cacao (chất béo), cacao, đường và một số phụ gia khác Vì có sử dụng cacao trong quy trình sản xuất nên chocolate đen

có chứa các thành phần theobromine, polyphenol, có lợi cho sức khỏe Châu

Âu quy định hàm lượng cacao khối tối thiểu đối với loại chocolate này là 35%

Chocolate sữa

(Milk

chocolate)

Ngoài các nguyên liệu cơ bản như trong sản xuất chocolate đen, chocolate sữa còn được bổ sung thêm sữa trong quy trình sản xuất Việc bổ sung thêm sữa để nhằm cung cấp thêm chất dinh dưỡng và đa dạng hóa sản phẩm về mặt tính chất cảm quan Châu Âu quy định hàm lượng cacao khối tối thiểu đối với loại này là 25%

Chocolate

trắng (White

chocolate)

Chocolate được sản xuất từ thành phần bơ cacao (chất béo), đường, sữa và không có sử dụng cacao Vì không sử dụng cacao nên sản xuất không có một

số thành phần như theobromine, polyphenol…Những thành phần này được xem như là có tác dụng tốt về mặt sinh lý đối với cơ thể Do không có những chất chống oxh đó nên chocolate trắng khó bảo quản hơn chocolate sữa, nên cần được bao gói trong các bao bì cản sáng để hạn chế sự oxh chất béo sữa Ngoài ra, người ta còn phân loại chocolate theo mục đích công nghệ như chocolate dùng để rót khuôn, chocolate dùng để bao phủ bên ngoài các loại bánh kẹo khác, chocolate dùng trong thiết bị vo

Chocolate có rất nhiều dạng ta có thể chia thành các dạng sản phẩm chocolate như sau:

- Chocolate dạng viên hay dạng thanh

- Kẹo chocolate.

- Kem chocolate

- Các loại bánh biscuit có chứa chocolate

- Sản phẩm chocolate không đường

- Các sản phẩm chocolate không có lớp chất béo của cacao phủ bên ngoài

1.3 Thành phần trong chocolate (GHI RÕ THÊM???)

- Nhân cacao : Hạt ca cao đã loại bỏ vỏ đã được lên men, rang và xay cho đến khi chúng hóa lỏng Chất lỏng này được tạo thành từ bơ ca cao và chất rắn cacao; cả hai đều hiện diện tự nhiên trong hạt đậu

- Bơ cacao : Chất béo tự nhiên từ hạt cacao giúp cải thiện hương vị cũng như cảm nhận vị giác (mouthfeel) cho sản phẩm choco

- Đường : Tăng độ ngọt của sản phẩm

- Lecithin : Một chất nhũ hóa, thường xuất xứ từ hạt đậu nành, thúc đẩy sự phối trộn của các nguyên liệu

- Vanilla hay một số mùi hương khác

- Ngoài ra ở một vài sản phẩm choco, nhà sản xuất có thể bổ sung sữa, trái cây (dâu…), hạt (hạnh nhân, đậu phộng…) và các phụ gia khác

CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT LƯU BIẾN CỦA CHOCOLATE

2.1 Cơ sở khoa học

Tính chất lưu biến của chocolate đã được nghiên cứu chủ yếu ở nhiệt độ trên điểm nóng chảy của nó và rất ít thông tin có sẵn về chocolate ở trạng thái rắn Ở trạng thái tan chảy, dòng chảy của chocolate là dòng lưu chất phi Newton và có hai câu hỏi được đặt ra:

- Cách thể hiện hành vi dòng chảy

- Những yếu tố nào ảnh hưởng đến nó

2.2 Một số thuật ngữ sử dụng trong quá trình xác định tính chất lưu biến

2.2.1 Ứng suất cắt

Ứng suất cắt đo áp suất cắt tác dụng để vượt qua sức cản của mẫu Rõ ràng là diện tích tiếp xúc càng lớn thì áp suất cắt sẽ phải càng cao Mặt khác, tốc độ cắt giúp xác định gradient vận tốc trong khe chất lỏng Trong nhiều trường hợp mà chocolate được sử dụng, tốc độ cắt được tạo ra

do chuyển động cưỡng bức của chất lỏng giữa các bề mặt cố định Điều quan trọng cần nhớ là trong những trường hợp này, tốc độ cắt cao có thể được sản xuất theo hai cách: hoặc bằng cách bơm rất nhanh giữa các bề mặt có khoảng cách lớn, hoặc bằng cách bơm chậm hơn giữa các khoảng trống hẹp Tốc độ cắt cao có thể xảy ra ở những nơi không mong muốn, chẳng hạn như giữa trục quay và bao bì của nó hoặc giữa các răng của bánh răng trong một máy bơm

2.2.2 Độ nhớt

Độ nhớt là một đặc tính của bản thân chất lỏng thể hiện khả năng chống lại sự chuyển động Đối với các chất lỏng đơn giản như nước, bơ ca cao, thậm chí cả siro đường, độ nhớt là như nhau bất kể tốc độ cắt Những chất lỏng này được gọi là chất lỏng Newton

Bảng 13.2 Độ nhớt của những lưu chất Newton (CHƯA TAG CAPTION HÌNH + BẢNG)

Phần lớn nguyên liệu thực phẩm dạng lỏng là chất lỏng phi Newton Điều này có nghĩa là

độ nhớt của chúng thay đổi theo tốc độ cắt được áp dụng Ứng dụng phổ biến nhất được gọi là làm mỏng hoặc cắt mỏng Đây là nơi mà độ nhớt bị giảm khi tốc độ cắt tăng Ứng dụng này rất phổ biến với chocolate trong đó cấu trúc vi mô là sự phân tán của các hạt có kích thước micromet và nhỏ hơn trong một dòng chất lỏng liên tục Lý do cho sự thay đổi độ nhớt với tốc độ cắt được cho là do một số loại trật tự của các hạt được đóng gói chặt chẽ trong trường cắt, giống như được mô tả trong Hình 13.2 Do sự thay đổi độ nhớt này với tốc độ cắt, độ nhớt cho chocolate cùng luôn đi kèm với với tốc độ cắt tại điểm nó được đo

Hình 2 Thứ tự phân tán hạt chocolate trong quá trình cắt mỏng

Một loại đặc tính khác hiếm hơn của độ nhớt được gọi là độ pha loãng hoặc độ dày khi cắt Đây là nơi độ nhớt tăng lên khi tốc độ cắt tăng Điều này chỉ được thấy trong chocolate ở tốc độ cắt rất cao, vượt quá khoảng 1500 s-1 và vượt xa tốc độ thường gặp trong các quy trình điển hình

Độ loãng là kết quả của sự mất trật tự của các hạt được đóng gói chặt chẽ trong trường cắt và sự giãn nở đồng thời Nó xảy ra khi lực cắt đủ lớn để thắng lực liên kết giữa các hạt Nó trở nên có

ý nghĩa khi các hạt gần nhau hơn, nghĩa là với sôcôla ít chất béo hơn, đặc biệt là khi chúng có kích thước hạt nhỏ hơn VD : ở cát lún, ta vùng vẫy càng mạnh thì càng lún sâu hơn

Câu hỏi đặt ra ở đây là tại thời điểm này tỷ lệ cắt có thể quan trọng trong việc sử dụng chocolate hay không Câu trả lời phụ thuộc rất nhiều vào phương pháp xử lí Các hạt chất rắn trong chocolate nếu để yên mà không khuấy, sẽ dần dần lắng xuống dưới tác dụng của lực hấp dẫn Đây là lý do tại sao chocolate để trên bếp nóng luôn có một lớp chất béo trên đó sau vài ngày Tốc độ cắt đạt được của các hạt trong thao tác này là cực kỳ nhỏ, ước tính vào khoảng 10-6 đến 10-4 s-1, tùy thuộc vào khối lượng chất rắn trong sự phân tán chocolate Ở chiều ngược lại, nếu chúng ta sử dụng chocolate để phun lên khuôn của mình, tốc độ cắt ở đầu phun có thể vượt quá 103 s-1

Quá trình Phạm vi tốc độ cắt Ví dụ

Thoát nước bằng trọng lực 10-1 đến 1 Khoác chocolate

Bảng 3 Một số tỷ lệ cắt điển hình có thể áp dụng cho bánh kẹo.

CHƯƠNG 3: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH CHẤT LƯU BIẾN

CỦA CHOCOLATE

3.1 Độ nhớt

Định nghĩa: Chúng ta có thể xem độ nhớt là sự ma sát bên trong chống lại chuyển động khi khuấy, đổ v.v… Khi chuyển động dễ dàng (tức là vật liệu khô) thì ít ma sát, nhưng đối với vật liệu dày thì ma sát cao

Tuy nhiên, chocolate có đặc tính chảy phức tạp hơn Đối với chất lỏng Bingham, cần một lực có thể đo được để bắt đầu chảy, nhưng một khi làm như vậy, lực càng cao thì nó càng mỏng Đây là một vấn đề lớn đối với nhà sản xuất chocolate, bởi vì độ nhớt không phải là một con số duy nhất, mà có một giá trị phụ thuộc vào tốc độ chảy của nó Trên thực tế, nó có thể được biểu diễn tốt nhất bằng một đường cong dòng chảy

Trong một nhà máy, không thể sử dụng đường cong làm đặc điểm kỹ thuật cho độ nhớt chocolate, vì vậy dữ liệu này phải được đơn giản hóa Cách mà điều này thường được thực hiện

là mô tả đường cong bằng một phương trình toán học Có nhiều phương trình tồn tại, nhưng phương trình được sử dụng rộng rãi nhất là phương trình Casson, phương trình này ban đầu được phát triển để mô tả dòng chảy của mực in Nhớt kế đo một số điểm trên đường cong và sau đó phương trình được sử dụng để đưa ra hai thông số dòng chảy: giá trị chảy và độ nhớt dẻo

Giá trị năng suất liên quan đến năng lượng cần thiết để bắt đầu di chuyển chocolate Nếu

nó cao, chocolate sẽ có xu hướng nổi lên, có thể được yêu cầu để đánh dấu trên đồ ngọt hoặc khi sản xuất chocolate dạng viên cho bánh quy nướng Giá trị năng suất thấp là cần thiết để tạo ra một lớp chocolate mỏng phủ trên bánh quy Độ nhớt dẻo liên quan đến năng lượng cần thiết để giữ cho chocolate chuyển động khi nó bắt đầu chảy Điều này cũng quan trọng trong việc xác định độ dày lớp phủ của chocolate trên một quả ngọt và cũng trong việc xác định kích thước máy bơm cần thiết để bơm chocolate lỏng

3.2 Kích thước hạt

Cùng với độ nhớt thì kích thước hạt cũng là một đại lượng ảnh hưởng lớn đến tính chất lưu biến của chocolate Trong khi độ nhớt là một thông số không thể xác định một cách đơn giản mà phải thông qua 2 thông số là giá trị chảy và độ nhớt dẻo, ngoài ra độ nhớt còn thay đổi liên tục theo tốc độ chảy, hình thành đường cong độ nhớt của vật liệu, kích thước hạt ở từng thời điểm nhất định là như nhau Tuy nhiên, trong thực tế thì giá trị kích thước hạt lại được biểu thị bằng đường cong, hay còn gọi là sự phân bố kích thước hạt và nhà sản xuất cần phải nằm được những giá trị này nhằm phục vụ cho quá trình chế biến và kiểm soát chất lượng sản phẩm

Sự phân bố kích thước hạt có thể có nhiều dạng, hai dạng phổ biến nhất được minh họa trong Hình 4 Điều này cho thấy sự phân bố kích thước của cùng một loại chocolate nhưng có thể được hiển thị theo hai cách Nếu các hạt rắn trong chocolate được quan sát thông qua kính hiển

vi và xác định được đường kính của mỗi hạt, thì có thể đo được tỷ lệ của các hạt trong một phạm

vi kích thước nhất định Điều này được thể hiện trong sự phân bố số lượng so với kích thước Mặt khác, nếu các hạt riêng lẻ được cân và đo tỷ lệ của tổng trọng lượng do một phạm vi kích thước nhất định, thì sẽ thu được một phân bố giống như phân tử khác trong Hình 4.Trong chocolate, một số lượng nhỏ các hạt lớn hơn sẽ tạo ra kết cấu sạn Các hạt lớn sẽ quan trọng đối với cảm giác tạo ra trong miệng bởi độ sạn của nó, nhưng các hạt nhỏ hơn quan trọng hơn đối với đặc tính chảy của chocolate, đặc biệt là giá trị năng suất vì vậy việc nắm rõ sự phân bố kích thước hạt là điều cần thiết trong quá trình xác định tính chất lưu biến của chocolate

Hình 4 Bảng so sánh độ phân bố kích thước hạt trong chocolate

3.3 Hàm lượng chất béo

Ảnh hưởng định tính của hàm lượng chất béo đối với độ nhớt của sô cô la có thể được xác định dễ dàng Máy đo độ nhớt quay này mang lại các phép đo ở một tốc độ cắt duy nhất Sự giảm

độ nhớt biểu kiến với hàm lượng chất béo thay đổi theo độ mịn của sô cô la Một sự giảm độ nhớt tương tự đã được báo cáo bởi các tác giả khác Sự giảm hai thông số Casson, qCA và p đối với một loạt các hàm lượng chất béo (Hình 2) Trên thang đo logarit, pCA giảm tuyến tính với sự gia tăng hàm lượng chất béo

Ảnh hưởng của hàm lượng chất béo lên nCA và pCA đối với chocolate không có lecithin

3.4 Độ ẩm

Độ nhớt biểu kiến của chocolate tăng theo hàm lượng nước, độ nhớt dẻo đi qua tối thiểu ở hàm lượng nước khoảng 0,8%

Năm 1963, Wiemer đã thực hiện nghiên cứu đối với phạm vi hàm lượng nước rất thấp (0,1-0,4%) và quan sát thấy sự gia tăng mạnh về độ nhớt biểu kiến chỉ từ 0,1 đến 0,2% Các tác giả khác đã nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng nước đến các thông số qCA và pCA Sự gia tăng qCA với hàm lượng nước mạnh hơn đối với hàm lượng chất béo 35% so với 39%, và các giá trị của pCA không thay đổi đáng kể giữa độ ẩm 0,5 và 1,2%

Ảnh hưởng của độ ẩm lên thang đo nCA và pCA với hàm lượng nước ban đầu là 0.64%

Theo đồ thị ta có thể thấy, nCA ổn định ở độ ẩm nằm trong khoảng từ 0.6-1.1% và tăng lên với hàm lượng nước cao hơn, còn pCA thì tăng một cách ổn định xuyên suốt toàn bộ các mức độ của hàm lượng ẩm

3.5 Nhiệt độ

Sô cô la nóng chảy cần được ủ trước khi đổ khuôn Tính ôn là sự kết tinh một phần của bơ cacao Do đó, tính chất lưu biến của sô cô la đã ủ rất được quan tâm trong thực tế Trong quá trình sản xuất, người ta thêm các tinh thể chất béo nhỏ vào khối sô cô la ở 34 ° C để tạo hạt và nhận thấy độ nhớt dẻo tăng lên Sự gia tăng độ nhớt biểu kiến này tỷ lệ với số lượng tinh thể chất béo trong khối chocolate Trong thực tế, điều này đã được sử dụng để xác định mức độ nóng của

sô cô la Các tham số Casson của một khối sô cô la đã qua ủ và chỉ tìm thấy sự gia tăng giá trị năng suất PC Đối với một số khối chocolate được ủ tốt, không thể phát hiện được sự gia tăng của một trong hai thông số (độ nhớt biểu kiến không đổi) Thông số qCA tăng 10% đối với cả sôcôla sữa và sôcôla nguyên chất và gần gấp đôi giá trị pCA đối với sôcôla sữa Trong điều kiện

ủ thông thường, nhiệt độ của sô cô la sữa giảm từ 28 đến 30 ° C Sau một thời gian (nhiệt độ càng thấp thì thời gian càng ngắn) sự đặc lại xảy ra trừ khi sô cô la được làm ấm đến 30-32 ° C Trong một quy trình mới, sô cô la được giữ ở 33-34 ° C sau khi cấy thích hợp và độ nhớt được cho là không đổi

3.6 Thời gian cán trộn

Độ nhớt của chocolate giảm theo thời gian cán trộn Sự sụt giảm này không quá mạnh khi lecithin được thêm vào khi bắt đầu quá trình trộn, mà phụ thuộc vào hàm lượng nước và giảm theo thời gian quá trình cán trộn xảy ra Sau 10 giờ, sự giảm mạnh nhất đã xảy ra và sau 24 giờ,

độ nhớt gần như không đổi Những khoảng thời gian này phụ thuộc vào cách thức cán trộn Trong hầu hết các tài liệu, chỉ có độ nhớt dẻo hoặc độ nhớt biểu kiến là được tính toán khi xét ảnh hưởng đến thời gian cán trộn Sự ảnh hưởng này có thể đạt cực đại hoặc cực tiểu tùy vào trạng thái kết tụ của chocolate trong quá trình cán trộn

Ảnh hưởng của thời gian cán trộn lên thông số pCA đối với sản phẩm chocolate sữa

3.7 Lecithin, chất nhũ hóa, phụ gia

Một lượng nhỏ lecithin được thêm vào chocolate lỏng sẽ làm giảm độ nhớt ngay lập tức Hoạt động của lecithin là rất quan trọng ở nồng độ thấp Trong phạm vi 0,143%, ta cần phải sử dụng nhiều hơn 10 lần trọng lượng lecithin trong bơ ca cao để có được độ giảm độ nhớt như nhau Khi nồng độ lecithin tăng lên, sự cô đặc chocolate có thể xảy ra

Nếu các tham số qCA và pCA được xem xét riêng biệt, người ta thấy rằng chỉ có giá trị p

là tăng lên khi bổ sung thêm lecithin sau khi đã đạt đến giá trị tối thiểu từ 0,3 đến 0,5% lecithin

Ảnh hưởng của lecithin được thêm vào đối với tham số qCA và pCA trong 2 sản phẩm

chocolate trắng

Đối với qCA, nó giảm nhanh ở mức thấp (dưới 0,2%) và chậm hơn ở nồng độ lecithin cao hơn Tác dụng của lecithin rất yếu đối với khối cacao và rất mạnh đối với hỗn hợp bơ ca cao đường Do đó, tác dụng của lecithin trong việc làm giảm độ nhớt của chocolate là do tác dụng của nó lên các hạt đường Lượng được giữ lại ở bề mặt đường có thể tương ứng với một lớp đơn phân tử Chỉ một phần của các hạt được phủ bằng lecithin, số lượng chính xác tùy thuộc vào hàm lượng lecithin Ví dụ, lecithin được sử dụng trong chocolate là lecithin từ đậu nành tự nhiên và

nó chứa khoảng 65-70% phospholipid Phospholipid thể hiện cả đặc tính ưa nước và kỵ nước và rất có thể tạo thành màng đơn phân tử trên bề mặt của các phần tử không béo như đường, dẫn đến việc thấm ướt dễ dàng hơn và ít cản trở dòng chảy hơn Nồng độ của chúng càng cao, tác dụng giảm độ nhớt của bơ ca cao khi được thêm vào chocolate thường càng lớn

3.10 Độ phối trộn

Mức độ cắt / trộn là rất quan trọng để có được chocolate mỏng nhất có thể với một hàm lượng chất béo nhất định Ở một mức độ lớn hơn, độ phối trộn có thể được chi phối bởi thiết kế của lồng ghép và các phần tử trộn của nó Ngoài ra còn có những yếu tố quan trọng khác bao gồm thứ tự bổ sung các thành phần vào máy trộn và động cơ truyền động cho các phần tử trộn này