مقاله عوامل مؤثر بر رئولوژی و بافت شکلات

بخشی از مقاله

چکیده: شکلات یک ماده غذایی گران قیمت و بسیار دلپذیر است. کیفیت شکلات بستگی به رفتار ذوب آن دارد به این ترتیب که در دمای محیط جامد بوده و پس از قرار گرفتن در دهان ذوب می شود. عوامل مهمی که بر ویسکوزیته شکلات تأثیرگذار هستند عبارتند از محتوای چربی، محتوای امولسیفایرها یا لسیتین، محتوای رطوبت، زمان کنچ، توزیع اندازه ذرات، درجه حرارت، میزان تمپرینگ و لرزش.شناخت بیشتر این عوامل منجر به بهبود کیفیت شکلات و توسعه تجارت آن می شود.

مقدمه:

شکلات سوسپانسیونی از مواد جامد است که در فاز پیوسته چربی پراکنده اند. شکر و پودر کاکائو بخش عمده ذرات جامد را تشکیل می دهند که در مجموع حدود %70 وزن شکلات را به خود اختصاص داده اند . پودر کاکائو از میوه های درخت تئوبروما کاکائوبه دست می آید که خود انواع مختلف دارد. نوع غالب آن،فوراسترونام دارد که از دانه های کوچک، مسطح و ارغوانی به دست می آید. نوع دیگر، کریولواست که بسیار نادر می باشد .

ترینیتارو نوع اصلاح شده فوراسترو و کریولو است که حدود %3 تولید جهان را شامل می شود . این ترکیب، نسبت به بیماری مقاوم بوده و نقش مهمی در ایجاد طعم مطبوع دانه های کاکائو دارد . خواص حسی شکلات ها بیشتر وابسته به ترکیب فاز چربی است که بر احساس دهانیوویژگی های ذوب آن تأثیر می گذارد. تری گلیسریدهای موجود در چربی شکلات اسید استئاریک - 34 % - ، اسیدپالمتیک - - %27 و اسید چرب تک غیر اشباع اولئیک - - %34 می باشد.

شکلات ها در دمای 20 -25 œC جامد بوده و در دمای 37œC در دهان ذوب می شوند که در این حین باعث ایجاد یک بافت یکنواخت می شوند. علاوه بر ترکیب فاز چربی، نوع کریستال های چربی نیز در ایجاد این بافت یکنواخت مؤثر هستند..وقتی شکلات در دهان ذوب می شود، فاز پیوسته چربی با بزاق مخلوط شده و ذرات شکر در آن حل می شوند.

در این حین، چربی و ذرات جامد روی سطح مخاط دهان را می پوشانند. سرعت انحلال که بستگی به اندازه ذرات جامد دارد باعث درک میزان زبری ذرات می شود. بنابراین توزیع اندازه ذرات و اجزای تشکیل دهنده بر روی مزه اولیه شکلات مؤثر است.ویژگی های رئولوژیکی شکلات طی فرآوری در تولید یک محصول با کیفیت بالا و بافت مناسب اهمیت بسزایی دارد.

شکلات با ویسکوزیته خیلی بالا احساس دهانی خمیری ایجاد می کند و به دهان می چسبد. عواملی که بر ایجاد ویسکوزیته مناسب شکلات مؤثرند عبارتند از اجزای تشکیل دهنده، روش فرآیند و توزیع اندازه ذرات.ویسکوزیته ظاهری در محلول های آبی روی آزادسازی آروما و شدت طعم اثرگذار است. بنابراین آزمایشات رئولوژیکی اغلب اطلاعاتی در خصوص ویژگیهای حسی شکلات نیز می دهد. این مقاله اطلاعاتی راجع به اثر استفاده از روش فرآوری، توزیع اندازه ذرات و اجزای تشکیل دهنده بر ویژگی های رئولوژیکی و حسی شکلات می دهد.

مراحل تولید شکلات:

در هر غلاف کاکائو 30 - 50 عدد دانه وجود دارد که پس از 4-6 ماه می رسد. از این دانه ها دو نوع محصول می توان تهیه کرد: توده کاکائو که مستقیما در تولید شکلات استفاده می شود و یا کره کاکائو و پودر کاکائو که در اثر پرس کردن دانه ها حاصل می گردند . طی این فرآیند واکنش های شیمیایی اتفاق می افتد که در ایجاد طعم نهایی و خواص بافتی شکلات اثرگذار است .

طی 5 - 7 روز پس از برداشت دانه ها، تخمیرهای میکروبی و آنزیمی اتفاق می افتد که باعث تغییرات شیمیایی و فیزیکی در آن می شود از جمله واکنش مهم قهوه ای شدن آنزیمی پلی فنل با پروتئین ها و پپتیدها که منجر به ایجاد رنگ مطلوب در دانه ها می شود. پس از تخمیر مرحله خشک کردن به منظور جلوگیری از رشد کپک ها طی فرآیندهای انتقال و انبارداری انجام می شود تا جایی که رطوبت دانه ها از% 60 به %8 برسد . خشک کردن آفتابی روش مطلوبی در ایجاد ترکیبات طعم دار است. دانه ها پس از خشک شدن بسته بندی و تحت شرایط کنترل شده در انبار نگهداری می شود.

عملیات برشته کردن قبل یا پس از غربال کردن انجام می شود. این عملیات که در دمای 90 -170 œC صورت می گیرد، رطوبت را به کمتر از %3 می رساند و واکنش های میلارد توسط آمینواسیدها باعث آزاد شدن آلدئیدها که عوامل ایجادکننده عطر و طعم هستند می شود. اسیدهای فراری که طی تخمیر تولید شده بودند نیز در این مرحله حذف می شوند. طی خرد کردن دانه ها کره کاکائو استخراج می شود و در اثر ادامه عملیات آسیاب کردن پودر کاکائو به دست می آید که اندازه ذرات آن ب 30 است. به طور کلی %78 -90 کره کاکائو توسط عملیات پرس به دست می آید.

باقیمانده چربی را می توان توسط استخراج با سیال فوق بحرانی به دست آورد.مراحل تولید شکلات عبارت است از مخلوط کردن، آسیاب کردن و کنچ کردن در نتیجه این عملیات بافت یکنواختی در شکلات ایجاد می شود.شکلات - بسته به نوع آن - از پودر کاکائو، شکر، کره کاکائو، چربی شیر و پودر شیر تشکیل شده است. شکر، شیر خشک و پودر کاکائو در %24 چربی توسط آسیابهای دو تا پنج غلتکی مخلوط می شوند تا جایی که اندازه ذرات به کمتر از ب 30 برسد. اندازه نهایی این ذرات بر روی ویژگی های رئولوژیکی و حسی شکلات اثر می گذارد.

آسیاب پنج غلتکی از 4 استوانه توخالی تشکیل شده که به صورت عمودی بر روی یکدیگر قرار گرفته اند و از درون آن ها آب گرم عبور می کند تا دما کنترل شود. سرعت چرخش غلتک ها با یکدیگر متفاوت است و شکلات از لابلای آن ها عبور می کند و در اثر اصطکاک نرم می شود. به این ترتیب که بیشترین سرعت چرخش مربوط به پایین ترین غلتک است. در نتیجه لایه نازکی از شکلات به آن چسبیده و به غلتک های بالایی منتقل می شود.

در نهایت این لایه توسط کاردک هایی از غلتک جدا می شود. نیروی برشی که غلتک ها به شکلات وارد می کنند ذرات جامد را خرد می کنند؛ این ذرات دوباره با سطح چربی پوشش داده می شوند و به این ترتیب مواد فرار موجود در کاکائو جذب بخش چربی می شود. به نظر می رسد اگر بخش کوچکی از ذرات موجود در شکلات شیری اندازه ذرات تا حد ب 65 داشته باشند ویژگی بافت بهبود می یابد. بهترین اندازه ذره برای شکلات تیره کمتر از ب 35 است.

البته این مقدار بستگی به محصول و اجزای تشکیل دهنده آن دارد. به طور خلاصه آسیاب ها نه تنها روی کاهش اندازه ذرات مؤثرند و شکستن ذرات کلوخه ای شده بلکه باعث توزیع شدن یکنواخت آن ها در فاز پیوسته شده به گونه ای که هر یک با چربی پوشش داده شود. این مخلوط سپس وارد مرحله کنچینگ، مرحله ای که باعث بهبود ویسکوزیته و بافت و طعم نهایی شکلات می شود، می گردد. این مرحله نقطه نهایی تولید شکلات های تخت است.

معمولا در این مرحله شکلات را در دمای بالاتر از 50œC به مدت چند ساعت هم می زنند. در مراحل اولیه این فرآیند، رطوبت و طعم های فرار نامطبوع از شکلات خارج می شوند و در نتیجه برهم کنش هایی بین فاز پیوسته و پراکنده روی می دهد. زمان و درجه حرارت کنچینگ متغیر است: در مورد شکلات های حاوی شیر خشک 16 - 24 ساعت در دمای 60œC و در مورد شکلات های تیره 70œC و حتی تا 82 œC نیز می تواند باشد. اگر به جای شیر خشک کامل از پودر شیر پس چرخ همراه با کره کاکائو استفاده شود می توان دما را تا 70œC نیز افزایش داد. برای ایجاد ویسکوزیته مناسب در شکلات می توان در پایان مرحله کنچینگ و قبل از شروع تمپرینگ، به آن لستین و کره کاکائو افزود.

کریستالیزاسیون چربی و ویژگیهای فاز پیوسته در طی تولید شکلات:

کره کاکائو دارای تری گلیسرید هایی با اسید های چرب مختلف و در نتیجه6 فرم پلی مورفی متفاوت می باشد که روی چگونگی جامد شدن آن اثر می گذارند. مهمترین نوع این فرم ها - I-IV - عبارتند از ، و . به طور معمول فرم V یا 2 مطلوب ترین فرم است که در حین عملیات تمپرینگ فرم غالب شکلات را تشکیل می دهد. زیرا باعث ایجاد ظاهر درخشنده، شکنندگی مطلوب انقباض و مقاوم به سفیدک می شود. اگر شکلات به درستی تمپر نشود، طی مراحل بعد فرم کریستالی IV سریعا به فرم V تبدیل می شود که این کار باعث ایجاد ظاهر سفید رنگ - سفیدک - بر روی شکلات و ایجاد حالت زبر و خشن می گردد.

شکلات تمپر نشده بافت نرمی داشته و به خوبی از قالب بیرون نمی آید. پایدارترین فرم های کره کاکائو فرم های VI و V هستند. با وجود این که فرم VI طی نگهداری طولانی مدت شکلات تمپر شده به صورت سفیدک چربی ظاهر می شود اما به طور کلی به راحتی تولید نمی گردد. به علاوه این فرم نقطه ذوب بالایی داشته - 36œC - وکریستال های آن به صورت ذرات زیر و خشن بر روی زبان حس می شوند. فرم ناپایدار I دارای نقطه ذوب 17œC است و به سرعت تبدیل به فرم II می شود که آن نیز به صورت آهسته تر تبدیل به فرم III و IV می شود. در شرایط مختلف تمپرینگ، فرم های پلی مورفی متفاوتی تشکیل می شوند.

بسته به ترکیب تری گلیسریدی و توزیع مکانی، اسیدهای چرب به صورت زنجیرهای دوتایی یا سه تایی کریستاله می شوند . فرمIV به صورت زنجیره دوتایی و فرم V به صورت زنجیره سه تاییکه حالت انقباض بهتر و پایداری ترمودینامیکی بیشتری دارد کریستاله می شوند. فرم های پلی مورفیناپایدارتر - II و - III تبدیل به فرم های با نقطه ذوب بالاتر و پایدارتر که حالت انقباض بیشتر و حجم کمتری دارند می شوند. نتیجه کلی این تبدیل شدن ها در حجم، ظاهر و سفیدک چربی شکلات خود را نشان می دهد. به این ترتیب که شکلات دارای فرم پلی مورفی مناسب، دارای ظاهر، رنگ و سختی مناسب و مدت زمان ماندگاری بالایی خواهد بود.

فرآیند تمپرینگ شامل پری کریستالیزاسیون بخش کوچکی از تری گلیسریدها - %1-3 - است به طوری که این بخش هسته اولیه را تشکیل دهد. این فرآیند شامل 4 مرحله است: ذوب شدن کامل - در دمای - 50œC، سرد شدن تا نقطه کریستالیزاسیون - در دمای - 32œC، کریستالیزاسیون - در دمای - 27œC و تبدیل شدن کریستال های ناپایدار به فرم پایدار - در دمای . - 29 -31œC توالی عمل تمپرینگ بستگی به فرمولاسیون، دستگاه ها و هدف نهایی دارد.

ترکیب دما زمان پارامتر مهمی در طراحی فرآیند می باشد. در فرآیند تمپرینگ مداوم معمولا شکلات را در دمای 45œC نگه می دارند و سپس به آرامی سرد می کنند تا رشد کریستال ها آغاز گردد.استفاده ازنیروی برش بالا در هسته گذاری کریستال های چربی و تبدیل شدن فرم های پلی مورفی اثر مطلوبی دارد. در طول تمپرینگ دما به دقت کنترل می شود و عملیات همزدن باعث افزایش سرعت هسته گذاری می گردد. وقتی ویسکوزیته افزایش پیدا می کند شکلات دوباره در مرحله سوم گرم می شود تا از جامد شدن شکلات جلوگیری شود. در مرحله چهارم کریستال ها به حد نهایی رشد می رسند.

شکلات با استفاده از فشار بالا نیز می تواند تمپر شود؛ به این ترتیب که شکلات ذوب شده را تحت فشار 150 بار قرار می دهند. این کار باعث افزایش نقطه ذوب شکلات و جامد شدن به تمام فرم های پلی مورفی می شود. وقتی فشار برداشته می شود فرم های پلی مورفی پایین تر ذوب شده و با ادامه دادن این عملیات،کریستال های پایدار باقیمانده به عنوان هسته اولیه عمل می کنند.شکلاتی که به خوبی تمپر شده دارای خصوصیات زیر است: شکل، رنگ و درخشندگی مناسب، انقباض و خروج از قالب، کنترلوزن بهتر، محصول پایدار سخت تر و مقاوم تر نسبت به حرارت - که طی بسته بندی اثر انگشت بر روی آن باقی نمی ماند - و مدت زمان ماندگاری بالاتر.

رژیم تمپرینگ شکلات شیری اندکی با شکلات تیره متفاوت است و علت آن تأثیر مولکول های چربی شیر تشکیل شبکه کریستالی است. شکلات شیری دارای مقداری چربی کره است و در نتیجه باعث ایجاد اثر یوتکتیک می شود که به موجب آن نه تنها از تشکیل شدن سفیدک چربی جلوگیری می شود بلکه باعث پایین آمدن نقطه ذوب، نرم شدن بافت و کاهش دمای لازم برای تشکیل هسته ها طی فرآیند تمپرینگ می شود - حدود 29/4œC در مقایسه با 34/5œC در مورد شکلات های تخت - .

از روغن های معادل کره کاکائو CBE - ها - و روغن های جایگزین کره کاکائو CBR - ها - نیز می توان در صنعت شکلات استفاده کرد. معادل های کره کاکائو قابل قیاس با کره کاکائو هستند در حالی که جایگزین های کره کاکائو - CBRها - که نیازی به تمپرینگ ندارند، فقط می توانند در صورتی در شکلات استفاده شوند که جایگزین کل کره کاکائو شوند. این CBRها در همان رنج دمایی مشابه با کره کاکائو ذوب می شوند اما فقط به فرم کریستاله می شوند.

توزیع اندازه ذرات در شکلات:

توزیع اندازه ذرات شکلات یکی از فاکتورهای کلیدی مهم در ویژگی های جریان - رئولوژی - شکلات است که رابطه مستقیمی بر درک خواص حسی دارد . بکت - 2000 - عنوان کرد اهمیت محاسبه اندازه بزرگترین ذرات به دلیل ایجاد حالت شنی است که بر روی احساس دهانی اثرگذار است در حالیکه در مورد اهمیت محاسبه اندازه کوچکترین ذرات بر روی ویژگی های جریان شکلات تأثیرگذار است.

به طور قراردادی تولیدکنندگان شکلات در اروپا اندازه ذرات ب 15 - 22 و در آمریکای شمالیب 20 - 30 را به عنوان مبنا در نظر می گیرند.توزیع اندازه ذرات ابزار کنترل کننده ای در بررسی پایداری مخلوط های مایع جامد در مراحل مخلوط کردن و پمپ کردنشکلات شیری ذوب شده، حمل و نقل، اتمایز کردن و خرد کردن مواد غذایی با محتوای بالای مواد جامد در سوسپانسیون های شیر و -D لیمونینمی باشد. اهمیت توزیع اندازه ذرات در کنترل سیالیت شکلات نیز به اثبات رسیده است.