Reologia Alimentar2 3 Reologia Escoamento e deformação da matéria Como materiais respondem a...
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21/02/2017 1 1 2 Reologia Termo criado por Eugene Bingham (1928)
Transcript of Reologia Alimentar2 3 Reologia Escoamento e deformação da matéria Como materiais respondem a...
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Reologia
Termo criado por Eugene Bingham (1928)
21/02/2017
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Reologia
Escoamento e deformação da matéria
Como materiais respondem a forças ou tensões
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Reologia
Cálculos em engenharia de processos
Determinação da funcionalidade de ingredientes em desenvolvimento de produtos
Controlo de qualidade de produtos
Ensaios de tempo de prateleira
Avaliação da textura por correlação com análise sensorial
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Viscosidade
Resultado da fricçãointerna entre camadas
adjacentes de fluido que se movimentam a
diferentes velocidades
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Velocidade de deformaçãoem corte
Gradiente de velocidadenum escoamento laminar
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Tensão(Força/Área)
Tênsil Compressão Corte
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Tensão de corteForça por unidade de
área, produzida pelo fluxo
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Viscosidade do fluido
Razão entre tensão de corte e velocidade de deformação em corte
(Pa.s)
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Tipos de fluidos
NewtonianosObedecem à lei
de Newton
NãoNewtonianos
Não seguem lei de Newton
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Fluidos Newtonianos
Viscosidade constante a uma dada temperatura
Viscosidade independenteda tensão de corte e da
velocidade de deformaçãoem corte
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Fluidos não NewtonianosViscosidade varia com
velocidade de deformação
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Fluidos nãoNewtonianos
Reofluidificantes
Viscosidadeaparente diminuicom aumento da
velocidade de deformação
Reoespessantes
Viscosidadeaparente aumentacom aumento da
velocidade de deformação
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Fluidos nãoNewtonianos
Reofluidificantes n < 1
Reoespessantes n > 1
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Fluidos plásticosNão intersectamorigem dos eixos
Ex: ketchup
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Fluidos não Newtonianos
Tixotrópicos
Antitixotrópicos
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Fluidos tixotrópicos
Viscosidade diminui aolongo do tempo
Recuperam viscosidadeinicial após supressão da tensão de corte aplicada
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Fluidos antitixotrópicos
Viscosidade aumenta aolongo do tempo
Menos comuns
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Instrumentação emreologia
Rotacionais
De tubo
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Instrumentos rotacionais
Normalmente usados para estudar comportamentos que
variam com o tempo
Velocidade angular constante oumodo oscilatório
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Tipos de deformação
Alongamento ou extensão linear
Corte
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Alongamento0L L L
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Corte
Deslizamento
Para pequenas deformações, deslizamento é igual a deformação de corte
tanL
h
tan
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Equações reológicas de estado
Relacionam tensão e deformação
Podem incluir outras variáveis(tempo, temperatura, pressão)
Representadas por reogramas
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Equações reológicas de estado
Módulo é a razão entre tensão e deformação
Elasticidade é a razão entre deformação e tensão
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Lei de Hooke
Materiais que seguem lei de Hooke não fluem e sãolinearmente elásticos
Tensão é constante atédeformação ser removida e o
material retorna à forma original
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Lei de HookeMateriais que não seguem lei de
Hooke são inelásticos
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Lei de HookeMaioria dos
alimentos não é Hookeana
Ex: manteiga é elastoplástica à T
ambiente
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Deformação nosalimentos
Limite elástico
Tensão máxima que um material suporta
sem se deformar
Limite proporcional
Tensão máxima suportadapor uma material que nãoresulta em desvio da lei de
Hooke
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Deformação nosalimentos
Força compressiva
Tensão compressivamáxima de um
material
Força de deformação
Tensão máxima de deformação de um material
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Deformação nosalimentos
Força tênsil
Tensibilidademáxima de um
material
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Deformação nosalimentos
Limite elásticoaparente
Valor de tensão aoqual começa a
existir deformação
Tensão de cedência
Tensão à qual o material sofre deformação
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Sólidos friáveisQuebram quandosofrem pequenas
deformações
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Fluidos
Estudados sob deformaçãocontínua a velocidade constante
Velocidade de deformação. d u
dt h
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Tensão em alimentos
Dados difíceis de obter
Limite aparentede elasticidade
Comportamentovariável com o
tempo
Reactividadequímica
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Viscosidadeaparente
Aplicável a líquidosnão Newtonianos
Viscosidade variacom velocidade de
deformação
.
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Ex: ketchup
Após fabrico
Pseudoplástico, independente do
tempo
Durante uso
Tixotrópico, com estrutura tipo gel
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Medidas de viscosidade emsolventes e soluções
Viscosidade relativa
Viscosidade específica
Viscosidade reduzida
solução
rel
solvente
1sp rel
sp
redC
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Medidas de viscosidade emsolventes e soluções
Viscosidade inerente
Viscosidade intrínseca
ln relin
C
int
0
sp
CC
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Electroreologia
Alteração no comportamentoreológico devida à imposição de
um campo eléctrico
Fluidoselectroreológicos
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Fluidoselectroreológicos
Gelatina em azeite Chocolate de leite
Torna-se maisespesso devido a
aumento da temperatura
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Métodos empíricos
Alimentos não homogéneoscom geometrias complexas
Cenouras, amendoins, …
Equipamentoscapazes de medir
materiaiscompósitos
Equipamentosnão medempropriedadesfundamentais
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Medidas em massas
Um dos alimentos maiscomplexos em reologia
Farinograph Mixograph Extensigraph
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Medidas em massas
AlveographPenetrómetro de
coneConsistómetros
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Medidas em massas
Viscosímetro de Zahn
Visco-amilografo Viscosímetro de bola
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Vegetais sob compressão simples
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Análise de textura
Análise sensorial Análise instrumental
Mais rápida e barata
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Análise de textura
Texturómetros
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Transições de fase em
alimentos
Variações no estadofísico
Líquido para sólido
Sólido para líquido
Sólido para sólido
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Transições de faseem alimentos
Causas
Temperatura
Pressão
pH
Iõesdivalentes
Enzimas
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Transições de fase emalimentos
Caseína convertida em gel poracção enzimática e precipitação
com Ca2+
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Transições de faseem alimentos
Alimentos têm diversoscomponentes
Transiçõesocorrem ao longode um intervalode temperaturas
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Transições de fase emalimentos
Medições em calorímetros de varrimento diferencial (DSC)
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Temperatura de transiçãovítrea (Tg)
Temperatura à qual a parteamorfa de um polímero amolece
e se torna fluida
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Temperatura de transição vítrea
(Tg)
Redução de viscosidade acima de
Tg
Adesividade e colapso de alimentos
secos
Aglomeração e cristalização de componentes de
alimentos
Lactose no leite empó
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Temperatura de transição vítrea
(Tg)
Perca de crocânciaacima de Tg
Alimentos com baixoteor de humidade
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Temperatura de transição vítrea
(Tg)
Determinação de valores de Tg emfunção do teor de sólidos ou água ou
de aw
Diagramas de estado
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Temperatura de transição vítrea
(Tg)Diagramas de estado
Alterações no processamento
Manutenção da qualidade duranteprocessamento e armazenamento
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Medidas duranteprocessamento
In-line
Executada na linha de processamento
On-line
Executada num circuitode derivação e amostra
devolvida aoprocessamento
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Medidas duranteprocessamento
Podem ocorrer mudançasestruturais durante
amostragem
Algunsviscosímetrosadequados
Técnicastomográficas
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Medidas duranteprocessamento
Viscosímetros vibracionais
Medidas in-line
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Técnicas tomográficas
Imagem por ressonância magnética(MRI)
Velocimetria Doppler ultrassónica(UDV)
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Ensaios reológicos dinâmicos
Processo de formação de gel embiopolímeros
Estudar estrutura de géis
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Ensa
ios
reoló
gic
os
din
âm
icos
Não destrutivos e não interferem com a formaçãodo gel nem com o amolecimento da estrutura
Curto tempo de medição
Resultados expressos em termos fundamentais, podendo ser relacionados com a estrutura
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Ensaios reológicos dinâmicos
Ex: seguir alterações nas célulasde batatas em função da celulase
Ex: estudar acção da a-amilaseno amido de trigo
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Microreologia
Usada quando é difícil obterquantidade suficiente de
amostra (mL)
Usa amostras de mL obtidasde forma não invasiva
Usa sondas microscópicaspara deformar localmente
as amostras
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Técnicas de microreologia
Manipulação activa de sondas poraplicação local de uma tensão
Medição de movimentos passivos de partículas devidos a flutuações
Brownianas
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Hidrocolóides
Dispersões de polímeros com diferentescomportamentos
Viscosidade
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Pectina metoxiladaGoma de alfarroba
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Hidrocolóides
Viscosidade aparente
Aumenta com concentraçãode polímero
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Hidrocolóides
Dispersões de concentração média
Viscosidade controlada pelograu de interpenetração das
cadeias dos polímeros
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Hidrocolóides
Misturas de polímeros
Volume hidrodinâmico de cadapolímero não afectado pelos outros, mesmo em concentrações elevadas
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Hidrocolóides
Modelos
Modelo de Rouse (pérola e mola)
Modelo da redetransiente
Modelo de reptação
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Hidrocolóides
Modelo de Rouse
Para soluções diluídas
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Hidrocolóides
Modelo de rede transiente
Para soluçõesconcentradas
Junções da rede são
temporárias
Junções podemser destruídaspara formar
novas
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Hidrocolóides
Modelo de reptação
Para soluçõesconcentradas
Entrelaçamentos de polímeros
Junções podemser destruídaspara formar
novas
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Amidos
Gelatinização quando mistura amido-águaaquecida acima de temperatura crítica
Perca de birrefringência
Cristalização
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Amidos
Temperatura de fusão
Temperatuurano fim da
gelatinização
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Amidos
Temperatura de gelatinização
Açúcares aumentamtemperatura de gelatinização
Em concentrações muitoelevadas de açúcar, amido não
gelatiniza
Massas colapsam
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Amidos
Temperatura de gelatinização
Temperatura de gelatinização aumenta com diminuição da humidade
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Amidos
Viscosidade
Viscosidade de dispersão de amido em águaaumenta devido a absorção de água durante
aquecimento
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Dispersões amido-proteína
Interacções amido-proteína
Estrutura molecular da proteína e do
amido
Razãoamilose/amilopectina
Temperatura de transição de
fase
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Dispersões amido-proteína
Amido e proteínatermodinamicamente incompatíveis
Separação em 2 fases Inversão de fases
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Dispersões amido-proteína
Amido e proteínatermodinamicamente compatíveis
Sistema em faseúnica, homogéneo e
estável
Sistema em 2 fases emque moléculas
interagem
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Dispersões amido-proteína
Compatibilidade amido-proteína depende
Características das 2 moléculas
pH Força iónica Temperatura
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Dispersões amido-proteína
Compatibilidade amido-proteína depende
Razão amido/proteínaTaxa de
acidificaçãoVelocidade de cortedurante acidificação
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Dispersões amido-proteína
Glúten-amido
Formam-se “células” de fibrilhas de glúten preenchidas por grânulos de
amido
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Sumos e purés de fruta
Sumos concentradose clarificados são
Newtonianos
Viscosidade dependedo teor em açúcar
Viscosidadediminui com aumento de temperatura
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Sumos de fruta processados
Viscosidade depende da composição
Açúcar e pectinas Composição varia com cultivar, maturação e processamento
100
Leites concentrados
Fluidos NewtonianosPara concentrações mais
elevadas são nãoNewtonianos
Pseudoplásticos
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Leite processado porpressão elevada
Fragmentação irreversível das micelas de caseína
Perca de Ca
Aumento da viscosidade
Redução da turbidez
Redução de azoto proteico(soro)
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Leite processado por pressãoelevada
Acelera coagulação da caseína
Aumenta quantidade de proteínaassociada a glóbulos de gordura
Influencia cremosidade
Aumenta nº de glóbulos de gordura
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• Moléculas poliméricas que formam ligações cruzadas, originandouma rede imersa num meio líquido
Géis
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Géis
Polissacáridos que formam géis
termorreversíveis
Carragenano, agarose
Interacções entre iõesdivalentes e grupos do
polissacárido
Alginatos, pectinas
Associaçõeshidrofóbicas entre
cadeias
Derivados da celulose
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Gel de agarose
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Gel de alginato
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Gel de metil-celulose
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Géis
Hélices triplas distribuídas aleatoriamente e separadas por segmentos de cadeias com
conformação de bobina aleatória
Gelatina
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Gelatina
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Classificação de géis
Conformação a frio
Gelificação induzida porarrefecimento
Conformação a quente
Gelificação ocorre por aquecimento
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Géis de proteínas
Proteínas globulares podem formar géis
Opacos ou transparentesElevada ou baixa capacidade de
retenção de água
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Géis de proteínas
Podem ser criados poraquecimento/arrefecimento ou por pressão
elevada
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Ponto de gel
Momento ou temperatura específicos de transição para gel
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Ponto de gel
Antes do ponto de gel
Baixa conectividadeMaterial relaxarapidamente
Próximo do ponto de gel
Tempo de relaxaçãoaumenta
pronunciadamente
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Ponto de gel
No ponto de gel
Tempo de relaxação tende para infinito
Após o ponto de gel
Tempo de relaxação muito curto
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Ponto de gel
Detecção difícil na maioria dos casos
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Ponto de gel
Influência da temperatura e concentração
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Géis de polímeros mistos
Polissacárido-polissacárido
Mistura de um polímero com propriedades de gelificação com outro sem
Diversidade de texturas e estruturasEx: galactomananos (não) com agar
ou k-carragenano (sim)
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Géis de polímeros mistos
Proteína-polissacárido
Ex: proteína do soro
Gelatina-polissacárido
Acelera e aumenta o processo de gelificação
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Cremes de barrar com baixoteor de gordura
Géis mistos
Gordura, água, emulsificantes e hidrocolóides
Sofrem quebra de emulsão
Adição de derivados de amido e gelatina para melhorar características
reológicas da fase aquosa
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Matriz de alimentos fluidos
Setas diagonais indicam sentido da viscosidade
Maior para menor viscosidade
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Sensação de viscosidade
Tensão de corte é o estímulo que controla a avaliação da viscosidade
Não varia significativamentecom as característicasreológicas do alimento
Provadores consideram viscosidadecomo resistência da amostra à
agitação
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Sensação de viscosidade
Avaliação ao entornar um recipiente
Depende da velocidade de corte Varia com propriedades reológicas do alimento
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Viscosidade por métodosorais
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Viscosidade de dispersões de hidrocolóides
Comportamento pseudoplástico
Depende da velocidade de corte Varia com propriedades reológicas do alimento
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Reologia, sabor e flavour
Soluções de hidrocolóides com comportamentopseudoplástico reduzem menos sensção de doçura que
aquelas menos pseudoplásticas
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Reologia, sabor e flavour
Doçura mais difícil de detectar em viscosidade elevada
Soluções mais viscosas percebidas como mais doces
