Reologia Alimentar2 3 Reologia Escoamento e deformação da matéria Como materiais respondem a...
of 65
/65
Embed Size (px)
Transcript of Reologia Alimentar2 3 Reologia Escoamento e deformação da matéria Como materiais respondem a...
21/02/2017
1
1
2
Reologia
Termo criado por Eugene Bingham (1928)
21/02/2017
2
3
Reologia
Escoamento e deformação da matéria
Como materiais respondem a forças ou tensões
4
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
21/02/2017
3
5
Viscosidade
Resultado da fricçãointerna entre camadas
adjacentes de fluido que se movimentam a
diferentes velocidades
6
Velocidade de deformaçãoem corte
Gradiente de velocidadenum escoamento laminar
21/02/2017
4
7
8
Tensão(Força/Área)
Tênsil Compressão Corte
21/02/2017
5
9
Tensão de corteForça por unidade de
área, produzida pelo fluxo
10
Viscosidade do fluido
Razão entre tensão de corte e velocidade de deformação em corte
(Pa.s)
21/02/2017
6
11
Tipos de fluidos
NewtonianosObedecem à lei
de Newton
NãoNewtonianos
Não seguem lei de Newton
12
Fluidos Newtonianos
Viscosidade constante a uma dada temperatura
Viscosidade independenteda tensão de corte e da
velocidade de deformaçãoem corte
21/02/2017
7
13
14
Fluidos não NewtonianosViscosidade varia com
velocidade de deformação
21/02/2017
8
15
Fluidos nãoNewtonianos
Reofluidificantes
Viscosidadeaparente diminuicom aumento da
velocidade de deformação
Reoespessantes
Viscosidadeaparente aumentacom aumento da
velocidade de deformação
16
Fluidos nãoNewtonianos
Reofluidificantes n < 1
Reoespessantes n > 1
21/02/2017
9
17
18
Fluidos plásticosNão intersectamorigem dos eixos
Ex: ketchup
21/02/2017
10
19
Fluidos não Newtonianos
Tixotrópicos
Antitixotrópicos
20
Fluidos tixotrópicos
Viscosidade diminui aolongo do tempo
Recuperam viscosidadeinicial após supressão da tensão de corte aplicada
21/02/2017
11
21
Fluidos antitixotrópicos
Viscosidade aumenta aolongo do tempo
Menos comuns
22
Instrumentação emreologia
Rotacionais
De tubo
21/02/2017
12
23
24
Instrumentos rotacionais
Normalmente usados para estudar comportamentos que
variam com o tempo
Velocidade angular constante oumodo oscilatório
21/02/2017
13
25
Tipos de deformação
Alongamento ou extensão linear
Corte
26
Alongamento0L L L
21/02/2017
14
27
Corte
Deslizamento
Para pequenas deformações, deslizamento é igual a deformação de corte
tanL
h
tan
28
Equações reológicas de estado
Relacionam tensão e deformação
Podem incluir outras variáveis(tempo, temperatura, pressão)
Representadas por reogramas
21/02/2017
15
29
Equações reológicas de estado
Módulo é a razão entre tensão e deformação
Elasticidade é a razão entre deformação e tensão
30
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
21/02/2017
16
31
Lei de HookeMateriais que não seguem lei de
Hooke são inelásticos
32
Lei de HookeMaioria dos
alimentos não é Hookeana
Ex: manteiga é elastoplástica à T
ambiente
21/02/2017
17
33
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
34
Deformação nosalimentos
Força compressiva
Tensão compressivamáxima de um
material
Força de deformação
Tensão máxima de deformação de um material
21/02/2017
18
35
Deformação nosalimentos
Força tênsil
Tensibilidademáxima de um
material
36
Deformação nosalimentos
Limite elásticoaparente
Valor de tensão aoqual começa a
existir deformação
Tensão de cedência
Tensão à qual o material sofre deformação
21/02/2017
19
37
Sólidos friáveisQuebram quandosofrem pequenas
deformações
38
Fluidos
Estudados sob deformaçãocontínua a velocidade constante
Velocidade de deformação. d u
dt h
21/02/2017
20
39
40
Tensão em alimentos
Dados difíceis de obter
Limite aparentede elasticidade
Comportamentovariável com o
tempo
Reactividadequímica
21/02/2017
21
41
Viscosidadeaparente
Aplicável a líquidosnão Newtonianos
Viscosidade variacom velocidade de
deformação
.
42
21/02/2017
22
43
Ex: ketchup
Após fabrico
Pseudoplástico, independente do
tempo
Durante uso
Tixotrópico, com estrutura tipo gel
44
Medidas de viscosidade emsolventes e soluções
Viscosidade relativa
Viscosidade específica
Viscosidade reduzida
solução
rel
solvente
1sp rel
sp
redC
21/02/2017
23
45
Medidas de viscosidade emsolventes e soluções
Viscosidade inerente
Viscosidade intrínseca
ln relin
C
int
0
sp
CC
46
Electroreologia
Alteração no comportamentoreológico devida à imposição de
um campo eléctrico
Fluidoselectroreológicos
21/02/2017
24
47
Fluidoselectroreológicos
Gelatina em azeite Chocolate de leite
Torna-se maisespesso devido a
aumento da temperatura
48
Métodos empíricos
Alimentos não homogéneoscom geometrias complexas
Cenouras, amendoins, …
Equipamentoscapazes de medir
materiaiscompósitos
Equipamentosnão medempropriedadesfundamentais
21/02/2017
25
49
50
Medidas em massas
Um dos alimentos maiscomplexos em reologia
Farinograph Mixograph Extensigraph
21/02/2017
26
51
Medidas em massas
AlveographPenetrómetro de
coneConsistómetros
52
Medidas em massas
Viscosímetro de Zahn
Visco-amilografo Viscosímetro de bola
21/02/2017
27
53
Vegetais sob compressão simples
54
Análise de textura
Análise sensorial Análise instrumental
Mais rápida e barata
21/02/2017
28
55
Análise de textura
Texturómetros
56
21/02/2017
29
57
Transições de fase em
alimentos
Variações no estadofísico
Líquido para sólido
Sólido para líquido
Sólido para sólido
58
Transições de faseem alimentos
Causas
Temperatura
Pressão
pH
Iõesdivalentes
Enzimas
21/02/2017
30
59
Transições de fase emalimentos
Caseína convertida em gel poracção enzimática e precipitação
com Ca2+
60
Transições de faseem alimentos
Alimentos têm diversoscomponentes
Transiçõesocorrem ao longode um intervalode temperaturas
21/02/2017
31
61
Transições de fase emalimentos
Medições em calorímetros de varrimento diferencial (DSC)
62
Temperatura de transiçãovítrea (Tg)
Temperatura à qual a parteamorfa de um polímero amolece
e se torna fluida
21/02/2017
32
63
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
64
Temperatura de transição vítrea
(Tg)
Perca de crocânciaacima de Tg
Alimentos com baixoteor de humidade
21/02/2017
33
65
Temperatura de transição vítrea
(Tg)
Determinação de valores de Tg emfunção do teor de sólidos ou água ou
de aw
Diagramas de estado
66
Temperatura de transição vítrea
(Tg)Diagramas de estado
Alterações no processamento
Manutenção da qualidade duranteprocessamento e armazenamento
21/02/2017
34
67
Medidas duranteprocessamento
In-line
Executada na linha de processamento
On-line
Executada num circuitode derivação e amostra
devolvida aoprocessamento
68
Medidas duranteprocessamento
Podem ocorrer mudançasestruturais durante
amostragem
Algunsviscosímetrosadequados
Técnicastomográficas
21/02/2017
35
69
Medidas duranteprocessamento
Viscosímetros vibracionais
Medidas in-line
70
Técnicas tomográficas
Imagem por ressonância magnética(MRI)
Velocimetria Doppler ultrassónica(UDV)
21/02/2017
36
71
Ensaios reológicos dinâmicos
Processo de formação de gel embiopolímeros
Estudar estrutura de géis
72
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
21/02/2017
37
73
Ensaios reológicos dinâmicos
Ex: seguir alterações nas célulasde batatas em função da celulase
Ex: estudar acção da a-amilaseno amido de trigo
74
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
21/02/2017
38
75
Técnicas de microreologia
Manipulação activa de sondas poraplicação local de uma tensão
Medição de movimentos passivos de partículas devidos a flutuações
Brownianas
76
21/02/2017
39
77
Hidrocolóides
Dispersões de polímeros com diferentescomportamentos
Viscosidade
78
Pectina metoxiladaGoma de alfarroba
21/02/2017
40
79
Hidrocolóides
Viscosidade aparente
Aumenta com concentraçãode polímero
80
Hidrocolóides
Dispersões de concentração média
Viscosidade controlada pelograu de interpenetração das
cadeias dos polímeros
21/02/2017
41
81
Hidrocolóides
Misturas de polímeros
Volume hidrodinâmico de cadapolímero não afectado pelos outros, mesmo em concentrações elevadas
82
Hidrocolóides
Modelos
Modelo de Rouse (pérola e mola)
Modelo da redetransiente
Modelo de reptação
21/02/2017
42
83
Hidrocolóides
Modelo de Rouse
Para soluções diluídas
84
Hidrocolóides
Modelo de rede transiente
Para soluçõesconcentradas
Junções da rede são
temporárias
Junções podemser destruídaspara formar
novas
21/02/2017
43
85
Hidrocolóides
Modelo de reptação
Para soluçõesconcentradas
Entrelaçamentos de polímeros
Junções podemser destruídaspara formar
novas
86
Amidos
Gelatinização quando mistura amido-águaaquecida acima de temperatura crítica
Perca de birrefringência
Cristalização
21/02/2017
44
87
Amidos
Temperatura de fusão
Temperatuurano fim da
gelatinização
88
Amidos
Temperatura de gelatinização
Açúcares aumentamtemperatura de gelatinização
Em concentrações muitoelevadas de açúcar, amido não
gelatiniza
Massas colapsam
21/02/2017
45
89
Amidos
Temperatura de gelatinização
Temperatura de gelatinização aumenta com diminuição da humidade
90
Amidos
Viscosidade
Viscosidade de dispersão de amido em águaaumenta devido a absorção de água durante
aquecimento
21/02/2017
46
91
Dispersões amido-proteína
Interacções amido-proteína
Estrutura molecular da proteína e do
amido
Razãoamilose/amilopectina
Temperatura de transição de
fase
92
Dispersões amido-proteína
Amido e proteínatermodinamicamente incompatíveis
Separação em 2 fases Inversão de fases
21/02/2017
47
93
Dispersões amido-proteína
Amido e proteínatermodinamicamente compatíveis
Sistema em faseúnica, homogéneo e
estável
Sistema em 2 fases emque moléculas
interagem
94
Dispersões amido-proteína
Compatibilidade amido-proteína depende
Características das 2 moléculas
pH Força iónica Temperatura
21/02/2017
48
95
Dispersões amido-proteína
Compatibilidade amido-proteína depende
Razão amido/proteínaTaxa de
acidificaçãoVelocidade de cortedurante acidificação
96
Dispersões amido-proteína
Glúten-amido
Formam-se “células” de fibrilhas de glúten preenchidas por grânulos de
amido
21/02/2017
49
97
98
Sumos e purés de fruta
Sumos concentradose clarificados são
Newtonianos
Viscosidade dependedo teor em açúcar
Viscosidadediminui com aumento de temperatura
21/02/2017
50
99
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
21/02/2017
51
101
Leite processado porpressão elevada
Fragmentação irreversível das micelas de caseína
Perca de Ca
Aumento da viscosidade
Redução da turbidez
Redução de azoto proteico(soro)
102
Leite processado por pressãoelevada
Acelera coagulação da caseína
Aumenta quantidade de proteínaassociada a glóbulos de gordura
Influencia cremosidade
Aumenta nº de glóbulos de gordura
21/02/2017
52
103
• Moléculas poliméricas que formam ligações cruzadas, originandouma rede imersa num meio líquido
Géis
104
Géis
Polissacáridos que formam géis
termorreversíveis
Carragenano, agarose
Interacções entre iõesdivalentes e grupos do
polissacárido
Alginatos, pectinas
Associaçõeshidrofóbicas entre
cadeias
Derivados da celulose
21/02/2017
53
105
Gel de agarose
106
Gel de alginato
21/02/2017
54
107
Gel de metil-celulose
108
Géis
Hélices triplas distribuídas aleatoriamente e separadas por segmentos de cadeias com
conformação de bobina aleatória
Gelatina
21/02/2017
55
109
Gelatina
110
Classificação de géis
Conformação a frio
Gelificação induzida porarrefecimento
Conformação a quente
Gelificação ocorre por aquecimento
21/02/2017
56
111
112
Géis de proteínas
Proteínas globulares podem formar géis
Opacos ou transparentesElevada ou baixa capacidade de
retenção de água
21/02/2017
57
113
Géis de proteínas
Podem ser criados poraquecimento/arrefecimento ou por pressão
elevada
114
Ponto de gel
Momento ou temperatura específicos de transição para gel
21/02/2017
58
115
Ponto de gel
Antes do ponto de gel
Baixa conectividadeMaterial relaxarapidamente
Próximo do ponto de gel
Tempo de relaxaçãoaumenta
pronunciadamente
116
Ponto de gel
No ponto de gel
Tempo de relaxação tende para infinito
Após o ponto de gel
Tempo de relaxação muito curto
21/02/2017
59
117
Ponto de gel
Detecção difícil na maioria dos casos
118
Ponto de gel
Influência da temperatura e concentração
21/02/2017
60
119
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)
120
Géis de polímeros mistos
Proteína-polissacárido
Ex: proteína do soro
Gelatina-polissacárido
Acelera e aumenta o processo de gelificação
21/02/2017
61
121
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
122
21/02/2017
62
123
Matriz de alimentos fluidos
Setas diagonais indicam sentido da viscosidade
Maior para menor viscosidade
124
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
21/02/2017
63
125
Sensação de viscosidade
Avaliação ao entornar um recipiente
Depende da velocidade de corte Varia com propriedades reológicas do alimento
126
Viscosidade por métodosorais
21/02/2017
64
127
Viscosidade de dispersões de hidrocolóides
Comportamento pseudoplástico
Depende da velocidade de corte Varia com propriedades reológicas do alimento
128
Reologia, sabor e flavour
Soluções de hidrocolóides com comportamentopseudoplástico reduzem menos sensção de doçura que
aquelas menos pseudoplásticas
21/02/2017
65
129
Reologia, sabor e flavour
Doçura mais difícil de detectar em viscosidade elevada
Soluções mais viscosas percebidas como mais doces
