reología de los alimentos
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Reología de los Alimentos. El estudio del comportamiento reológico de los alimentos es importante en el
control de la calidad industrial, las mediciones reológicas juegan un papel primordial ya que tanto las materias
primas, como los productos intermedios y finales requieren, por lo general, de mediciones de algún parámetro
reológico. Para el caso de materias primas, tales como agentes espesantes y gelificantes, las mediciones de
viscosidad y fuerza de gel respectivamente son necesarias para verificar si cumple con los requisitos de
contratación.
Contenido
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1 Importancia del estudio del comportamiento reológico de los
alimentos
2 Su aplicación en la industria
3 Vea También
4 Fuentes
Importancia del estudio del comportamiento reológico de los alimentos
Las razones que justifican el estudio del comportamiento reológico de los alimentos son las siguientes:
1. Contribuye al conocimiento de la estructura y es una herramienta complementaria a las técnicas
usualmente utilizadas para estos estudios. Así, por ejemplo existe cierta relación entre el tamaño y la forma
molecular de las sustancias en disolución y su viscosidad, así como entre el grado de entrecruzamiento de
los polímeros y su elasticidad. Por otra parte, a través de las mediciones de viscosidad de dispersiones de
polímeros, pueden realizarse determinaciones de la masa molecular de estos.
2. La reología presta una preciosa ayuda en el diseño de equipos y procesos de la industria como son los
casos de sistemas de bombas y tuberías. Además durante los procesos de concentración y evaporación, la
viscosidad es un parámetro crítico que es necesario tener en cuenta para lograr mejoras en la eficiencia de
los mismos. Los sistemas de mezcla y agitación, también requieren de los datos de los parámetros reológicos
para los cálculos energéticos y diseños de reactores.
3. En el control de la calidad industrial. Para el caso de la industria panadera, las mediciones de las
características reológicas de la harina utilizada es de suma importancia, en este caso se evalúan entre otras,
la dureza, grado de gelatinización de los almidones, extensibilidad de la masa y otras propiedades. En esta
industria, las mediciones de la plasticidad y de las grasas utilizadas son imprescindibles, pues determinan las
características texturales del producto final.
Su aplicación en la industria
Otras materias primas tales como las frutas y vegetales frescos requieren en ocasiones determinaciones de la
firmeza del fruto para su tratamiento posterior. En cuanto a productos intermedios como pueden ser: pulpas
de frutas, derivados del tomate y otros, las determinaciones de viscosidad y/o consistencia se encuentran
normalizadas en muchas industrias.
En la producción de helado, las mediciones de la viscosidad de la mezcla son imprescindibles ya que pueden
determinar los rendimientos industriales así como la textura del producto terminado.
En la producción de chocolate, las pastas fundidas y las coberturas son controladas además por las
mediciones reológicas y de igual forma, los rendimientos y la textura del producto terminado pueden estar
influenciados por el comportamiento del flujo de estos productos.
Para el caso del control de la calidad del producto terminado, se conoce que la textura representa un atributo
importante de calidad que puede influir en la aceptación por el consumidor, tales son los casos de los
productos crujientes: snacks, botanas, galletas, panes de corteza dura, papas fritas, etc. Otros derivados de
las harinas como las panetelas, tortas, productos de repostería, deben poseer una determinada textura suave
y esponjosa que resulte agradable al consumidor.
Una viscosidad adecuada en los néctares de frutas, yogur batido, cremas y sopas, salsas derivados del
tomate y otros productos viscosos, también son preferidas por el consumidor. La consistencia y untosidad de
productos grasos tales como margarina, mayonesa y mantequilla también resultan parámetros importantes en
la calidad.
Fuentes
De Hombre Morgado, Roger. 2002. Reología y Textura de Alimentos Dirigido a la Industria del Chocolate.
Centro de Documentación e Información Científico-Técnica Instituto de Investigaciones para la Industria
Alimenticia.
Practica N ° 2 REOLOGIA DE LOS ALIMENTOS PROCESADOS
I. OBJETIVOS:
Proporcionar conocimientos prácticos sobre determinación de algunas características reológicas de alimentos.
Observar y diferencias a los fluidos newtonianos y n newtonianos Estudiar los principios de funcionamiento de un viscosímetro analógico
II. FUNDAMENTO:CONCEPTO DE REOLOGIA Es la ciencia que estudia la deformación y flujo de la materia.
REOLOGIA:
Es la ciencia de la deformación y el flujo de la materia. Esta, como toda una definición de la rama de la ciencia, esto significa que es la condición como los materiales responden a una fuerza o deformación aplicada, lleva implícita una serie de preguntas fundamentales sobre el por qué, el cómo, la medida y el objeto material del fenómeno a estudiar.
Principio de operación del viscosímetro rotacional
El viscosímetro Brookfield es del tipo rotacional, produce la rotación de un elemento sensor en un fluido y mide el torque necesario para vencer la resistencia viscosa al movimiento inducido. El elemento inmerso (huso) es accionado por un motor sincronizado a través de un resorte de cobre de berilio. El grado al cual es girado el resorte, indicado por el dial o por la pantalla digital, es proporcional a la viscosidad del fluido. Se puede medir una variedad de rangos de viscosidad utilizando una velocidad de transmisión múltiple (4 u 8)y husos intercambiables. Con este viscosímetro se puede hacer medidas de viscosidad empleando el mismo huso a diferentes velocidades para detectar y evaluar las características reológicas del material examinado. La resistencia al flujo se incrementa conforme se incrementa el tamaño del uso y/o la velocidad rotacional. Para cualquier modelo, el mínimo rango de viscosidad se obtiene empleando el huso más grande a la velocidad más alta, mientras que el rango máximo se obtiene empleando el huso más pequeño a la velocidad más baja
Aplicaciones del estudio de la Reología
Control de calidad de los alimentos: este control se realiza en la propia línea
de producción. Es determinante para la aceptación de productos como patatas
fritas, cereales, quesos, aperitivos, yogures, dulces, chocolates, cremas, etc.
Estudio de la textura y consistencia de productos alimenticios: dichas
propiedades son muy importantes a la hora de que un producto sea del
agrado del consumidor.
: esfuerzo cortante [mPa].
: Viscosidad [mPa·s]
D: velocidad de deformación [s-1]
Unidades
Las unidades de viscosidad más utilizadas son los milipascales por segundo
[mPa·s]. Se debe tener en cuenta que: 1000 m Pa · s = 1 Pa·s. Además, el
sistema cegesimal aún se sigue usando, siendo la unidad de medida el
centiPoise[cp].
La conversión de unidades entre los dos sistemas es:
1 cp = 1 mPa·s 1 Poise = 1 g/cm·s
Este instrumento ofrece unas características sofisticadas: su pantalla digital de
fácil lectura permite disponer cómodamente de datos en % (Brookfield),
convertible fácilmente en unidades cPs y en una señal de salida de 0 a 10 mV
o de 0 a 1V para su conexión a un registrador de papel continuo.
CURVA DE FLUIDEZ PARA REPRESENTAR LA VISCOSIDAD DINÁMICA Y
APARENTE.
Variables que influyen en la viscosidad
La viscosidad puede estar muy afectada por variables como el gradiente de
velocidad de deformación, la temperatura y la presión entre otros, siendo
éstas las más importantes.
Variación de la viscosidad con la temperatura:
LÍQUIDOS
La viscosidad disminuye con la temperatura. Existen varias fórmulas que
permiten evaluar la variación de la viscosidad de un líquido al cambiar la
temperatura. Las más importantes son:
VISCOSIDAD NEWTONIANA (μ):Esta resistencia interna al flujo que experimenta un fluido.Esta resistencia se debe al movimiento Browniano y a las fuerzas de cohesión intermoleculares.El coeficiente de viscosidad (μ), es cuantitativo y es la relación de esfuerzo de corte sobre la velocidad de deformación ver ecuación (1)(μ)=σ / y……………………………..........................……. ..………(1)
Para los fluidos newtonianos esta relación es una constante, como sucede con los aceites y los que no cumplen este comportamiento se les denomina no newtonianos (FIGURA 1).
En la mayoría de los casos en la industria de alimentos lo que se hace es tratar de medir viscosidad newtoniana sin prestar atención a si las características del fluido son conocidas.Esto da como resultado una viscosidad aparente que representa la viscosidad de un líquido newtoniano con la misma resistencia al flujo a la velocidad de corete escogida pudiéndose diferenciar su comportamiento reologico, mediante la figura 1.
Figura 1.- diagrama reologico de fluidos newtonianos y no newtonianos.
En el caso más común de un fluido seudo-elastico la viscosidad.Aparente (μa ) disminuye con la velocidad de corte creciente, para el cálculo de los sus características reologicas se utiliza la ecuación (2)
(μa ) = (4 x π x N*) (n-1) m………………………………………….(2)
Dónde:
(μa )=viscosidad aparente π=3.1413N*= velocidad de rotación en RPSn= características reologicam: consistencia determinada por el equipo.
FLUIDO NEWTONIANOUn fluido newtoniano es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. La curva que muestra la relación entre el esfuerzo o cizalla contra su tasa de deformación es lineal y pasa por el origen, es decir, el punto [0,0]. El mejor ejemplo de este tipo de fluidos es el agua en contraposición al pegamento, la miel o los geles que son ejemplos de fluido no newtoniano.Un buen número de fluidos comunes se comportan como fluidos newtonianos bajo condiciones normales de presión y temperatura: el aire, el agua, la gasolina, el vino y algunos aceites minerales.
La distinción entre fluidos newtonianos y fluidos no-newtonianos se basa en la diferente relación que existe en unos y otros entre la aplicación de un esfuerzo tangencial y la velocidad con que se deforman.
Un fluido Newtoniano, también llamado fluido verdadero es aquel que, sometido a un esfuerzo tangencial o cortante, se deforma con una velocidad que es proporcional directamente al esfuerzo aplicado.
Dicho de otra forma: si se aplica un esfuerzo tangencial a un fluido newtoniano, este se pondrá en movimiento sin importar cuán pequeño sea el esfuerzo tangencial y se generará una cierta distribución de velocidad en el fluido. Ese esfuerzo tangencial y el gradiente de velocidad que se produce serán directamente proporcionales, a la constante de proporcionalidad se la define como viscosidad.
Los fluidos más comunes tales como el agua, el aire y la gasolina son newtonianos en condiciones normales. Si el fluido de la figura anterior es newtoniano entonces:
yx du/dy
Si consideramos la deformación de dos fluidos newtonianos diferentes, digamos glicerina y agua podemos darnos cuenta de que se deformarán a diferentes proporciones ante la acción del mismo esfuerzo de corte aplicado. La glicerina presenta una resistencia mucho mayor a la deformación que el agua y por ello podemos decir que es mucho más viscosa. La constante de proporcionalidad de la ecuación es la viscosidad absoluta (dinámica), . Así, en términos de las coordenadas de la figura, la ley de viscosidad de Newton está dada para un flujo unidimensional por:
yx = ·(du/dy)
Las dimensiones de la viscosidad dinámica son [Ft/L2] o en forma equivalente [M/Lt]. En el sistema métrico, la unidad básica de viscosidad se denomina poise (poise = g/cm*s).
Fluidos no newtonianos.
Los fluidos en los cuales el esfuerzo de corte no es directamente proporcional a la relación de deformación son no newtonianos. Estrictamente hablando la definición de un fluido es válida solo para materiales que tienen un esfuerzo de deformación cero. Por lo común, los fluidos no newtonianos se clasifican con respecto a su comportamiento en el tiempo, es decir, pueden ser dependientes del tiempo o independientes del mismo.
Un gran número de ecuaciones empíricas se han propuesto para modelar las relaciones observadas entre yx y du/dy para fluidos independientes del tiempo. Pueden representarse de manera adecuada para muchas aplicaciones de la ingeniería mediante un modelo de la ley de potencia, el cual se convierte para un flujo unidimensional en
yx = k·(du/dy)n
El estudio de fluidos no newtonianos es aún más complicado por el hecho de que la viscosidad aparente puede depender del tiempo. Los fluidos tixotrópicos como tintas de impresor , tiene una viscosidad que depende de la deformación angular inmediatamente anterior de la sustancia y tiende a solidificarce cuando se encuentra en reposo, estos fluidos muestran una reducción de n con el tiempo ante la aplicación de un esfuerzo de corte constante. Los fluidos reopécticos muestran un aumento de n con el tiempo. Después de la deformación, algunos regresan parcialmente a su forma original cuando se libera el esfuerzo aplicado. A tales fluidos se les llama viscoelásticos.
Esfuerzo cortante
du/dy
Al modelo de
Bingham, que representa aceptablemente bien a las pinturas, barnices y algunos productos alimenticios, corresponde, en el supuesto de flujo dentro de una tubería el desarrollo de un perfil de velocidad "normal" en cercanías de las paredes, donde el esfuerzo cortante es mayor y un perfil completamente plano en cercanía del eje de la tubería donde el esfuerzo cortante se encontraría por debajo de un valor crítico.
El modelo pseudoplástico que representa adecuadamente el comportamiento de algunas suspensiones como pulpa de papel, napalm en kerosene, etc. corresponde el desarrollo de un perfil de velocidad aplanado en
el centro, semejante a la representación de los perfiles turbulentos. El modelo dilatante que represente el comportamiento de algunas pastas corresponde al desarrollo de un perfil de velocidad cónico
Efecto de la temperatura en la viscosidad
a) Gases
Todas las moléculas de un gas están en un continuo movimiento aleatorio. Cuando hay un movimiento en bloque debido a un flujo, dicho movimiento se superpone a los movimientos aleatorios y luego se distribuye por todos el fluido mediante colisiones moleculares. Los análisis basados en la teoría cinética predicen:
m aT1/2 (11)
La predicción de la teoría cinética concuerda perfectamente con las tendencias experimentales, aunque debe determinarse la constante de proporcionalidad y uno o más factores de corrección; esto limita la aplicación práctica de esta sencilla ecuación.
Si se dispone de dos o más puntos experimentales, los datos deben correlacionarse mediante la correlación empírica de Sutherland
m = b·T1/2 / (1 + S/T) (12)
III. MATERIALES Y METODOS
1. MATERIALES Viscosímetro analógico marca Brokfield, modelo LTV
splindle numero : 1,2,3,4 Vaso precipitado de 600 ml
Termómetro digital de 0-50°C
Cronometro digital
Tabla de factores. Agitador de fluidos
2. MUESTRAS:
Aceite vegetal, yogurt
El método será explicativo y experimentalIV. PROCEDIMIENTO:
A) Viscosímetro brookfield
1. Sacar el splinder de su cubierta2. Instalar el splinder en la muestra evitando la formación de burbujas.3. Observar que la muestra está a la altura de la muesca instalada en
el splinder.4. Tomar la temperatura de la muestra 5. Colocar el interruptor del viscosímetro en posición ON y esperar que
la lectura de porcentaje de % torque se estabilice.6. Apagar el motor fijando la lectura del dial.7. Multiplicar la lectura con el factor obtenido por tales para obtener la
viscosidad aparente
1. Sacar el esplinder de su cubiert 2. Tomar la temperatura.
3. Colocar el interruptor del viscosímetro en posición ON y esperar que la lectura de % de torque estabilizado.
4. Apagar el motor fijando la lectura de dial.
Seguir los mismos pasos para el yogurt
Volumen de muestra: 500 ml
Tiempo de lectura: 15min
Numero de splindle: 1
Velocidad de rotación: 6 rpm
Lectura del dial: 75
75*10=750 cp (mPa.s)
V. RESULTADOS Y DISCUSIONES:
A.5.1.) Para el caso del aceite
Llenar y desarrollar el siguiente cuadro:
Splinder ……LV 1………………
Temperatura 1……18.5°C…………
VELOCIDAD
RPM
% DE TORQUE FACTOR CONSISTENCIA (m)
(mPa-s)
3 3.4 20 68
6 6.4 10 64
12 13 5 65
30 33.4 2 66.8
60 67.2 1 67.1
B. Para el caso del yogurt (solo 1 temperatura)
Llenar el siguiente el cuadro
Temperatura….18.5°C….
Splinde:……..LV 2……………
VELOCIDAD
RPM
% DE TORQUE FACTOR CONSISTENCIA (m)
(mPa-s)
1.5 26 200 5200
3 36.3 100 3630
6 50 50 2500
12 61.8 25 1545
30 85.2 10 852
60 0 5 0
12
A. Realizar un gráfico de la viscosidad vs. Velocidades deformación (RPM) para ambos fluido e indicar a qué tipo de fluido pertenece por el tipo de gráfica. (Figura 1)
ACEITE
Splinder ……LV 1………………
Temperatura 1……18.5°C…………
FLUIDO NO NEWTONIANO
YOGURT
Temperatura….22°C….
0 10 20 30 40 50 60 700
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
YOGURTVISCOSIDAD VS VELOCIDAD
Valores Y
VI. CONCLUSIONES
El aceite cuando se le aumenta la temperatura en baño maría la viscosidad del aceite baja debido a que cuando los lípidos tiende a aumentar la temperatura la viscosidad disminuye.
En la práctica se logró diferenciar entre un fluido newtoniano y un fluido no newtoniano mediante sus características reologicas.
La viscosidad es una de las propiedades más importantes de los fluidos, por que ayuda a describir el comportamiento del fluido desde el punto de vista de la deformación que sufren al recibir un esfuerzo cortante, distinto a cómo responden los sólidos.
A medida que se aumenta la temperatura va a disminuir la viscosidad.
Y en el caso del yogur la viscosidad fue más alta que la del aceite
la viscosidad disminuye con la temperatura. Esto es debido al hecho de
que, conforme aumenta la temperatura, las fuerzas viscosas son
superadas por la energía cinética, dando lugar a una disminución de la
viscosidad
La viscosidad puede estar muy afectada por variables como el
gradiente de velocidad de deformación, la temperatura y la presión
entre otros, siendo éstas las más importantes
VII. BIBLIOGRAFIA
BROOKFIELD DIAL Viscometer, Pweersating Instructions M/ 85-150 L29, 1990
es.wikipedia.org/wiki/Reología unizar.es/.../iFi%20 reologia %20de
%20liquidos%20y%20semisolidos.pdf .
VICTOR L. STREETER, "Mecánica de los Fluidos", Impreso en
Colombia. Editorial Estrella.
HG. MULLER.,"Introducción de la Reología de los Alimentos", Editorial
Acribia., Zaragoza, España.
ERNESTO MAISCH GUEVARA., "Mecánica de los Fluidos I", Facultad
de Ingeniería Civil, Lima, Perú 1968.
VIII. CUESTIONARIO
1. ¿Por qué se utilizan, diferentes splindle, en el viscosímetro de brookfield?
La razón de que se utilicen diferentes splinder es que a cada uno le
corresponde un rango de viscosidad determinado.
Ejemplos:
Splindle 1 es para fluidos newtonianos
Splindle 2, 3, 4 es para fluidos no newtonianos
2. Diseñar en forma breve y con los equipos de laboratorio de operaciones unitarias actuales, un experimento que permita determinar si un fluido no newtoniano es independiente al tiempo.
