XXIII CONGRESSO DE PÓS-GRADUAÇÃO DA UFLA
27 de outubro a 01 de novembro de 2014
Todas as informações contidas neste trabalho, desde sua formatação até a exposição dos resultados, são de exclusiva responsabilidade
dos seus autores
AVALIAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS REOLÓGICAS DE MAIONESE SUBMETIDA AO
PROCESSO DE CONGELAMENTO
BÁRBARA JORDANA GONÇALVES1, ISIS CELENA AMARAL2, JACYARA THAIS
TEIXEIRA3, TALES MÁRCIO OLIVEIRA GIAROLA4, JAIME VILELA DE RESENDE5
RESUMO: O conhecimento reológico é indispensável para a medida de qualidade, projetos de
processos industriais, determinação da vida de prateleira, entre outros. O presente trabalho teve
como objetivo estudar o comportamento reológico de maionese antes e após o congelamento, por
meio dos modelos de Casson, Herschel-Bulkley, Ostwald-de-Waele e Mizrahi & Berk. As medições
foram realizadas, antes e após o congelamento, na temperatura de 25°C, em reômetro rotacional de
cilindros concêntricos, utilizando-se um adaptador para pequenas amostras e sensor de cisalhamento
coaxial. As análises foram obtidas com a variação da taxa de deformação de 0,22 a 4,62 s-1 (curva
ascendente) versus tensão de cisalhamento, com tomada de 11 pontos, sendo o experimento realizado
em triplicata. As amostras apresentaram índice de comportamento de fluxo (n) inferior a 1,
caracterizando um comportamento não newtoniano com caráter pseudoplástico, visto que a
viscosidade das mesmas diminuiu em função do aumento das taxas de deformação aplicadas. A
maionese após o congelamento apresentou maior índice de consistência (k) que antes do
congelamento, possivelmente devido à coalescência dos grânulos de gordura. O modelo de Ostwaldde-Waele foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais, sendo os coeficientes de correlação
(R²) iguais ou maiores que 98,8, evidenciando um bom ajuste dos pontos experimentais com o modelo
proposto.
Palavras-chave: Reologia, Congelamento, Taxa de Deformação, Tensão de Cisalhamento.
INTRODUÇÃO
A manutenção da estabilidade do produto ou sua estrutura durante a estocagem é descrita pela
reologia, principalmente para emulsões e outras dispersões. Na ciência dos alimentos, a reologia é
usada para o estudo da estrutura dos alimentos como resposta à aplicação de força ou deformação.
Várias são as razões para se conhecer as propriedades reológicas dos alimentos, dentre elas: efetuar o
controle de qualidade de matérias-primas de processo ou fabricação de produtos finais, estudar a
influência de componentes da formulação e relacionar a estrutura dos produtos com as suas
características reológicas (STEFFE, 1996).
A investigação das propriedades reológicas está estreitamente relacionada com o
desenvolvimento de produtos alimentares e é determinante nos processos de desenvolvimento desses
produtos no intuito de atender as exigências do consumidor (FISCHER; WINDHAB, 2011). O
comportamento reológico ocupa posição de grande destaque, sendo útil não só como medida de
qualidade, mas também em projetos, avaliação e operação dos equipamentos processadores de
alimentos, tais como as bombas, sistemas de agitação e tubulações (IBARZ et al., 1996; QUEIROZ et
al., 1996).
O presente trabalho teve como objetivo estudar o comportamento reológico de maionese antes e
após o congelamento, além de caracterizar o comportamento da maionese através do ajuste de
modelos reológicos.
REFERENCIAL TEÓRICO
Criada em 1928 por E. C. Bingham, a reologia é definida como a ciência que estuda a resposta
de um material à aplicação de uma tensão ou deformação (CORREA et al., 2005).
1
Doutoranda , DCA/UFLA, [email protected]
Doutoranda, DCA/UFLA, [email protected]
3
Doutoranda, DCA/UFLA, [email protected]
4
Doutorando, DCA/UFLA, [email protected]
5
Professor Associado, DCA/UFLA, [email protected]
2
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O comportamento reológico representa o comportamento mecânico dos materiais quando em
processo de deformação. Importantes nos fenômenos relacionados à transferência de massa que tem
lugar nos processos industriais, as características reológicas são também imprescindíveis na
otimização, no controle e nos cálculos de processos. Esses conhecimentos servem, igualmente, para o
desenvolvimento de produtos e correlação de parâmetros físicos e sensoriais, além de serem
importantes no controle de qualidade e testes de tempo de armazenamento de produtos (TABILOMUNIZAGA; BARBOSA-CÁNOVAS, 2005).
As medidas reológicas são consideradas como uma ferramenta analítica, a qual fornece uma
melhor compreensão da organização estrutural dos alimentos. Vários fatores afetam o comportamento
reológico, destacando-se entre estes, a temperatura (HOLDSWORTH, 1971; VITALI; RAO, 1984),
sólidos solúveis (HERNANDEZ et al., 1995) e o tamanho das partículas (AHMED et al., 2000).
Em função do seu comportamento de escoamento, os fluidos podem ser basicamente
classificados como newtonianos, quando a viscosidade do sistema independe da taxa de deformação
aplicada, ou não-newtonianos, que podem depender ou não do tempo de cisalhamento. O
comportamento mais comum de fluidos alimentícios não-newtonianos independentes do tempo é do
tipo pseudoplástico, quando a viscosidade do material diminui com o aumento da taxa de deformação
(BHATTACHARYA, 1999; FREITAS, 2002; SHARMA, 1996).
A crescente necessidade e procura dos parâmetros reológicos para os diversos fluidos
manipulados nas indústrias de processamento está ligada também a grande importância econômica que
estes fluidos e equipamentos de manipulação representam atualmente (VIDAL, 2000).
Muitas das propriedades texturais que os humanos percebem quando consomem alimentos são
basicamente reológicas na natureza, isto é, cremosidade, suculência, maciez, suavidade e dureza. A
estabilidade e aparência dos alimentos frequentemente dependem das características reológicas
(VANDRESSEN, 2007).
Os alimentos apresentam comportamento reológico variado, devido à sua complexa estrutura e
composição (TABILO-MUNIZAGA e BARBOSA-CÁNOVAS, 2005). A descrição desse
comportamento é feita através de modelos que relacionam tensão de cisalhamento e taxa de
deformação, facilitando assim, os cálculos de engenharia.
MATERIAL E MÉTODOS
As medidas reológicas da maionese foram realizadas, antes e após o congelamento, na
temperatura de 25°C, em um reômetro rotacional com sistema de medida de cilindros concêntricos
Brookfield, modelo DVIII Ultra (Brookfield Engineering Laboratories, Stoughton, USA), utilizandose um adaptador para pequenas amostras 13R/RP (19,05 mm de diâmetro e profundidade de 64,77
mm; Brookfield Engineering Laboratories, Stoughton, USA) e o sensor de cisalhamento coaxial SC425 (4,78 mm de diâmetro e 17,70 mm de comprimento; Brookfield Engineering Laboratories,
Stoughton, USA).
As análises reológicas foram obtidas com a variação da taxa de deformação de 0,22 a 4,62 s-1
antes e após o congelamento (curva ascendente), com a tomada de 11 pontos para cada curva. Assim,
obteve-se o reograma de cada amostra. Os experimentos foram realizados em triplicata, onde para
cada repetição utilizou-se uma nova amostra, igual a anterior, para evitar possíveis efeitos de tempo.
Os modelos testados foram Ostwald-de-Waele (Lei da Potência), Herschel-Bulkley, Mizrahi &
Berk e Casson. Porém, para obtenção dos parâmetros reológicos e para a determinação do seu
comportamento, utilizou-se o modelo de Ostwald-de-Waele (Equação 1), devido ao seu melhor
ajustamento aos dados experimentais.
onde: τ- tensão de cisalhamento (Pa); γ- taxa de deformação (s–1); k – índice de consistência (Pa.sn );
n- índice de comportamento do fluido (adimensional).
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
A maionese analisada antes e após o congelamento apresentou comportamento de fluido
não-Newtoniano (Figura 1). Os parâmetros reológicos obtidos antes e após o congelamento, através do
modelo de Ostwald-de-Waele estão demonstrados na Tabela 1 e Tabela 2, respectivamente. Os
coeficientes de correlação (R²) foram iguais ou maiores que 98,8 para as amostras, evidenciando um
bom ajuste dos pontos experimentais com o modelo proposto.
Tabela 1 - Parâmetros reológicos da maionese antes do congelamento, obtidos utilizando-se o modelo
de Ostwald-de-Waele.
Parâmetros reológicos antes do congelamento
Índice de consistência, K (Pa s)
75182
Índice de comportamento de fluxo, n
0,19
R²
98,8
Fonte: Elaboração dos autores (2013).
Tabela 2 - Parâmetros reológicos da maionese após o congelamento, obtidos utilizando-se o modelo
de Ostwald-de-Waele.
Parâmetros reológicos após o congelamento
Índice de consistência, K (Pa s)
Índice de comportamento de fluxo, n
R²
89705,5
0,15
99,3
Fonte: Elaboração dos autores (2013).
O índice de consistência (K) é um parâmetro que indica o grau de resistência do fluido diante
do escoamento. De acordo com os dados apresentados, nota-se que a maionese após o congelamento
apresentou maior índice de consistência que a amostra de maionese antes do congelamento.
Verifica-se que o valor do índice de comportamento (n), apresentou-se maior que 0 e menor
que 1 (0,15 e 0,19) para ambas as amostras, mostrando que a maionese apresenta comportamento
reológico não-newtoniano pseudoplástico (n<1). Este comportamento também é observado na Figura
1, devido a relação não-linear da taxa de deformação com a tensão de cisalhamento.
Figura 1 - Relação entre a taxa de deformação e a tensão de cisalhamento descrita pelo modelo de
Ostwald-de-Waele para as amostras de maionese antes e após o congelamento.
Tensão de cisalhamento [mPa/s]
120000
100000
80000
60000
Maionese antes do congelamento
40000
Maionese após o congelamento
20000
0
0
1
2
3
4
Taxa de deformação [1/s]
Fonte: Elaboração dos autores (2013).
5
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Na Figura 2, observa-se um decréscimo da viscosidade aparente à medida que se
aumenta a taxa de deformação para as amostras de maionese.
Figura 2 - Relação entre a viscosidade e a taxa de deformação da maionese antes e após o
congelamento.
300000
Viscosidade [mPas]
250000
200000
Maionese após o congelamento
150000
Maionese antes do congelamento
100000
50000
0
0
1
2
3
4
5
Taxa de deformação [1/s]
Fonte: Elaboração dos autores (2013).
De acordo com Vidal-Bezerra (2000), esse comportamento se deve às modificações da
estrutura das moléculas com o aumento do gradiente de velocidade. As cadeias de moléculas tendem a
se alinhar, paralelamente às linhas de corrente, o que contribui para a diminuição da resistência ao
escoamento.
Segundo Horne (1998) e Lucey (2002), a diminuição da viscosidade aparente das amostras,
com o aumento da taxa de cisalhamento, pode ter ocorrido devido à destruição das fracas ligações
físicas existentes e à diminuição da energia de interação entre as moléculas. Horne (1998) define a
energia de interação das moléculas como o somatório da repulsão eletrostática e da interação
hidrofóbica, portanto, a queda na viscosidade aparente das amostras com o aumento da taxa de
deformação poderia ser resultado da destruição destas interações. Segundo Vidal (2006), esta
diminuição da viscosidade colabora com o decréscimo dos custos de potência com bombeamento e
custos energéticos, devido a menor perda por escoamento, e pode ser explicada pelo aumento do
gradiente de velocidade responsável por modificar a estrutura das moléculas.
CONCLUSÃO
O modelo de Ostwald-de-Waele resultou em bons ajustes dos dados experimentais de tensão
de cisalhamento em função da taxa de deformação para a maionese antes e após o congelamento. O
índice de comportamento de fluxo (n) foi inferior a 1 para as amostras, caracterizando um
comportamento não newtoniano com caráter pseudoplástico, visto que a viscosidade das mesmas
diminuiu em função do aumento da taxa de deformação aplicada.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem a Fundação de Amparo à Pesquisa do estado de Minas Gerais (FAPEMIG), o
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e a Coordenação de
Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pelo financiamento da pesquisa.
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