Universidade Federal de Viçosa

Campus Florestal

488- Laboratório de Operações Unitárias

Prática 1: Reologia de Alimentos

Serena Reis 803

Karen Guimarães 334

Florestal, 18 de agosto de 2015

1. INTRODUÇÃO

O estudo do escoamento e das deformações de matérias líquidas e semi-sólidas

são definidas pela reologia. Os alimentos possuem diversas características reológicas

que podem definir a sua textura. As propriedades reológicas são muito utilizados nas

operações de processamentos e design de equipamentos em um indústria de alimento

(Antonio et al.,2009). Além disso, o estudo da reologia pode ser aplicado no controle de

qualidade, análise sensorial e em testes para avaliar a vida de prateleira. A reologia

envolve a relação entre a taxa de deformação e a tensão de cisalhamento. Assim,

quando obtemos uma relação linear entre ambos, o fluido é classificado como

newtoniano e sua viscosidade é constante (MATHIAS et al., 2011).

A viscosidade é uma propriedade fundamental no estudo da reologia. Essa

propriedade é uma característica física dos materiais fluidos que caracterizam a sua

resistência ao escoamento (TONELI et al., 2005). A viscosidade é medida através da

resistência ao movimento gerado pelo atrito quando várias camadas paralelas de um

fluido se move em relação às outras com um gradiente de velocidade uniforme durante

o movimento. A viscosidade dos alimentos varia de acordo sua estrutura e composição.

Sua importância nas indústrias de alimentos está relacionada fatores tecnológicos

(equipamentos e manuseio), econômico e qualidade do alimento (DIAZ et al., 2004;

SOUZA et al., 2007; BATTAGLINI et al., 2010).

2. OBJETIVOS

Simular o uso do reômetro para a determinação das propriedades reológicas dos

alimentos.

Avaliar o efeito da temperatura nestas propriedades.

3. MATERIAIS E EQUIPAMENTOS

O experimento foi utilizado de forma virtual.

4. METODOLOGIA

Foi obtida a curva de escoamento na faixa de taxa de deformação de 0 a 100 s-1

nas temperaturas 20, 30 e 35°C. Em seguida, tabulou-se os dados no Excel.

Calculou-se o parâmetro Ea referente ao modelo de Arrhenius (influência da

temperatura).

Calculou-se os parâmetros reológicos referentes ao modelo Herschel-Bulkley, Lei

da Potência e Newtoniano.

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES

As Figura 1, 2 e 3 foram obtidas através do experimento realizado no simulador.

Figura 1. Simulação a 20°C.

Figura 2. Simulação a 25°C.

Figura 3. Simulação a 30°C.

Os dados foram tabulados no Excel e por meio dele foi possível obter uma

regressão linear para mostrar o comportamento do pudim de baunilha nos diferentes

modelos reológicos nas temperaturas de 20°C (Figura 4, 5 e 6), 25°C (Figura 7, 8 e 9) e

30°C (Figura 10, 11 e 12).

Figura 4. Newtoniano (20°).

Figura 5. Lei da Potência (20°C).

y = 1.6281x + 148.89R² = 0.9318

0

50

100

150

200

250

300

350

0 20 40 60 80 100 120

Ten

são

de

Cis

alh

amen

to (

Pa)

Taxa de deformação (1/s)

Newtoniano (20°C)

Newtoniano (20C)

Linear (Newtoniano(20C))

y = 0.2631x + 4.4593R² = 0.9965

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5

Ln Ʈ

Lnγ (s-1)

Lei da Potência (20°C)

Lei da Potência

Linear (Lei da Potência)

Figura 6. Herschel- Bulkley (20°C).

Figura 7. Newtoniano (25°C).

y = 0.3526x + 3.8953R² = 1

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5

Ln(Ʈ

-Ʈ0)

Ln(γ)

Herschel-Bulkley (20°C)

Herschel-Bulkley (20°C)

Linear (Herschel-Bulkley (20°C))

y = 1.3697x + 127.64R² = 0.9295

0

50

100

150

200

250

300

0 20 40 60 80 100 120

Ten

são

de

Cis

alh

amen

to (

Pa)

Taxa de deformação (1/s)

Newtoniano (25°C)

Newtoniano 25C

Linear (Newtoniano25C)

Figura 8. Lei da Potência (25°C).

Figura 9. Herschel Bulkley (25°C).

y = 0.2603x + 4.3093R² = 0.997

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5

Ln Ʈ

Lnγ (s-1)

Lei da Potência (25°C)

Lei da Potência (25°C)

Linear (Lei da Potência(25°C))

y = 0.3429x + 3.7838R² = 1

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5

Ln(Ʈ

-Ʈ0)

Ln(γ)

Herschel-Bulkley (25°C)

Herchel-Bulkley (25°C)

Linear (Herchel-Bulkley(25°C))

Figura 10. Newtoniano (30°).

Figura 11. Lei da Potencia (30°C).

y = 1.1596x + 110.11R² = 0.9272

0

50

100

150

200

250

0 50 100 150

Ten

são

de

cisa

lham

ento

(P

a)

Taxa de deformação (1/s)

Newtoniano (30°C)

Newtoniano 30

Linear (Newtoniano 30)

y = 0.2575x + 4.1658R² = 0.9974

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5

Ln Ʈ

Lnγ (s-1)

Lei da Potência (30°C)

Lei da Potência (30°)

Linear (Lei da Potência(30°))

Figura 12. Herschel – Bulkley (30°C).

Podemos dizer que o modelo que melhor descreve o comportamento do pudim de

baunilha nas diferentes temperaturas foi o modelo de Herschel-Bulkley devido seu

coeficiente de correlação ser igual a 1. Resultados semelhantes foram encontrados por

Anderson e colaboradores (2006) que realizou um estudo do comportamento reológico

do pudim de baunilha utilizando um reómetro de Thermo Haake RheoStress (RS1,

Thermo Electron Corporation, Waltham, MA) com um cilindro concêntrico. Foi verificado

que o modelo de Herschel-Bulkley foi o que melhor caracterizou a reologia do pudim.

Por meio das equações obtidas nas Figuras 5, 6, 8, 9, 11 e 12 torna-se possível

determinar os valores do índice de comportamento do fluido ( 𝑛 ) e do índice de

consistência ( 𝑘). O termo ln 𝐾 trata-se do coeficiente linear e o 𝑛 do coeficiente angular

das equações. Os valores de 𝑛 e de 𝑘 encontram-se descritos na Tabela 1:

Tabela 1: Valores de 𝒏 e 𝒌 obtidos por meio de diferentes modelos em diferentes temperaturas

Lei da Potência Herschel-Bulkley

Temperatura(°C) 𝑛 𝑘 𝑛 𝑘

20 0,2631 84,4269 0,3526 49,1708

25 0,2603 74,3884 0,3429 43,9829

35 0,2575 64,4442 0,3339 39,4644

y = 0.3339x + 3.6754R² = 1

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5

Ln(Ʈ

-Ʈ0)

Ln(γ)

Herschel- Bulkley (30°C)

Herschel- Bulkley(30°C)

Linear (Herschel-Bulkley (30°C))

Observa-se que com o aumento da temperatura o 𝑘 e o 𝑛 diminuem tanto no

modelo lei da potência quanto no Herschel-Bulkley. O índice de consistência k diminui

com o aumento da temperatura, como o valor deste índice está diretamente ligado com

a “consistência” do fluido, pode-se notar nas Figuras 13, 14 e 15, que a viscosidade

diminui com o aumento da temperatura

Estudos realizados por Faraoni e colaboradores (2013) mostraram o

comportamento reológico dos sucos mistos de manga, goiaba e acerola, adicionados de

fitoquímicos, em sete temperaturas (10 a 70 °C), e o efeito da temperatura na viscosidade

aparente. As análises reológicas foram conduzidas em um reômetro de cilindros

concêntricos. Os dados experimentais de tensão de cisalhamento versus taxa de

deformação foram ajustados pelos modelos de Lei da Potência, Casson e Herschel-

Bulkley. Analisou-se que os três modelos apresentaram altos coeficientes de

determinação (R² ≥ 0,978), indicando que qualquer um destes pode ser utilizado para

descrever o comportamento reológico dos sucos, caracterizados como fluidos não

newtonianos com características pseudoplásticas. O efeito da temperatura no

comportamento reológico dos sucos foi descrito pela Equação de Arrhenius e foi possível

observar um decréscimo no valor da viscosidade aparente com o aumento da

temperatura confirmando a pseudoplasticidade dos sucos (n < 1).

Oliveira e colaboradores estudaram o comportamento reológico das polpas de

gabiroba e goiaba na faixa de temperatura de 20 a 35ºC. As medidas reológicas foram

feitas em rêometro Brookfield equipados com cilindro coaxial. Os reogramas foram

ajustados a partir dos dados experimentais para os modelos de Lei da potência, Bingham

e Herschell-Buckley. Para ambas as polpas foram verificadas o comportamento

pseudoplástico e sendo a pseudoplasticidade maior em baixas temperaturas.

Considerando o modelo de Lei da potência, a viscosidade aparente e o índice de

consistência diminuíram com o aumento da temperatura ao passo que índice de

comportamento aumentou com o aumento de temperatura.

Guedes e colaboradores (2010) analisaram o comportamento reológico e

determinaram a densidade da polpa de melancia em temperaturas de 10 a 60 °C, e

concentrações de 8, 17, 26 e 35 °Brix, além de obter modelos que descreveram as

alterações dessas propriedades físicas em função da temperatura e da concentração. O

comportamento reológico foi estudado utilizando um reômetro rotacional de cilindros

concêntricos, e a densidade foi determinada com o auxílio de picnômetros. Os modelos

utilizados neste trabalho foram ajustados por regressão não linear. Pode-se concluir que

a polpa de melancia se comportou como um fluido não newtoniano pseudoplástico em

todas as temperaturas e concentrações utilizadas, e que o modelo de lei da Potência

pode ser utilizado para descrever tal comportamento.

Também foi plotado um gráfico da viscosidade aparente x taxa de deformação

(Figura 13, 14 e 15). Foi observado nos gráficos que com o aumento da taxa de

deformação e temperatura houve uma diminuição da viscosidade aparente até um ponta

em que a mesma se mantém constante.

Figura 13. Viscosidade aparente x taxa de deformação (20°).

y = -0.2272x + 19.8R² = 0.3228

-20

0

20

40

60

80

100

0 50 100 150

µa

(Pa/

s)

Taxa de deformação (1/s)

Viscosidade aparente (20°)

Viscosidade aparente(20°)

Linear (Viscosidadeaparente (20°))

Figura 14. Viscosidade aparente x taxa de deformação (25°).

Figura 15. Viscosidade aparente x taxa de deformação (30°).

Em uma unidade de produção de pudim de baunilha a viscosidade utilizada nos

cálculos seria em torno de 30°C pois nessa temperatura tem-se uma redução na

viscosidade aparente facilitando o seu processo de produção, como o bombeamento

para um trocador de calor. A viscosidade aparente nessa temperatura pode ser

encontrada na Figura 15, e podemos observar que com o aumento da taxa de

deformação a viscosidade aparente mantêm-se constante (µa=2.137601 Pa/s).

y = -0.1947x + 16.941R² = 0.3236

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 50 100 150

µa

(Pa/

s)

Taxa de deformação (1/s)

Viscosidade Aparente (25°C)

Viscosidade Aparente(25°C)

Linear (ViscosidadeAparente (25°C))

y = -0.1679x + 14.589R² = 0.3242

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 50 100 150

µa

(Pa/

s)

Taxa de deformação (1/s)

Viscosidade Aparente (30°C)

Viscosidade Aparente(30°C)

Linear (ViscosidadeAparente (30°C))

Entretando, durante o armazenamento a melhor viscosidade do pudim de baunilha

seria aproximadamente de µa=5.032381 Pa/s encontrada na temperatura de 5°C. Essa

viscosidade oferece uma melhor textura e qualidade no produto.

6. CONCLUSÃO

Por meio deste estudo, pode-se observar o melhor modelo reológico que descreve

o comportamento do pudim de baunilha nas diferentes temperaturas foi o modelo de

Herschel-Bulkley. Deste modo, a compreensão das propriedades reológicas dos

alimentos é de grande importância para os fabricantes, visto que o estudo destas

propriedades auxilia na melhoria do processo e na caracterização do produto.

A capacidade de predizer a viscosidade em diferentes temperaturas fornece

informações fundamentais sobre a qualidade e atributos sensoriais em diferentes

temperaturas. Tais resultados podem levar a uma melhor formulação do produto e

condições de processamento, conferindo assim, maior qualidade ao produto final.

REFERÊNCIAS

ANTONIO et al. Rheological behavior of blueberry. Revista de Ciência e Tecnologia de Alimentos, v. 29, n. 4, p. 732-737, 2009. MATHIAS et al. Rheological characterization of coffee-flavored yogurt with different types of thickener. Alim. Nutr., Araraquara, v. 22, n. 4, p. 521-529, 2011. BATTAGLINI et al. Medidas da viscosidade dos óleos de soja e de milho usando um sistema de agitação. Em: III Simpósio Intercâmbio Brasil-Japão em sustentabilidade: Um desafio da humanidade. Campo Grande, MS. 2010. DIAZ et al. Reologia de Xantana: uma Revisão sobre a influência de eletrólitos na viscosidade aparente de soluções aquosas de gomas xantana. Semina: Ciências Exatas e Tecnológicas, Londrina, v. 25, n. 1, p. 15-28, jan./jun. 2004.

SOUZA et al. Caracterização físico-química e comportamento reológico de sucos de cenoura e laranja e suas misturas. 2007. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Alimentos) - Universidade Federal de Santa Catarina. FARAONI, A. S.; RAMOS, A. M. GUEDES, D. B.; PINTO, R. M. R. Propriedades reológicas de sucos mistos de manga, goiaba e acerola adicionados de fitoquímicos. Brazilian Journal Food Technologia. Campinas, v. 16, n. 1, p. 21-28, 2013. GUEDES, D. B.; RAMOS, A. M. DINIZ, M. D. M. S. Efeito da temperatura e da concentração nas propriedades físicas da polpa de melancia. Brazilian Journal Food Technologia, Campinas, v. 13, n. 4, p. 279-285, 2010. OLIVEIRA, R. C. ROSSI, R. M. BARROS, S. T. D. Estudo do efeito da temperatura sobre o comportamento reológico das polpas de gabiroba e goiaba. Acta Scientiarum. Technology, Maringá, v. 33, n. 1, p. 31-37, 2011. PUDDING, M.C.; ANDERSON, C.F.; SHOEMAKER, R.P. SINGH. Rheological characterization of aseptically packaged. Journal of Texture Studies, v. 37, p. 681–695, 2006.