Hemos llegado a nuestro tercer y último tema de este curso. Aquí veremos lo relacionado con la reología y la textura.
A continuación verás un cuadro sinóptico con todos los puntos que abarcaremos.
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.
La textura es un factor de aceptabilidad
sensorial importante para la aprobación de algunos alimentos por parte del
consumidor. Las propiedades texturales de un alimento son el grupo de características
físicas que dependen de los elementos estructurales del material y se
relacionan con la deformación, desintegración y flujo por la aplicación de una
fuerza. Una propiedad importante del alimento que se asocia con la textura es
su comportamiento reológico. La reología es el estudio de la deformación y
flujo de materias primas, productos intermedios y productos terminados.
Una clara compresión de las propiedades
reológicas y texturales de un alimento es fundamental en la investigación y
desarrollo de nuevos productos, el diseño de equipos, el mejoramiento de procesos,
y el control de calidad de materias primas, productos intermedios y terminados.
Estas propiedades están íntimamente
relacionadas con las propiedades fisicoquímicas y funcionales de los
constituyentes de un sistema alimenticio, así como, las variables de operación
que se aplican en las diferentes etapas del proceso.
HISTORIA
Para elaborar alimentos y determinar su
calidad, reemplazar unos productos con otros y mejorar sus texturas, además de
saber todas sus características, es necesaria la reología.
En 1678 Robert Hooke fue el primero que
habló de Reología en su libro “Verdadera teoría de la Elasticidad”. Dicha
teoría se resumía en lo siguiente: “Si se dobla la tensión σ , se dobla
deformación Ɣ”. Es decir que la potencia de un muelle es proporcional a la
tensión aplicada.
Nueve
años después, Isaac Newton publicó “Philosophiae Naturalis Principia
Mathematica” una hipótesis asociada al estado simple de cizalladura (o corte):
“La resistencia derivada de la falta de deslizamiento de las partes de un líquido
es proporcional a la velocidad con que se separan unas de otras dentro de él”.
Esta necesidad de deslizamiento es lo que ahora se denomina “Viscosidad”,
sinónimo de fricción interna. Dicha viscosidad es una medida de la resistencia
a fluir.
La
fuerza por unidad de área que se requiere para el movimiento de un fluido se
define como F/A y se denota como “σ” (tensión o esfuerzo de cizalla). Según
Newton la tensión de cizalla o esfuerzo cortante es proporcional al gradiente
de velocidad (dv/dy), o también denominado como Ɣ. Si se duplica la fuerza, se
duplica el gradiente de velocidad:
Ʈ
= µdv = µ·Ɣ
dy
Esta
fórmula de denomina Ley de Newton, que es aplicable actualmente aún para unos
fluidos determinados (Newtonianos, Figura 3.1b).
En
esta época apareció la Ley de Hooke que fue de aplicación para el estudio de la
Reología de sustancias sólidas (Fig. 3.1a):
σ
= G dL = G · Ɣ
dy
Siendo:
σ : esfuerzo cortante (Pa), G: módulo de rigidez (Pa), y Ɣ : deformación (%).
La
fórmula nos dice que si se aplica una carga σ sobre un cuerpo sólido, éste va a
sufrir una cierta deformación Ɣ. El valor de dicha deformación se mantendrá
hasta que cese el esfuerzo aplicado.
Hace más de 300 años los estudios
relacionados con la reología se reducían a aplicar la Ley de Newton para
líquidos y la Ley de Hooke para sólidos. Fue a partir del siglo XIX cuando los
científicos comenzaron a tener dudas acerca de la validez universal de estas
leyes lineales.
En 1835 W. Weber llevó a cabo una serie de
experimentos con gusanos de seda y vio que no eran perfectamente elásticos. Lo
que observó fue que una carga longitudinal producía una extensión inmediata,
seguida de un posterior alargamiento con el tiempo. Al eliminar la carga tenía
lugar una contracción inmediata, seguida de una contracción gradual hasta
alcanzar la longitud inicial. Elementos asociados a la respuesta de un líquido.
Estas características se asocian a la respuesta de un líquido.
En 1867 J.C. Maxwell, en su artículo “Sobre
la teoría dinámica de los gases”, incluido en la Enciclopedia Británica,
propuso un modelo matemático para describir los fluidos que poseen propiedades
elásticas, es decir, elementos asociados a la respuesta de un sólido:
σ = β · Ɣ
donde
β es un parámetro semejante al módulo de rigidez (Parámetro no-nulo). Tanto la
conducta que observó Weber en sólidos como Maxwell en líquidos se denominó
posteriormente “Viscoelasticidad”.
Después de Maxwell no se profundizó más en
el estudio hasta la segunda década del siglo XX, apareciendo una serie de
modelos lineales (flujo plástico y punto
de fluidez) y no lineales de comportamiento.
A partir de la Segunda Guerra Mundial, la
Reología cobró mucha fuerza con la búsqueda de materiales viscoelásticos para
lanzallamas. Aparecieron poco a poco modelos, que asumieron que tanto el módulo
de rigidez podían variar con la tensión aplicada. Además se observó que la
viscosidad también dependía del tiempo (Tixotropía y Reopexia) y se profundizó
en que los materiales reales pueden presentar comportamiento viscoso, elástico,
o una combinación de ambos.
En 1945 M. Reiner definió el número de
Deborah, De cómo:
De
= Ʈ
T
En
donde “Ʈ” es el tiempo característico del material y “T” el tiempo
característico del proceso de deformación. Valores de De altos
permitían considerar al material como un sólido elástico, y valores bajos como
un líquido viscoso.
A
manera de resumen generalizado, desde la antigüedad hasta el nacimiento de la
Reología, se puede observar la Tabla 3.1.
El concepto de reología se acuñó en 1929 definida por Bingham,
como el “estudio de la deformación y flujo de la materia”. A partir de este año
ha ganado un importante espacio en muchas de las industrias, lo que ha
permitido su interesante desarrollo. Así, Noemí Zaritzky, directora del Centro
de Investigación de Desarrollo en Criotecnología de Alimentos (Cidca) y docente
de la Universidad Nacional de la Plata (Argentina), explica: “esta es una
disciplina que se desprende de la física y que tiene que ver con qué efectos
causan las fuerzas en los distintos materiales de tipo fluido y sólido y con
cómo se deforman ante la acción de esfuerzos controlados”.
Este estudio tiene mucha aplicación en el
área de alimentos, en la farmacológica y en el área de polímeros. Apenas en los
últimos años esta disciplina se ha usado para estudiar los alimentos, y allí ha
encontrado un nicho amplio de discusión académica.
“La reología tiene aplicaciones en la
formulación de alimentos cuando uno quiere vincular la calidad a la
microestructura. Si se está formulando un producto dietético y se quiere
eliminar la grasa, hay que sustituirla por otros componentes (como gomas o
hidrocoloides), para tratar de obtener un producto cuya textura sea similar a
la del producto original. Para eso se necesita información cuantitativa, que
los materiales puedan ser medidos con los instrumentos de un laboratorio de
control de calidad y que, finalmente, el consumidor no perciba que la grasa
está siendo reemplazada por otro producto”, explica Zaritzky.
Se ha usado para estudiar la textura de
los alimentos de una manera más empírica. En la industria es importante a nivel
del diseño de equipos de bombeo que permitan trasladar una suspensión y mover
un fluido a través de conductos, para así caracterizar los diferentes
materiales. Además, en los laboratorios es indispensable tener instrumentos que
permitan medir con precisión si un producto tiene calidad constante.
“Se ha trabajado con todo tipo de alimentos
porque la reología proporciona conocimientos tanto de los que son líquidos como
de los formulados y sólidos. Todos los que requieran un control de calidad
necesitan de un estudio reológico. También se puede usar para determinar la
vida útil de un alimento y ver si, a lo largo del tiempo, va perdiendo algunas
de sus características, por ejemplo”, precisa Zaritzky.
Al final de todas las publicaciones podrás encontrar la bibliografía utilizada y recomendada para que puedas ampliar tus conocimientos.
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