Teste dinamice oscilatorii de forfecare pentru evaluarea texturii produselor alimentare
Raspunsul unui solid ideal la o forta aplicata este deformarea limitata si recuperarea acelei deformari prin indepartarea solicitarii. Un asemenea raspuns se numeste ,,elastic''.
Materialele
ideal elastice se supun legii Hooke care descriu o proportionalitate directa
intre stres(
)
si deformare(
)
in corelatie cu o constanta de
proportionalitate numita modul(G)
Un
fluid ideal se va deforma si va continua sa se deformeze atata timp cat este aplicata o solicitare.
Materialul nu revine la forma initiala in momentul in care solicitarea este
indepartata. Acest raspuns se numeste ,,vascos''. Curgerea materialelor
vascoase simple este descrisa de legea lui Newton care reda proportionalitatea
directa dintre stresul de forfecare si viteza de forfecare(
)
in
care 
reprezinta vascozitatea de forfecare. Comportamentul elastic este redat prin recuperarea
completa a energiei folosita in timpul deformarii in timp ce , comportamentul
vascos reprezinta pierderea completa a
energiei deoarce toata energia furnizata in timpul deformarii este disipata
precum caldura. Comportamentul ideal elastic si ideal vascos reprezinta doua raspunsuri
extreme ale materialelor supuse la stresuri externe. Precum termenii sugereaza,
acestea sunt aplicabile numai pentru materialele ideale. Materialele reale,
totusi elibereaza o multitudine de raspunsuri intre comportamentul elastic si
vascos. Marea majoritate a materialelor prezinta un comportament vascoelastic.
Aproape toate alimentele, atat lichide cat si solide prezint 727j93h a un astfel de
comportament. Proprietatile vascoelastice ale materialelor sunt determinate
prin metode dinamice sau tranzitorii. Metodele tranzitorii cuprind relaxarea la
stres(aplicarea unei deformari constante instantanee si masurarea stresului de
descompunere (decaying stress )in functie de timp) si deformarea(aplicarea unui
stres constant si instantaneu si masurarea deformarii in functie de timp). Aceste metode desi sunt mai usor de realizat
prezinta cateva limitari. Raspunsul materialului nu poate fi determinat in functie de frecventa.
Testarile dinamice
Un test dinamic este realizat prin aplicarea unei deformari(sau stres) sinusoidale mici si masurarea stresului sau deformarii rezultate. Testele oscilatorii de joasa amplitudine sunt realizate in forfecare si de aici abrevierea SAOS de la forfecare oscilatorie de joasa amplitudine; aceste teste sunt utilizate pentru testele dinamice vascoelastice. Desi nu foarte populare, testele dinamice, sunt realizate deasemenea in procedeul de compresie, in procedeul de forfecare la amplitudini largi(la deformari in exces de 100%). Este important a se sublinia faptul ca deformarea sau stresul utilizat in testarile SAOS este foarte mic, de cele mai multe ori de 1%, 3% sau 5%. Se procedeaza astfel pentru a se asigura faptul ca raspunsul materialului va fi in domeniul linear, domeniu in care stresul este proportional la deformarea aplicata si ca teoria descrisa mai jos se poate aplica. Scopul acestei lucrari este de a prezenta numai vascoelasticitatea liniara masurata prin teste SAOS.
Raspunsul la stres al unui material vascoelastic liniar la o deformare sinusoidala data este:
Functiile
dependente de frecventa 
reprezinta modulul elastic(de inmagazinare) de
forfecare si modulul elastic de
forfecare (de pierdere). G/ reprezinta o masura a energiei eliberate
pe ciclu de deformare pe unitate de volum. Este proprietatea care face
corelatie cu natura elastica a materialului. G// este o masura a
energiei disipate ca incalzire pe ciclu de deformare pe unitate de volum. G//
este proprietatea care face legatura la natura vascoasa a materialului. O alta
proprietate vascoelastica dinamica folosita este tangenta de pierdere
si arata efectele relative ale componentelor elastice si vascoase in
comportamentul vascoelastic. In unele cazuri modulul complex
este folosit deasemeni in datele de testare
dinamica.
In
mod similar,vascozitatea complexa(
)
poate fi definita in termeni precum parte reala (
)
sau imaginara 
de vascozitate.
G/
, G//, si 
permit
caracterizarea reologica a materialului vascoelastic pe baza unui test SAOS.
Masuratorile SAOS sunt populare si utile din urmatoarele considerente:
reprezinta o tehnica nedistructiva ce permite ca masuratorile sa fie realizate fara deterioarea structurala a probei. Acest lucru permite realizarea corelatiilor intre parametrii dinamici reologici si structura moleculara a probei. Aceste teste asigura totodata mijloace foarte sensibile de studiere a miscarilor moleculare care genereaza un fenomen de tipul ,,temperatura de tranzitie vitroasa''.
Permit investigarea selectiva a a
evenimentelor moleculare prin alegeerea corecta a domeniului de frecventa deoarece intr-un
experiment mecanic dinamic, raspunsul la stres este dominat de procesele de
relaxare cu o constanta de timp aprox de 1/
.
Regiunea de vascoelasticitate liniara poate fi determinata usor in testarea dinamica prin modificarea amplitudinii deformarii de intrare sau a functiei de stres.
Doua marimi, de obicei G/ si G// sunt masurate simultan pentru a asigura un control in ceea ce priveste erorile experimentale si aplicabilitatea suprapunerii dintre timp si temperatura.
In momentul in care sunt aplicabile, datele din testele oscilatorii pot fi utilizate in tehnica de suprapunere dintre timp si temperatura pentru a extinde domeniul de frecventa care de altfel poate fi inaccesibil din punct de vedere experimental
Cunoasterea proprietatilor dinamice precum G/ si G// permite estimarea celorlalte proprietati vascoelastice liniare cat si comportamentul materialului in alte tipuri de deformari precum intinderea.
In general este mult mai rapida realizarea testelor oscilatorii comparativ cu realizarea altor experimente vascoelastice liniare precum deformarea(creep) sau relaxarea. Totusi, acest lucru depinde de domeniul selectat si de numarul de frecvente.
Modificarile neasteptate in structura relativa a particolelor (teste de relaxare la efort)sau solicitare(teste de deformare, creep tests)nu sunt necesare in experimentele oscilatorii de forfecare
Deoarece este mai mult un domeniu
de frecventa decat un test de domeniu de timp,amplitudinea deformarii
si
scala de timp 1/
poate varia independent
Desi vascoelasticitatea liniara este ideala pentru a asigura informatii cu privire la imbunatatirea si intelegerea structurii si organizarii materialului, majoritatea operatiilor de procesare alimentara(extruderea, pomparea, amestecarea, intinderea) implica deformatii rapide si largi care nu pot fi modelate utilizand doar teoria vascoelasticitatii liniare. Totusi, acesta nu este un neajuns al testelor SAOS, deoarce structura este cea care controleaza raspunsul reologic al materialului, chiar si in deformarile largi si rapide. Mai mult decat atat, foarte multe ecuatii de baza folosite pentru a modela raspunsul materialului la deformatii largi contin parametri derivati din datele de vascoelasticitate liniara.
Teste SAOS pentru produsele lactate
In general, o investigatie ce implica o metoda SAOS trebuie sa inceapa cu determinarea deformarii sau a limitei de stres pentru care teoria de vascoelasticitate liniara este aplicabila. De aceea, un test de deformare sau test de crestere progresiva a stresului trebuie realizat la o frecventa mica (de ex 1 Hz) prin cresterea amplitudinii deformarii sau stresului impus.Odata ce limita de vascoelasticitae liniara este determinata se pot realiza celelalte experimente realizate la deformari sau stresuri in aceasta limita. Se recomada repetarea testului de crestere progresiva a frecventei la extremele variabilelor experimentale, deoarece sunt date care indica ca regiunea de vascoelasticitate liniara poate varia cu frecventa testului, temperatura,varsta probei, compozitie etc.
Tehnica SAOS este deseori utilizata pentru a masura proprietatile vascoelastice liniare ale materialelor in timpul gelifierii si maturarii. Intr-un sistem de gelifiere, se poate observa de obicei o crestere pentru G/ si G// dupa o perioada initiala de intarzaiere. Acest lucru este deseori urmat de scaderea graduala a vitezei de crestere pentru G/ si G// care devine stabila in cele mai multe cazuri. Mai mult decat atat, o data ce gelul matur sau gelul tratat termic este obtinut, se procedeaza la realizarea unor masuratori precum:
Test de crestere progresiva a
deformarii (se determina G/ si G// in functie de )
pentru a detremina regiunea de vascoelasticitate liniara;
Test de crestere progresiva a frecventei (se determina G/ si G// in functie de frecventa) pentru a determina caracterul elastic al gelului;
Test de crestere progresiva a temperaturii(se determina G/ si G// in functie de temperatura) pentru a evalua caracteriticile termice.
Test de crestere progresiva a timpului(se determina G/ si G// in functie de timp)
Testul de crestere progresiva a frecventei
Acest test este probabil cel mai versatil test reologic de caracterizare a comportamentului vascoelastic al materialelor. In acest test, este impusa unui material o deformare(stres) sinusoidala sau o amplitudine fixa si se determina modulii dinamici intr-un domeniu larg de frecvente. Rezultanta este cunoscuta ca si ,,spectrul mecanic'' al unui material. Amplitudinea deformarii trebuie selectata cu atentie, trebuie sa fie mai mica decat limita de deformare a vascoelasticitatii liniare. Reometrele contemporane sunt capabile sa masoare proprietatile dinamice intr-un domeniu larg de frecvente, de la 0.01Hz pana la 100Hz. Cu ajutorul reometrelor avansate pot fi realizate masuratori oscilatorii la frecvente scazute mai mici de 10-5Hz. Cu asemenea instrumente, selectarea frecventei scazute este dictata in principal de stabilitatea probei si de rabdarea cercetatorilor in realizarea masuratorilor dinamice lungi. De exemplu, sunt necesare aproximativ 28 h pentru a completa un ciclu de oscilatie la 10-5Hz. O cale eficienta de a scurta timpul experimental este de a utiliza, ori de cate ori se poate aplica o procedura de suprapunere dintre timp si temperatura.
Exista reometre care poseda un mod de oscilatie multiunda, unde proba este expusa simultan la oscilatii la doua sau mai multe frecvente. Modul de oscilatie multiunda reduce timpul experimental, comparat cu derularea altor experimente, fiecare la frecvente diferite, asigurand in timp aceeiasi parametri dinamici standard. Acesta reprezinta un avantaj semnificativ, in special in momentul in care trebuiesc realizate un numar mare de teste intr-un timp scurt. Este important faptul ca, suma amplitudinilor de deformare, care sunt adaugate in oscilatiile multiunda raman in regiunea liniara de vascoelasticitate a materialului. Oscilatiile multiunda sunt utile in special pentru materialele cu structura tranzitorie, si astfel se pot preta pentru studierea gelifierii laptelui.
Testul de crestere progresiva a temperaturii
Un astfel de test, implica masurarea modulilor dinamici intr-un domeniu de temperatura la amplitudine de deformare(stres) si frecventa constanta. Testul de crestere progresiva a temperaturii este esential pentru investigarea tranzitiilor de faza. De exemplu, in timpul unui astfel de test, temperatura la modulul de intersectie(G/=G//) reprezinta inceputul temperaturii de formare a gelului(sau topirea gelului). In timpul topirii branzeturilor, temperatura la modulul de intersectie reprezinta un indicator al ,,punctului moale''al branzeturilor, the onset temperature of rapid melt and flow.
Tstul de crestere progresiva a temperaturii este de asemenea util pentru a realiza modificari care pot apare mai degraba la frecvente ridicate si posibil inaccesibile, daca masuratorile sunt realizate la temperatura camerei.
Testul de crestere progresiva a timpului
Masuratorile in acest gen de test sunt deseori realizate izoterm la amplitudine de deformare(stres) si frecventa constanta. Este cunoscuta si sub denumirea de test de tratare termica a gelului(gel cure) si poate fi realizat impreuna cu testul de crestere progresiva a temperaturii pentru a examina modificarile in comportamentul reologic datorate efectelor combinate dintre timp si temperatura. O practica uzuala este aceea de a fixa o frecventa de oscilatie la 1Hz.
Testele
de crestere progresiva a timpului sunt foarte utile in monitorizarea formarii
sau descompunerii structurii. De exemplu, evolutia gelului de lapte(de exemplu
fermitatea) dupa adaugarea de cheag sau alt coagulant este de obicei
monitorizata printr-un test de crestere
progresiva a timpului cu masurarea parametrilor vascoelastici G/, G//
si tan
.
Timpul, la care modulul de intersectie este observat in timpul tratarii termice
a gelului indica timpul de gelifiere in sisteme care gelifiaza in conditii
izoterme.
Suprapunerea dintre timp si temperatura
Proprietatile reologice ale branzeturilor sunt puternic dependente de temperatura. Astfel masuratorile realizate la diferite temperaturi sunt realizate pentru caracterizarea completa a comportamentului branzei. Pentru unele materiale este foarte binecunoscut faptul ca, proprietatile vascoelastice liniare masurate la diferite temperaturi pot fi reprezentate pe o singura curba, numita si curba etalon la o temperatura de referinta prin procedura de suprapunere dintre timp si temperatura. Curba etalon rezultata va avea un timp de extindere larg sau o scala de frecventa, care este foarte valoroasa pentru a caracteriza comportamentul unui material la anumite intervale de timp sau frecventa care nu pot fi accesibile prin folosirea doar a unui singur instrument sau a unei singure tehnici. Materialele pentru care se poate aplica procedura de suprapunere dintre timp si temperatura se numesc ,, simple termoreologice''.
Desi branza este putin probabil sa fie un material simplu termoreologic datorita modificarilor termice de faza si multitudinii de componente, au fost obtinute cu succes cateva aplicatii ale suprapunerii dintre timp si temperatura( sau mai corect a suprapunerii dintre frecventa si temperatura)la branzeturi. Realizarea unui astfel de test face posibila estimarea pe termen lung a proprietatilor vascoelastice ale produselor alimentare.
O
preocupare imediata se ridica in momentul in care sunt determinate
proprietatile vascoelastice ale unui sistem care evoluaeaza de la lapte vascos
la un gel elastic. Acest lucru se aplica indiferent daca deformarea aplicata
sau amplitudinea stresului afecteaza proprietatile de aglomerare. Dejmek a
masurat G/ si G// in timpul coagularii enzimatice a
laptelui. In momentul in care deformarea de forfecare aplicata a fost mare(de
exemplu =0.2),
G* rezultat in urma modului de oscilare continua a fost semnificativ
mai ridicat comparativ cu modul de oscilare intermitent. Aparent, oscilatiile
continue afecteaza procesul de coagulare. Deasemenei, Dejmek a aratat faptul ca
procesul de coagulare nu a fost afectat de catre deformarea de forfecare
continua cuprinsa in intervalul 0.05 - 1Hz.
Pentru a evita dezorganizarea retelei gelului de lapte degresat, Zoon si altii, au realizat niste masuratori de forfecare oscilatorii la 1 rad/s,(~0.16Hz) numai dupa formarea gelului slab(de exemplu G/~2Pa).
Dejmek a identificat faptul ca, limita de deformare vascoelastica liniara a fost de 0.05. Pentru gelurile din lapte degresat formate pe cale enzimatica, limita corespondenta a fost 0.3. Paulsson si Dejmek, au aplicat o amplitudine de deformare de la 0.02 la 1 Hz pentru a ramane in regiunea de vascoelasticitate liniara pentru a monitoriza formarea gelurilor de β-lactoglobulina tratata termic. Majoritatea studiilor pe geluri alimentare au fost realizate utilizand amplitudini de deformare mai mici de 0.05 si o frecventa de 1Hz.
Bohlin si altii au investigat efectul clorurii de calciu si a concentratiilor de cheag in functie de temperatura de coagulare a laptelui. Acestia au aratat ca o concentratie mai mare de cheag si clorura de calciu concomitent cu cresterea temperaturii au condus la o coagulare timpurie si la o viteza de gelifiere rapida ceea ce a condus la aparitaia unor geluri tari, consistente(valori mari pentru G*). Inceperea coagularii a fost identificata ca timpul in care G/si G// incep sa devieze de la zero.
Nakamura si Nikki au studiat influenta concentratiilor de calciu asupra proprietatilor reologice ale micelei de cazeina in timpul gelifierii. Ei au stabilit ca, modificarea concentratiilor de calciu afecteaza viteza de gelifiere dar nu mecanismul gelifierii.
Masuratorile SAOS au fost deasemenea studiate pentru caracterizarea comportamentului produselor lactate(iaurt, branza, geluri din zer etc) cat si pentru evaluarea efectelor a diferiti factori asupra proprietatilor vascoelastice ale acestor produse.
Skriver
a realizat niste teste SAOS asupra iaurtului cu coagul spart pentru a stabili efectele parametrilor tehnologici
precum tipul de cultura, temperatura de
fermentare si continutul de substanta uscata asupra proprietatilor reologice
ale acestui produs. Bazate pe datele de forfecare dinamica,iaurtul cu coagul
spart a fost caracterizat ca fiind un gel slab. Proprietatile principale ale
gelurilor slabe sunt date de Ross si Murphy si anume: G/>G//,
atat G/ cat si G// sunt in mare masura independente de
frecventa iar limita de deformare vascoelastica liniara este mica(<0.05).
Mai mult decat atat, Skriver a aratat ca, exopolizaharidele produse de
culturile filante, nu au contribuit la fermitatea iaurtului cu coagul spart.
Aceste rezultate au fost in contradictie cu rezultatele
vascozimetrice(deformatii mari) unde contributia exopolizaharidelor asupra
stresului de forfecare a fost semnificativa.
Paulsson
si Dejmek au studiat gelifierea 
-
lactoglobulinei tratata termic prin reometrie oscilatorie la diferite niveluri
de pH(4.5,5,7) si la diferite concentratii de proteina(3, 4, 5% masa/volum).
Acestia au ajuns la concluzia ca temperatura la inceputul procesului de
gelifiere a fost indepenedenta de pH, si de concentratia de proteine, in schimb
valoarea lui G* a fost influentata in principal de concentratia de
proteine si intr-un nivel mai redus de pH. Interesant de notat este faptul ca,
exponentul n in relatia 
,
unde c reprezinta concentratia de
proteina a variat intre 2.2 si 2.6 pentru gelurile de lapte obtinute enzimatic
sau pe cale acida, cat si pentru gelurile de -
lactoglobulina tratata termic in momentul in care pH-ul a fost mai mic de 7. In
conditiile in care pH-ul a fost mai mare de 7, s-a obtinut o valoare mai mare
pentru coeficientul n.
O alta utilizare a testelor SAOS a fost demonstrata de catre Ozer si colaboratorii unde proprietatile reologice a sase iaurturi traditionale libaneze cu concentratii diferite au fost comparate utilizand date din testele SAOS, penetrometrie, si de vascozimetrie. Atat masuratorile penetrometrice cat si cele de vascozitate au esuat in evidentierea diferentelor asteptate intre probele de iaurt preparate dupa aplicarea diferitelor tratamente. Totusi, testele dinamice au evidentiat clar, diferentele dintre probe si prin urmare au fost considerate a fi mult mai de incredere pentru a determina proprietatile reologice ale iaurtului traditional libanez.
Determinarea punctului de gelifiere
Un alt domeniu de cerecetare in care testele SAOS si-au gasit o larga utilizare a fost determinarea punctului de gelifiere ,etc. Punctul de gelifiere reprezinta momentul la care un sistem de polimer/biopolimer se modifica dintr-un lichid vascos(solid) intr-un solid elastic(gel) in timpul procesului de gelifiere.
Determinarea punctului de gelifiere din proprietatile reologice precum vascozitatea de forfecare constanta(steady) pentru starea lichida, si modulul de forfecare de echilibru pentru starea solida necesita extrapolare si sufera de unicitate la tranzitie. Metoda SAOS asigura totusi date reologice continue pentru intregul proces de gelifiere sau de maturare. Astfel testele SAOS au devenit larg utilizate pentru investigarea tranzitiei dintre solid/lichid si proprietatile gelurilor mature.
Ross-Murphy a evidentiat un numar de determinari reologice pentru depistarea punctului de gelifiere sau a timpului de gelifiere si anume:
momentul in care semnalul sistemului de geifiere devine mai mare decat zgomotul de fundal(background noise);
momentul in care G/ devine mai mare decat valoarea aleasa de inceput;
momentul in care G/ devine mai mare decat G//(metoda punctului de intersectie);
momentul in care tandevine
independenta de frecventa(metoda Winter-Chambon)
Prima metoda desi simpla, este dependenta de forta minima a instrumentului, valoare care poate varia de la un reometru la altul. A doua metoda necesita cunoasterea valorii corecte pentru puterea gelului. Metoda trei depinde de frceventa testului de oscilatie. Metoda patru care se bazeaza pe argumente fundamentale este metoda cea mai apreciata in studii recente. Nu toate metodele sunt adecvate pentru toate tipurile de geluri de biopolimeri alimentari. De exemplu, gelurile slabe prezinta o dependenta puternica intre G/ si frecventa si chiar o inter- sectie intre G/ si G//. Gelurile puternice sau gelurile chimice arata o dependenta scazuta intre G/ si frecventa. Gelurile fizice care se afla intre gelurile slabe si gelurile puternice arata o dependenta intre G/ si frecventa, in schimb in acest caz G/ si G// nu se intersecteaza. A fost propusa urmatoarea relatie pentru dependenta de frecventa(f) pentru G/:
logG/=nlogf +K
unde, K si n sunt constante. Pentru matricea de geluri(crosslinked) n=0, iar pentru gelurile fizice n>0.
Tung si Dynes au sugerat ca timpul la care
curbele G/ si G// se intersecteaza(tan=1)
poate fi utilizat pentru determinarea punctului de gelifiere. Bryant si Mc
Clements au utilizat acest criteriu pentru a determina punctul de gelifiere al
izolatelor proteice din zer denaturate termic. Totusi acest criteriu devine
dificil de utilizat in sistemele complexe amestecate, precum pasta de amidon.
Winter a examinat validitatea intersectiei dintre G/ si G//
ca si punct de gelifiere. Acesta a afirmat ca, daca intersectia dintre G/
si G// coincide cu punctul de
gelifiere, atunci polimerul poate avea o relaxare care sa respecte principul
legii putere la punctul de gelifiere, Gtαt-n
pentru n=1/2. Pentru n>1/2, punctul de gelifiere apare mult mai repede
comparativ cu intersectia dintre G/ si G// . Doublier si
colaboratorii au afirmat ca in unele cazuri , tan=1
la o frecventa data poate fi privita ca un criteriu bun pentru identificarea
punctului de gelifiere, daca frecventa aleasa este suficient de mica. Se
recomanda utilizarea unui domeniu de frecventa astfel, independenta tan
asupra frecventei conduce la cea mai buna estimare.
Stading
si Hermansson au identificat o alta metoda de definire a punctului de gelifiere
la valoarea maxima pentru G//. Aceasta valoare maxima totusi, nu
este usor de detectat datorita sunetului de semnal excesiv. Te Nijenhuis au
obtinut o valoare maxima pentru G// pentru gelatina chiar dupa
punctul de gelifiere. Pentru gelifierea -lactoglobulinei,
punctul de gelifiere determinat bazat pe G/>zgomot si tan=1
au fost foarte apropiate, in schimb punctul de maxim pentru G// a
avut o valoare mult mai mare. Pentru unele sisteme cu vascozitate scazuta
precum laptele, G// nu poate fi masurat utilizand reometre cu sensibilitate scazuta. In
asemenea cazuri, punctul de gelifiere este de cele mai multe ori determinat in
momentul in care G/> sunetul.
Conform
metodei Winter-Chambon, taneste
independenta de frecventa la punctul de gelifiere pentru gelurile chimice.
Metoda punctului de intersectie reprezinta un caz particular al metodei
Winter-Chambon. Totusi timpul de gelifiere determinat cu ajutorul acestui
criteriu, nu corespunde cu intersectia dintre G/ si G//
la o singura frecventa. S-a aratat ca acelasi criteriu, poate fi utilizat
pentru determinarea conditiei critice fie, din timpul gelifierii sau din timpul topirii.
Capacitatea de a forma geluri pentru dispersiile provenite din izolate proteice din zer supuse la diferite tratamente termice si alte variabile de procesare (pH, concentratie) au fost investigate de Labropoulos si Hsu utilizand metoda SAOS. Prin folosirea metodei Winter-Chambon pentru identificarea punctului de gelifiere , un domeniu larg de timpi de gelifiere au fost obtinuti de la 12 la 164 minute, in functie de conditiile experimentale. Informatiile care se obtin in urma unor astfel de studii ar trebui sa permita procesatorilor obtinerea unor geluri cu proprietati dorite , prin controlarea variabilelor din timpul gelifierii dispersiilor provenite din izolate proteice din zer. Avantajul pe care il prezinta aplicarea criteriului Winter Chambon, acolo unde este aplicabil, este acela ca nu este necesar a avea o constanta a proprietatilor vascoelastice de-alungul testului de crestere progresiva a frecventei, o conditie care nu poate fi intrunita in timpul gelifierii rapide sau topirii, si chiar este posibil obtinerea unui punct de gelifiere prin interpolare. Petrofsky si Hoseney au stabilit necesitatea utilizarii corectiei de temperatura pentru frecventa experimentala din esantion in evaluarea tranzitiei dintre solid-gel bazandu-se pe studiile cu pasta de amidon.
In timpul tratamentului termic aplicat la unele geluri, intersectia dintre G/ si G// poate fi considerata un indicator bun al proceselor si de imitare a topirii branzeturilor asa cum este determinat prin intermediul testelor traditionale.
Estimarea vascozitatii de forfecare stabile (relatia Cox-Merz)
Ideal, ar trebui sa fie posibila conexiunea proprietatilor materialelor reale obtinute din diferite experimente. Acest lucru este util pentru ca limitarea experimentala a unui tip de experiment(alunecare, migrarea componentelor din proba, etc), poate fi depasita prin utilizarea unui experiment diferit si apoi corelarea proprietatilor materialelor cu domeniul de interes. Totodata acest lucru permite compararea independenta a rezultatelor pentru validare.
Cateva investigatii asupra proprietatilor reologice ale solutiilor de polimeri au aratat ca exista o corelatie intre functiile ce descriu proprietatile dinamice si cele care caracterizeaza proprietatile in curgerea de forfecare stabila. O caracteristica importanta o reprezinta stabilirea unei corelatii intre un regim in care deformatiile pot fi infinit de largi si neliniare fundamental si altul, in care deformatiile sunt mici si liniare. Teoriile fenomenologice care utilizeaza operatori diferentiali variati de structura complexa fac posibila obtinerea unor forme diferite de corelatie intre caracteristicile de forfecare stabile si cele dinamice ale sistemeleor vascoelastice.
Rezultate similare pot fi obtinute folosind modele de nivel molecular. Totusi, s-a demonstrat ca, metoda empirica, Cox-Merz reprezinta cea mai sigura metoda pentru a corela datele de reologie dinamica si de forfecare stabila.
Unele dintre cele mai dificile proprietati ale alimentelor semisolide si lichide care se pot determina experimental sunt functiile vascozimetrice sau proprietatile reologice de forfecare stabila. Acest lucru este valabil in cazul geometriei de tip con-placa unde alunecarea si migrarea externa a probei face dificila obtinerea unor rezultate de incredere.
Intrucat proprietatile reologice de forfecare stabila care decid proprietatea de curgere a unui material sunt critice pentru intelegerea unor procese ingineresti precum,amestecarea sau extruderea, este evident faptul ca, regula Cx Merz este valoroasa pentru previzionarea proprietatilor de forfecare stabile din datele SAOS. Motivele fizice sau structurale pentru care regula Cox Merz este aplicata nu sunt inca clare. Totusi sunt cateva indicii din care se pot extrage informatii de structura utile bazate pe faptul, daca regula Cox Merz este aplicabila sau nu. Schieber a propus un model de baza la nivel molecular pentru polimerii cu catena lunga care previzioneaza regula Cox Merz. Majoritatea caracteristicilor descrise de regula Cox Merz sunt atribuite descompunerii structurale datorate gradului de deformare aplicat. Prin definitie, deformarea aplicata, este mica in testele SAOS, dar este suficient de ridicata in forfecarea stabila pentru a rupe legaturile inter si intramoleculare. In acest caz, vascozitatea complexa, de obicei este mai mare comparativ cu vascozitatea de forfecare stabila. Astfel indepartarea de la regula Cox Merz, poate implica legaturi inter si intramoleculare puternice.
Determinarea perceptiei senzoriale
Testele
de vascoelasticitate liniara au fost deasemenea aplicate pentru a studia
interactiunile dintre textura, aroma si gust. S-a demonstrat faptul ca,
masuratorile pentru obtinute
in testele dinamice comparativ cu vascozitatile de forfecare stabile dau o
corelatie mai buna cu consistenta senzoriala pentru gelurile slabe.
Relatia dintre gust, aroma, si proprietatile reologice se pare ca depinde de structura si concentratia solutiei. Este foarte bine stabilit faptul ca, intensitatea gustului si aromei percepute scade pe masura ce consistenta produsului creste.
Echipamente utilizate pentru determinarea proprietatilor reologice
Reometrul sau vascozimetrul care masoara proprietatile reologice ale fluidelor prin rezistenta la curgere sub actiunea unei forte cunoscute sau stresul produs intr-o cantitate cunoscuta de fluid reprezinta un instrument esential in studiile alimentare reologice. Pe de alta parte specificatiile echipamentului, trebuie cel putin sa aiba in considerare: forta minima si maxima,viteza unghiulara minima si maxima, inchiderea automatizata,rezolutia inchiderii, domeniul fortei normale, controlul temperaturii si software.
Reometrele comerciale pot fi impartite in reometre analitice si empirice si reometre care dau vascozitatea reala. Primele doua sunt utilizate in controlul calitatii unde nu sunt necesare date precise, desi datele ar trebui sa se coreleze cu rezultatele senzoriale sau caracteristicile de procesare(Barringer&Ratanatriwong,2003).
Paar Physica(Physica USA, Spring, TX, USA), TA Instruments(New Castle, DE, USA), Bohlin(Bohlin Instruments, Inc., East Brunswick, NJ, USA), Haake(Haake,Inc.,Paramus, NJ, USA), Brookfield(Middleboro, MA, USA) si Reologica(Reologica Instruments, Inc., Borden-town, NJ, USA) etc, sunt principalii furnizori de instrumente reologice pentru industria alimentara.
Cele doua elemente comune utilizate in reometrele rotationale sunt viteza si stresul controlat. Prin folosirea vitezei controlate, materialul studiat este plasat intre doua placi. Una dintre placi este rotita cu o viteza fixa iar forta de torsiune produsa la cealalta placa este masurata. Astfel viteza(viteza de deformare) este variabila independenta iar forta(stresul reprezinta variabila dependenta. In stresul controlat situatia este inversa. O forta(stres) este aplicata unei placi iar viteza rotationala(viteza de deformare) ale aceleasi placi este masurata(Semancik, TA Instruments).
Sisteme de masurare
Majoritatea reometrelor comerciale necesita geometrii de masurare similare(con-placa, placi paralele, cilindru concentric, etc). si au domenii de masurare comparabile. Totusi, designul variaza de la un reometru la altul(Ma&Barbosa-Canovas,1995b). Sunt disponibile diferite sisteme de masurare pentru a realiza masuratori reologice (rotationale,deformare, relaxare,oscilatorii).
Reometrele rotationale au geometrii de masurare interschimbabile: cilindru concentric,con si placa, placi paralele. In cilindrul concentric fluidul este forfecat intre inchiderea dintre cilindrul inferior si cilindrul superior, unde fie the inner(Couette) sau outer(Searle)cilinder rotates(Barringer&Ratanatriwong,2003). Modul Searle si Couette sunt principalele moduri de operare ale acestui dispozitiv. Aproximativ toate reometrele functioneaza in sistemul Searle, unde o sonda este actionata iar cupa este imobila.
Un sistem de masurare cu inchidere dubla este
deasemenea disponibil pentru lichidele cu vascozitate redusa unde o suprafata
de forfecare ridicata este asigurata pentru ca forta sa atinga o valoarea ridicata suficienta. Zona de forfecare
include atat suprafata de intrare cat si cea de iesire, facand astfel posibil
controlul temperaturii. Pe de alta parte, in geometria de tip con si placa,
care consta dintr-o sonda cu suprafata conica si o placa fixa cu suprafata
plata, forta este masurata ca si consecinta a tragerii fluidului pe con. Conform cu standardele ISO se
recomanda utilizarea unui unghi α=0.5-30 intre
con si placa. In plus, geometria de tip con si placa poate fi utilizata pentru
probe ce au particule 
/10,
in caz contrar nu exista suficient volum disponibil intre particule, iar acest
lucru poate influenta deformarea sau comportamentul la curgere(Barbosa-Canovas
si altii 1996;Mezger,2002).
Avantaje:
Astfel,sistemele de masurare de tip placa-placa,constau din doua placi plate din care una este fixa iar cealalta mobila. Ele pot fi utilizate in momentul in care masuratorile trebuie realizate la viteze de forfecare mici si sunt utile pentru testele oscilatorii si pentru dispersiile macrogranulare(coarse). Aceste sisteme cu senzor faciliteaza umplerea inchiderii de forfecare cu probe ce au valori ridicate pentru stresul de camp, astfel incat ele nu necesita a expulzarea radiala a lichiduluin pentru a atinge inchiderea finala dintre placi in prealabil cu testele actuale.(Schramm,1994). Inchiderea flexibila dintre placi o face aplicabila pentru suspensiile cu vascozitate ridicata sau pentru produsele alimentare speciale cat si pentru structurile tridimensionale, solidele moi sau materialele dure. Mai mult, curatarea se realizeaza foarte usor dupa efectuarea testului, iar alunecarea pe pereti poate fi evitata prin polisare cu nisip, prelucrarea suprafetei. Insa distribuirea forfecarii nu este uniforma pentru ca stresul de forfecare este in functie de raza, care face calculele sa fie mult mai complicate. Totusi, in momentul in care se masoara lichidele cu vascozitate redusa la viteze de forfecare ridicate, pot sa apara efecte secundare la curgere. Acest lucru conduce la turbulente si pot cauza cresterea rezistentei la curgere.(Barringer& Ratanatriwong,2003).
|
