Adrià Casas, M. Àngels

Alsina, Maria Assumpció

Barracó i Serra, Marc

García, Serafí

Raventós Santamaria, Mercè

Ruscalleda, Josep

Revistes Catalanes amb Accés Obert

Treb. Soc. Cat. Biol., Vol. 38 ( 1985) 52-58
MODEL DE COMPORTAMENT REOLOGIC DE LA LLET.
ASSAIGS D'ENVELLIMENT
SERAFI GARCIA', MARC BARRACO2, M. a ANGELS ADRIA',
M. a ASSUMPCIO ALSINA', MARIUS GORCHS2, MERLE RAVENTOS2
i JOSEP RUSCADELLA'
' Departament de Fisico-Quimica Aplicada. Facultat de Farmdcia.
Universitat de Barcelona.
2 Departament de Mecanica de Fluids.
Escola Tecnica Superior d'Enginyers Industrials.
Universitat Politecnica de Catalunya.
Rebut 17 abril 1985
SUMMARY
Liquid foods are classified and their properties discussed under various types of rheological behavior:
Mewtonian, pseudoplastic, shear-thickening, thixotropic and viscoelastic. Rheological data on selected
milks are summarized in either tabular form or in the form of equations. The influence of time, tempe-
rature and constituents on the theological behavior is detailed.
INTRODUCCIO
La llet es, essencialment, una emulsio
aquosa de globuls greixosos visibles al
microscopi i envoltats d'una membrana
proteinica que fa possible 1'estabilitat del
globul dins 1'emulsi6.
La composicio del conjunt es, aproxima-
dament, d'un 88 % d'aigua, un 4 % de
lipids, un 5 % de carbohidrats, principal-
ment lactosa, i un 3 % de proteina que, fo-
namentalment, es caseina. Altres consti-
tuents secunndaris son vitamines liposolubles
(A, D, E i K), ions i sals organiques i inorga-
niques aixi com gasos en dissolucio.
Els estudis realitzats han tingut com a pri-
mer objectiu definir el model de comporta-
ment reologic d'aquest fluid biologic i tambe
les variacions que l'esmentat comportament
experimenta en funcio de la composicio.
S'ha analitzat , finalment , la influencia de
l'envelliment , sia natural o accelerat, sobre el
comportament viscos.
MODEL DE COMPORTAMENT REOLOGIC DE LA LLET. ASSAIGS D 'ENVELLIMENT 53
TAULA I
'o Materia grassa % protelna o lactosa To sals minerals
Llet completa esterilitzada
UHT directe 3,2 2,81 4,27 0,65
Llet completa esterilitzada
UHT indirecte 3,15 3,13 4,44 0,70
Llet completa pasteuritzada 3,23 3,15 4,45 0,70
Liet desgreixada esterilitzada
UHT directe 0,44 3,09 4,36 0,70
Llet desgreixada esterilitzada
UHT indirecte 0,45 3,47 4,77 0,75
Llet certificada crua 3,24 3,19 4,48 0,70
Llet evaporada 7,5 7,4 10,41 1,64
MATERIAL I.METODE
Les mostres utilitzades als assaigs, totes de
vaca , han estat les seguents:
- Llet completa esterilitzada , per proce-
diment UHT (ultra high temperature), direc-
te i indirecte.
- Llet completa pasteuritzada.
- Llet desgreixada esterilitzada UHT, per
procediment directe i indirecte.
- Llet certificada crua.
- Llet evaporada.
Les mesures s'han realitzat amb un
viscosimetre rotacional de con-plat, tipus
Wells-Brookfield LVTD, amb lectura digital
i adaptacio de con CP 40 (radi : 2,4 cm i
angle : a=0,8°), equipat amb sistema de ter-
mostatacio i registrador.
El viscosimetre ha estat calibrat, pre-
viament, amb fluids " standard" (silicones)
de: 9,5 1 % cP., i 98 1 % cP., a 25 °C.
S'ha col • locat la mostra entre el con i el
plat, tot deixant-la deu minuts en repos
-per tal d ' aconseguir 1'equilibri termic
abans de les mesures-, i s'han comunicat,
tot seguit , velocitats de deformacio creixents
de 2,25 a 450 s-' i decreixents fins 2,25 s-'
(Figura 1).
La composicio de les mostres estudiades,
analitzades amb un Milkoscanner , es l'es-
mentada a la taula I.
Fig. 1. Detail del viscosimetre rotacional Ferranti-Shirley.
Determinacio dels parimetres reologics
El motor del viscosimetre fa girar el con
amb velocitat constant i es mesura el mo-
ment del parell necessari per a vencer la resis-
tencia viscosa que s'oposa al gir del con i que
es creada per la presencia del fluid de 1'assaig
(un cop s'han fixat les conditions de termos-
tatacio). La mesura del moment s'aconse-
SERAFf GARCIA, MARC BARRAC6, m., ANGELS ADRIA, M. ° ASSUMPC16 ALSINA,
54 MARIUS GORCHS, MERCE RAVENT6S 1 JOSEP RUSCADELLA
(4)
6 din. cm-2)
Fig. 2 . ( 1) Aigua
(2) Llet certificada crua
(3) Llet completa pasteuritzada
(4) Llet completa UHT (calentament indirecte)
(5) Llet desgreixada UHT
(calentament indirecte)
15 Q(din. cm-2) 10 15
gueix per transmissio del moviment del con
per una molla espiralada de cupro-beril•li. El
grau d'enrotllament de l'espiral es propor-
cional a la viscositat del fluid.
Si el vertex del con esta en contacte amb el
plat, tal com s'esquematitza a la figura 1,
s'acompleix: Or = tga = constant, i la veloci-
tat periferica v verifica: v/R = w = constant.
Com y = v/c = R•w/R•tga = w/tga = constant.
Per tant, y es constant per a cada velocitat
de rotacio, w, donada, i independent del
radi.
Si N es la velocitat angular en rpm i w•R=
2n NR/60 s'obte: y = v/c = 2n NR/60• R•tg
a = 2nN/60•tga = 0,1047•N/tga
Per at con CP 40, amb a= 0,8° (tga=
0,0139), y=2n•N/60.0,0139=7,5•N (s-').
Si es considera que les superficies de ci-
sallament son com anells concentrics d'am-
plada dr, la forca tallant que actua sobre el
fluid es: dF = a•dS = o2nr•dr (din.). El mo-
ment del parell sobre 1'area-anell diferencial
es: dM = r•dF = r•o•2n•r•dr (din. cm).
Fig. 3 . ( 1) Aigua
(2) Llet desgreixada
(3) Llet completa
(4) Llet evaporada
La integracio dona el moment acumulat de
tots els parells elementals segons: M = J oo.
2rtr1•dr = 2/3• n•a•R'. D'on o = M/2/3•rrR'•,
i per al con CP 40 de radi 2,4 cm:
M=673,7-L/100 i o=6,737/2/3-Tr-2,4'-L=
0,2337•L ( din. cm-z).
El valor de la viscositat val:
1= 100.0,2327•L/7,5•N = 3,1025•L/N
RESULTATS
Comportament reologic de les mostres
estudiades
Un cop preparades les mostres dell set ti-
pus de llet entptats a -la Taula I, s'ha pro-
cedit a l'assaig durant un temps no superior
al mes de fabricacio, a excepcio de la llet
crua i la completa pasteuritzada que es varen
experimentar al dia segiient de ]a seva elabo-
racio.
Els resultats obtinguts en analitzar la fun-
cio de dependencia entre: y i a es representan
a les Figures 2 i 3.
MODEL DE COMPORTAMENT REOLOGIC DE LA LLET. ASSAIGS D'ENVELLIMENT 55
rl (cps)
(3)
(2)
(1)
L y (s-')
100 200 300 400 500
Fig. 4. S'observa un marcat comportament pseudoplas-
tic en la Ilet evaporada (4), i Ileugera pseudoplasticitat
en la Ilet completa ( 3) i desgreixada (2).
Es pot constatar que, malgrat que el com-
portament de la ]let s'aproxima molt al defi-
nit corn a newtonia, s'hi registren des-
viacions en augmentar el contingut en extrac-
te sec (llet evaporada; Figures 4 i 5).
D'aquesta manera la llet desgreixada este-
rilitzada (UHT directe i indirecte), llet
completa esterilitzada (UHT directe i indi-
recte), llet certificada crua i llet completa
pasteuritzada, presenten una Ileugera ten-
dencia pseudoplastica, que es mes marcada
en la Ilet evaporada. La funcio reologica que
mes s'aproxima a les caracteristiques visco-
ses d'aquest tipus de llet es la llei de la poten-
cia d'Ostwald, segons 1'expressi6:
y = 3,5.0'• 11
De la mateixa manera es dedueix que la
influencia de la materia greixosa sobre la vis-
cositat de la Ilet no es, per als nivells de con-
centracio tractats, massa important, ja que
un augment de set vegades el contingut de
greix de la Ilet completa, respecte la des-
greixada, produeix, solament un augment
rl (cps)
2,0
1,5
1,0
0,5
(1)
100 200 300 400 y (s-')
Fig. 5. S'observa un Ileuger comportament pseudoplAs-
tic a totes les Ilets assajades.
del 14 01o en la viscositat. Per contra, per a la
llet evaporada, augments de 2,3 vegades el
contingut de greix i 2,6 vegades el contingut
de protetnes, incrementen fins a deu vegades
el valor de la viscositat de la llet respecte el
valor de la completa.
Els processos de pasteuritzacio i esterilit-
zacio nomes augmenten Ileugerament la vis-
cositat (Figures 4 i 5).
Tractament UHT directe o indirecte.
Modificacions
S'han fet assaigs amb llet completa esteri-
litzada a la temperatura de 25 ± 0,2 °C i se-
gons la composicio descrita a la Taula I.
El Ileuger augment de la viscositat aparent
mitjana per a la llet tractada amb vapor rees-
calfat directe (2,11 cP), en front la de la Ilet
tractada plel metode indirecte (2,06 cP) es
inscrit dins"del marge d'error propi de les
mesures.
Per tant, es pot deduir que el procediment
d'esterilitzacio UHT emprat no varia, sen-
(4)
_(3)
-(5)
(2)
SERAFI GARCIA, MARC BARRACO, m., ANGELS ADRIA, M. ` ASSUMPCIt9 ALSINA,
56 MARIUS GORCHS, MERGE RA VENTOS I JOSEP RUSCADELLA
TAULA II n (CPS)
1
UHT
indirecte
UHT
directe
Materia grassa (%) 3,15 3,20
Proteines ('o) 3,13 2,81
Lactosa (%) 4,44 4,27
Sals minerals (%) 0,70 0,65
Viscositat mitjana 2^(cps) 2,06 2,11 (2)
TAULA III 1 (1)
Viscositat mitjana (cps)
26 dies 2,04
48 dies 1,91
70 dies 1,88
90 dies 1,85
20 40 60 80 Dies
Fig. 6. Envelliment natural de la llet completa UHT (2) a
temperatura ambient 90 dies. ( 1) aigua.
siblement, el comportament reologic de la
Ilet completa.
Assaigs d'envelliment
El temps limit de caducitat de la llet esteri-
litzada esta establert en tres mesos despres
d'haver estat envasada hermeticament i a la
temperatura ambient. Es prou important co-
neixer com varien les caracteristiques reovis-
cosimetriques durant aquest periode. Than
realitzat, per aquest motiu, una serie d'as-
saigs sobre una mostra de Ilet completa este-
rilitzada UHT amb escalfament indirecte du-
rant el seu temps de validesa. Els tipus de
proves fetes son:
1) Als 26 dies de fabricacio.
2) Als 48 dies de fabricacio.
3) Als 70 dies de fabricacio.
4) Als 90 dies de fabricacio (data de cadu-
citat).
Les mostres, envasades en capses <<tetra-
brik>>, es conserven a la temperatura am-
bient de 17 °C fins el moment d'obrir-les per
tal de fer les experimentacions. Els resultats
son relacionats a la Taula III.
Si s'inspeccionen els resultats es pot deduir
una reduccio d'un 9,3 % de la viscositat apa-
rent mitjana en arribar a la data de caduci-
tat, a la vegada que es constata una perdua
gradual del comportament, lleugerament
pseudoplastic, essent a la fi un liquid quasi
newtonia.
L'aspecte, sabor i d'altres propietats orga-
noleptiques romanen, segons el nostre parer,
inalterables durant 1'envelliment natural a la
temperatura ambient.
Envelliment accelerat de la Ilet
Les industries lactiques necessiten coneixer
el comportament de la Ilet abans de la data
de caducitat . Es per aixo que es duen a terme
dues series d' assaigs d ' envelliment accelerat
consistens en:
a) Mantenir una mostra a 32 °C durant 14
dies.
b) Mantenir una mostra a 55 °C durant 7
dies.
El detall de l'estudi realitzat contempla la
determinacio de les propietats reologiques de
les mostres sotmeses a les conditions esmen-
tades i la comparacio dels resultats obtinguts
amb els trobats per envelliment natural.
L'assaig es va fer amb una mostra de llet
completa esterilitzada per UHT indirecte,
MODEL DE COMPORTAMENT REOLOGIC DE LA LLET. ASSAIGS D'ENVELLIMENT 57
TAULA IV
Envelliment accelerat de la Ilet completa
UHT
Llet testimoni viscositat mitjana = 1,96 cps
Llet a 32°C
als 14 dies viscositat mitjana = 1,93 cps
Llet a 55°C
als 7 dies viscositat mitjana = 1,67 cps
utilitzant com a referencia una mostra de 20
dies. Els resultats s'expressen a la taula IV.
La interpretacio dels esmentats resultats
conclou en afirmar que 1'envelliment accele-
rat a 32 °C durant 14 dies no produeix cap
canvi apreciable de la viscositat aparent de la
llet. Tanmateix, 1'envelliment natural provo-
ca una reduccio d'un 9,3 °Io en la viscositat.
La caracteristica mes important es la perdua
del caracter pseudoplastic que es substituft
per un comportament newtonia.
L'envelliment accelerat a 55 °C durant 7
dies causa una minva, significativa, de la vis-
cositat aparent (de l'ordre d'un 15 %), supe-
rior al produit per 1'envelliment natural. Les
caracteristiques resten, en aquest cas, inva-
riables.
doplasticitat, sense alterar les propietats or-
ganoleptiques.
- L'envelliment accelerat no altera el va-
lor de les viscositats aparents a baixes tempe-
ratures, pero es constata la perdua de
pseudoplasticitat. A temperatures elevades
les variacions dites son de sentit contrari.
Agraliments
Cal agrair a RAM <<La Lactaria Espanola,
S.A.)) el subministrament de mostres i 1'assessora-
ment general, en especial al Sr. Hipolito Gonza-
lez, que sempre tan amablement ens va atendre.
Nomenclatura
M
n
r/R
y
a
y
a
w
CONCLUSIONS GENERALS
De tot el que s'ha expressat es pot
concloure:
- El conjunt de les mostres presenten un
comportament newtonia, detectant-se una
certa pseudoplasticitat en augmentar la con-
centracio d'extracte sec.
- La variacio de concentracio de materia
greixosa no modifica el comportament viscos
de la llet completa pero si el de la Bet evapo-
rada.
- La pasteuritzacio i homogeneitzacio
augmenten, Ileugerament, les viscositats apa-
rents de les mostres de Bet completa.
- L'envelliment natural produeix una
minva, substancial, de viscositats aparents
(9,3 % a la caducitat) i una perdua de pseu-
moment
velocitat (rpm)
radi/radi total
distancia con-plat
angle del con
velocitat de deformacio
viscositat
tensio tangencial
velocitat angular (rad/s)
BIBLIOGRAFIA
1. Cox, C.P. ( 1952). Changes with temperature in the
viscosity of whole milk . J. Dairy Res. 19:72-82.
2. CROSS , M.M. (1965 ). Rheology of non-newtonian
fluids: a new flow equation for pseudoplastic sys-
tems. J. Colloid. Sci. 20:417-437.
3. CHARM, S.E. (1960). Viscosimetry of non-newtonian
food materials . Food . Res. 19:72-82.
4. CHARM, S.E. (1963). The direct determination of
shear stress-shear rate behavior of foods in the pre-
sence of a yield stress. J. Food Sci. 28:107-113.
5. CHARM, S.E. (1963). Effect of yield stress on the po-
wer law constants of fluid food materials determi-
ned in low shear rate viscometers . Ind. Eng. Chem.
Proc. Des. Development . 2:62-65.
6. FERNANDEZ-MARTIN, F. (1972 ). Influence of tempe-
rature and composition on some physical properties
of milk and milk concentrates . J. Dairy Res. 39:
75-82.
7. GREEN, H. (1949). Industrial Rheology and Rheolo-
gical Structures . John Wiley and Sons. New York.
8. HAHN , S.J. T. REE. H. EYRING ( 1959). Flow mecha-
SERAFI GARCIA, MARC BARRAC6, m., ANGELS ADRIA , M. ° ASSUMPC16 ALSINA,
58 MARIUS GORCHS. MERE' RAVENT6S I JOSEP RUSCADELLA
nism of thixotropic substances . Ind. Eng . Chem. 51:
856-857.
9. HAWKINS. A.E. (1971). Non-newtonian technology 16.
associated with some food products . The Chemical
Engineer . 245:19-23.
10. HERMANSSON, A.M. (1975). Functional properties of
proteins for foods-flow properties. J. Texture Stu-
dies, 5:425-439.
newtonian and non -newtonian liquids. Chem. Eng.
Sci. 29:729-735.
PRENTICE, J.H. (1972). Rheology and texture of
dairy products. J. Texture Studies. 3:415-458.
RAO, M.A. (1977). Measurement of flow properties
of fluid foods-Developments, limitations and inter-
pretation of phenomena. J. Texture Studies. 8:257-
282.
RAO, M.A. (1977). Rheology of liquid foods. A re-
view. J. Texture Studies, 8:135-168.
SCOTT-BLAIR, G.W. (1953). Rheology of milk,
cream , ice cream mixes and similar products. North
Holland, Amsterdam.
SCOTT-BLAIR, G.W. (1969). Elementary Rheology.
Academic Press. New York.
Tiu, C., D.V. BOGER (1974). Complete rheological
characterization of time dependent food products.
J. Texture Studies. 5:329-338.
WILKINSON, W.L. (1960). Non-newtonian liquids.
Pergamon Press. New York.
17.
11. HIGGS, S.J. ( 1971). Rheological properties of se- 18.
lected foodstuffs. Proc. Biochem . 6:52-54.
12. HOLDSWORTH, S.D. (1971). Applicability of rheolo- 19.
gical models to the interpretation of flow and pro-
cessing behavior of fluid food products. J. Texture
Studies . 2:393-418.
13. MULLER, H.G. (1969). Routine rheological tests in
20.
the food industry. J. Food Technol. 4:83-92. 21.
14. MULLER, H.G. (1973). An introduction to food
rheology. Crame, Russak & Company. New York.
IS. NICODEMO, L.L., NICOLAIS, R.F. LANDEL (1974). 22.
Shear rate dependent viscosity of suspensions in


Model de comportament reològic de la llet. Assaig d'envelliment

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Revistes Catalanes amb Accés Obert