¡Descubre el comportamiento del queso! Desde las mejores condiciones de conservación hasta la textura perfecta al fundirse.

Introducción

El análisis térmico es fundamental en la industria alimentaria y de bebidas para la formulación, la optimización de los procesos de fabricación, el control de calidad, el estudio de las condiciones de almacenamiento y la determinación de la vida útil de los productos. El proceso básico de fabricación industrial del queso consiste en inocular leche pasteurizada con la enzima cuajo para provocar la coagulación. A continuación, la cuajada se separa del suero, se tritura y se procesa hasta obtener la forma deseada antes de someterse a maduración (si es necesario). El queso tiene una estructura muy singular en la que los glóbulos de grasa se encuentran suspendidos en micelas formadas por la proteína caseína (la principal proteína de la leche). Desde el punto de vista de la formulación, la adición de diversos polímeros da lugar a diferentes percepciones sensoriales y propiedades; un ejemplo de ello es la adición de ácido hialurónico al queso para pizza [1].

En este estudio, nos propusimos investigar cómo una simple consideración de almacenamiento, como la congelación, afecta a las propiedades de diversos tipos de queso. Tanto el almacenamiento en frío como la congelación son procesos fundamentales para la producción y distribución del queso, así como para su conservación en el hogar. Además, queríamos investigar si podíamos medir las propiedades de elasticidad del queso fundido para evaluar su comportamiento en platos como la pizza y el sándwich de queso fundido.

El análisis mecánico dinámico (DMA) se utiliza principalmente para analizar las propiedades viscoelásticas de los materiales poliméricos, pero también se emplea para medir metales, cerámicas o simular condiciones mecánicas específicas. El DMA 303 de NETZSCH Eplexor^® es un versátil dispositivo de sobremesa capaz de medir en un rango de temperaturas de -170 °C a 800 °C (-274 °F a 1472 °F), aplicando una fuerza que oscila entre 1 mN y 50 N, y que funciona a frecuencias de 0,001 a 150 Hz. En este ejemplo, se utilizó para medir las propiedades mecánicas del queso cheddar blanco y del parmesano antes y después de un ciclo de congelación-descongelación.

Sin embargo, medir cómo las condiciones de almacenamiento y la temperatura afectan a las propiedades mecánicas del queso sólido es solo la mitad de la historia en lo que respecta a cómo disfrutamos del producto. También se midieron las propiedades de extensión del queso cheddar blanco fundido para determinar su comportamiento en situaciones culinarias como el sándwich de queso a la plancha o la fondue.

NETZSCH ocupa una posición única en el campo de la reología al ofrecer tanto reómetros rotacionales/oscilatorios convencionales como reómetros capilares de alta fuerza: en conjunto, estos instrumentos cubren un rango de más de seis órdenes de magnitud en velocidades de cizallamiento. Mediante el uso de una configuración de doble cilindro y una boquilla de longitud cero, se pueden determinar simultáneamente las viscosidades de cizallamiento y de deformación en función de la velocidad de cizallamiento. En este caso, se midieron las propiedades de deformación corregidas del queso cheddar blanco fundido en función de la velocidad de cizallamiento.

Ensayos DMA para determinar el efecto de la congelación en las propiedades del queso

Se sometieron a ensayo columnas de queso cheddar blanco y parmesano en modo de compresión, tal y como se muestra en la figura 1, para determinar sus propiedades mecánicas en función de la temperatura. Se utilizó un analizador DMA para determinar el módulo de almacenamiento (E’) de las muestras de queso, que describe la capacidad de un material para almacenar energía; el Módulo viscosoEl módulo complejo (componente viscoso), módulo de pérdida o G'', es la parte "imaginaria" del módulo complejo global de la muestra. Este componente viscoso indica la respuesta líquida, o fuera de fase, de la muestra que se está midiendo. módulo de pérdida (E”), que describe la capacidad de un material para disipar energía (normalmente a través del calor generado por la fricción interna), y el factor de amortiguación (tan δ), que es la relación entre el Módulo viscosoEl módulo complejo (componente viscoso), módulo de pérdida o G'', es la parte "imaginaria" del módulo complejo global de la muestra. Este componente viscoso indica la respuesta líquida, o fuera de fase, de la muestra que se está midiendo. módulo de pérdida y el módulo de almacenamiento y describe la capacidad de un material para deformarse de forma elástica o viscosa ante una fuerza aplicada. Por último, el Módulo complejoEl módulo complejo consta de dos componentes, el módulo de almacenamiento y el módulo de pérdida. El módulo de almacenamiento (o módulo de Young) describe la rigidez y el módulo de pérdida describe el comportamiento de amortiguación (o viscoelástico) de la muestra correspondiente utilizando el método del Análisis Mecánico Dinámico (AMD). módulo complejo (denotado como |E|, matemáticamente la raíz de la suma de los cuadrados de E’ y E”) es una forma sencilla de comparar la rigidez global entre muestras en función de la temperatura.

En este estudio, se midió una muestra de queso cheddar blanco o parmesano desde los 20 °C hasta los 55 °C o los 65 °C (dependiendo del Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).punto de fusión), tras haber sido refrigerada únicamente a 4 °C. Para comprender el efecto de un ciclo de congelación-descongelación, se almacenaron muestras de queso cheddar blanco y parmesano a -20 °C durante toda la noche antes de descongelarlas y analizarlas con el mismo programa de temperaturas. El resultado del ciclo de congelación-descongelación sobre las propiedades del cheddar blanco se muestra en la figura 2, y sobre el parmesano, en la figura 3.

A partir de las figuras 2 y 3, se observa una clara diferencia entre los quesos (tras haber sido refrigerados únicamente): el parmesano presenta valores de módulo significativamente más altos en comparación con el cheddar blanco (E’ de 3,02 frente a 0,39 MPa a 25 °C), tal y como cabría esperar, ya que el parmesano se clasifica como un queso duro. Ambos quesos también presentaron valores de módulo y factores de amortiguación más elevados tras un ciclo de congelación-descongelación (el E’ del parmesano aumentó de 3,02 a 3,87, y el del cheddar blanco de 0,39 a 0,60 MPa a 25 °C), lo que sugiere que las condiciones de almacenamiento influyen en el material y lo hacen significativamente más rígido.

La tabla 1 resume los resultados de cada muestra a una temperatura seleccionada de 25 °C. Comprender la interacción entre E’ y E” es importante para entender cómo se percibirá el queso al masticarlo, es decir, si se resistirá o cederá fácilmente ante la fuerza ejercida por los dientes [2].

Tabla 1: Resumen de los valores de E', E'' y tan δ del cheddar blanco y el parmesano a 25 °C

Es interesante observar que el efecto del aumento de la rigidez tras la congelación es más pronunciado a temperatura ambiente, pero se reduce considerablemente a medida que se calientan las muestras (figuras 2c y 3c).

Por último, es importante señalar que el DMA 303 Eplexor^® es capaz de alcanzar temperaturas criogénicas, por lo que el ciclo de congelación-descongelación podría completarse en el propio instrumento. Sin embargo, se observó que las columnas de queso se volvían tan rígidas que se requería una fuerza para la deformación dinámica superior a la que podía proporcionar el instrumento. Para estudiar estos materiales durante la congelación, se requiere un instrumento de mayor fuerza, como el DMA 503 Eplexor^®.

Reometría capilar, extrusión y ensayos de tracción

Las series de reómetros capilares NETZSCH, Rosand RH2000 y RH7/10 se utilizan habitualmente para estudiar la viscosidad de los polímeros en estado fundido. En este caso, nuestro objetivo era medir la viscosidad de un queso en proceso de fusión, como el cheddar blanco (el parmesano no se funde bien), en función de la velocidad de cizallamiento. La muestra se midió a 65 °C, ya que esta es una temperatura habitual para la fondue, un caso en el que la extensibilidad del queso es realmente importante.

Además de las mediciones básicas de viscosidad, los instrumentos Rosand también permiten utilizar diversos accesorios y modelos matemáticos para determinar propiedades adicionales, como la fuerza de arrastre, el hinchamiento en la matriz y la viscosidad extensional. Gracias al diseño de doble orificio de Rosand, se puede utilizar una matriz larga y una matriz de orificio para medir simultáneamente una muestra y calcular la viscosidad de cizallamiento y la viscosidad extensional utilizando el modelo de Cogswell. Desde un punto de vista práctico, esto muestra cuánto se puede estirar la masa fundida a una velocidad de cizallamiento determinada; es decir, cuánto se estirará el queso fundido cuando se tire de una porción de pizza a una velocidad determinada. Las propiedades de cizallamiento y extensionales del cheddar blanco se muestran en la figura 4. El cheddar blanco presentó una propiedad común de los polímeros, ya que era de fluidez por cizallamiento; la viscosidad de la muestra disminuyó al aumentar la velocidad de cizallamiento.

En el caso de los materiales newtonianos, está ampliamente demostrado que la viscosidad extensional del material es tres veces mayor que la viscosidad de cizallamiento. En el caso de las masas fundidas de polímeros, la relación entre la viscosidad extensional y la viscosidad de cizallamiento es mucho mayor, llegando a alcanzar varios órdenes de magnitud. En este caso, se determinó que el cheddar blanco presentaba una viscosidad extensional muy elevada, varios miles de veces superior a la viscosidad de cizallamiento. Desde un punto de vista práctico, esto sugiere que el cheddar blanco sigue siendo muy viscoso (piensa en la miel frente al agua) mientras se somete a cizallamiento y, por lo tanto, es menos probable que se rompa. A medida que el cheddar se somete a un cizallamiento a mayor velocidad, la viscosidad extensional disminuye. Por lo tanto, a la hora de optimizar el estiramiento del queso, mantener una temperatura lo suficientemente alta y estirarlo lentamente maximizará la distancia a la que se puede extender el cheddar.

Resumen

Los ensayos de análisis térmico son fundamentales en la industria alimentaria y de bebidas, ya que sirven de ayuda en todo el proceso, desde la formulación hasta la determinación de la vida útil. En este artículo, hemos demostrado cómo se pueden utilizar diversos instrumentos de NETZSCH no solo para comprender cómo la temperatura de almacenamiento influye en las propiedades del cheddar blanco y el parmesano, sino también para medir propiedades en estado fundido, como la extensibilidad del cheddar blanco. Mediante el DMA 303 Eplexor^®®, se compararon las propiedades mecánicas del queso cheddar blanco y del parmesano en un rango de temperaturas. Además, se demostró que el efecto de un ciclo de congelación-descongelación en ambos quesos aumentaba significativamente su módulo de elasticidad, un factor importante a tener en cuenta para el transporte y la manipulación del producto. Se utilizó el « Rosand RH2000 » para modelar las propiedades del cheddar blanco fundido, concretamente las propiedades de extensión. Desde el punto de vista del usuario, se trata esencialmente de un modelo que simula la cocción y el posterior «estiramiento» del queso, una variable fundamental para la comercialización y el rendimiento.