Introduzione
Il burro è un'emulsione multifase costituita da globuli di grasso, grasso cristallino e una fase acquosa dispersa in una fase oleosa continua. Oltre al gusto, le proprietà più importanti del burro in termini di percezione da parte del cliente sono la consistenza, l'aspetto e la spalmabilità. La durezza e la spalmabilità sono inversamente correlate tra loro e sono anche le due proprietà più comunemente misurate del burro (Wright 2001). È noto che entrambe dipendono fortemente dalla temperatura, ma sono anche influenzate dalla velocità di raffreddamento dopo la zangolatura e dalle variazioni regionali o stagionali causate dalla dieta della vacca (Prentice 1972).
La reologia può essere uno strumento utile per caratterizzare e ottimizzare le proprietà testuali del burro. Il modulo di taglio è correlato alla rigidità del prodotto, che può essere misurata in funzione della temperatura utilizzando test oscillatori, mentre lo Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.sforzo di snervamento rappresenta la sollecitazione che deve essere superata perché il burro si deformi plasticamente, cioè si spanda. I reometri moderni, come il reometro rotazionale Kinexus, hanno anche capacità assiali avanzate che possono essere utili per studiare altre caratteristiche del burro, come la durezza (comprimibilità) e la viscosità (appiccicosità).
Questa nota applicativa mostra come la reologia possa essere utilizzata per confrontare le caratteristiche diTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione e di spalmabilità di due prodotti commerciali: un burro normale e un burro spalmabile. Il burro normale era prodotto solo con grasso di latte, mentre il burro spalmabile conteneva una percentuale di olio vegetale per ridurre laTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). temperatura di fusione e la rigidità del materiale una volta tolto dal frigorifero.
Sperimentale
- I due campioni di burro sono stati valutati nell'intervallo di temperatura compreso tra 4°C e 35°C utilizzando test oscillatori di ampiezza small e test assiali.
- Le misure sono state effettuate utilizzando un reometro Kinexus con una cartuccia a piastra di Peltier e un sistema di misurazione a piastra ruvida e utilizzando sequenze preconfigurate nel software rSpace.
- È stata utilizzata una sequenza di caricamento standard per garantire che i campioni fossero soggetti a una storia termica e a un protocollo di caricamento coerenti.
- È stata eseguita una prova di rampa di temperatura controllata dalla deformazione a frequenza singola tra 4°C e 35°C a una velocità di 2°C/min, utilizzando una deformazione all'interno dellaRegione viscoelastica lineare (LVER)Nell'LVER, le sollecitazioni applicate non sono sufficienti a causare la rottura strutturale (snervamento) della struttura e quindi si misurano importanti proprietà microstrutturali. regione viscoelastica lineare (LVR).
- Un ciclo di compressione-decompressione assiale è stato eseguito a 4°C su 1 mm di campione fresco e la risposta della forza normale è stata misurata per determinare la durezza e il tack.
Risultati e discussione
Test oscillatorio
Small le prove oscillatorie in ampiezza sono un test non distruttivo e possono quindi mostrare i cambiamenti che avvengono in una microstruttura complessa con il tempo o la temperatura senza scomporla. I parametri comunemente misurati sono G', il Modulo elasticoIl modulo complesso (componente elastica), modulo di conservazione o G', è la parte "reale" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente elastica indica la risposta del campione in fase di misurazione. modulo elastico (di accumulo), e G", il Modulo viscosoIl modulo complesso (componente viscosa), modulo di perdita o G'', è la parte "immaginaria" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente viscosa indica la risposta liquida, o fuori fase, del campione da misurare. modulo viscoso (di perdita). Questi corrispondono rispettivamente alla rigidità dei componenti solidi e liquidi del campione, con la rigidità totale data dal Modulo complessoIl modulo complesso è costituito da due componenti, il modulo di accumulo e il modulo di perdita. Il modulo di accumulo (o modulo di Young) descrive la rigidità e il modulo di perdita descrive il comportamento smorzante (o viscoelastico) del campione corrispondente, utilizzando il metodo dell'analisi meccanica dinamica (DMA). modulo complesso, G* = √(G'2 + G "2).
L'angolo di fase (δ) è una misura della differenza di fase tra la deformazione applicata e la sollecitazione misurata e può essere utilizzato per quantificare la struttura in termini di caratteristiche viscoelastiche. Un materiale simile a un liquido avrà un angolo di fase superiore a 45° (90° = completamente liquido) e un materiale simile a un solido sarà inferiore a 45° (0° = completamente solido).
La Figura 1 mostra i risultati della rampa di temperatura oscillante a frequenza singola eseguita sui due campioni di burro. A 4°C, il burro normale è più rigido di un ordine di grandezza rispetto al burro spalmabile in termini di G'. Ciò fornisce una prima indicazione del motivo per cui il burro spalmabile può essere utilizzato direttamente dal frigorifero, poiché ci si aspetta che valori più bassi di G' corrispondano a una minore Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.tensione di snervamento. Gli angoli di fase sono entrambi molto bassi (meno di 10°) e indicano che i campioni sono molto solidi quando vengono conservati in frigorifero, mentre il burro spalmabile è leggermente più elastico.
All'aumentare della temperatura, i valori del modulo diminuiscono, indicando un ammorbidimento della struttura, associato principalmente allaTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione del grasso cristallino del latte. Questo calo è più significativo per il burro normale, con G' che scende di circa 10 MPa tra 4°C e 20°C rispetto a 0,5 MPa per il burro spalmabile. Questa transizione diTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione corrisponde anche a un picco nell'angolo di fase che è più evidente per il campione di burro normale e si verifica a una temperatura leggermente superiore rispetto alla variante spalmabile.
Test assiale
Il secondo test eseguito sui campioni di burro è stato un test di compressione-decompressione assiale, come illustrato nella Figura 2. Si trattava di comprimere il campione tra le due piastre e poi separarlo, registrando continuamente la risposta della forza normale. Si trattava di comprimere il campione tra le due piastre e poi separarle registrando continuamente la risposta della forza normale. La fase di compressione corrisponde al cedimento e alla deformazione del campione e dovrebbe essere correlata alla durezza del burro e alla facilità di spalmatura. La fase di decompressione corrisponde all'appiccicosità e dovrebbe indicare la tendenza del burro ad aderire al coltello durante la spalmatura.
La Figura 3 mostra i profili di forza normale dei due campioni di burro in risposta alla deformazione assiale. Per comprimere il burro normale di 1 mm sono stati necessari 30 N di forza, mentre il burro spalmabile ha richiesto solo 6 N di forza. Ciò indica che il burro spalmabile cede e si deforma molto più facilmente (è meno duro) del burro normale, come ci si aspetterebbe. Alla decompressione, il burro normale ha generato un picco di forza di trazione pari a -10 N, mentre non è stato osservato alcun picco netto per il burro spalmabile. Ciò indica che il burro normale avrebbe una maggiore tendenza ad aderire al coltello durante la spalmatura.
Conclusioni
Un reometro può essere utilizzato per condurre una serie di misure diverse per caratterizzare e confrontare diversi burri in termini di microstruttura, consistenza e facilità di spalmatura. Tra queste, i test oscillatori a singola frequenza per sondare le variazioni di rigidità e viscoelasticità con la temperatura e i test assiali per valutare la durezza e l'appiccicosità durante l'uso.