Entendendo o comportamento do queijo! Das melhores condições de armazenamento até o derretimento perfeito.

Introdução

A análise térmica é fundamental para a indústria de alimentos e bebidas na formulação, na otimização dos processos de fabricação, no controle de qualidade, no estudo das condições de armazenamento e na determinação do prazo de validade dos produtos. O processo básico de fabricação industrial de queijo envolve a inoculação de leite pasteurizado com a enzima coalho para provocar a coagulação. A coalhada é então separada do soro, moída e processada até atingir um determinado formato antes de ser submetida à maturação (caso seja necessário envelhecimento). O queijo possui uma estrutura única, na qual os glóbulos de gordura ficam suspensos por micelas formadas pela proteína caseína (a principal proteína do leite). Do ponto de vista da formulação, a adição de vários polímeros resulta em diferentes percepções sensoriais e propriedades; um exemplo disso é a adição de ácido hialurônico ao queijo para pizza [1].

Neste estudo, buscamos investigar como uma simples consideração de armazenamento, como o congelamento, afeta as propriedades de vários tipos de queijo. O armazenamento refrigerado e o congelamento são processos críticos tanto para a produção e distribuição de queijo quanto para a forma como ele é armazenado em casa. Além disso, queríamos investigar se seria possível medir as propriedades de elasticidade do queijo derretido para avaliar seu desempenho em pratos como pizza e sanduíche de queijo grelhado.

A Análise Mecânica Dinâmica (DMA) é usada principalmente para analisar as propriedades viscoelásticas de materiais poliméricos, mas também é utilizada para medir metais, cerâmicas ou simular condições mecânicas específicas. O DMA 303 da NETZSCH Eplexor^® é um aparelho de mesa versátil, capaz de medir em uma faixa de temperatura de -170 °C a 800 °C (-274 °F a 1.472 °F), aplicando uma força que varia de 1 mN a 50 N, e operando em frequências de 0,001 a 150 Hz. Neste exemplo, ele foi utilizado para medir as propriedades mecânicas do queijo cheddar branco e do parmesão antes e depois de um ciclo de congelamento-descongelamento.

No entanto, medir como as condições de armazenamento e a temperatura afetam as propriedades mecânicas do queijo sólido é apenas metade da história sobre como apreciamos o produto. As propriedades de extensão do queijo cheddar branco derretido também foram medidas para determinar seu desempenho em cenários culinários, como sanduíches de queijo grelhado ou fondue.

NETZSCH A empresa ocupa uma posição única no campo da reologia, oferecendo tanto reômetros rotacionais/oscilatórios convencionais quanto reômetros capilares de alta força: juntos, esses instrumentos cobrem uma faixa de mais de seis ordens de magnitude em taxas de cisalhamento. Ao utilizar uma configuração de cilindro duplo e bocal de comprimento zero, as viscosidades de cisalhamento e de deformação podem ser determinadas simultaneamente em função da taxa de cisalhamento. Neste caso, as propriedades de deformação corrigidas do queijo cheddar branco derretido foram medidas em função da taxa de cisalhamento.

Testes de DMA para determinar o efeito do congelamento nas propriedades do queijo

Colunas de queijo Cheddar branco e Parmesão foram testadas no modo de compressão, conforme mostrado na Figura 1, para determinar suas propriedades mecânicas em função da temperatura. A DMA foi utilizada para determinar o módulo de armazenamento (E’) das amostras de queijo, que descreve a capacidade de um material de armazenar energia; o Módulo de viscosidadeO módulo complexo (componente viscoso), módulo de perda ou G'', é a parte "imaginária" das amostras do módulo complexo geral. Esse componente viscoso indica a resposta do tipo líquido, ou fora de fase, da amostra que está sendo medida. módulo de perda (E”), que descreve a capacidade de um material de dissipar energia (normalmente por meio do calor gerado pelo atrito interno); e o fator de amortecimento (tan δ), que é a razão entre o Módulo de viscosidadeO módulo complexo (componente viscoso), módulo de perda ou G'', é a parte "imaginária" das amostras do módulo complexo geral. Esse componente viscoso indica a resposta do tipo líquido, ou fora de fase, da amostra que está sendo medida. módulo de perda e o módulo de armazenamento e descreve a capacidade de um material de se deformar de forma elástica ou viscosa em resposta a uma força aplicada. Por fim, o Módulo complexoO módulo complexo consiste em dois componentes, o módulo de armazenamento e o módulo de perda. O módulo de armazenamento (ou módulo de Young) descreve a rigidez e o módulo de perda descreve o comportamento de amortecimento (ou viscoelástico) da amostra correspondente usando o método de Análise Mecânica Dinâmica (DMA). módulo complexo (denotado por |E|, matematicamente a raiz quadrada da soma dos quadrados de E’ e E”) é uma maneira simples de comparar a rigidez geral entre as amostras em função da temperatura.

Neste estudo, uma amostra de Cheddar branco ou de Parmesão foi submetida a uma variação de temperatura de 20 a 55 ou 65 °C (dependendo do Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica).ponto de fusão), após ter sido mantida apenas em refrigeração a 4 °C. Para compreender o efeito de um ciclo de congelamento-descongelamento, amostras de Cheddar branco e Parmesão foram armazenadas a -20 °C durante a noite antes de serem descongeladas e analisadas com o mesmo programa de temperatura. O resultado do ciclo de congelamento-descongelamento nas propriedades do Cheddar branco é mostrado na Figura 2, e no Parmesão, na Figura 3.

A partir das Figuras 2 e 3, observa-se uma diferença clara entre os queijos (após terem sido apenas refrigerados): o parmesão apresenta valores de módulo significativamente mais altos em comparação com o cheddar branco (E’ de 3,02 contra 0,39 MPa a 25 °C), como seria de se esperar, já que o parmesão é classificado como um queijo duro. Ambos os queijos também apresentaram valores de módulo e fatores de amortecimento mais elevados após um ciclo de congelamento-descongelamento (o E’ do parmesão aumentou de 3,02 para 3,87, e o do cheddar branco, de 0,39 para 0,60 MPa a 25 °C), sugerindo que a condição de armazenamento influencia o material e o torna significativamente mais rígido.

A Tabela 1 resume os resultados de cada amostra a uma temperatura selecionada de 25 °C. Compreender a interação entre E’ e E” é importante para entender como o queijo será percebido durante a mastigação, se ele resistirá ou cederá facilmente à força exercida pelos dentes [2].

Tabela 1: Resumo dos valores de E', E'' e tan δ para o Cheddar branco e o Parmesão a 25 °C

É interessante observar que o efeito do aumento da rigidez após o congelamento é mais evidente à temperatura ambiente, mas diminui significativamente à medida que as amostras são aquecidas (Figuras 2c e 3c).

Por fim, é importante observar que o DMA 303 Eplexor^® é capaz de atingir temperaturas criogênicas e, portanto, o ciclo de congelamento-descongelamento poderia ser realizado no próprio instrumento. No entanto, constatou-se que as colunas de queijo ficaram tão rígidas que era necessária uma força para a deformação dinâmica maior do que a que o instrumento poderia fornecer. Para estudar esses materiais durante o congelamento, é necessário um instrumento com maior capacidade de força, como o DMA 503 Eplexor^®.

Reometria capilar, extrusão e ensaio de tração

As séries de reômetros capilares NETZSCH, Rosand RH2000 e RH7/10 são normalmente utilizadas para compreender a viscosidade de polímeros no estado fundido. Neste estudo, procuramos medir a viscosidade de um queijo em processo de derretimento, como o cheddar branco (o parmesão não derrete bem), em função da taxa de cisalhamento. A amostra foi medida a 65 °C, uma vez que essa é uma temperatura comum usada para fondue, uma aplicação em que a extensibilidade do queijo é realmente importante.

Além das medições básicas de viscosidade, os instrumentos Rosand também são capazes de utilizar vários acessórios e modelos matemáticos para determinar propriedades adicionais, como força de arrastamento, inchaço na matriz e viscosidade extensional. Com o design de duplo furo da Rosand, é possível usar uma matriz longa e uma matriz com orifício para medir simultaneamente uma amostra e calcular a viscosidade de cisalhamento e extensional utilizando o modelo de Cogswell. Do ponto de vista prático, isso mostra o quanto a massa fundida pode ser esticada a uma determinada taxa de cisalhamento, ou seja, o quanto o queijo derretido se esticará quando uma fatia de pizza for puxada a uma determinada velocidade. As propriedades de cisalhamento e extensão do cheddar branco são mostradas na Figura 4. O cheddar branco apresentou uma propriedade comum aos polímeros, ou seja, o afinamento por cisalhamento; a viscosidade da amostra diminuiu com o aumento da taxa de cisalhamento.

Para materiais newtonianos, está bem estabelecido que a viscosidade extensional do material é três vezes maior do que a viscosidade de cisalhamento. Para polímeros fundidos, a relação entre a viscosidade extensional e a viscosidade de cisalhamento é muito maior, podendo chegar a várias ordens de magnitude. Neste estudo, constatou-se que o Cheddar branco apresentava uma viscosidade extensional muito elevada, sendo vários milhares de vezes maior do que a viscosidade de cisalhamento. Do ponto de vista prático, isso sugere que o Cheddar branco permanece altamente viscoso (pense em mel versus água) enquanto é submetido a cisalhamento e, portanto, é menos propenso a se romper. À medida que o Cheddar é submetido a cisalhamento a uma taxa mais rápida, a viscosidade extensional diminui. Portanto, ao otimizar o efeito de estiramento do queijo, manter uma temperatura suficientemente alta e esticar lentamente maximizará a distância que o Cheddar pode ser esticado.

Resumo

Os testes de análise térmica são fundamentais na indústria de alimentos e bebidas, auxiliando em todos os aspectos, desde a formulação até a determinação do prazo de validade. Neste artigo, demonstramos como diversos instrumentos da NETZSCH podem ser utilizados não apenas para compreender como a temperatura de armazenamento afeta as propriedades do Cheddar branco e do Parmesão, mas também para medir propriedades no estado derretido, como a extensão do Cheddar branco. Utilizando o DMA 303 Eplexor^®®, as propriedades mecânicas do queijo Cheddar branco e do Parmesão foram comparadas em uma faixa de temperaturas. Além disso, demonstrou-se que o efeito de um ciclo de congelamento-descongelamento em ambos os queijos aumentou significativamente seu Módulo elásticoO módulo complexo (componente elástico), módulo de armazenamento ou G', é a parte "real" das amostras, o módulo complexo geral. Esse componente elástico indica a resposta do tipo sólido, ou em fase, da amostra que está sendo medida. módulo de elasticidade, uma consideração importante para o transporte e o manuseio do produto. O modelo “ Rosand RH2000 ” foi utilizado para simular as propriedades do Cheddar branco no estado derretido, especificamente as propriedades de extensão. Do ponto de vista do usuário, trata-se essencialmente de um modelo para o cozimento e o subsequente “estiramento” do queijo, uma variável crítica para o marketing e o desempenho.