Sólidos. Deformación Textura y Reología
por Dra. Mª Jesús Hernández Lucas©
Aunque hemos estado hablando de viscoelasticidad y de comportamiento "sólido", la verdad es que hasta ahora todos teníamos en mente (o al menos yo) sustancias que se podían verter o remover con una cuchara. Pero los hidrocoloides a los que se va a referir este curso también pueden formar "geles" fuertes, de aspecto sólido (o semisólido) que se pueden cortar o morder. Pensad en alimentos como flanes, gelatinas, gominolas o incluso comida reestructurada como los "palitos de cangrejo".
En estos casos, no se mide la viscosidad y no se hablaría tanto de flujo como de deformación.
Los ensayos más frecuentes son los que estudian la relación tensión-deformación con fuerzas de compresión uniaxial, que se aplican de modo perpendicular a la superficie sobre la que actúan. La muestra se presenta en forma de cilindro o de cubo y se somete a la acción de un émbolo que se desplaza verticalmente a una velocidad prefijada. Estos ensayos se realizan generalmente en texturómetros universales, que registran la resistencia que opone la muestra (fuerza necesaria para realizar la compresión a esa velocidad) y la altura de la muestra en cada momento.
La superficie de contacto inicial de la muestra es A0, pero al comprimir, esta superficie varía, A(t). De manera que al tener en cuenta la fuerza por unidad de área, o sea, la tensión o esfuerzo, se define el esfuerzo aparente, σE (engineering stress) y el esfuerzo real, σT (true stress):
Los ensayos más frecuentes son los que estudian la relación tensión-deformación con fuerzas de compresión uniaxial, que se aplican de modo perpendicular a la superficie sobre la que actúan. La muestra se presenta en forma de cilindro o de cubo y se somete a la acción de un émbolo que se desplaza verticalmente a una velocidad prefijada. Estos ensayos se realizan generalmente en texturómetros universales, que registran la resistencia que opone la muestra (fuerza necesaria para realizar la compresión a esa velocidad) y la altura de la muestra en cada momento.
La superficie de contacto inicial de la muestra es A0, pero al comprimir, esta superficie varía, A(t). De manera que al tener en cuenta la fuerza por unidad de área, o sea, la tensión o esfuerzo, se define el esfuerzo aparente, σE (engineering stress) y el esfuerzo real, σT (true stress):
Suponiendo, claro, que el volumen de la muestra se mantenga constante.
Igualmente ocurre con la deformación relativa en altura, considerando Δh la variación de la altura inicial y tenemos, la deformación aparente, εE (engineering strain) y la deformación real, εT (true strain o Hencky strain):
Os comentaré como ejemplo los estudios realizados para un proyecto de "barritas" comestibles de geles con gran contenido en pulpa de fresa. Utilizamos mezclas de carragenato y garrofín al 50%, de manera que la concentración total de hidrocoloide variaba entre 0,5% y 1,1%. Los geles tenían un aspecto realmente sólido, de manera que se cortaron pequeños cilindros y se realizó una compresión, a velocidad constante, entre dos placas paralelas hasta que se producía la ruptura, momento en que la fuerza empleada era máxima.
En la figura siguiente podéis ver un ejemplo de una de las curvas registradas. En este caso, la representación es fuerza en función del tiempo, lo cual es equivalente, ya que se suele imponer una velocidad de compresión constante de 1 mm/s.
Los parámetros que se consideran son el esfuerzo real y la deformación real en el momento de la ruptura, σF y εF. En las gráficas siguientes, se representan en función de la cantidad de pulpa, que era lo que más nos interesaba. Los diferentes símbolos corresponden a las distintas proporciones de hidrocoloide empleadas (
1,1%, 
0,9%, 
0,7 % y 
0,5 %), y la línea de puntos se refiere a muestras con un 10% de azúcar. Evidentemente, como era de esperar, los geles son más resistentes a la ruptura cuanto mayor es la cantidad de hidrocoloide que contienen. Es curioso ver que la adición de azúcar afecta a la fuerza necesaria para romperlos, pero no a la altura a la que se rompen. Y por otra parte, lo que era aún más interesante es que parecía que la cantidad de pulpa que contenían no afectaba de una forma clara a partir de un 40%.
Igualmente ocurre con la deformación relativa en altura, considerando Δh la variación de la altura inicial y tenemos, la deformación aparente, εE (engineering strain) y la deformación real, εT (true strain o Hencky strain):
Os comentaré como ejemplo los estudios realizados para un proyecto de "barritas" comestibles de geles con gran contenido en pulpa de fresa. Utilizamos mezclas de carragenato y garrofín al 50%, de manera que la concentración total de hidrocoloide variaba entre 0,5% y 1,1%. Los geles tenían un aspecto realmente sólido, de manera que se cortaron pequeños cilindros y se realizó una compresión, a velocidad constante, entre dos placas paralelas hasta que se producía la ruptura, momento en que la fuerza empleada era máxima.
En la figura siguiente podéis ver un ejemplo de una de las curvas registradas. En este caso, la representación es fuerza en función del tiempo, lo cual es equivalente, ya que se suele imponer una velocidad de compresión constante de 1 mm/s.
Los parámetros que se consideran son el esfuerzo real y la deformación real en el momento de la ruptura, σF y εF. En las gráficas siguientes, se representan en función de la cantidad de pulpa, que era lo que más nos interesaba. Los diferentes símbolos corresponden a las distintas proporciones de hidrocoloide empleadas (
1,1%, 0,9%, 0,7 % y 0,5 %), y la línea de puntos se refiere a muestras con un 10% de azúcar. Evidentemente, como era de esperar, los geles son más resistentes a la ruptura cuanto mayor es la cantidad de hidrocoloide que contienen. Es curioso ver que la adición de azúcar afecta a la fuerza necesaria para romperlos, pero no a la altura a la que se rompen. Y por otra parte, lo que era aún más interesante es que parecía que la cantidad de pulpa que contenían no afectaba de una forma clara a partir de un 40%.
