Fundo

O fluxo de expansão ou expansão da interface descreve como a interface responde a mudanças de área (aumento ou diminuição). A reação pode ser elástica ou viscosa. Por meio do método de gotas de choque, os parâmetros da variação da interface podem ser obtidos de acordo, a saber, o módulo de elasticidade viscosa quantitativa E, o módulo de elasticidade E' e o módulo de viscosidade E' [1, 2].

Métodos experimentais

amostras

O teste foi realizado com três amostras diferentes que foram preparadas em solução aquática de acordo com o uso antes da medição (Tabela 1). Todas as três amostras são aditivos surfactantes típicos em alimentos. A proteína hidrolítica pode ser usada como saborizante e é adequada para pessoas alérgicas. O extrato de Quillaia é usado em bebidas não alcoólicas para apoiar as propriedades da espuma, enquanto o éster de glicólico propílico está presente em gelados, temperos ou cervejas como espessante, emulsionante ou reforçador de espuma.

Método de teste

A goteamento oscilante é usada para determinar o módulo elástico viscoso E, o módulo elástico E' e o módulo viscoso E'. A amostra é aspirada em uma seringa de vidro conectada ao módulo de gotas oscilantes ODM do DSA100. A detecção e acoplamento automáticos do pistão da seringa e a elevada automatização do software ADVANCE permitem uma alta precisão e uma excelente repetibilidade de medição. Suspende um volume específico de gotas debaixo da seringa, através da cerâmica piezoelétrica, a oscilação sinusoidal do volume da gota, devido à migração do surfactante na gota, a tensão superficial da gota também apresenta uma mudança sinusoidal (Figura 1). De acordo com a tensão superficial, as mudanças na área das gotas e o ângulo de fase, os cálculos E, E' e E' são feitos automaticamente com o software ADVANCE.

Figura 1: Dispositivo experimental para o módulo de gotas oscilantes DSA100 ODM. Esquerda: inserir a seringa com o líquido no módulo. Direita: Inicie a medição depois de fixar a seringa.

Medidas em frequências de 0,5, 1,0 e 3,0 Hz e em amplitudes de 3,6% e 4,8% (deformação em relação à área inicial) (dados não exibidos). Variações de frequência e amplitude como essas, que antes eram complexas, agora podem ser configuradas facilmente com o software ADVANCE. Cada gota executa dez ciclos de oscilação consecutivos e é usada para avaliação.

Resultados

Os valores de tensão superficial medidos no equilíbrio de três amostras foram de 37,8, 35,5 e 53,4 mN/m, respectivamente. A Figura 2 mostra o processo de mudança sinusoidal da área de superfície e tensão superficial da amostra 1 durante o processo de oscilação. O software ADVANCE permite visualizar intuitivamente os dados brutos (azul), bem como as curvas de área (amarelo) e tensão superficial (azul).

Figura 2: A curva de oscilação de área da amostra 1 (azul escuro) e a tensão superficial obtida (azul claro) com uma frequência de 0,5 Hz e uma amplitude de frequência de 3,6%. A função sinusoidal otimizada também é mostrada (a curva de área é amarela e a tensão superficial é vermelha).

As Figuras 3a e 3b mostram o módulo elástico E' e o módulo viscoso E' de 3 amostras. A barra de erro corresponde ao desvio padrão de duas medições e, na maioria dos casos, é menor do que o símbolo correspondente. O ODM e o alto nível de automação de suas medições demonstram esse alto nível de repetibilidade.

Figuras 3a (acima), 3b (abaixo): a relação entre o módulo elástico E' e o módulo viscoso E" de todas as três amostras e a frequência de vibração. A variabilidade superficial é de 3,6 ± 0,4%.

Em todas as três amostras, a parte elástica dominou o comportamento de fluência da interface (E'>>E"). O módulo de elasticidade de cada amostra varia menos em diferentes frequências, mas os resultados variam muito entre eles, com o módulo de elasticidade da amostra 2 maior, cerca de 100 mN/m. O módulo elástico mínimo da amostra 3 é de cerca de 20 mN/m. Com o aumento da frequência, o módulo de viscosidade E "diminuiu em todas as três amostras.

Os resultados dos testes são muito significativos para o processo de produção de alimentos. Por exemplo, na amostra 2, a relação E'/σ = 2,8 pode ser calculada com base no módulo elástico E' e na tensão superficial, e, de acordo com o modelo de Kloek et al., se E'/σ>1, a distribuição do tamanho inicial da bolha na espuma é muito estável e o processo de decomposição da maturação de Ostwald pode ser retardado ou até interrompido. Amostra 2, substâncias com alto E'/σ são perfeitas para estabilizar espumas na indústria alimentar.

Por fim, vale a pena notar que todas as medições aqui mencionadas foram realizadas em cerca de duas horas e meia. Agora, os instrumentos capazes de identificar esses indicadores-chave com rapidez, facilidade e alta precisão estão abrindo as portas para os usuários que estudam a fluidologia da interface.

Conclusão

Após o teste, o módulo de elasticidade E’ dos três emulsionantes foi muito diferente, variando entre 20-110 mN/m. Esses parâmetros-chave podem ser medidos com facilidade, rapidez e precisão através do novo módulo de gotas oscilantes (ODM) em combinação com o software ADVANCE. Medições simples e intuitivas nas faixas de frequência e amplitude, juntamente com a altamente automatizada combinação de software e hardware, podem ser usadas para caracterizar completamente as propriedades da interface e não se limitar apenas à indústria alimentar.