Análise térmica de alimentos
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Análise térmica de alimentos

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A "Análise térmica de alimentos" detalha as principais técnicas termoanalíticas usadas para caracterizar os alimentos

Análise térmica de alimentos
Análise térmica de alimentos

No webinar intitulado "Análise térmica de alimentos", descrevemos diversos exemplos de aplicações interessantes que demonstram o uso de técnicas de análise térmica em ramos como processamento de alimentos, condições de armazenamento de alimentos e qualidade de alimentos em diversos segmentos do setor alimentício.

Um setor altamente regulado

Produtos alimentares estão diretamente ligados a questões de saúde pública. Por causa disso, existem diversas regulamentações e leis internacionais ou nacionais que fornecem métodos para verificação da qualidade dos produtos alimentícios.

Por exemplo, no setor açucareiro, a Comissão Internacional para Métodos Uniformes e Análise do Açúcar, chamada ICUMSA, definiu métodos padrão para a determinação do conteúdo de umidade no açúcar no processo de produção.

Atualmente, a análise térmica é uma importante técnica para caracterizar diferentes materiais em muitos ramos do setor alimentício.

 

Análise térmica de alimentos

Os efeitos mais importantes que podem ser analisados por DSC são o ponto de fusão, o intervalo de fusão e o comportamento de fusão. O DSC é usado para determinar calor de fusão, pureza, polimorfismo, transição vítrea e estabilidade de oxidação.

As principais aplicações da análise térmica de alimentos (TGA) estão ligadas ao comportamento de evaporação, dessorção e vaporização, estabilidade térmica, cinética de decomposição e análise composicional.

A TOA é usada para estudar o ponto de fusão, o intervalo de fusão e o polimorfismo usando observação visual e gravando imagens e vídeos.

Normalmente, o TMA é usado para estudar a expansão ou contração de materiais e a transição vítrea.

O DMA é o método mais sensível para caracterização da transição vítrea dos materiais.

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Análise térmica de alimentos

Slide 1: Análise térmica no setor alimentício

 

Senhoras e senhores,

Sejam bem-vindos ao webinar da METTLER TOLEDO sobre Análise térmica no setor alimentício.

Atualmente, os alimentos têm uma função mais importante do que apenas fornecer nutrientes e sustento essenciais ao corpo; eles são um caminho para a boa saúde. Essa mudança abriu novos ramos em ciência e tecnologia alimentar e também nos testes analíticos de alimentos e gêneros alimentícios.

Durante este webinar, eu gostaria de descrever diversos exemplos de aplicações interessantes que demonstram o uso de técnicas de análise térmica em ramos como processamento de alimentos, condições de armazenamento de alimentos e qualidade de alimentos em diversos segmentos do setor alimentício.

 

Slide 2: Índice

O slide lista os tópicos sobre os quais eu gostaria de falar.

Primeiro, quero mencionar diretrizes de regulamentação e normas usadas no setor alimentício e discutir os efeitos ou propriedades mais importantes que podem ser investigados com técnicas de análise térmica.

Algumas dessas técnicas são:

- Calorimetria exploratória diferencial, ou DSC;

- Análise termo-ótica, ou TOA, incluindo microscopia de estágio quente e microscopia DSC, - - Análise termogravimétrica, ou TGA;

- Análise termomecânica, ou TMA;

- Análise mecânica dinâmica, ou DMA; e

- Instrumentos de ponto de gota.

 

Em seguida, apresentarei diversos exemplos de aplicações que ilustram como a análise térmica pode ser usada para investigar o comportamento físico de produtos do setor alimentício.

 

Por fim, farei um resumo das diferentes técnicas de análise térmica e seus ramos de aplicação, listando várias referências úteis para buscar mais informações e leituras.

 

Slide 3: Introdução (1)                                                                                                      

Em geral, alimentos de boa qualidade devem ter aparência, sabor, aroma e textura agradáveis.

 

Vamos usar o chocolate como exemplo; todos gostam de comer chocolate, mas e se ele perder sua textura antes de você comê-lo?

O fabricante do chocolate enfrentará dúvidas do tipo:

- Que ingredientes são necessários para garantir a qualidade desejada?

- Como a textura desejada do chocolate pode ser mantida?

- Como a qualidade do produto final pode ser verificada?

 

O slide mostra as curvas de aquecimento DSC das amostras do mesmo chocolate medidas após as amostras terem esfriado em diferentes condições de resfriamento:

A curva superior é a curva de aquecimento que o chocolate recebeu.

As três curvas abaixo dela foram obtidas a partir de amostras que foram resfriadas a diferentes taxas de resfriamento.

As curvas mostram picos de fusão a diferentes temperaturas devido ao polimorfismo. Contudo, apenas um dos polimorfos é a forma desejada.

Neste exemplo específico, os pontos principais são comportamento de fusão e polimorfismo.

 

Mais à frente no seminário, descreverei outras técnicas de análise térmica, como métodos termo-óticos, que ajudam a responder essas perguntas.

 

Slide 4: Introdução (2)                                                                       Regulamentos e normas

Produtos alimentares estão diretamente ligados a questões de saúde pública. Por causa disso, existem diversas regulamentações e leis internacionais ou nacionais que fornecem métodos para verificação da qualidade dos produtos alimentícios.

Neste slide, eu gostaria de chamar a atenção para regulamentações, leis e normas padronizadas aplicáveis ao setor alimentício. Em geral, o setor segue boas práticas de fabricação (GMP - Good Manufacturing Practices) e regulamentações definidas pelo FDA (Food and Drug Administration) dos Estados Unidos e da Organização Internacional para Padronização (ISO22000)

 

Por exemplo, no setor açucareiro, a Comissão Internacional para Métodos Uniformes e Análise do Açúcar, chamada ICUMSA, definiu métodos padrão para a determinação do conteúdo de umidade no açúcar no processo de produção.

 

Atualmente, a análise térmica é uma importante técnica para caracterizar diferentes materiais em muitos ramos do setor alimentício.

 

Slide 5: Análise térmica

A definição da ICTAC para análise térmica é:

"Um grupo de técnicas nas quais uma propriedade física de uma substância é medida em função da temperatura enquanto a substância é submetida a um programa de temperatura controlada."

O diagrama esquemático à direita mostra um programa de temperatura linear simples.

 

A metade inferior do slide ilustra eventos típicos que ocorrem quando a amostra é aquecida. Por exemplo, inicialmente, a fusão, na qual a amostra passa do estado sólido para o líquido. Se a amostra for exposta a ar ou oxigênio, ela começará a se oxidar e acabará por se decompor. Usamos técnicas de análise térmica para investigar esses efeitos.

 

Slide 6: Análise térmica                                                                                   Técnicas

O slide apresenta as seis técnicas mais importantes de análise térmica usadas para caracterizar alimentos e gêneros alimentícios, que são:

 

Calorimetria exploratória diferencial, ou DSC, a técnica de análise térmica mais amplamente usada. A imagem mostra um sensor de DSC com um cadinho contendo uma amostra colorida de vermelho e um cadinho de referência.

 

Análise termogravimétrica, ou TGA. Aqui, vemos parte da ultramicrobalança de TGA, com seus pesos anelares internos automáticos.

 

Análise termomecânica, ou TMA. A imagem mostra a área da amostra com uma amostra colorida em vermelho e a sonda e sensor de quartzo.

 

Análise mecânica dinâmica ou DMA. Aqui, vemos um dos muitos diferentes conjuntos de fixação de amostra.

 

Análise termo-ótica, ou TOA, que monitora propriedades óticas em função da temperatura usando um microscópio ou câmera de vídeo.

 

E, por fim, o instrumento de ponto de gota , que determina as propriedades de gota ou amolecimento de um determinado material.

 

Explicarei essas técnicas de forma mais detalhada nos próximos slides, dando alguns exemplos de aplicações.

 

Slide 7: Setores e aplicações                                                  Análise alimentar

Este slide lista exemplos de aplicações que demonstram o poder analítico e a versatilidade das técnicas de análise térmica usadas para verificar a qualidade e desenvolver novos produtos em diversos segmentos do setor alimentício.

Por exemplo, no setor de leite e laticínios, no qual o leite em pó seco é o principal ingrediente de muitos produtos, técnicas de TGA e DSC podem ser usadas para determinar a estabilidade térmica, o conteúdo de umidade, a desnaturação de proteínas, a fusão e a cristalização.

 

No setor de panificação, pães e produtos relacionados podem ser investigados por técnicas de DSC, TGA e TMA para determinar a gelatinização do amido, a estabilidade térmica e as propriedades de expansão e tumefação.

 

O setor de confeitaria e óleos se preocupa principalmente com gorduras e óleos comestíveis. Aqui, técnicas de DSC, TGA e valores térmicos fornecem importantes informações sobre estabilidade térmica e oxidante, conteúdo de umidade e ponto de gota.

 

Slide 8: Calorimetria Exploratória Diferencial

Agora, vamos começar pela DSC. Essa técnica nos permite determinar a energia absorvida ou liberada por uma amostra ao ser aquecida ou resfriada.

 

O instrumento DSC 3 padrão da METTLER TOLEDO mede desde -150 °C até +700 °C a taxas de aquecimento de até 300 Kelvin por minuto. Normalmente, as amostras são medidas em pequenos cadinhos feitos de alumínio, alumina ou outros materiais, usando quantidades de amostra de um a dez miligramas.

A curva esquemática da esquerda mostra uma curva de medição de DSC típica com vários efeitos típicos que podem ser observados dependendo da amostrada estudada. Efeitos exotérmicos apontam para cima, e os efeitos endotérmicos, para baixo. A curva é traçada como um fluxo de calor em miliwatts versus temperatura. Os diferentes efeitos estão numerados ao lado da curva e explicados na tabela abaixo, a saber:

Um, a deflexão inicial ou transitório inicial da DSC;

Dois, a linha de base na qual não ocorre nenhum efeito térmico;

Três, uma transição vítrea com relaxamento de entalpia;

Quatro, a cristalização fria;

Cinco, a fusão da fração cristalina; e, por fim,

Seis, a decomposição exotérmica oxidante.

 

Slide 9: Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)

O DSC é usado para estudar o comportamento térmico, como a fusão, e as reações químicas. A maioria desses processos é relacionada a alterações de entalpia iniciadas pelo aumento ou redução da temperatura.

Outra técnica DSC, útil e mais especializada, é o DSC de alta pressão, abreviada como HPDSC. O HP DSC da METTLER TOLEDO é capaz de analisar amostras sob gases inertes ou reativos a pressões de até dez megapascals. Isso suprime a vaporização indesejada de amostras ou permite que a estabilidade das amostras seja estudada sob pressões maiores do oxigênio.

A tabela resume os efeitos que podem ser usados para caracterizar gêneros alimentícios. As principais aplicações são relacionadas ao comportamento de fusão e ao polimorfismo. As medições de DSC também fornecem informações sobre a entalpia de desnaturação de proteínas e alterações na capacidade térmica.

A imagem à direita do slide mostra uma visão de um forno de DSC aberto, com cadinhos de amostra e referência. Os cadinhos padrão são feitos de alumínio.

 

Slide 10: Aplicação 1: DSC                                              Desnaturação de proteínas da clara do ovo

O primeiro exemplo é retirado do ramo de processamento alimentício e trata da desnaturação de proteínas da clara do ovo de galinha.

O DSC detecta a desnaturação como efeito endotérmico, geralmente na faixa de 40 °C a 100 °C.

O diagrama mostra a curva de aquecimento de DSC de uma amostra de clara do ovo. A clara do ovo seca contém cerca de 93% de proteínas e 6% de carboidratos. Em geral, a clara do ovo é composta por mais de quarenta tipos diferentes de proteína.

A clara do ovo foi separada e agitada por dois minutos. Cerca de 33 miligramas de amostra foram pesados em um cadinho de alumínio padrão de 40 microlitros hermeticamente lacrado e aquecidos de 30 °C a 110 °C a uma taxa de aquecimento de 10 Kelvin por minuto. O cadinho de referência continha, em média, a mesma quantidade de água.

A curva de DSC mostra dois picos endotérmicos principais, a 70 °C e a 87 °C. O primeiro pico é relacionado à desnaturação da fração de conalbumina, que compõe cerca de 13,8% do total de proteínas. O segundo pico corresponde à desnaturação da fração de ovalbumina, que compõe cerca de 65% do total de proteínas.

 

Os picos de desnaturação típicos e suas entalpias nos permitem identificar e quantificar as frações de proteínas.

 

Slide 11: Aplicação 2: DSC                                                              Fração líquida do óleo de palma

O óleo de palma é semissólido à temperatura ambiente e contém diversos óleos saturados, além de óleos mono e poli-insaturados. Ele pode ser fracionado em duas fases: estearina de palma e oleína de palma.

Amostras de óleo de palma e as duas frações, cada uma pesando cerca de 20 miligramas, foram resfriadas primeiro a -40 °C e, em seguida, aquecidas de -40 °C a 80 °C a 10 Celsius por minuto usando cadinhos de alumínio padrão hermeticamente lacrados.

As curvas de aquecimento de DSC das três amostras estão ilustradas no lado esquerdo do diagrama. Seu comportamento de fusão é claramente diferente; por exemplo, a estearina de palma exibe picos a temperaturas muito mais altas do que a oleína de palma.

Os dados das curvas de fusão podem ser usados para calcular a fração líquida em função da temperatura. Isso é feito pela avaliação de integrais parciais dos picos de fusão usando o programas de software Conversion. Os resultados são mostrados no lado direito do slide.

Para que se obtenham resultados corretos: a entalpia de fusão específica de todas as frações em joules por grama deve ser a mesma. Foi por isso que usamos o maior valor de entalpia, de 85 joules por grama, de estearina de palma como o chamado valor da literatura para calcular as curvas da conversão para as três amostras.

Isso gerou valores de 95% para a oleína de palma, 80% para o óleo de palma e 52% para a estearina de palma para a fração líquida à temperatura ambiente. A avaliação nos permite diferenciar facilmente as amostras.

Vemos que a DSC é um excelente método para caracterizar e distinguir entre gorduras comestíveis como óleos de palma, e nos dá informações valiosas a respeito da fração líquida à temperatura ambiente.

 

Slide 12: Aplicação 3: DSC                                              Cristalização de óleos vegetais

O DSC é amplamente usado no processamento alimentício para investigar o comportamento de cristalização de gorduras e óleos. O diagrama mostra as curvas de resfriamento de DSC de quatro diferentes amostras de óleo, a saber: azeite de oliva, óleo de palma, óleo de soja e óleo de canola.

Para a análise, cerca de 25 miligramas de cada amostra foram pesados em cadinhos de alumínio padrão hermeticamente lacrados. Em seguida, as amostras foram resfriadas de 50 °C a -100 °C a uma taxa de resfriamento de 10 Kelvin por minuto.

A curva de resfriamento do azeite de oliva mostra a cristalização dos ácidos graxos saturados entre -10 °C e 35 °C. Depois disso, a fração principal do azeite de oliva, que consiste em triglicerídeos com três unidades de ácido oleico se cristaliza a -45 °C.

O óleo de palma se cristaliza a temperaturas mais altas do que o azeite de oliva devido ao alto percentual de ácidos graxos saturados. O óleo de soja também contém uma fração significante tanto de ácidos graxos saturados quanto insaturados. Essas três frações de triglicerídeos podem ser vistas como largos picos na curva de DSC a diferentes temperaturas de cristalização.

Por fim, o óleo de canola se cristaliza a uma faixa de temperatura muito mais baixa, pois é composto principalmente de ácidos graxos insaturados, com apenas 5% de ácidos saturados.

 

Slide 13: técnicas termo-óticas

Agora, vamos ver a análise termo-ótica, ou TOA.

Técnicas de TOA são usadas para estudar propriedades óticas de uma amostra ao ser aquecida ou resfriada. As propriedades podem ser monitoradas por sistemas de DSC, HPDSC ou estágio quente em conjunto com um microscópio ou câmera de vídeo. O instrumento de HPDSC também pode ser conectado a um acessório de quimioluminescência. Alguns sistemas de TOA permitem que efeitos calorimétricos sejam medidos simultaneamente enquanto se fazem observações visuais.

A tabela resume aplicações típicas de técnicas óticas para a análise de gêneros alimentícios. As principais aplicações estão ligadas à identificação de transições sólido-sólido e ao estudo de alterações morfológicas.

As três imagens à direita mostram o acessório de microscopia adicionado a uma DSC padrão, uma câmera conectada a um instrumento HPDSC para medições de quimioluminescência e microscopia de estágio quente com capacidade de capturar e armazenar rapidamente imagens ou vídeos digitais.

 

Slide 14: aplicação de microscopia DSC                                             Análise de um doce

O slide mostra como o acessório de microscopia pode fornecer informações visual correspondentes a cada efeito que ocorre em uma operação de aquecimento ou resfriamento DSC.

Nesse experimento, uma amostra de doce composta por três camadas distintas foi analisada por DSC e microscopia. O diagrama mostra resultados obtidos a partir da camada do meio.

Uma amostra retirada da camada do meio foi finamente moída, inserida em um cadinho de alumínio de 40 microlitros e hermeticamente lacrada. Em seguida, ela foi aquecida de -50 °C até 160 °C a 10 Kelvin por minuto, resfriada a -50 °C a 5 Celsius por minuto e, por fim, aquecida pela segunda vez a 160 °C a 10 Celsius por minuto. A primeira operação de aquecimento mostra dois picos de fusão a cerca de 60 °C e 95 °C, provando que a estrutura da amostra é amplamente cristalina. A segunda operação de aquecimento mostra apenas uma transição vítrea a cerca de -20 °C. Isso indica que o doce está no estado amorfo sem cristalização após o resfriamento.

Imagens registradas usando o sistema de microscopia de estágio quente confirmaram esses resultados. A primeira imagem a 50 °C mostram alguns cristais grandes cercados por diversos cristais menores. Alguns dos cristais menores se recristalizam durante a operação de aquecimento. As amplas regiões pretas na terceira imagem a 85 °C indicam que uma grande parte da amostra já se fundiu. Os cristais relativamente grandes restantes se fundem a cerca de 95 °C.

Este exemplo de aplicação ilustra como o comportamento de amolecimento, fusão e cristalização de doces pode ser investigado por DSC combinada com microscopia.

 

Slide 15: Análise Termogravimétrica (TGA)

Agora, quero falar da análise termogravimétrica,, ou TGA.

Nessa técnica, a massa de uma amostra é continuamente gravada ao ser aquecida ou resfriada em uma atmosfera definida. Nós simplesmente colocamos alguns miligramas da amostra em um cadinho, pesamos a amostra, aquecemos e registramos continuamente a mudança no peso.

 

A curva esquemática da esquerda mostra uma curva de medição de TGA típica, ilustrando os diferentes efeitos que podem ocorrer dependendo da amostra específica. Antes do início da rampa de aquecimento, a TGA registra a massa da amostra. Ao fim da medição, apenas resíduos inorgânicos e cinzas permanecem. Os patamares devidos à perda de massa fornecem valiosas informações sobre a composição de materiais e a estabilidade da substâncias.

 

Os patamares estão numerados ao lado da curva e explicados na tabela. Eles são:

Um, o aquecimento começa, e componentes voláteis se vaporizam;

Dois, pirólise ou decomposição de substâncias orgânicas;

Três, em um ponto, a atmosfera é alterada de nitrogênio para oxigênio para que se obtenham condições oxidantes;

Quatro, fuligem ou outros resíduos de negro de fumo se queimam;

Cinco, o material inorgânico que estava presente no material inicial é deixado para trás como resíduo.

 

Os instrumentos de TGA da METTLER TOLEDO registram simultaneamente as curvas de DSC e TGA e, portanto, fornecem informações sobre efeitos que envolvem a troca de calor.

 

Slide 16: Análise Termogravimétrica (TGA)

A tabela resume as principais aplicações analíticas da análise termogravimétrica para produtos alimentícios.

A TGA é usada para investigar processos como vaporização ou decomposição. A combinação de TGA com um espectrômetro de massa, um espectrômetros infravermelho de transformação Fourier ou um sistema de espectrometria de massa de cromatografia gasosa nos permite analisar e caracterizar gases evoluídos.

Ela também nos permite verificar a estabilidade térmica, a cinética das reações e a estequiometria da reação.

A imagem à direita mostra uma vista do forno aberto, um suporte de amostra com duas posições para os cadinhos de amostra e referência em um instrumento de TGA/DSC. Os cadinhos padrão são feitos de alumina.

 

Slide 17: Aplicação 1: TGA/DSC                     Degradação de carboidratos

A maneira mais simples de obter uma visão geral do comportamento de liberação de água de uma substância é registrar uma curva TGA.

O primeiro exemplo de aplicação de TGA mostra a curva de perda de massa do amido de milho feita para medir o conteúdo de umidade, a decomposição de matéria de carboidrato e o resíduo de cinzas.

Cerca de 5 miligramas da amostra de amido de milho foram pesados em uma bandeja de alumina de 70 microlitros e aquecidos de 30 °C a 600 °C a 10 Kelvin por minuto em nitrogênio.

A curva de TGA superior mostra três patamares de perda de massa. A primeira derivada inferior, ou curva de DTG, foi usada para definir limites para a avaliação dos patamares que se sobrepõem. O patamar de perda de massa a até 200 °C é devido à liberação de umidade. O segundo patamar corresponde à decomposição de carboidratos, e o terceiro patamar da combustão de negro de fumo formado no segundo patamar. O resíduo pequeno é cinza mineral.

 

Slide 18: Aplicação 2: Sorção de TGA                              Comportamento de sorção do leite em pó

O segundo exemplo de aplicação de TGA mostra curvas de sorção de leite em pó medidas a umidades relativas de 60% e 80% a uma temperatura constante de 30 °C.

Um dos principais elementos que constituem o leite em pó é a lactose. Ela costuma estar no estado amorfo devido às condições de processamento. A lactose é higroscópica, e a absorção de umidade faz com que o pó se torne empelotado. Isso pode levar a alterações no aroma e no sabor dos produtos que contêm leite em pó.

Nesse experimento, o leite em pó foi seco a uma umidade relativa de 0% por 10 horas e, depois, exposto a uma umidade relativa de 60% por 25 horas, conforme mostrado na curva da parte superior do diagrama. Esse ciclo foi repetido usando a mesma amostra. O experimento também foi realizado usando uma nova amostra a 80% de umidade relativa, conforme mostrado na curva inferior.

As partes iniciais de ambas as curvas indicam que o leite em pó não ficou completamente seco nem mesmo após 10 horas a uma umidade relativa de 0%. A cristalização da lactose no leite em pó é um processo irreversível. Por esse motivo, o pico da curva de sorção ocorre apenas durante a primeira exposição à umidade. O diagrama mostra também que a umidade relativa influencia o comportamento de cristalização. A uma umidade relativa mais alta, é possível notar mais rapidamente a liberação de água após a cristalização; além disso, mais água foi absorvida: 7% a uma umidade relativa de 80%, e apenas 4% a uma umidade relativa de 60%.

E a massa seca após a cristalização a uma umidade relativa de 80% aumenta de 7,030 miligramas para 7,086 miligramas, ou cerca de 0,8%. Isso indica que, nessas condições, a lactose cristalizada no leite em pó está ao menos parcialmente presente como hidrato.

 

Estudos de sorção de TGA como este fornecem valiosas informações sobre o comportamento do leite em pó em atmosferas úmidas.

 

Slide 19: Análise termomecânica (TMA)

Seguimos agora para a análise termomecânica, ou TMA. Essa técnica mede as alterações dimensionais de uma amostra ao ser aquecida ou resfriada.

A curva esquemática da esquerda mostra uma curva de TMA típica de um polímero medida no modo de compressão com o uso de uma pequena carga de amostra. Os diferentes efeitos estão numerados ao lado da curva e explicados na tabela, a saber:

Um, expansão abaixo da transição vítrea;

Dois, o ponto de transição vítrea no qual a taxa de expansão muda;

Três, expansão acima da transição vítrea; a inclinação mais íngreme indica uma taxa de expansão maior;

Quatro, o amolecimento com deformação plástica.

 

Slide 20: Análise termomecânica (TMA)

A tabela resume algumas das aplicações analíticas mais importantes da análise termomecânica.

A principal aplicação é a determinação do coeficiente de expansão térmica, ou CTE, e, em geral, toda alteração na espessura da amostra devida ao aquecimento ou resfriamento.

A técnica também é excelente para determinar a temperatura de transição vítrea e para estudar o comportamento de amolecimento, especialmente para camadas ou revestimentos finos. Medições de tumefação em solventes costumam ser realizadas de maneira isotérmica. A imagem da direita mostra a configuração experimental típica, com uma sonda com ponta esférica em contato com o espécime da amostra, que repousa sobre um suporte plano.

O slide a seguir descreve um exemplo de aplicação específica.

 

Slide 21: Aplicação 1: TMA                                              Película de embalagem de várias camadas

Películas de embalagem costumam ser compostas por várias camadas Isso permite que a película composta satisfaça requisitos relativos a força mecânica, impermeabilidade a oxigênio e água e proteção contra luz UV que uma película de camada única não é capaz de satisfazer.

A identificação dos componentes e a determinação da espessura das camadas individuais são duas questões importantes para o controle de qualidade desses materiais.

 

O slide mostra a TMA e as primeiras curvas derivadas da TMA de uma película de embalagem de várias camadas. A curva de TMA foi medida no modo de penetração a uma taxa de aquecimento de 5 Kelvin por minuto, usando uma força de 0,1 Newton. A espessura da película se reduz em vários patamares devido ao amolecimento e fusão de camadas individuais.

A avaliação das temperaturas de amolecimento usando a primeira curva derivada nos permite identificar as camadas no laminado como polietileno de baixa densidade, polietileno de baixa densidade linear, poliamida-12 e poliamida-11.

A espessura de camadas individuais da película foi determinada pela integração da área dos picos na primeira curva derivada. Como alternativa, a espessura de cada camada pode ser estimada pela avaliação dos patamares da curva de TMA.

O pico duplo obtido para PE-LLD não pode ser solucionado. Isso sugere que a película de várias camadas contém duas camadas separadas de PE-LLD de espessura semelhante.

Os resultados demonstram que a TMA é uma excelente técnica para verificar a qualidade e a composição de películas de embalagem de várias camadas usadas no setor alimentício. Uma camada com uma espessura menor que 10 μm foi facilmente detectada.

 

Slide 22: Análise Mecânica Dinâmica (DMA)

A análise mecânica dinâmica é uma técnica usada para medir as propriedades mecânicas de um material viscoelástico em função do tempo, da temperatura e da frequência quando o material se deforma sob uma tensão oscilante periódica.

 

O diagrama esquemático na esquerda do slide mostra os resultados de uma medição de DMA de um polímero semicristalino resfriado por choque. As curvas mostram o módulo de armazenamento, G linha (G′), o módulo de perda, G duas linhas (G″),e o fator de perda, delta tan em função da temperatura.

Os diferentes efeitos estão numerados ao lado da curva e explicados na tabela. Eles são:

Um: relaxamento secundário, observado como pico nas curvas de delta tan e G duas linhas; G linha se reduz levemente

Dois: a transição vítrea, vista como pico nas curvas de delta tan e G duas linhas e como redução na curva do módulo de armazenamento;

Três: cristalização fria do polímero. A rigidez e, portanto, o módulo de armazenamento, G linha (G′), aumentam.

Quatro: recristalização acompanhada por um pico no delta tan e no G linha;

Cinco: fusão da fração cristalina com redução nos módulos de armazenamento e perda.

 

Slide 23: Análise Mecânica Dinâmica (DMA)

A tabela lista as principais aplicações analíticas da análise mecânica dinâmica.

 

Em geral, a DMA fornece informações sobre a transição vítrea de componentes amorfos, sobre o comportamento viscoelástico e sobre o módulo elástico.

Além disso, ela também fornece informações sobre temperaturas de amolecimento, o efeito da umidade sobre o módulo e o comportamento mecânico dinâmico de revestimentos poliméricos e materiais de revestimento.

A imagem à direita mostra uma amostra instalada na DMA pronta para medição no modo de dobra.

 

Slide 24: Aplicação 1: DMA                                                                             Estudo de textura dos alimentos

A textura de um produto alimentício é uma questão importante para os consumidores. Ela inclui propriedades como crocância, maciez e a sensação que o produto causa na boca. O conteúdo de umidade influencia diretamente a textura dos alimentos. Diferentes técnicas de análise térmica podem ser usadas para obter informações relacionadas à textura. Neste exemplo, a textura de palitos salgados, feitos com massa de pão, foi investigado por DMA e TGA.

Para estudar a influência da umidade, os palitos salgados foram, primeiro, armazenados a 100% de umidade relativa e temperatura ambiente por 1 dia. Em seguida, um palito de cerca de 65 milímetros de comprimento com diâmetro de 4 milímetros foi continuamente medido por DMA por 3 horas no modo de dobra de 3 pontos a 27 °C. Os resultados são mostrados no diagrama do canto superior esquerdo. A curva de delta tan contra tempo mostra que o delta tan aumenta gradualmente.

Uma amostra preparada da mesma maneira com uma massa de cerca de 18 miligramas também foi medida por TGA por 3 horas a 27 °C. A curva de TGA no diagrama inferior mostra que a amostra perde umidade e seca gradualmente.

O digrama da direita mostra a correlação entre a perda de umidade e o delta tan. Podemos concluir que, quando a amostra está suficiente seca, ela perdeu cerca de 2,8% da umidade. Ao mesmo tempo, o valor de delta tan de cerca de 0,058 está no mínimo. Isso confirma que a crocância dos palitos salgados pode ser restaurada após a secagem.

 

Slide 25: valores térmicos                                                                    Ponto de gota   

Sistemas de ponto de gota permitem determinar os pontos de queda livre e amolecimento de óleos e gorduras e de muitos outros materiais em operação totalmente automática. Métodos padrão e conformes de recipientes e medição garantem que os resultados possam ser comparados de forma significante.

 

A medição do ponto de gota registra a temperatura na qual a primeira gota de uma substância cai de um recipiente em condições de teste definidas. O ponto de amolecimento é a temperatura na qual uma amostra fluiu por uma determinada distância.

 

A imagem da direita mostra o sistema de ponto de gota DP90 com o acessório de resfriamento, e a imagem da esquerda mostra o DP70, que opera a partir da temperatura ambiente.

 

O instrumento pode ser usado em dois modos diferentes, para determinar o ponto de gota ou o ponto de amolecimento. A observação visual por câmera e a análise digital da imagem garantem que os valores obtidos sejam confiáveis.

 

Slide 26: ponto de gota de aplicação para gorduras e óleos comestíveis

Experimentos de ponto de gota costumam ser usados em controle de qualidade para identificar e caracterizar gorduras e óleos comestíveis.

A tabela no alto do slide mostra os resultados de quatro diferentes amostras de gorduras e óleos comestíveis e demonstra a excelente reprodutibilidade das medições.

O lado esquerdo do slide abaixo da tabela mostra a tela em cores de um instrumento DP70. No lado direito, há uma captura de tela do vídeo ao vivo de uma medição em duplicata da amostra de óleo de canola.

 

Slide 27: resumo

A tabela resume as propriedades e eventos térmicos mais importantes que podem ser usados para caracterizar materiais alimentícios e também as técnicas recomendadas para investigar os efeitos. Uma caixa vermelha significa que a técnica é recomendada como primeira opção; um ponto azul indica que a técnica pode ser usada como alternativa.

 

Os efeitos mais importantes que podem ser analisados por DSC são o ponto de fusão, o intervalo de fusão e o comportamento de fusão. O DSC é usado para determinar calor de fusão, pureza, polimorfismo, transição vítrea e estabilidade de oxidação.

 

As principais aplicações da TGA estão ligadas ao comportamento de evaporação, dessorção e vaporização, estabilidade térmica, cinética de decomposição e análise composicional.

 

A TOA é usada para estudar o ponto de fusão, o intervalo de fusão e o polimorfismo usando observação visual e gravando imagens e vídeos.

 

A TMA costuma ser usada para estudar a expansão ou contração de materiais e a transição vítrea.

 

A DMA é o método mais sensível para caracterização da transição vítrea dos materiais.

 

Medições de DP são usadas para detecção automática de pontos de gota e amolecimento.

 

Slide 28: resumo

Este slide apresenta uma visão geral das faixas de temperatura dos instrumentos de DSC, TGA, TMA, DMA, análise termo-ótica e valores térmicos da METTLER TOLEDO

 

Em geral, experimentos de DSC são realizados a temperaturas entre -150 °C e 700 °C. As faixas de temperatura podem ser diferentes se equipamentos ou acessórios especiais forem usados.

 

Medições de TGA costumam iniciar à temperatura ambiente. A temperatura máxima possível é de 1600 °C.

 

Experimentos de TMA podem ser realizados entre -150 °C e 1600 °C.

 

Amostras de DMA são medidas na faixa de -190 °C a 600 °C.

 

A análise termo-ótica inclui microscopia de estágio quente e microscopia DSC: As medições podem ser realizadas na faixa de -60 °C a 375 °C. A quimioluminescência de DSC é um acessório para HPDSC.

 

Medições de ponto de gota de valores térmicos podem ser realizadas entre -20 °C e 400 °C.

 

Slide 29: Para mais informações

Por fim, eu gostaria de chamar sua atenção para informações sobre aplicações de análise térmica no setor alimentício que podem ser baixadas da Internet.

A METTLER TOLEDO publica artigos sobre análise térmica e aplicações de diferentes ramos duas vezes ao ano na UserCom, a famosa revista para os clientes da METTLER TOLEDO. Edições anteriores podem ser baixadas no formato PDF em www.mt.com/usercoms, conforme mostrado no centro do slide. Uma compilação das aplicações pode ser encontrada nos manuais "Food" (Alimentos) e "Thermal Analysis in Practice" (Análise térmica na prática).

 

Slide 30: Para mais informações sobre análise térmica

Além disso, você pode baixar detalhes sobre webinars, manuais de aplicação ou informações de natureza mais geral nos endereços da Internet informados neste slide.

 

Slide 31: Agradecimentos

Isso conclui minha apresentação sobre Análise térmica no setor alimentício. Agradeço pelo seu interesse e atenção.

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