Participação dos Integrantes no Segundo Relatório de Laboratório de Bioprocessos I

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- Conceitos de viscosidade e comportamento reológico

Ao se falar sobre viscosidade, não se deve esquecer da ciência responsável pelo estudo de deformações de sólidos e fluídos, a reologia. As medidas reológicas de um produto são essenciais para seu controle de qualidade (Ibarz & Barbosa-Canovas, 2010). A viscosidade, propriamente dita, é definida como o atrito interno de um líquido, ou sua capacidade de resistir ao movimento. Sua definição envolve os conceitos de tensão e taxa de cisalhamento. A tensão é o componente tangencial de uma força que age sobre uma determinada área. A taxa de cisalhamento, por sua vez, pode ser descrita como sendo o gradiente de velocidade estabelecido em um fluído em decorrência da tensão que agiu sobre o mesmo (Bourne, 2002).

Experimentalmente, a viscosidade de um fluído pode ser medida através de um viscosímetro. Dentre os diversos tipos existentes, destaca-se o de cilindros concêntricos, no qual é possível a mensuração contínua da viscosidade de uma determinada substância. Uma mesma amostra pode ser submetida a diversas condições de taxa de cisalhamento, sendo possível a avaliação de efeitos dependentes de tempo em diferentes fluídos (newtonianos ou não) (Bourne, 2002).

Reologicamente, os fluídos podem ser classificados de acordo com seus comportamentos. De maneira simplista, os fluídos são facilmente divididos em duas classes, newtonianos e não-newtonianos. Esta classificação é baseada na presença, ou não, de comportamento reológico passível de ser descrito pela lei da viscosidade de Newton. Esta lei dita que a tensão a qual um fluído é submetido e sua taxa de cisalhamento são diretamente proporcionais. Além disto, a viscosidade de fluídos newtonianos é independente da taxa de cisalhamento, dentro dos limites do fluxo laminar. Neste caso, a viscosidade seria dada pela tangente de um ponto presente em um gráfico da tensão pela taxa de cisalhamento. Compostos que não obedeçam a esta lei são conhecidos como não-newtonianos. Diferentemente do comportamento considerado newtoniano, a viscosidade de fluídos não-newtonianos não pode ser considerada constante. Por este motivo, não se utiliza o termo viscosidade para este tipo de comportamento, mas sim viscosidade aparente, que é uma função dependente da taxa de cisalhamento. Fluídos dentro desta classificação ainda podem ser divididos em dependentes e independentes de tempo. Isto quer dizer que, caso haja uma dependência, por parte de uma substância, não só da taxa de cisalhamento, mas também do momento onde este parâmetro agiu, seu comportamento seria classificado como dependente de tempo; caso contrário, como independente do tempo (Ibarz & Barbosa-Canovas, 2010).

Já dentro da classificação de fluído não-newtoniano independente de tempo, existe o conceito de limiar de tensão. Basicamente, trata-se de um limiar que deve ser superado para que os materiais possam fluir. Como exemplo, existe a classe dos plásticos de Bingham. Ainda dentro dos fluídos não-newtonianos, existem os pseudoplásticos e fluídos dilatantes. Estes, diferentemente dos plásticos de Bingham, não apresentam limiar de tensão, podendo ser chamados de líquidos. O comportamento de um pseudoplástico sugere uma quebra e reorganização de estruturas constantemente, o que decorre em um aumento de resistência quando se aplica uma força (Ibarz & Barbosa-Canovas, 2010). Fluídos dilatantes são encontrados em líquidos com uma elevada proporção de partículas rígidas e insolúveis em suspensão. O nome de dilatante se refere ao fato de haver um aumento de volume com o fluxo, que ocorre somente em suspensões de elevada concentração (Bourne, 2002). Com o aumento da taxa de cisalhamento, as partículas podem se distender, provocando o característico aumento de volume (Ibarz & Barbosa-Canovas, 2010).

Além disso, existem os fluídos não-newtonianos dependentes de tempo. Estes fluídos têm sua viscosidade como função tanto da taxa de cisalhamento quanto do tempo. Com o passar do tempo, tais fluídos podem sofrer um aumento ou diminuição de sua viscosidade, conhecidos como fluídos reopéticos e tixotrópicos, respectivamente. Ambos são caracterizados pela constante mudança de suas estruturas. Estas, por sua vez, podem ser reversíveis, ou não. (Ibarz & Barbosa-Canovas, 2010).

O látex é um composto natural de elevado interesse econômico e científico. Trata-se de um fluído armazenado em células especializadas de uma planta. Embora esteja presente em várias plantas, seu papel na natureza ainda não foi compreendido inteiramente. Vários estudos fizeram uma avaliação bioquímica deste composto, descobrindo uma composição complexa de alcalóides, compostos fenólicos, proteases e quitinases. Quando coagulado, o látex apresenta a capacidade de fechar ferimentos, prevenindo infecções e perda de fluídos. Estudos reológicos desta substância têm sido feitos desde 1950. Entretanto, conclusões biológicas definitivas a respeito de seu comportamento como fluído ainda não foram alcançadas (Bauer et al., 2014). A goma xantana é um polissacarídeo natural produzido pela bactéria Xanthomonas campestris. Têm sido estudada extensivamente devido a suas propriedades, que permitem que este biopolímero complemente outros biopolímeros, tanto naturais quanto sintéticos, que sejam solúveis em água. Atualmente, é tida como o polissacarídeo microbiano de maior importância, de um ponto de vista comercial. Isto decorre do fato de ser usada em componentes alimentícios com o objetivo de estabilizar emulsões, estabilizar temperaturas, de apresentar compatibilidade com outros ingredientes, entre outros. Além disto, esta goma também é usada em formulações farmacêuticas, cosméticas e em produtos agrícolas (Song et al., 2006).

- Objetivos relacionados à viscosidade

Levando-se em consideração a classificação reológica dos materiais, bem como a importância das substâncias acima citadas, pode-se dizer que o presente estudo, apresenta, como um de seus principais objetivos, a determinação do comportamento reológico, em viscosímetro rotacional de cilindros concêntricos, da goma xantana, em concentrações distintas, e do látex.

- Materiais e Métodos

2.1. Densidade

Avaliaram-se alterações quanto à massa de dois tipos de amostras de cerveja de acordo com a variação da temperatura para posterior cálculo da densidade. As cervejas utilizadas foram: cerveja Malzbier da marca Malta (Lote: F105L08:35, Fabricada em 12/10/14,Assis, Brasil) e cerveja Pilsen da marca Crystal ( Lote: 3005241,