Contribució a l’estudi de les propietats reològiques dels sucs i derivats de fruites

Abstract

Les propietats reològiques dels derivats bàsics de fruita, com ara els sucs i cremogenats, han estat amplament estudiades al llarg de la història. El disseny de totes les operacions unitàries, dels processos de transformació i fins i tot dels equipaments en els quals es duen a terme fa necessari conèixer la classificació dels fluids i paràmetres elementals com ara la viscositat. Conseqüentment, la indústria, immersa en una espiral constant i cada dia més ràpida d’innovació, es troba freqüentment davant la necessitat d’obtenir la caracterització dels derivats de fruites no convencionals, o bé dels derivats més habituals en noves condicions, o bé de nous productes que poden obrir-se un lloc al mercat.

Aquesta Tesi Doctoral, essent un pont teixit a consciència entre la indústria i el coneixement acadèmic (tan sovint separats per grans distàncies), neix de la base de la comunicació constant universitat-indústria i ha volgut donar resposta a algunes de les seves necessitats. En aquest sentit, s’ha determinat la classificació i s’han obtingut els paràmetres reològics de sucs clarificats (taronja, pera, poma i grosella), de sucs no clarificats (taronja, mandarina, tomàquet i grosella) i de cremogenats (plàtan i préssec), oferint-ne les dades en forma de taules agrupades que siguin fàcilment consultables.

D’altra banda, i responent novament a una necessitat de la indústria, s’ha cercat quines són les variables que tenen una major correlació amb l’índex de consistència Bostwick del cremogenat de préssec, que és la variable utilitzada per a fixar-ne el preu, a partir de la utilització de tècniques d’anàlisi de dades multivariant. S’ha trobat que la data de recol•lecció n’és el factor principal i, a continuació, que les mesures analitzades sobre els préssecs resulten més útils per predir aquest índex que les avaluades sobre el propi cremogenat. Aquesta conclusió sorprenent, un cop implementada a partir del control de les variables importants (com ara la relació polpa/pinyol) pot resultar útil en la producció de cremogenats de préssec de més qualitat en un futur proper.

De la mateixa manera, el coneixement de les propietats viscoelàstiques dels sucs amb fibra afegida, o bé de les propietats texturals resultants de la combinació entre la pectina de baix metòxil i el pidolat càlcic en melmelades i gelatines, poden ajudar a desenvolupar les operacions i equipaments necessaris per a la fabricació d’aquests productes a escala industrial. Això permetria ampliar el ventall d’aliments derivats de fruita disponible al mercat, amb nous productes que resulten especialment interessants tant des del punt de vista de marketing com des del punt de vista de la salut.

En darrer lloc i, un cop més, immersos en aquesta idea d’apropar el món del coneixement acadèmic i el món de la indústria, s’ha desenvolupat un nou model matemàtic que relaciona la viscositat aparent dels fluids no newtonians amb la velocitat de deformació, que pot resultar útil i pràctic en el càlcul de les instal•lacions industrials (per exemple en les operacions de mescla i agitació). Aquest model, descrit per l’equació , ha resultat adaptar-se a les dades experimentals en una mesura significativament superior al model de Herschel-Bulkley, que és el més utilitzat a nivell acadèmic.

En resum, s’han emprat tècniques instrumentals i analítiques freqüentment utilitzades a les universitats i que donen lloc a innumerables publicacions en mitjans científics (però que sovint resten allunyades de l’àmbit industrial) per ampliar el coneixement d’aquelles propietats reològiques dels sucs i derivats de fruita que puguin ser útils a les indústries. En altres paraules, sorgint de les seves necessitats i incògnites, i passant per un procés d’anàlisi científic, s’han obtingut resultats que pretenen contribuir de manera pràctica al desenvolupament industrial.

This Thesis, being a bridge consciously built between industry and academic knowledge (so often separated by large distances), is born on the basis of constant university-industry communication and wants to meet some of their needs. In this regard, the classification and rheological features of clarified juices (orange, pear, apple and redcurrant), non clarified juices (orange, mandarin, tomato and redcurrant) and purées (banana and peach) have been determined, providing the data as clustered tables that are easily usable.

Furthermore, the variables that have a greater correlation with Bostwick’s consistency index of the peach purée, which is the variable used to set its price, have been investigated by means of the use of multivariate data analysis techniques. It has been found that harvesting date is the main factor; then, that the measures taken on peaches are more useful for predicting the index that the ones assessed on the purée itself. This surprising conclusion, once implemented from the control of important variables (such as the pulp/stone ratio) may be useful in producing better quality peach purées in the near future.

In addition, the knowledge of the viscoelastic properties of the juices with added fiber, or the textural properties resulting from the combination of low methoxyle pectin and calcium pidolate (which provides an easily assimilable calcium source) in jams and gelatins, can help to develop the necessary operations and equipment to manufacture these products on an industrial scale. This would extend the range of available foods derived from fruit, with new products that are especially interesting from a marketing point of view and from a healthy point of view.

Finally, and once again immersed in the idea of linking the world of academic knowledge and the world of industry, a new mathematical model that relates the apparent viscosity of non-Newtonian fluids with shear rate has been developed, which can be useful and practical in the calculation of industrial installations (e.g. in mixing and agitation operations). This model, described by the equation , fits the experimental data significantly better than the Herschel-Bulkley model, which is the most widely used in academic pieces of work.