mesura, comparaciÓ i estudi de la viscositat de dos …
TRANSCRIPT
MESURA, COMPARACIÓ I ESTUDI DE LA VISCOSITAT
DE DOS TIPUS DE MEL
(MEL ALEMANY)
Treball final de grau
Enginyeria en Sistemes Biològics
Autora: Estel·la García Villanueva
Tutors: Eduard Hernandez Yañez i Eloi Pineda Soler
Data: 08/07/2021
2
Resum
La mel és un fluid viscós amb unes característiques que depenen de la composició i la
temperatura. La viscositat constitueix un paràmetre clau en els processos de tractament
i envasat.
Per a aquest Treball de Fi de Grau s´han obtingut mostres de mel de l’empresa Alemany,
destinades a un estudi experimental de la viscositat. Primer de tot s’ha fet una anàlisi de
cóm és afectada per la temperatura. Més endavant s´ha caracteritzat mel de dues
procedències amb l´objectiu de concloure si el seu comportament és, o no, newtonià.
Com a últim punt s’han determinat diferències i similituds de la viscositat entre ambdues
mostres.
Els resultats obtinguts indiquen que:
- La temperatura és un factor molt influent sobre la viscositat de la mel;
- Les mels de flors i de bosc es comporten com un fluid newtonià a partir dels 20
ºC, mentre que a menys de 20 ºC les mesures indiquen un lleuger comportament
no newtonià;
- Entre la mel de flors i la mel de bosc no hi ha diferències significatives en la seva
reologia.
3
Resumen
La miel es un fluido viscoso cuyas características dependen de la composición y la
temperatura. La viscosidad constituye un parámetro clave en los procesos de
tratamiento y envasado.
Para este Trabajo de Final de Grado se han obtenido muestras de miel de la empresa
Alemany, destinadas a un estudio experimental de la viscosidad. Primeramente se ha
realizado un análisis de cómo afecta la temperatura. Más adelante se ha caracterizado
dos procedencias con el objetivo de concluir si su comportamiento es, o no, newtoniano.
Como último punto se han determinado las diferencias y similitudes de la viscosidad
entre las dos muestras.
Los resultados obtenidos indican que:
- La temperatura es un factor muy influyente sobre la viscosidad de la miel;
- Las mieles de flores y de bosque se comportan como un fluido newtoniano a
partir de los 20 ºC, mientras que a menos de 20 ºC las medidas indican un ligero
comportamiento no newtoniano;
- Entre la miel de flores y la miel de bosque no hay diferencias significativas en su
reologia.
4
Abstract
Honey is a viscous fluid whose characteristics depend on composition and temperature.
Viscosity is a key parameter in the treatment and packaging processes.
For this Final Degree Project, honey samples have been obtained from the company
Alemany, destined to an experimental study of viscosity. First, an analysis of how it is
affected by temperature has been carried out. Later it has been characterized two types
of honey with the aim of cloncluding whether or not their behavior is Newtonian. As a
final point the differences and the similarities of viscosity between the two samples have
been determined.
The results obtained indicate that:
- Temperature is a very influential factor on the viscosity of honey.
- Flower and forest honeys behave like a Newtonian fluid above 20 ºC, while at
less 20 ºC the measurements indicate a slight non-Newtonian behavior.
- There are no significant differences in their rheology between flower honey and
forest honey.
5
Sumari
AGRAIMENTS_______________________________________________________11
1. Introducció___________________________________________________12
1.1. Característiques de la mel__________________________________12
1.1.1. Producció, recol·lecció i processat_________________________12
1.1.2. Propietats químiques___________________________________14
1.1.3. Propietats físiques_____________________________________14
1.1.4. Cristal·lització_________________________________________15
1.2. Reologia________________________________________________16
1.2.1. Viscositat_____________________________________________16
1.2.1.1. Esforç de cisalla_________________________________17
1.2.1.2. Efecte de la temperatura sobre la viscositat____________18
1.2.2. Tipus de fluids_________________________________________19
1.2.2.1. Fluids newtonians________________________________19
1.2.2.2. Fluids no newtonians______________________________20
1.2.3. Tixotropia i pseudoplasticitat______________________________21
1.3. Interès de l’estudi_________________________________________21
2. Objectius ____________________________________________________22
2.1. Objectius generals_______________________________________22
2.2. Objectius específics_______________________________________22
3. Materials i mètodes____________________________________________23
3.1. Origen de les mostres a estudiar_____________________________23
3.2. Característiques de les mels_________________________________23
3.3. Graus Brix_______________________________________________24
3.4. Viscositat________________________________________________25
3.4.1. Reòmetre i sondes_____________________________________25
3.4.2. Software_____________________________________________27
3.5. Preparació de les mostres__________________________________27
3.6. Disseny experimental______________________________________28
3.6.1. Mesures realitzades____________________________________30
6
4. Resultats_____________________________________________________32
4.1. Influència de la temperatura sobre la viscositat__________________32
4.1.1. Gràfiques generals de la mel de flors_______________________32
4.1.2. Gràfiques generals de la mel de bosc_______________________33
4.1.3. Gràfiques de la mel de flors a determinades temperatures______34
4.1.4. Gràfiques de la mel de bosc a determinades temperatures______36
4.2. Caracterització de les mels segons els estàndards dels fluids
newtonians i no newtonians_________________________________38
4.2.1. Mel de flors___________________________________________38
4.2.2. Mel de bosc___________________________________________40
4.3. Comparació de les corbes obtingudes entre mel de flors i mel de
bosc___________________________________________________42
4.3.1. Gràfiques comparatives_________________________________42
5. Discussió dels resultats________________________________________44
5.1. Efecte de la temperatura sobre la viscositat_____________________44
5.2. Caracterització de la mel de flors i mel de bosc__________________44
5.3. Comparació reològica entre la mel de flors i mel de bosc__________46
6. Conclusions__________________________________________________47
7. Bibliografia___________________________________________________48
8. Annexos______________________________________________________51
7
Índex de figures
Figura 1-1. Simplificació de l’esforç de cisalla entre dues plaques
paral·leles.__________________________________________________________17
Figura 1-2. Esquema dels diferents tipus de fluids.__________________________19
Figura 1-3. Gràfics dels fluids newtonians ideals.____________________________20
Figura 3-1. Tonalitats de la mel (Dins del requadre les tonalitats que pot tenir la mel de
flors).______________________________________________________________23
Figura 3-2. Tonalitats de la mel (Dins del requadre les tonalitats que pot tenir la mel de
bosc).______________________________________________________________24
Figura 3-3. a) Viscosimetre HAAKE. b) Bany tèrmic Thermo Scientific HAAKE.____27
Figura 3-4. a) Sonda MV2P. b) Esquema de la sonda MV2P.__________________27
Figura 3-5. Gràfica del rang al que treballen les sondes MV. (MV2 marcada en
vermell).____________________________________________________________27
Figura 3-6. Termòmetre digital Testo 925 i sonda K._________________________28
Figura 3-7. Esquema del mètode experimental._____________________________29
Figura 4-1. Gràfica de la viscositat ,de la mel de flors, a diferents temperatures i
rotacions. (I)_________________________________________________________32
Figura 4-2. Gràfica de la viscositat ,de la mel de flors, a diferents temperatures i
rotacions. (II)_________________________________________________________33
Figura 4-3. Gràfica de la viscositat ,de la mel de bosc, a diferents temperatures i
rotacions. (I)_________________________________________________________33
Figura 4-4. Gràfica de la viscositat ,de la mel de bosc, a diferents temperatures i
rotacions. (II)________________________________________________________34
Figura 4-5. Gràfica amb les mostres, de mel de flors a diferents rotacions mantenint la
T a 10ºC.___________________________________________________________34
Figura 4-6. Gràfica amb les mostres, de mel de flors a diferents rotacions mantenint la
T a 15ºC.___________________________________________________________34
Figura 4-7. Gràfica amb les mostres, de mel de flors a diferents rotacions mantenint la
T a 20ºC.___________________________________________________________35
8
Figura 4-8. Gràfica amb les mostres, de mel de flors a diferents rotacions mantenint la
T a 25ºC.___________________________________________________________35
Figura 4-9. Gràfica amb les mostres, de mel de flors a diferents rotacions mantenint la
T a 30ºC.___________________________________________________________35
Figura 4-10. Gràfica amb les mostres, de mel de flors a diferents rotacions mantenint
la T a 35ºC._________________________________________________________35
Figura 4-11. Gràfica amb les mostres, de mel de flors a diferents rotacions mantenint
la T a 40ºC._________________________________________________________35
Figura 4-12. Gràfica amb les mostres, de mel de flors a diferents rotacions mantenint
la T a 45ºC._________________________________________________________35
Figura 4-13. Gràfica amb les mostres, de mel de bosc a diferents rotacions mantenint
la T a 10ºC._________________________________________________________36
Figura 4-14. Gràfica amb les mostres, de mel de bosc a diferents rotacions mantenint
la T a 15ºC._________________________________________________________36
Figura 4-15. Gràfica amb les mostres, de mel de bosc a diferents rotacions mantenint
la T a 20ºC._________________________________________________________36
Figura 4-16. Gràfica amb les mostres, de mel de bosc a diferents rotacions mantenint
la T a 25ºC._________________________________________________________36
Figura 4-17. Gràfica amb les mostres, de mel de bosc a diferents rotacions mantenint
la T a 30ºC._________________________________________________________37
Figura 4-18. Gràfica amb les mostres, de mel de bosc a diferents rotacions mantenint
la T a 35ºC._________________________________________________________37
Figura 4-19. Gràfica amb les mostres, de mel de bosc a diferents rotacions mantenint
la T a 40ºC._________________________________________________________37
Figura 4-20. Gràfica amb les mostres, de mel de bosc a diferents rotacions mantenint
la T a 45ºC._________________________________________________________37
Figura 4-21. Gràfica de la viscositat de la mel de flors en funció la temperatura.___38
Figura 4-22. Gràfica del logaritme base 10 de la viscositat de la mel de flors en funció
de la temperatura i el gradient de velocitat._________________________________39
9
Figura 4-23. Gràfica del logaritme base 10 de la viscositat mitjana de la mel de flors en
funció la inversa de la temperatura ______________________________________ 39
Figura 4-24. Gràfica de la viscositat de la mel de bosc en funció la
temperatura._________________________________________________________40
Figura 4-25. Gràfica del logaritme base 10 de la viscositat de la mel de bosc en funció
la temperatura i el gradient de velocitat.____________________________________41
Figura 4-26. Gràfica del logaritme base 10 de la mitjana de la viscositat de la mel de
bosc en funció la inversa de la temperatura comparant amb l’equació d’Arrhenius.__41
Figura 4-27. Gràfica comparativa de l'evolució de la viscositat, de la mel de flors i la
mel de bosc a diferents temperatures._____________________________________43
Figura 4-28. Gràfica comparativa de l'evolució del logaritme base 10 de la viscositat,
de la mel de flors i la mel de bosc sobre la inversa de la temperatura.____________43
10
Índex de taules
Taula 1-1. Característiques dels fluids no newtonians.________________________20
Taula 3-1. Característiques de la mel de flors.______________________________23
Taula 3-2. Característiques de la mel de bosc._____________________________24
Taula 3-3. Característiques tècniques de la sonda MV2P._____________________26
Taula 3-4. Mostres obtingudes experimentalment amb la mel de flors.____________30
Taula 3-5. Mostres obtingudes experimentalment amb la mel de bosc.___________31
11
Agraïments
Aquest Treball de Fi de Grau ha comptat amb la col·laboració d’algunes persones a les
que dec sincer agraïment per la seva aportació.
Especial agraïment als professors Dr.Eduard Hernandez Yañez i Dr.Eloi Pineda Soler
per la dedicació, el seguiment, l’ajuda i recomanacions.
També he de expressar gratitud al professor Josep Claramunt Blanes per l’ajuda i
disposició amb l’equip experimental.
A l’empresa de Mels Alemany agraeixo les mostres i la confiança per poder analitzar els
seus productes i amable atenció.
Finalment m’agradaria agrair als amics, germana i pares per tenir especial paciència i
animar-me a donar el millor de mi en aquest treball.
12
1. Introducció
La mel és una solució sobresaturada de sucres naturals, composta per una complexa
mescla de carbohidrats i altres substàncies. Aquest aliment presenta diferents
característiques que poden canviar, ja que la composició de la mel depèn no només de
la planta pol·linitzada sinó també del clima i del procés d’emmagatzematge (Kabbani et
al., 2011).
Les abelles que produeixen aquest aliment són de l’espècie Apis mel·lífera. Elaboren la
mel a partir del nèctar de les flors i d’altres secrecions extraflorals, que les abelles
recol·lecten, transporten i transformen, combinen amb altres substàncies enzimàtiques,
deshidraten, concentren i emmagatzemen en bresca (Andrade et al., 2016).
1.1. Característiques de la mel
El nèctar és una solució de sucres i altres elements menors, que les abelles recullen per
fabricar un compost que es convertirà en mel. Les diferents varietats de mel contenen
diversos sucres que canvien segons l’origen del nèctar i d’altres substàncies en
quantitats mínimes. La temperatura d’una bresca d’abelles en l’àrea d’emmagatzematge
de la mel ronda els 35 ºC. Aquesta temperatura, i la ventilació produïda per les abelles
ventant amb les ales, causa l’evaporació de l’aigua. Quan la quantitat d’aigua es redueix
al 20 % aproximadament, les abelles segellen la mel amb cera (Paco & Montano, 2018).
1.1.1 Producció, recol·lecció i processat
La mel és un aliment que varia molt depenent de les matèries primeres utilitzades. És
important tenir en compte el procés mitjançant el qual es recol·lecta i tracta la mel, és
un factor determinant per a la seva caracterització i per al producte resultant.
Atenent a les espècies florals d’on procedeix es pot fer la següent classificació:
- Monofloral: Es considera monofloral la mel que conté un 51 % del nèctar d’una
sola espècie de flor. Dins d’aquestes trobem mels molt conegudes i apreciades,
no només per la qualitat si no també pels beneficis a la salut, com són la mel de
romaní i la mel de tarongina.
13
- Multifloral: El nèctar utilitzat prové de diferents espècies de flors i no hi ha una
espècie predominant. Les mels multiflorals poden ser trobades com “Mel de flors”
en les àrees comercials.
- Mel de melada: La matèria prima utilitzada no prové del nèctar de les flors, si no
d’altres secrecions de la planta. És coneguda com mel de bosc. Aquestes
secrecions poden ser obtingudes de les fulles d’arbres gimnospèrmics com les
alzines o els roures.
També es poden classificar segons el sistema utilitzat en la recol·lecció:
- Mel de bresca: Obtinguda a partir de la mel dipositada per les abelles en les
bresques, sense larves i pot ser comercialitzada venent directament la bresca o
una porció d’aquesta.
- Mel centrifugada: Obtinguda per centrifugació de bresca desoperculada es a dir,
sense la capa superior de cera sota la que es troba la mel i sense larves.
- Mel premsada: Obtinguda per la compressió de la bresca sense les larves.
Normalment la mel que es pot trobar en supermercats i altres establiments de venda
d’aliments és mel centrifugada i/o premsada.
La mel comercial ha de passar els següents tractaments:
La centrifugació i la premsa normalment s’apliquen amb una font de calor sobre la
bresca. Són mètodes ideals, ja que no alteren les propietats nutricionals de la mel. Amb
aquests processos s’obté una major quantitat de mel, però es destrueixen substàncies
amb acció antisèptica i antibiòtica. Per això la mel comercial pot caducar a diferència de
la mel natural.
Per eliminar les restes de cera es fa passar la mel calenta, entre 65 ºC - 75 ºC, per filtres
que ajuden a l’eliminació de ceres i impureses.
L’escalfament també és realitza un cop filtrada la mel. Aquest procés s’anomena xoc
tèrmic. Abans de l’empaquetament i emmagatzematge, s’escalfa la mel a 70 ºC - 75 ºC
durant 5-10 minuts per assegurar la fusió de possibles cristalls. Diversos estudis han
afirmat que escalfar la mel a menys de 55 ºC no es efectiu per evitar ràpides
cristal·litzacions (Gómez-Díaz et al., 2004).
14
Tot i els inconvenients que pot presentar la formació de cristalls, la mel difícilment
caduca. Gràcies a la seva alta concentració de sucres, que mata les bactèries per lisis
osmòtica.(Gómez-Díaz et al., 2004)
1.1.2. Propietats químiques
La composició de la mel ve donada per les influències florals de la mateixa, el clima i les
condicions ambientals.
Per a determinar de l’origen floral de les mostres s’utilitza la caracterització polifenòlica.
Aquest procés permet determinar els fenols que caracteritzen la mel i per tant és
adequat per saber l’origen floral. Els fenols són alcohols derivats de l benzè, les
substàncies portadores tenen propietats antisèptiques. Aquests elements poden ser
interpretats com a marcador botànic (Alvarez-Suarez et al., 2014).
Els principals sucres que formen la mel són la glucosa i la fructosa (33 % – 35 % i 38 %
– 40 % respectivament), en menor quantitat també podem trobar maltosa, aigua (17 %),
proteïnes (0,1 %) i altres components com vitamines, minerals, substàncies aromàtiques
i àcids orgànics.
La glucosa és el sucre menys soluble, en comparació amb la resta de sucres que es
troben a la mel, i en la majoria de mostres es troba en una concentració sobresaturada
(Paco & Montano, 2018).
1.1.3. Propietats físiques
Les propietats físiques són aquelles que es basen principalment en l’estructura de la
mel. Aquestes característiques són pròpies de la mel. Seguidament s’exposaran
diferents característiques físiques presents en l’aliment (Paco & Montano, 2018):
- Conductivitat elèctrica (mS/cm): La conductivitat elèctrica és la capacitat d’una
substància de conduir el corrent elèctric i és l’invers de la resistivitat. En el cas
de mesures en solucions aquoses, el valor de la conductivitat és directament
proporcional a la concentració de sòlids dissolts amb càrrega elèctrica (com per
exemple sals), per tant, com més concentració hi hagi major serà la conductivitat.
La capacitat de transmetre l’electricitat pot variar de 1 a 15 vegades entre
diferents tipus de mel.
15
- Densitat (g/m3): El percentatge d’humitat influeix notablement en la densitat de
la mel.
- Humitat (%): Si la mel conté molta aigua serà propensa a fermentar o acidificar-
se. Algunes mels que s’han extret prematurament del rusc, o abans que les
abelles hagin pogut madurar-la, poden contenir fins un 25 % d’humitat, el que les
fa inservibles per al comerç. Entre un 20 % o 21 % d’humitat, la mel pot fermentar
amb facilitat (Kabbani et al., 2011). Per això en estudis de qualitat es recomana
envasar la mel amb una humitat inferior al 19 %, normalment les mels comercials
es troben envasades amb un 18 % d’humitat (Mendes et al., 2013.).
1.1.4. Cristal·lització
La cristal·lització és un procés que es dona quan la mel emmagatzemada perd aigua,
que es condensa en la part superior i parets lliures del flascó. Quan aquest fenomen
succeeix la part inferior del fluid forma cristalls (degut a la conformació de sucres
cristal·litzats per falta de moviment o un determinat emmagatzematge). L’aigua es
condensa en la part superior del fluid i no pot tornar a les zones cristal·litzades.
Aquest fenomen és poc desitjable per a mels comercials, però pot ser útil per produir
mel cremosa. El mencionat procés afecta a la qualitat del aliment, ja que exposa la mel
al creixement de llevats. La part no cristal·litzada de la mel o part superior, contindrà
grans quantitats d’aigua resultant de l’expulsió d’aquesta en la formació dels cristalls
(Bhandari, D’Arcy, & Kelly, 1999).
Els cristalls també són problemàtics per a la caracterització de la mel com a fluid. Si els
cristalls estan presents en grans quantitats poden actuar com a col·loides, provocant
variacions o mesures no fiables de la viscositat. Per això en diversos estudis es
recomana l’escalfament de la mostra a 50 ºC per dissoldre els cristalls. Es recomana
aquesta temperatura per què fon els cristalls i no suposa un malbaratament de la mel
(Kabbani et al., 2011).
16
1.2. Reologia
La reologia és la ciència que estudia la deformació de la matèria quan queda sotmesa
a esforços produïts per forces externes. Tots els aliments poden ser considerats cossos
deformables, per tant l’estudi de la reologia dels aliments, en aquest treball
concretament de la mel, és important per al desenvolupament, elaboració i
processament de productes alimentaris (Raventós Santamaria, 2005).
El disseny de la maquinària utilitzada per processos de producció i emmagatzematge,
requereixen de les equacions, paràmetres i constants reològiques del fluid a processar.
Per tant es considera de gran importància la caracterització reològica de fluids com la
mel. En conseqüencia, aquesta caracterització reològica pot ajudar a determinar un
règim tecnològic òptim per mantenir la qualitat del producte.
1.2.1 Viscositat
La viscositat d’un fluid representa la resistència que presenta aquest a fluir, amb unitats
del SI de Pascals per segon (Pa s). És un propietat que tenen tots els fluids, líquids i
gasos.
Per explicar la viscositat s’ha de tenir en compte l’acció d’una força sobre una regió i la
resistència que presenta el fluid al desplaçament. Considerant una força F i l’àrea on
s’aplica aquesta força A, l’esforç de cisalla es defineix per el coeficient F/A amb unitats
N 𝑚−2 (Muller, 1977).
Els assajos de viscositat tenen com a finalitat determinar la deformació del fluid a
diferents temperatures aplicant un determinat esforç de cisalla.
Els fluids responen a la següent equació, en què s’estableix una relació entre viscositat
i el gradient de velocitats. Rep el nom de coeficient de viscositat. Isaac Newton va
establir la llei elemental de la viscometria, que descriu el comportament d’un fluid ideal
segons l’equació 1-1:
𝜏 = µ · 𝐷
Equació 1-1. Equació del esforç de cisalla en fluids newtonians.
17
On:
𝜏: Esforç de cisalla (Pa)
µ: Viscositat (Pa s)
D: Gradient de velocitat (s-1)
1.2.1.1. Esforç de cisalla
L’esforç de cisalla (𝜏) és la força per unitat d’àrea amb la qual es cisalla un fluid. La
velocitat de cisalla és la velocitat a la qual les capes fluides o làmines es mouen, unes
relativament a les altres. La velocitat de tall es determina tant per la geometria com per
la velocitat del flux. La figura 1-1 mostra un exemple de cisalla simple, en què una placa
es mou paral·lela a una altra ( Labcompare).
Figura 1-1. Simplificació de l'esforç de cisalla entre dues plaques paral·leles (Labcompare)
La velocitat de cisalla és important perquè pot afectar significativament la viscositat i,
per tant, la processabilitat i aplicabilitat de diversos materials.
18
1.2.1.2. Efecte de la temperatura sobre la viscositat
La temperatura influeix considerablement en la viscositat d’un fluid. En general, la
viscositat dels líquids disminueix en augmentar la temperatura.
La viscositat de l’aigua és baixa a temperatura ambient i, en conseqüència, la variació
d’aquesta amb la temperatura és menys important que en el cas de la mel, amb valors
que poden ser molt superiors (Cisneros, 1977).
En principi, en augmentar la temperatura augmenta el volum d’un líquid, d’on es dedueix
que el nombre de molècules per unitat de volum disminueix i per tant hi ha un descens
de la cohesió molecular (Verdier et al., 2009).
L’equació d’Arrhenius és una expressió matemàtica que s’utilitza per comprovar la
dependència d’una reacció amb la temperatura a la que es duu a terme (García, 2009).
En el cas de la viscositat, permet descriure l’efecte de la temperatura i es pot expressar
com:
µ = 𝐴 · 𝑒𝐸𝑎𝑅𝑇
Equació 1-2. Equació d’Arrhenius (García, 2009).
On:
µ: Viscositat (Pa s).
T: Temperatura (K˚).
A: Factor pre-exponencial d’Arrhenius. Considerat com una viscositat o consistència a
temperatura infinita.
Ea: Energia d’activació de flux de cisalla, determina el grau d’influència de la temperatura
en la viscositat i està relacionat amb la força de cohesió entre les molècules (J mol-1).
R: Constant dels gasos 8,314 (J mol-1 K-1).
19
1.2.2 Tipus de fluids
La caracterització reològica dels fluids es duu a terme a partir d’assajos d’esforç
deformació. És a dir l’aplicació de velocitats entre les capes del fluid per mesurar la
tensió de tall o esforç per cisalla necessaris, donant lloc al reograma del fluid. A partir
d’aquest reograma es poden conèixer les equacions representatives per a cada
substància (Raventós Santamaria, 2005).
Els fluids es classifiquen en 2 grans grups i en diversos subgrups que es descriuen a la
figura 1-2:
Figura 1-2. Esquema dels diferents tipus de fluids.
1.2.2.1 Fluids newtonians
En un diagrama esforç - deformació, els fluids newtonians es representen, a temperatura
i pressió constant, com una recta que passa pel punt origen (0,0). En el cas
d’experiments de cisalla, aquesta recta correspon a valors de 𝜏 i D proporcionals, donant
lloc a una viscositat (µ) independent del gradient de velocitat (D). La pendent d’aquesta
recta és la constant de proporcionalitat, és a dir la viscositat dinàmica del fluid. Per tant
la relació entre esforç de tall i deformació és lineal (Méndez-Sánchez et al., 2010).
20
La figura 1-3 indica la representació gràfica d’un fluid newtonià ideal:
Figura 1-3. Gràfics esquemàtics dels fluids newtonians ideals (Raventós Santamaria, 2005).
1.2.2.2 Fluids no newtonians
Tots els fluids que no compleixin l’afirmació anterior es consideraran no newtonians, per
tant la seva viscositat varia amb el gradient de la velocitat i/o amb el temps d’aplicació
de l’esforç de cisalla a una temperatura constant. En la següent taula es troben resumits
els diferents tipus de fluids no newtonians i les característiques que els defineixen:
Taula 1-1. Característiques dels fluids no newtonians (Raventós Santamaria, 2005).
Grup Denominació Característiques
Fluids independents
del temps
Pseudoplàstics La viscositat aparent disminueix en augmentar
l'esforç tallant.
Plàstics Presenta un límit, τ = τ0, per sota del qual no hi ha
flux.
Dilatants La viscositat aparent augmenta amb l'esforç tallant.
Fluids dependents del
temps
Tixotròpics La viscositat aparent disminueix amb el temps
d'aplicació del esforç.
Reopèctics La viscositat aparent augmenta amb el temps
d'aplicació de l'esforç.
Fluids viscoelàstics Viscoelàstics Presenten característiques elàstiques i viscoses
simultàniament
En els aliments podem trobar fluids no newtonians. Ja que les llargues cadenes
moleculars o partícules sòlides que contenen, interaccionen amb la velocitat de cisalla,
la qual canvia l’estructura del fluid (Rielly, 1997).
21
Els fluids no newtonians poden estar constituïts per més d’una fase, convertint-los així
en fluids complexos amb fases contínues i discontínues.
1.2.3 Tixotropia i pseudoplasticitat
La tixotropia és la propietat que tenen alguns productes modificant la seva viscositat
tornant-se més fluids a l’aplicar una força de cisalla constant, per exemple, en la fase
d’agitació. Quan més temps es sotmet el fluid a aquest esforç de cisalla més disminueix
la viscositat.
Els fluids tixotròpics tenen una alta viscositat quan es troben en condicions normals
(viscositat d’equilibri) i es tornen més líquids, més fluids, quan se’ls aplica una
determinada força de cisalla. Aquest fluids triguen un temps determinat en arribar a
l’equilibri de viscositat (Cote et al., 2010).
Per altra banda els fluids pseudoplàstics són no newtonians però independents del
temps. Aquest comportament indica una ruptura o reorganització de l’estructura durant
el flux, i s’obté una disminució de la resistència a fluir. El reograma d’aquests fluids indica
que la velocitat de deformació augmenta en proporcions més altes que la tensió
tangencial, de manera que la viscositat aparent descendeix a mesura que augmenta la
velocitat de deformació.
Els pseudoplàstics es caracteritzen per tenir, a baixes tensions, velocitats de deformació
molt petites. Aquests fluids presenten una forta disminució de la viscositat en augmentar
el gradient de velocitat (Raventós Santamaria, 2005).
1.3. Interès de l’estudi
L’estudi de la reologia dels aliments és interessant per el futur disseny de maquinària
implicada en els processos de producció i emmagatzematge dels mateixos.
Aquest estudi pretén ampliar el coneixement que es té sobre l’aspecte reològic de la
viscositat de la mel i com afecta la temperatura a aquesta.
22
2. Objectius
2.1. Objectiu general
L’objectiu general d’aquest treball de final de grau és fer una caracterització reològica
de diferents tipus de mel produïdes a Catalunya.
2.2. Objectius específics
Per poder assolir l’objectiu general s’han definit els següents objectius específics:
- Determinar les condicions de mesura, tipus de sonda i rang de velocitats,
òptimes per a l’estudi de la viscositat de la mel entre 10 ºC i 45 ºC
- Investigar la influència de la temperatura sobre el comportament de la viscositat
de dos tipus de mel.
- Estudiar les diferències reològiques entre la mel de flors i la mel de bosc.
23
3. Materials i mètodes
3.1. Origen de les mostres a estudiar
Les mostres utilitzades per a aquest estudi van ser subministrades per la companyia mel
Alemany, amb localització a Ós de Balaguer (Lleida). Les mostres ofertes per l’empresa
eren mel de flors i mel de bosc.
La primera mel a estudiar és la mel de flors. Obtinguda a partir d’una mescla de mels de
diferents parts de la península: Catalunya, Aragó i València.
El segon tipus de mel estudiat és la mel denominada de bosc. Com s’ha explicat
anteriorment aquesta mel no es fabrica a partir de pol·len sinó de secrecions extraflorals.
També obtinguda de diferents regions de la Península Ibèrica.
3.2. Característiques de les mels
A les taules 3-1 i 3-2 es representen les característiques dels dos tipus de mels:
Mel de flors:
Taula 3-1. Característiques de la mel de flors. Directiva 110/2001 CE, RD 1049/2003 España (BOE, 2003).
Paràmetre Límit / unitats
Color (mm Pfund) Màxim 48
Humitat (%) Màxim 18
Fructosa + Glucosa (%) Mínim 60
Sacarosa (%) Màxim 5
Conductivitat (mS/cm) Màxim 0,5
Acidesa (meq/kg) Màxim 50
HMF (mg/kg=ppm) Màxim 40
Diastasa (Unitats Schade ) Mínim 8
Figura 3-1. Tonalitats de la mel (Dins del requadre les tonalitats que pot tenir la mel de flors).(Orantes, 2008)
24
Com a característiques sensorials podem destacar el color clar representat en la figura
3-1, un aroma poc intens amb un gust dolç i alta viscositat sensorial.
Mel de Bosc:
Taula 3-2. Característiques de la mel de bosc. Directiva 110/2001 CE, RD 1049/2003 España (BOE, 2003).
Paràmetre Límit / Unitat
Color (mm Pfund) Mínim 90
Humitat (%) Màxim 19
Fructosa + Glucosa (%) Mínim 60
Sacarosa (%) Màxim 5
Conductivitat (mS/cm) 0,7 a 0,9
Acidesa (meq/kg) Màxim 50
HMF (mg/kg=ppm) Màxim 40
Diastasa (Unitats Schade ) Mínim 8
Figura 3-2. Tonalitats de la mel (Dins del requadre les tonalitats que pot tenir la mel de bosc).(Orantes, 2008)
Aquest tipus de mel es caracteritza per un color ambarí fosc com es pot veure a la figura
3-2, aroma floral molt intens i gust dolç amb notes salades. La seva consistència és més
aviat sòlida amb formació de cristalls a temperatura ambient, és a dir a 25 ºC.
3.3. Graus Brix
Els graus Brix (ºBx) són una unitat de mesura que s’utilitza per determinar el contingut
de sòlids solubles en una solució (Vega et al., 2013). Per a aquest estudi s’ha utilitzat
un refractòmetre de tipus Pocket Refractometer pal-1 de la marca Atago, per determinar
la quantitat de matèria seca (en aquest cas sucres) dissolta en aigua que contenen les
mostres.
Els graus Brix es poden traduir com grams de sòlid dissolt per 100g de solució total.
25
Gràcies a aquesta mesura es van obtenir les graduacions de 82,6 ºBx per a la mel de
flors i 80,5 ºBx per a la mel de bosc. Per tant podem dir que en 100 g de mel de flors
trobem 82,6 g de sucres i en 100 g de mel de bosc obtenim 80,5 g de sucres.
3.4. Viscositat
3.4.1 Reòmetre i sondes
Per a la realització dels experiments s’ha utilitzat el viscosímetre HAAKE Viscotester
K10. Per poder controlar la temperatura s’ha utilitzat un bany Thermo Scientific HAAKE
426-1642 DC10-K10 3-liter Refrigerated Digital Circulating Water Bath, 115VAC 60Hz.
Figura 3-3. (a) Viscosímetre HAAKE (b) Bany tèrmic Thermo Scientific Haake.
El viscosímetre té vàries sondes disponibles per poder realitzar les mesures. La sonda
utilitzada està determinada pel rang de viscositat a estudiar. En el nostre cas es va
utilitzar la sonda MV2P (Figura 3-4). Aquest tipus de sonda està formada per dos
cilindres coaxials. Com que la mel té una alta viscositat, i a priori la considerarem un
fluid newtonià, es recomana l’ús de viscosímetres coaxials amb moviment axial. També,
es recomana l’ús de viscosímetres rotacionals (Viscotester 550, n.d.).
a) b)
26
Figura 3-4. (a) Sonda MV2P. (b) Esquema de la sonda MV2P.
En la següent taula s’exposen les principals característiques de la sonda utilitzada i el
rang de viscositat al que treballa la gama general d’aquesta sonda específica (Analyze
Detect Measure Control TM Accessories for HAAKE Viscotester® 550).
Taula 3-3. Característiques tècniques de la sonda MV2P.
Components de la sonda MV2 P
Cilindre interior
Radi Ri (mm)
Llargada L (mm)
18,4
60,0
Cilindre exterior
Radi Ra (mm)
21,0
Radi Ratio (Ra/Ri)
Amplada de la espai entre cilindres (mm)
Volum de la mostra (cm3)
Temperatura (ºC)
1,14
2,6
46,0
-30/100
f (Pa N-1 cm-1)
M (min s-1)
76,8
0,880
a) b)
27
A la gràfica 3-5 adjunta es pot observar els diferents rangs als que treballen les diferents
sondes del tipus MV (Analyze Detect Measure Control TM Accessories for HAAKE
Viscotester® 550, n.d.).
Figura 3-5. Gràfica del rang al que treballen les sondes MV. (MV2 Marcada en vermell).
3.4.2 Software
El programari utilitzat és l’anomenat RheoWin 4.41.19, que permet controlar la velocitat
de rotació i la temperatura a la que es realitza l’assaig. També permet
l’emmagatzematge de dades i exporta els resultats en format Excel.
3.5. Preparació de les mostres
Com s’ha comentat anteriorment la mel pot cristal·litzar. Els cristalls poden alterar la
viscositat i els resultats de les mostres a igual temperatura. Per això cal aplicar un
tractament abans de realitzar les proves.
En els dos casos, amb mel de flors i mel de bosc, s’han utilitzat 5 ml de mel per cada
assaig. Per obtenir-los s’ha utilitzat una balança i per a les dues categories de mel aquest
volum correspon a 82,86 g.
28
Seguidament la mostra s’ha escalfat fins als 55 ºC per eliminar els cristalls. Per poder
controlar la temperatura s’ha utilitzat un termòmetre digital Testo 925 amb una sonda de
tipus K.
Figura 3-6. Termoparell Testo 925 i sonda K
Tot seguit la mostra s’ha col·locat dins la sonda i aquesta s’ha acoplat al viscosímetre.
Gràcies a la camisa tèrmica que recobreix el viscosímetre, l’interior de la sonda i la
mostra poden assolir la temperatura òptima per l’experiment, monitoritzada amb el
termòmetre.
3.6. Disseny experimental
Per a poder determinar, caracteritzar i comparar les dues varietats de mel s’ha dissenyat
el següent mètode experimental.
Primer de tot les mostres han sigut sotmeses a canvis de temperatura, en un rang de
10 ºC a 45 ºC i amb intervals de 5 en 5, per així tenir una idea general de com evoluciona
la viscositat a diferents temperatures.
A cada temperatura s’han aplicat diferents velocitats de rotació. El rang possible de
velocitats de rotació depèn totalment de la viscositat del fluid. Si el fluid és molt viscós
el viscosímetre només pot aplicar velocitats petites, ja que no pot aplicar prou parell per
fer girar més ràpidament. Si el fluid és poc viscós les velocitats aplicades seran majors.
Les proves a cada velocitat tenen una durada de 60 segons durant els quals es registra
el parell aplicat.
29
Finalment les dades de cada prova han sigut analitzades i comparades per poder obtenir
els resultats. A la següent figura 3-7 es presenta el diagrama de flux del procés de
preparació i mesura de la viscositat.
Figura 3-7. Esquema del mètode experimental.
30
3.6.1 Mesures realitzades
Per a la recollida de dades de viscositat, l’esforç (𝜏), directament relacionat amb el parell
aplicat i la geometria de la sonda, la velocitat de rotació i el temps de mesura s’han
analitzat amb el programari RheoWin.
En la següent taula 3-4 i 3-5, s’exposen les temperatures i les velocitats aplicades:
Taula 3-4. Mostres obtingudes experimentalment amb la mel de flors
ºC -
s-1
10
15
20
25
30
35
40
45
0.1 X
0.5 X X X
1 X X X X
1.5 X
2 X X X X
2.5 X
3 X X X
4 X X X
5 X X X X X X
10 X X X X X X
15 X X X X X X
20 X X X X X
25 X X X X X
30 X X X X X
35 X X X X
40 X X X X
45 X X X
50 X X X
55 X X X
60 X X X
65 X X X
70 X X
75 X X
80 X X
85 X X
90 X X
95 X X
100 X X
105 X X
110 X X
115 X X
120 X X
125 X
130 X
135 X
140 X
145 X
150 X
155 X
31
Taula 3-5. Mostres obtingudes experimentalment amb la mel de bosc.
ºC -
s-1
10
15
20
25
30
35
40
45
0.5 X
1 X X X X X X X
1.5 X X
2 X X
2.5 X
3 X
4 X
5 X X X X X
10 X X X X
15 X X X X
20 X X X
25 X X X
30 X X X
35 X X X
40 X X X
45 X X X
50 X X X
55 X X X
60 X X X
65 X X X
70 X X X
75 X X
80 X X
85 X X
90 X X
95 X X
100 X X
105 X X
110 X X
115 X X
120 X
125 X
130 X
135 X
140 X
145 X
150 X
155 X
160 X
Les mostres han estat agafades d’aquesta manera ja que a temperatures molt baixes la
rotació no podia superar els 5 s-1, per tant es va decidir que de les temperatures més
baixes es prendrien mostres en intervals de 0.5 s-1 i a temperatures més altes en
intervals de 5 s-1 . Així es va poder aconseguir obtenir mesures en totes les temperatures
estudiades.
32
4. Resultats
En aquest apartat s’exposen els resultats obtinguts mitjançant el mètode experimental
explicat anteriorment.
Es poden fer diferents tipus de gràfics a partir dels valors obtinguts. En aquests cas les
representacions fetes són:
Viscositat (µ,en Pascals segon), en front el gradient de velocitat en (s-1).
Viscositat (µ,en Pascals segon), en front de la temperatura (T en ºC).
Viscositat (µ,en Pascals segon), en front de la temperatura (T en ºC) i el gradient
de velocitat (s-1).
Logaritme base 10 de la viscositat (log μ, en front del gradient de velocitat (s-1).
Logaritme base 10 de la mitjana de la viscositat (log µ), en front la inversa de la
temperatura (T-1).
Diagrama d’Arrhenius.
4.1. Influència de la velocitat de rotació en la mesura de la
viscositat
4.1.1 Gràfiques generals de la mel de flors
En les figures 4-1 i 4-2 es representen les mitjanes de viscositat de la mel de flors a
diferents temperatures i rotacions. Per a cada temperatura els rangs de velocitat de
rotació en els que el viscosímetre pot treballar canvien com es veu clarament en les
figures. Es pot observar que en augmentar la temperatura disminueix la viscositat i el
rang de treball augmenta, ja que la mel és menys viscosa i el parell necessari per fer
rotar la sonda és menor.
Figura 4-1. Gràfica de la viscositat, de la mel de flors, a diferents temperatures i rotacions.
33
4.1.2. Gràfiques generals de la mel de bosc
De forma similar a l’apartat anterior per la mel de flors, les figures 4-3 i 4-4 mostren els
rangs als que pot treballar el viscosímetre amb una temperatura determinada per la mel
de bosc. Igual que en el cas anterior, a l’augmentar la temperatura la viscositat
disminueix i per tant el rang de treball augmenta.
Figura 4-2. Gràfica de la viscositat, de la mel de flors, a diferents temperatures i rotacions.
Figura 4-3. Gràfica de la viscositat, de la mel de bosc a diferents temperatures i rotacions.
34
4.1.3. Gràfiques de la mel de flors a determinades temperatures
Com es pot veure en les gràfiques anteriors, les mesures a diverses rotacions mostren
una certa dispersió dels punts mesurats a rotacions diferents a cada temperatura.
Tanmateix aquesta dispersió no té una tendència definida i es pot considerar que els
valors no canvien en funció de la velocitat de rotació, sobre tot a altes temperatures. Les
figures de 4-5 a 4-12 mostren aquest comportament en més detall, en aquestes figures
es representen les mesures de viscositat a diferents gradients de velocitat mantenint
una temperatura constant de la mel de flors. S’ha marcat una recta verda corresponent
a la mitjana dels punts obtinguts a cada velocitat. L’extensió de la recta indica el rang de
Figura 4-4. Gràfica de l'evolució de la viscositat, de la mel de bosc a diferents temperatures i rotacions.
35
velocitats que s’ha considerart adequat per a la mesura de la viscositat a cada
temperatura.
36
4.1.4. Gràfiques de la mel de bosc a determinades temperatures
De la figura 4-13 a la figura 4-20 es representen les mesures de viscositat a diferents
gradients de velocitat, mantenint una temperatura constant, per al cas de la mel de bosc.
Marcat en una recta gris fosc es troba la mitjana dels valors mesurats a diferents
velocitats.
37
Les dispersions al voltant de la mitjana es troben en general en els extrems, i no mostren
una tendència consistent entre les diferents temperatures. Per a cada temperatura, el
rang de velocitats adequat s’ha definit considerant les velocitats en què la mesura és
estable. Per tant, el comportament de la mel és el d’un fluid newtonià, tot i que a baixes
velocitats i temperatures les mesures suggereixen un comportament no newtonià.
Caldria realitzar un estudi més detallat per determinar els efectes del temps i la velocitat
de rotació per poder caracteritzar adequadament aquest comportament.
38
4.2. Caracterització del comportament de la viscositat en
funció de la temperatura de la mel
4.2.1. Mel de flors
En les figures 4-21 a 4-23 hi ha representat el comportament de les mitjanes de viscositat
de la mel de flors per a cada temperatura.
La figura 4-21 mostra l’evolució de la viscositat a diferents temperatures. Els punts
representen viscositats mitjanes a una determinada temperatura. Es pot observar com
la viscositat disminueix en funció de l’augment de la temperatura. A la figura 4-22, es
mostra la viscositat en escala logarítmica de totes les mesures a diferents velocitats de
rotació.
Figura 4-21. Gràfica de la viscositat de la mel de flors en funció la temperatura.
39
L’equació 4-1 és l’equació d’Arrhenius obtinguda per a la mel de flors. En l’Annex D es
mostren els càlculs de l’energia d’activació i el valor de la constant A. Aquesta equació
està representada a la gràfica 4-23. En el cas de la viscositat és el pendent de la recta
és proporcional a l’energia d’activació per al fluid viscós.
Figura 4-22. Gràfica del logaritme base 10 de la viscositat de la mel de flors en funció la temperatura i el gradient de velocitat.
Figura 4-23. Gràfica del logaritme base 10 de la viscositat mitjana de la mel de flors en funció la inversa de la temperatura
40
La figura 4-23 demostra que l’equació d’Arrhenius descriu adequadament la viscositat
de la mel de flors.
𝜇(𝑇) = 10−14 ∗ 𝑒89000
8,314∗𝑇
On:
µ: Viscositat (Pa s).
T: Temperatura (Kº).
A: Factor preexponencial d’Arrhenius. Considerat com una viscositat o consistència a
temperatura infinita. (Pa s).
Ea: Energia d’activació (J mol-1).
R: Constant dels gasos 8,314 (J mol-1 K-1).
4.2.2. Mel de bosc
A les gràfiques 4-24 i 4-25, similars a les 4-21 i 4-22, s’observa la variació exponencial
de la viscositat en funció de la temperatura i el seu comportament newtonià, és a dir un
valor constant en funció de la velocitat de rotació, per a temperatures altes.
Figura 4-24. Gràfica de la viscositat de la mel de bosc en funció la temperatura.
Equació 4-1: Equació d’Arrhenius per la mel de flors
41
A la figura 4-26, es pot veure que, al igual que amb la mel de flors, la mel de bosc segueix
la línia de tendència de l’equació d’Arrhenius.
Figura 4-25. Gràfica del logaritme base 10 de la viscositat de la mel de bosc en funció la temperatura i el gradient de velocitat.
Figura 4-26. Gràfica del logaritme base 10 de la mitjana de la viscositat de la mel de bosc en funció la inversa de la temperatura comparant amb l’equació d’Arrhenius.
42
𝜇(𝑇) = 10−15 ∗ 𝑒96000
8,314∗𝑇
On:
µ: Viscositat (Pa s)
T: Temperatura (Kº)
A: Factor preexponencial d’Arrhenius. Considerat com una viscositat o consistència a
temperatura infinita (Pa s).
Ea: Energia d’activació (J mol-1).
R: Constant dels gasos 8,314 (J mol-1 K-1)
4.3. Comparació de les corbes obtingudes entre mel de flors
i mel de bosc
4.3.1. Gràfiques comparatives
Les figures 4-27 i 4-28 representen la comparació de la viscositat entre les dues mels.
En negre està representada la mel de flors i en vermell la mel de bosc. Com es pot
observar, les dues mels es comporten de manera similar. Tanmateix, es pot observar
que la mel de bosc té una viscositat superior en la zona de temperatures entre 15 i 25
ºC. Un rang de temperatures important tant pel processat com per la percepció de la
textura per part dels consumidors.
En la gràfica 4-28, s’oberva una lleugera pendent superior per a la mel de bosc, indicant
una major energia d’activació del flux viscós. Aquest paràmetre permet utilitzar l’equació
d’Arrhenius per a modelitzar el comportament de la viscositat de la mel en aquest rang
de temperatures.
Equació 4-2: Equació d’Arrhenius per la mel de bosc
43
Figura 4-27. Gràfica comparativa de l'evolució de la viscositat, de la mel de flors i la mel de bosc a diferents temperatures.
Figura 4-28. Gràfica comparativa de l'evolució del logaritme base 10 de la viscositat de la mel de flors i la mel de bosc sobre la inversa de la temperatura.
44
5. Discussió dels resultats
L’estudi reològic de la mel ens serveix per poder determinar el comportament d’aquesta
en diferents condicions. En aquest apartat es discutiran els resultats obtinguts i es
compararan amb estudis anteriors a aquest treball.
5.1. Efecte de la temperatura sobre la viscositat
Les figures 4-1, 4-2, 4-3 i 4-4 representen les viscositats a una determinada temperatura
sobre diferents gradients de velocitat. Per tant és una representació del rang apte per el
viscosímetre utilitzat. Amb aquestes gràfiques es pot veure que hi ha un canvi segons
la temperatura a la que treballa el fluid. El rang de treball augmenta amb la temperatura
ja que la viscositat disminueix.
Observant les figures 4-5 a 4-12 de la mel de flors, i 4-13 a 4-20 en la mel de bosc, es
pot determinar que hi ha un canvi exponencial en la mitjana de la viscositat a mesura
que augmentem la temperatura. Aquest creixement exponencial fa que en el rang de
temperatures de 10 ˚C a 30 ˚C la viscositat canviï en un factor 100.
Aquestes dades poden ser contrastades amb estudis anteriors, per exemple en estudis
realitzats amb mels gallegues, on es va determinar el comportament de la viscositat en
funció de la temperatura (Gómez-Díaz et al., 2004) .
A nivell molecular la influència de la temperatura pot ser atribuïda al debilitament
d’enllaços d’hidrogen entre els sucres a mida que la mel es dilata i escalfa, canviant la
conformació molecular, efecte potenciat per les molècules d’aigua (James et al., 2009).
Tanmateix, el comportament tipus Arrhenius observat en aquest estudi suggereix que
l’estructura de la mel no pateix canvis importants durant el rang de temperatures
estudiat, ja que en totes les temperatures el comportament es pot modelar amb una sola
energia d’activació.
5.2. Caracterització de la mel de flors i mel de bosc
Anteriorment s’ha definit què és un fluid newtonià. En el cas de la mel hi han opinions
diverses.
En primer lloc la majoria d’estudis afirmen que la mel es comporta com un fluid newtonià,
sempre que la temperatura sigui de 20 ºC (Raventós Santamaria, 2005).
45
Com s’ha determinat en el punt 5.1. la temperatura és un factor que canvia la viscositat
de la mel. En el cas estudiat i per recomanació d’altres estudis, la temperatura mínima
utilitzada és de 10 ºC ja que, a menors temperatures, la mel cristal·litza i pot ser
problemàtic per l’estudi de la viscositat (Bhandari, D’Arcy, & Chow, 1999).
A part, la indústria apícola no treballa amb temperatures menors a 10 ºC ja que les
abelles a temperatures baixes aturen la producció de mel i pot ser perillós per la
comunitat (Gómez-Díaz et al., 2004).
Estudis actuals han posat de manifest la següent afirmació per poder explicar el
comportament de la mel a diferents temperatures.
Pel que es refereix als estudis reològics de la mel, s’ha de recalcar que aquests
productes mostren un grau lleu de tixotropia, mentre que es comporten com a fluids de
tipus no newtonià pseudoplàstics quan son sotmeses a gradients de velocitat o
temperatures baixos (Gómez-Díaz et al., 2004).
En la cita es parla de tixotropia, la tixotropia és el canvi que poden presentar alguns
fluids no newtonians pseudoplàstics en la seva viscositat al llarg del temps. Com més
se sotmet el fluid a esforços de cisalla, més disminueix la seva viscositat. Per tant un
fluid tixòtrop és un fluid que tarda un temps finit en arribar a una viscositat d’equilibri
quan hi ha un canvi instantani en el ritme d’esforç de cisalla. En el cas de la mel presenta
una tixotropia molt lleu (Gómez-Díaz et al., 2004).
Mels amb alt contingut en col·loides com la mel de bruc, presenten un comportament no
newtonià notable. L’autor suggereix que l’estructura semblant a un gel de mel de bruc
conté una quantitat relativament gran (1,86 %) de compostos proteics. L’alta
concentració d’aquests compostos en mel també determinen la velocitat i la formació de
cristalls. Altres autors també afirmen el comportament no newtonià en la mel de colza
de ràpida cristal·lització (Janghu et al., 2018).
En estudis realitzats amb altres aliments amb alts continguts de sucres, com poden ser
el quetxup o la maionesa, s’han trobat comportaments similars (Raventós Santamaria,
2005).
En el nostre cas es pot observar en les figures 4-23 i 4-26 que les dues mels estudiades
segueixen la tendència de les respectives equacions d’Arrhenius. Que permet fer un
model de com es comporta la mel a diferents temperatures. A més, com s’ha comentat
anteriorment, l’equació d’Arrhenius suposa una única energia d’activació i per tant,
podem dir que el mecanisme de flux viscós i l’estructura de la mels estudiades no
presenta variacions a escala molecular dins el rang de temperatura estudiat.
46
Tanmateix, s’observen variacions de la viscositat per a diversos rangs de velocitat de
rotació en els assajos. Per tant no es pot descartar que tant la mel de flors com la mel
de bosc presentin un comportament lleugerament no newtonià a temperatures i esforç
de cisalla baixos. Tanmateix, a l’augmentar la temperatura i la velocitat adopten un
comportament de fluid newtonià.
En aquest estudi no es tenen les dades suficients per poder determinar amb exactitud
el comportament de la mel a baixos gradients de velocitat. Caldria fer un disseny
experimental adequat per comprovar l’efecte del temps de mesura, controlant el procés
d’estabilització per a cada temperatura i velocitat de rotació. Això permetria descriure
adequadament el grau de pseudoplasiticitat i tixotropia que puguin tenir les mels
estudiades.
5.3. Comparació reològica entre la mel de flors i mel de bosc
En aquest apartat es discutirà si entre les dues mostres de mels estudiades hi ha una
diferència reològica significativa o no.
A la figura 4-28 es mostra que a nivell viscós no hi ha una gran diferència. Es pot afirmar
que la mel de bosc és una mica més viscosa que la mel de flors, però a nivell de fluid
les dues es comporten de manera tan similar que es pot afirmar que des del punt de
vista reològic són fluids pràcticament iguals.
En la figura 4-29, on es comparen les dues mels en logaritme base 10 i la inversa de la
temperatura, s’observa la poca diferència entre les dues mels. Corroborant la seva
similitud. Tot i que l’energia d’activació de la mel de bosc és lleugerament superior
Per poder veure si realment hi ha variació de viscositat entre tipus de mel, es recomana
fer un altre estudi amb aquestes dades i incorporant més mostres. Per a la posterior
presa d’una decisió podria valorar-se la viabilitat d’un estudi estadístic ANOVA.
47
6. Conclusions
En aquest estudi mesurat la viscositat de la mel de flors i la mel de bosc de la marca
Alemany.
S’ha observat com la temperatura és un component imprescindible per l’estudi de la
viscositat de la mel de flors i de bosc.
A temperatures baixes i/o baixes revolucions, no es pot descartar que aquest fluid tingui
comportament pseudoplàstic i presenti tixotropia. A temperatures ambientals a partir
dels 20 ºC, la mel es comporta com un fluid newtonià.
Entre les dues mostres de mel, no s’han observat diferencies significatives a nivell
reològic, per tant la mel de flors i la mel de bosc es poden considerar iguals a nivell de
fluid i viscositat.
7. Bibliografia
48
Alvarez-Suarez, J. M., Gasparrini, M., Forbes-Hernández, T. Y., Mazzoni, L., &
Giampieri, F. (2014). The composition and biological activity of honey: A focus on
manuka honey. Foods, 3(3), 420–432. https://doi.org/10.3390/foods3030420
Analyze Detect Measure Control TM Accessories for HAAKE Viscotester® 550. (n.d.).
Retrieved June 22, 2021, from www.imlab.com
Andrade, R. D., Torres, R., & Pérez, A. M. (2016). Efecto de la Adición de Jarabes de
Sacarosa y Fructosa en el Comportamiento Reológico de Miel de Abejas.
Informacion Tecnologica, 27(1), 3–8. https://doi.org/10.4067/S0718-
07642016000100002
Bhandari, B., D’Arcy, B., & Chow, S. (1999). Rheology of selected Australian honeys.
Journal of Food Engineering, 41(1), 65–68. https://doi.org/10.1016/S0260-
8774(99)00078-3
Bhandari, B., D’Arcy, B., & Kelly, C. (1999). Rheology and crystallization kinetics of
honey: Present status. International Journal of Food Properties, 2(3), 217–226.
https://doi.org/10.1080/10942919909524606
Cisneros, L. M. J. de. (1977). Manual de bombs.
Cote, F. A. M., Molina, D. A. R., & Vargas, J. H. L. (2010). Estudio Preliminar sobre la
Influencia de la Carragenina Kappa, Kappa I.II y Goma Tara en la Viscosidad y
Tixotropía de las Salmueras de Inyección para Jamones Cocidos Picados de
Cerdo. Revista Facultad Nacional de Agronomía Medellín, 63(2), 5707–5715.
https://revistas.unal.edu.co/index.php/refame/article/view/25058
García, Á. (2009). Efecto De La Temperatura En El Volumen De Un Gas.
Gómez-Díaz, D., Navaza, J. M., & Quintáns-Riveiro, L. C. (2004). Estudio
Viscosimétrico Preliminar De Mieles De Bosque Denominación Específica «Miel
De Galicia» Viscosimetric Study of Multifloral Honeys With Specific Guarantee
«Miel De Galicia» Estudo Viscosímetrico De Meles De Bosque Denominación
Específica «Mel De Ga. Ciencia y Tecnologia Alimentaria, 4(4), 234–239.
https://doi.org/10.1080/11358120409487764
James, O. O., Mesubi, M. A., Usman, L. A., Yeye, S. O., Ajanaku, K. O., Ogunniran, K.
O., Ajani, O. O., & Siyanbola, T. O. (2009). Physical characterisation of some
honey samples from North-central Nigeria. International Journal of Physical
Sciences, 4(9), 464–470.
49
Kabbani, D., Sepulcre, F., & Wedekind, J. (2011). Ultrasound-assisted liquefaction of
rosemary honey: Influence on rheology and crystal content. Journal of Food
Engineering, 107(2), 173–178. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2011.06.027
Mendes, E., Brojo Proença, E., Ferreira, I. M. P. L. V. O., & Ferreira, M. A. (n.d.).
Quality evaluation of Portuguese honey.
Méndez-Sánchez, A. F., Pérez-Trejo, L., & Mercado, A. M. P. (2010). Determinación
de la viscosidad de fluidos newtonianos y no newtonianos (una revisión del
viscosímetro de Couette) I. INTRODUCCIÓN. Am. J. Phys. Educ, 4(1).
http://www.journal.lapen.org.mx
Muller, H. G. (1977). Introducción a la reologia de los alimentos (Blume (Ed.); 1a
Edición). Blume.
Orantes, J. (2008). Mieles de España y Portugal. Vida Apícola, 150.
Paco, G., & Montano, J. L. (2018). Características Físico Y Químico De La Miel De
Abeja En El Distrito De Acoria - Huancavelica. Tesis, 80.
http://repositorio.unh.edu.pe/bitstream/handle/UNH/1378/TP - UNH. ENF.
0101.pdf?sequence=1&isAllowed=y
Raventós Santamaria, M. (2005). Tecnologia de fluids alimentaris (Edicions U).
http://hdl.handle.net/2099.3/36672
Rielly, C. D. (1997). Chemical Engineering for the Food Industry (Blackie Academic &
Professional (Ed.); 1a edició). Blackie Academic & Professional.
https://doi.org/10.1007/978-1-4615-3864-6
Vega, M., Débora, H., Luís, Q. F., & Molina, F. Z. (2013). “Procesamiento del tomate
de árbol (Cyphomandra betacea) para obtener una bebida alimentaria de bajos
grados Brix” ELABORADO POR.
Verdier, S., Coutinho, J. A. P., Silva, A. M. S., Alkilde, O. F., & Hansen, J. A. (2009). A
critical approach to viscosity index. Fuel, 88(11), 2199–2206.
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.05.016
Viscotester 550. (n.d.). Retrieved June 22, 2021, from https://www.psl-
labtec.de/en/haake-viskosimeter/ehemalige-modelle-mc/haake-viscotester-550/
What is Shear Rate and Why is it Important? | Labcompare.com. (n.d.). Retrieved June
30, 2021, from https://www.labcompare.com/10-Featured-Articles/338534-What-
is-Shear-Rate-and-Why-is-it-Important/
50
51
Annexos
Sumari
52
Annex A. Taules de les viscositats a cada temperatura de la mel de
flors_________________________________________________________54
Annex B. Taules de les viscositats a cada temperatura de la mel de
bosc_________________________________________________________55
Annex C. Mesures utilitzades de la viscositat de mel de flors i de
bosc_________________________________________________________57
Annex D. Càlcul de les equacions d’Arrhenius______________________59
53
Índex de taules
Taula A-1. Taules de les viscositats a cada temperatura de la mel de flors__________54
Taula B-1. Taula de les viscositats a cada temperatura de la mel de bosc_________55
Taula C-1. Taula amb viscositats mitjanes i temperatures utilitzades de la mel de
flors________________________________________________________________57
Taula C-2. Taula amb viscositats mitjanes i temperatures utilitzades de la mel de
bosc_______________________________________________________________58
54
Annex A. Taules de les viscositats a cada
temperatura de la mel de flors
Taula A-1. Taula de les viscositats a cada temperatura de la mel de flors
D Mitja (10C) Mitja (15C) Mitja (20C) Mitja (25C) Mitja (30C) Mitja (35C) Mitjaa (40) Mitja (45)
0,1 93,1 - - - 7,4678 - - -
0,5 91,52 30,965 - 7,682 - - - -
1 90,066 30,89 - 7,872 7,49947 - - -
1,5 90,225 - - - - - - -
2 87,543 30,187 - 7,4974 7,1361 - - -
2,5 89,137 - - - - - - -
3 - 31,668 - 7,7406 7,2302 - - -
4 - 31,785 - 7,6731 7,1236 - - -
5 - - 11,893 7,6328 6,9623 2,6988 2,4734 1,3033
10 - - 13,093 7,6622 4,3715 2,8123 2,4454 2,194
15 - - 13,842 11,039 4,7121 2,8868 2,4081 1,9206
20 - - - 7,6875 4,8316 2,941 2,3787 1,8047
25 - - - 8,8455 4,959 3,7914 2,3479 1,7446
30 - - - 7,6553 4,3171 3,6406 2,3158 1,677
35 - - - - 4,2795 3,5863 2,2949 1,5869
40 - - - - 4,2463 3,5505 2,2751 1,5185
45 - - - - - 3,5221 2,1004 1,4982
50 - - - - - 3,5043 2,0901 1,4795
55 - - - - - 3,491 2,0834 1,4658
60 - - - - - 3,4798 2,0773 1,4503
65 - - - - - 3,4663 2,0733 1,4361
70 - - - - - - 2,071 1,3201
75 - - - - - - 2,0725 1,4119
80 - - - - - - 2,0698 1,4008
85 - - - - - - 2,0685 1,3899
90 - - - - - - 2,0679 1,3818
95 - - - - - - 2,0673 1,3754
100 - - - - - - 2,0686 1,3689
105 - - - - - - 2,0682 1,3631
110 - - - - - - 2,0693 1,317
115 - - - - - - 2,0673 1,3134
120 - - - - - - 2,0658 1,311
125 - - - - - - - 0,096181
130 - - - - - - - 1,3119
135 - - - - - - - 1,3071
140 - - - - - - - 1,3033
55
Annex B. Taules de les viscositats a cada
temperatura de la mel de bosc
Taula B-1. Taula de les viscositats a cada temperatura de la mel de bosc
D Mitja 10C Mitja 15C Mitja 20C Mitja 25C Mitja 30C Mitja 35C Mitja 40C Mitja 45C
0,5 110,77 - - - - - - -
1 95,024 65,563 31,12 15,906 6,3636 3,4756 1,9664 1,5199
1,5 108,78 60,229 - - - - - -
2 102,57 56,387 30,82 - - - - -
2,5 - 55,797 - - - - - -
3 - 55,397 30,397 - - - - -
3,5 - 53,637 - - - - - -
4 - 53,673 29,849 - - - - -
4,5 - 53,595 - - - - - -
5 - - 28,65 14,612 6,4229 3,4245 1,8259 1,4362
6 - - 27,384 - - - - -
7 - - - - - - - -
8 - - - - - - - -
9 - - - - - - - -
10 - - - 14,232 6,5329 3,536 2,0018 1,429
15 - - - 13,869 6,5948 3,6579 2,0427 1,398
20 - - - - 4,9513 3,7325 2,0763 1,3876
25 - - - - 5,4245 3,738 2,0985 1,371
30 - - - - 5,6793 3,7302 2,1023 1,3502
35 - - - - 5,9224 3,7337 2,1124 1,3387
40 - - - - 6,195 3,7357 2,1176 1,3233
45 - - - - - 3,7265 2,1165 1,3272
50 - - - - - 3,728 2,1202 1,3181
55 - - - - - 3,7302 2,127 1,3172
60 - - - - - 3,733 2,1279 1,3163
65 - - - - - 3,7288 2,1279 1,315
70 - - - - - 3,7358 2,1303 1,3173
75 - - - - - - 2,1368 1,3194
80 - - - - - - 2,1367 1,318
85 - - - - - - 2,1357 1,318
90 - - - - - - 2,1375 1,3186
95 - - - - - - 2,1395 1,3209
100 - - - - - - 2,1375 1,3194
105 - - - - - - 2,1364 1,3196
110 - - - - - - 2,1382 1,3189
115 - - - - - - 2,1369 1,3175
120 - - - - - - - 1,3178
125 - - - - - - - 1,3202
56
130 - - - - - - - 1,3197
135 - - - - - - - 1,3209
140 - - - - - - - 1,3215
145 - - - - - - - 1,321
150 - - - - - - - 1,3196
155 - - - - - - - 1,3173
160 - - - - - - - 1,3166
57
Annex C. Mesures utilitzades de la viscositat de
mel de flors i de bosc
Taula C-1. Taula amb viscositats mitjanes i temperatures utilitzades de la mel de flors
D(1/s) Viscositat Mel de Flors Temperatura
0,1 93,1 10
0,5 91,52 10
1 90,066 10
1,5 90,225 10
2 87,543 10
2,5 89,137 10
3 31,668 15
4 31,785 15
5 11,893 20
10 13,093 20
15 13,842 20
20 7,6875 25
25 8,8455 25
30 7,6553 25
35 4,2795 30
40 4,2463 30
45 3,5221 35
50 3,5043 35
55 3,491 35
60 3,4798 35
65 3,4663 35
70 2,071 40
75 2,0752 40
80 2,0698 40
85 2,0685 40
90 2,0679 40
95 2,0673 40
100 2,0686 40
105 2,0682 40
110 2,0693 40
115 2,0673 40
120 2,0658 40
125 1,4059 45
130 1,3119 45
135 1,3071 45
140 1,3033 45
58
D (1/s) Viscositat Mel de Bosc Temperatura
0,5 110,77 10
1 95,024 10
1,5 108,78 10
2 102,57 10
2,5 55,797 15
3 55,397 15
3,5 53,637 15
4 53,673 15
4,5 53,595 15
5 28,65 20
6 27,384 20
10 14,232 25
15 13,869 25
20 4,9513 30
25 5,4245 30
30 5,6793 30
35 5,9224 30
40 6,195 30
45 3,7265 35
50 3,728 35
55 3,7302 35
60 3,733 35
65 3,7288 35
70 3,7358 35
75 2,1368 40
80 2,1367 40
85 2,1357 40
90 2,1375 40
95 2,1395 40
100 2,1375 40
105 2,1364 40
110 2,1382 40
115 2,1369 40
120 1,3178 45
125 1,3202 45
130 1,3197 45
135 1,3209 45
140 1,3215 45
145 1,321 45
150 1,3196 45
155 1,3173 45
160 1,3166 45
Taula C-2.Mitjana de les viscositats i temperatures utilitzades de la mel de bosc
59
Annex D. Càlcul de les equacions d’Arrhenius
L’equació d’Arrhenius segueix la següent forma:
µ = 𝐴 · 𝑒𝐸𝑎𝑅𝑇
Equació D-1. Equació d’Arrhenius (García, 2009).
On:
µ: Viscositat (Pa s)
T: Temperatura (K)
A: Factor preexponencial d’Arrhenius. Considerat com una viscositat o consistència a
temperatura infinita.
Ea: Energia d’activació de flux de cisalla, determina el grau d’influència de la temperatura
en la viscositat i està relacionat amb la força de cohesió entre les molècules.
R: Constant dels gasos 8,314 J mol-1 K-1
Per poder aconseguir els valors de Ea i A es necessita trobar primer de tot l’equació de
tendència de el logaritme neperià del gradient de velocitat D (s-1) i la inversa de la
temperatura en graus Kelvin.
Mel de flors
En el cas de la mel de flors L’equació obtinguda és la següent:
𝑦 = 4649,7𝑥 − 14,51
Equació D-2. Equació de la recta Arrhenius de la mel de flors.
Extrapolem el resultat obtingut a l’equació d’Arrhenius, ja que en la equació de tendència
el 4649,7 és igual a la viscositat de la equació.
Per tant obtenim:
𝐸𝑎 = 4650 ∗ 𝐿𝑛(10) ∗ 8,314
Substituint R per la constant de gasos 8,314 J/mol*K, s’obté l’energia d’activació on Ea=
89000 J mol-1.
La constant A es troba aplicant la regió b de l’equació de la línia de tendència -14,5 i
utilitzar-lo com exponent de 10 donant la equació A= 10-14,5.
Per tant la equació final d’Arrhenius per la mel de flors és la següent:
𝜇(𝑇) = 10−14,5 ∗ 𝑒89000𝑅∗𝑇
Equació D-3. Equació d’Arrhenius de la mel de flors.
60
Mel de bosc
Per a la mel de bosc es segueix el mateix procediment que per a la mel de flors. En
aquest cas l’equació de tendència és:
𝑦 = 5017𝑥 − 15,6
Equació D-4. Equació de la recta Arrhenius de la mel de bosc.
I l’equació d’Arrhenius per a la mel de bosc queda com:
𝜇 (𝑇) = 10−15 ∗ 𝑒96000
8,314∗𝑇
Equació D-5. Equació d’Arrhenius de la mel de bosc.
61