Acta Univ. Agric. Silvic. Mendelianae Brun. 2010, 58(1), 167-174 | DOI: 10.11118/actaun201058010167

Reologický profil surové syrovátky

Libor Severa1, Jaroslav Buchar1, Šárka Nedomová2, Květoslava Šustová2
1 Ústav techniky a automobilové dopravy, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Česká republika
2 Ústav technologie potravin, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Česká republika

Práce shrnuje výsledky měření reologických vlastností surové syrovátky, konkrétně její teplotní závislosti, časové závislosti a závislosti na rychlosti deformace. Vzorky syrovátky byly hodnoceny při teplotách od 17 do 90 °C a při rychlostech deformace v rozsahu 0,34 až 68 s-1. Měření byla realizována na digitálním rotačním viskozimetru (s měřicí geometrií válec-válec). U materiálu byla zjištěna nelineární teplotní závislost, časová závislost a shear-thinning charakter. Teplotní závislost lze vysvětlit jako následek chemických procesů probíhajících v koncentrátu surové syrovátky. Závislost byla matematicky modelována za použití polynomového modelu, a to s uspokojivou shodou experimentu s modelem (r2 = 0,993). Kvantifikace teplotní závislosti je technologicky významná. Vzhledem k tomu, že surová syrovátka a proteinové koncentráty jsou během technologického zpracování vystavovány především teplotám v rozsahu 0 až 60 °C, je velmi důležité stanovit jejich tokové vlastnosti právě v tomto teplotním rozsahu. Časová závislost byla hodnocena při rychlosti deformace 34 s-1. Materiál byl shledán časově závislým. Kinematická viskozita klesala relativně pomalu během prvních 10 až 20 minut měření a následně dosáhla vyrovnané úrovně. Změny viskozity a jejich rychlost jsou ovlivněny zvolenou rychlostí deformace i přecházející manipulace se vzorkem. Závislost na rychlosti deformace je zvláště významná při hodnotách pod 5 s-1. To ukazuje na ne-newtonowský charakter daného materiálu a surovou syrovátku lze prohlásit za shear-thinning kapalinu. Pomocí mocninného modelu bylo dosaženo korelace r2 = 0,998 mezi experimentálními a modelovými daty. Výsledky prezentované v této práci mohou být využity při dimenzování a konstrukci technologických zařízení (např. čerpadel a potrubí) používaných pro manipulaci se surovou syrovátkou.

syrovátka, reologické vlastnosti, modelování

Rheological profile of raw whey

The results of raw whey rheological behavior investigation - particularly viscosity, dependence on temperature, time, and share rate, are presented. The whey samples have been examined under temperature ranging from 17 to 90 °C and under share rate ranging from 0.34 to 68 s-1. The measurements have been performed using rotary digital viscometer (concentric cylinders geometry). The material was found to be temperature dependent (non-linearly), time dependent and shear thinning. Received data have been successfully characterized by several mathematical models (power, exponential, and polynomial) in MATLAB® software with satisfying correlations between experimental and computed results. Following correlations have been achieved: temperature dependence with r2 = 0.993 using polynomial model, time dependence with r2 = 0.985 using power model, and shear thinning behavior r2 = 0.998 using power model. The results are quite useful for practical design of technological equipment such as pumps and piping.

Keywords: whey, rheological behavior, modeling
Grants and funding:

The research has been supported by the Grant Agency of the Czech Academy of Sciences under Contract No. IAA201990701.

Received: October 10, 2009; Published: October 5, 2014  Show citation

ACS AIP APA ASA Harvard Chicago IEEE ISO690 MLA NLM Turabian Vancouver
Severa, L., Buchar, J., Nedomová, Š., & Šustová, K. (2010). Rheological profile of raw whey. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis, 58(1), 167-174. doi: 10.11118/actaun201058010167
Share...
Download citation
  • BibTeX (.bib)
  • Bookends (.ris)
  • EasyBib (.ris)
  • EndNote (.enw)
  • EndNote 8 (.xml)
  • ISI WoS (.isi)
  • Medlars (.medlars)
  • Mendeley (.ris)
  • MODS (.xml)
  • Papers (.ris)
  • RefWorks (.txt)
  • RefManager (.ris)
  • RIS (.ris)
  • MS Word (.xml)
  • Zotero (.ris)
    • Open full article

    References

    1. Abdelrahim, K. A., Ramaswamy, H. S., Doyon, G. and Toupin, C. J., 1994: Rheology of carboxymethyl cellulose as influenced by concentration and temperature. International Journal of Food Science and Technology 29, 285-290. Go to original source...
    2. Akkermans, C., Goot, A. J., Venema, P., Linden, E. and Boom, R. M., 2008: Formation of fibrillar whey protein aggregates: Influence of heat and shear treatment, and resulting rheology. Food Hydrocolloids 22, 1315-1325. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2007.07.001 Go to original source...
    3. Alonso, M. L., Garzon, E., Melcon, B. and Zapico, J., 1990: Diseno experimental en reologia de alimentos liqudos y semiliqudos - comportamiento deflujo inicial de alimentos infantiles preparados. Alimentaria 27, 53-57.
    4. Álvarez, E., Cancela, M. A. and Maceiras, R., 2006: Effect of Temperature on Rheological Properties of Different Jams. International Journal of Food Properties 9, 135-146. DOI: 10.1080/10942910500473996 Go to original source...
    5. Atilgan, M. R. and Unluturk, S., 2008: Rheological Properties of Liquid Egg Products (LEPS). International Journal of Food Properties 11, 296-309. DOI: 10.1080/10942910701329658 Go to original source...
    6. Bazinet, L., Trigui, M. and Ippersiel, D., 2004: Rheological Behavior of WPI Dispersion as a Function of pH and Protein Concentration. J. Agric. Food Chem. 52, 5366-5371. DOI: 10.1021/jf049893v Go to original source...
    7. Belmar-Beiny, M. T., Gotham, S. M., Paterson, W. R. and Fryer, P. J., 1993: The Effect of Reynolds Number and Fluid Temperature in Whey Protein Fouling. Journal of Food Engineering 19, 119-139. DOI: 10.1016/0260-8774(93)90038-L Go to original source...
    8. Camillo, A. and Sabato, S. F., 2004: Effect of combined treatments on viscosity of whey dispersions. Radiation Physics and Chemistry 1, 105-108. DOI: 10.1016/j.radphyschem.2004.03.067 Go to original source...
    9. Domagala, J., Sady, M., Grega, T. and Bonczar, G., 2006: Rheological Properties and Texture of Yoghurts When Oat-Maltodextrin is Used as a Fat Substitute. International Journal of Food Properties 9, 1-11. DOI: 10.1080/10942910600588776 Go to original source...
    10. Figoni, P. I. and Shoemaker. C. F., 1983: Characterization of Time-dependent Flow Properties on Mayonnaise under Steady Shear. J. Texture Stud. 114, 431-442. DOI: 10.1111/j.1745-4603.1983.tb00360.x Go to original source...
    11. Herceg, Z., Hegedusič, V. and Rimac, S., 1999: Influence of hydrocolloid addition on the rheological properties of sour and sweet ultrafiltered whey. Mljekarstvo 49, 83-94.
    12. Herceg, Z. and Lelas, V., 2005: The influence of temperature and solid matter content on the viscosity of whey protein concentrates and skim milk powder before and after tribomechanical treatment. Journal of Food Engineering 66, 433-438. DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2004.04.012 Go to original source...
    13. Hlaváč, P., 2009: Temperature and time of storing dependencies of some brew rheological properties. Proceedings of Physics - Research and Education, Nitra, October 1, 1. vyd. Nitra: SUA in Nitra, 2009, ISBN 978-80-552-0264-8.
    14. Krešić, G., Lelas, V., Jambrak, A. R., Hercek, Z. and Brnčić. S. R., 2008: Influence of novel food processing technologies on the rheological and thermophysical properties of whey proteins. Journal of Food Engineering 87, 64-73. DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2007.10.024 Go to original source...
    15. Leng, X. J. and Turgeon, S. L., 2007: Study of the shear effects on the mixture of whey protein/polysaccharides-2: Application of flow models in the study of the shear effects on WPI/polysaccharide system. Food Hydrocolloids 7, 1014-1021. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2006.03.013 Go to original source...
    16. Mleko, S., Janas, P., Wang, T. and Lucey, J. A., 2003: Rheological properties of reduced lactose whey dispersions. International Journal of Dairy Technology 3, 157-161. DOI: 10.1046/j.1471-0307.2003.00096.x Go to original source...
    17. Marcotte, M., Taherian, A.R., Trigui, M. and Ramaswamy, H. S., 2001: Evaluation of rheological properties of selected salt enriched food hydrocolloids. Journal of Food Engineering 48, 157-167. DOI: 10.1016/S0260-8774(00)00153-9 Go to original source...
    18. Patočka, G., Červenková, R., Narinea, S. and Jelen, P., 2006: Rheological behaviour of dairy products as affected by soluble whey protein isolate. International Dairy Journal 16, 399-405. DOI: 10.1016/j.idairyj.2005.05.010 Go to original source...
    19. Rao, M. A., 1977: Rheology of liquid foods - a review. Journal Texture Studies. 8, 135-168. DOI: 10.1111/j.1745-4603.1977.tb01173.x Go to original source...
    20. Rao, M. A. and Cooley, J. H., 1992: Rheological behavior of tomato pastes in steady and dynamic shear. Journal Texture Studies 23, 415-425. DOI: 10.1111/j.1745-4603.1992.tb00031.x Go to original source...
    21. Rosen, R. M. and Forster, W. E., 1978: Approximate rheological characterization of casson fluids. Temperature method for the brookfield synchro-electric viscometers. Journal Coating Technology 50, 456-468.
    22. Samuelov, N. S., Datta, R., Jain, M. K. and Zeikus, J. G., 1999: Whey Fermentation by Anaerobiospirillum succiniciproducens for Production of a Succinate-Based Animal Feed Additive. Appl. Environ. Microbiol. 5, 2260-2263. Go to original source...
    23. Schuck, P., Méjean, S., Dolivet, A., Beaucher, E. and Famelart, M. H., 2005: Pump amperage: a new method for monitoring viscosity of dairy concentrates before spray drying. Lait 85, 361-367. DOI: 10.1051/lait:2005014 Go to original source...
    24. Severa, L. and LOS, J., 2008: On the influence of temperature on dynamic viscosity of dark beer. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis 2, 303-307. DOI: 10.11118/actaun200856020303 Go to original source...
    25. SEVERA, L., MÁCHAL, L., KŘIVÁNEK, I., MACHATKOVÁ, M. and MAMICA, O., 2008: Characteristic of selected rheological parameters of stallion ejaculate. Archiv für Tierzucht 1, 16-22. Go to original source...
    26. Severa, L., Nedomová, Š. and Buchar, J., 2010: Influence of storing time and temperature on the viscosity of an egg yolk. Journal of Food Engineering 96, 266-269 - in press DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2009.07.020 Go to original source...
    27. Severa, L., Simeonovová, J., Křivánek, I. and Buchar, J., 2005: On the selected rheological properties of commercial ketchups. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis 2, 7-18. DOI: 10.11118/actaun200553020007 Go to original source...
    28. Steffe, J. F., 1996: Rheological methods in food process engineering. East Lansing, MI: Freeman Press, East Lansing, USA
    29. Tavares, D. T., Alcantara, M. R., Tadini, C. C. and Telis-Romero. J., 2007: Rheological Properties of Frozen Concentrated Orange Juice (FCOJ) as a Function of Concentration and Subzero Temperatures. International Journal of Food Properties 10, 829-839. DOI: 10.1080/10942910601118805 Go to original source...
    30. Walkenström, P. and Hermansson, A. M., 2002: Microstructure in relation to flow processing. Current Opinion in Colloid & Interface Science 7, 413-418. DOI: 10.1016/S1359-0294(02)00081-X Go to original source...

    This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License (CC BY NC ND 4.0), which permits non-comercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original publication is properly cited. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.


    Return to the content