O leite é um alimento muito complexo, contendo mais de 100.000 espécies moleculares diferentes. O leite de vaca é composto por 87% de água, 3,5% de proteína, 3,7% de gordura, 4,9% de lactose e 0,7% de sais. Os principais componentes de interesse são os glóbulos de proteína e de gordura. As proteínas, denominadas partículas de caseína, combinam-se com cálcio e fosfato para formar agregados com uma estrutura bem definida. Seu tamanho típico está na faixa de 100 nm. São brancas, insípidas e inodoras, e são utilizadas na fabricação de alimentos, tintas e adesivos. Em contraste, os glóbulos de gordura no leite cru não homogeneizado têm entre 1 e 10 µm, enquanto no leite homogeneizado o tamanho varia de 0,2 a 2 µm.
O leite é uma emulsão óleo-em-água, com os glóbulos de gordura dispersos em uma fase contínua de leite desnatado. Se o leite cru fosse deixado em repouso, os glóbulos de gordura formariam uma camada de creme e subiriam à superfície.
A homogeneização é um processo mecânico utilizado para reduzir o tamanho dos glóbulos de gordura no leite. O resultado final desse processo é uma diminuição na taxa de cremeação, de acordo com a Lei de Stokes, redução da aglomeração durante a cremeação e melhor correspondência de densidade com a fase contínua.
O processo de homogeneização reduz o tamanho dos glóbulos ao passar o leite sob alta pressão através de um orifício minúsculo. Para entender o mecanismo, considere uma válvula homogeneizadora convencional (Figura 1) processando uma emulsão, como o leite, a uma vazão de 20.000 l/h. Ao entrar na válvula, a velocidade do líquido é de cerca de 4 a 6 m/s. Em seguida, ele se move para o espaço entre a válvula e a sede da válvula, e sua velocidade aumenta para 120 m/s em cerca de 0,2 milissegundos. O líquido então se move sobre a superfície da sede da válvula e sai em cerca de 50 microssegundos. O fenômeno de homogeneização se completa antes que o fluido saia da área entre a válvula e a sede.
Figura 1
Embora a maior parte da redução dos glóbulos de gordura ocorra no primeiro estágio, há uma tendência à aglomeração ou formação de clusters desses glóbulos reduzidos. A válvula do segundo estágio, mostrada na Figura 1, permite a separação desses clusters em glóbulos de gordura individuais, como visto na Figura 2 abaixo. O segundo estágio é semelhante ao primeiro, conforme ilustrado no diagrama acima. O homogeneizador de dois estágios permite um controle preciso do processo de homogeneização. Diferentes configurações da válvula resultam em emulsões de tamanhos diferentes, o que, por sua vez, afeta a estabilidade, o sabor e o prazo de validade dos produtos finais.
O LA-350 provou ser um analisador popular para monitorar esse processo devido ao seu baixo custo e facilidade de operação. O analisador pode ser instalado em cada fábrica de laticínios para fornecer feedback em tempo real sobre o processo de homogeneização. Isso permite a otimização do produto final, a redução de custos ao eliminar o processamento excessivo do material e o descarte de material fora das especificações, além da avaliação do próprio homogeneizador quanto a desgaste ou quebra.
A distribuição abaixo é o resultado da medição do leite integral cru (não homogeneizado) com o analisador de tamanho de partículas LA-350. A distribuição mostra os grandes glóbulos de gordura antes da homogeneização. A proporção e o tamanho dos glóbulos de gordura em relação à caseína são tais que as caseínas não são observadas no leite integral.
Tamanho das partículas do leite cru
Esta distribuição é de leite integral homogeneizado. Trata-se de uma distribuição estável da emulsão de leite. Os glóbulos maiores são reduzidos de 15 µm para 3 µm. O LA-350 monitora muito bem essa redução de tamanho.
Tamanho das partículas do leite integral
No leite com 2% de gordura, onde grande parte da gordura foi removida, o pico principal permanece centrado em torno de um mícron, enquanto um pequeno ombro aparece no lado menor. Isso representa as caseínas que agora se tornam visíveis na distribuição, devido à remoção dos glóbulos de gordura.
Tamanho das partículas do leite com 2% de gordura
No caso do leite com 1% de gordura, remove-se ainda mais gordura, resultando numa proporção muito menor de glóbulos de gordura emulsionados em relação às caseínas proteicas. Consequentemente, a proteína aparece como um segundo componente.
Tamanho das partículas do leite com 1% de gordura
Como o leite desnatado não possui glóbulos de gordura emulsionados, sua distribuição é composta principalmente pela proteína caseína. O restante da distribuição é formado apenas por proteínas.
Tamanho das partículas do leite desnatado
O principal objetivo da homogeneização é quebrar os grandes glóbulos de gordura e criar uma emulsão estável que proporcione maior prazo de validade, melhor sabor e textura mais agradável. O LA-350 é uma excelente ferramenta para monitorar esse processo. Ele consegue mostrar, sem problemas, a mudança na extremidade maior da distribuição de tamanho de partículas, de 10 µm para cerca de 2 µm. Além disso, em leite com baixo teor de gordura, ele permite visualizar a distribuição de tamanho das proteínas.
Para os clientes que dispõem de um orçamento de capital maior, o LA-960V2 proporcionaria ainda mais dados nas faixas de tamanho menores, onde as proteínas são visualizadas, além de monitorar a redução no tamanho dos glóbulos de gordura na faixa de tamanho maior.
Analisador de Distribuição de Tamanho de Partículas por Dispersão de Laser
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