La reologia è quella parte della scienza che studia/osserva il comportamento legato alla deformazione di una “materia” per effetto di sollecitazioni o pressioni (forza fisica o meccanica) relativamente a: intensità, durata e velocità della forza stessa.
Attraverso la reologia si osserva e si studia il comportamento di varie componenti e materie, si misurano la forza, la pressione, lo sforzo fisico o meccanico, la velocità, la portata, la viscosità, l’elasticità ecc. dettata da comportamenti NON lineari nel tempo.
I settori che interessano la reologia sono: la cosmesi, l’edilizia, l’ematologia, l’ingegneria genetica, ingegneria chimica, biochimica alimentare e molti altri.
Il termine reologia fu coniato per la prima volta nel 1920 da Eugene C. Bingham ma le teorie sulla meccanica dei sistemi continuativi partono fin dal 1868 quando il tedesco James Clerk Maxwell elaborò la prima teoria basata sul concetto di rilassamento nel tempo di una sostanza visco-elastica secondo cui, in condizioni di deformazione costante, lo sforzo nel tempo rilassa ad una velocità proporzionale allo sforzo stesso.
Nella reologia sono compresi concetti di
- solidità
- liquidità
- numero di Deborah.
Un solido si dice lineare ed elastico quando lo sforzo applicato produce una deformazione proporzionalmente lineare allo sforzo stesso con recupero istantaneo della forma nella misura in cui lo sforzo viene rimosso.
Un liquido viscoso lineare (o newtoniano) è definito tale quando lo sforzo applicato produce una velocità di deformazione linearmente proporzionale al valore istantaneo dello sforzo effettuato mediante viscosità provocando una irreversibile deformazione della materia anche quando lo sforzo viene rimosso.
Si deduce che un componente solido è elastico mentre un componente liquido è viscoso e uno semiliquido o semi solido e visco-elastico.
I solidi che presentano una componente viscosa sono definiti reali e subiscono deformazioni il cui recupero (nel tempo) non è né completo né istantaneo.
In molti liquidi reali, quando lo sforzo viene rimosso, si osserva nel tempo un recupero parziale delle deformazioni subite e si manifesta visibilmente una componente di carattere elastico.
Il numero di Deborah (DE=λ/Λ) è un parametro determinato dal comportamento di un solido o di un liquido rispetto alla materia stessa nel tempo (λ) nonché dal suo processo di deformazione o flusso di velocità nel tempo (Λ).
Se il processo di deformazione (DE) è molto veloce (Λ piccolo) avviene una deformazione (DE) grande: in questo caso il materiale si comporta come un componente solido-elastico; viceversa se il processo deformativo è lento (Λ grande), il tempo di deformazione è piccolo (de), si avrà un comportamento liquido viscoso della materia. In condizioni di moto (inteso come sostanza in movimento) differente si avrà anche un impatto differente. Ad esempio una goccia d’acqua su una superficie solida ha un impatto ben diverso dall’impatto che la stessa goccia avrà su una superficie liquida e viscosa per cui i comportamenti della superficie in movimento o meno, se pur prodotti dalla stessa “materia” non risultano lineari eil camportamento varia in merito allo stato della materia (quiete o moto).
Le particelle liquide, solide e polimeriche sono costituite da sospensioni, gel, soluzioni polimeriche, emulsioni ecc.
Il polimero è una macromolecola costituita da un significativo numero di gruppi di molecole diversi o uguali, concatenati mediante la ripetizione di uno medesimo tipo di legame (covalente).
Il monomero è una molecola semplice composta da una sola unità ripetitiva che per reazione di concatenazione forma dei gruppi di macromolecole uguali o complementari).
Le proteine, i polisaccaridi, gli acidi nucleici, i blocchi copolimerici, le sopensioni, i solventi, i gel, le strutture cristalline ecc. sono per l’appunto dei Polimeri e nel caso delle proteine, le proprietà chimiche dei gruppi di macromolecole disposte lungo la catena polimerica diventano essenziali per modellare o deformare la struttura tridimensionale del polimero stesso, da cui dipende poi tutta l’attività biologica della proteina stessa.
In campo alimentare, il formaggio, la maionese e soprattutto gli impasti, sono oggetto di reazioni reologiche e/o degradazioni enzimatiche ed ecco qui che l’incontro di una sostanza liquida (come l’acqua) con una sostanza solida e granulosa (come la farina) origina un processo di trasformazione e deformazione (nel tempo) con effetti di scissione e ricomposizione delle macromolecole dando luogo a catene polimeriche e strutture tridimensionali altamente visibili negli impasti.
Le reazioni chimiche, così come le variazioni ambientali e di conseguenza la temperatura, il pH e la fase solvente (fluidi) nonché le condizioni reologiche degli stessi, sono gli obiettivi che per l’appunto interessano la scienza che studia la reologia degli alimenti e pertanto quando si dice “qualità reologica della farina” significa che essa risponde a dei parametri di studio e test di positività che superano la condizione di “patologico”.
In panificazione, le qualità reologiche di una farina si misurano con il farinografo di Brabender, con l’alveolgrafo di Chopin e con l’estensografo. Si possono riassumere come segue:
Viscosità: resistenza di un liquido allo scorrimento.
Elasticità: la velocità con la quale un materiale deformato assume nuovamente la forma originaria una volta rimossa la causa della deformazione).
Adesività: il lavoro necessario per sovrastare le forze di attrazione tra superficie dell’alimento e altri materiali intrinseci con cui l’alimento può venire in contatto.
Masticabilità: energia necessaria richiesta durante la masticazione di un alimento solido tanto da renderlo deglutibile.
Gommosità: consistenza gommosa dove l’alimento si deforma per tornare ad assumere la forma originaria.
Estensibilità: grado di deformazione che l’impasto può raggiungere prima della rottura (osservabile ad esempio quando stiriamo un impasto per constatare se è sufficientemente incordato).
Senza ulteriori e inutili repliche, vi rimando alla chiarissima spiegazione di Gabriele Raimondi (clicca qui) su Favebook.
Per ulteriori approfondimenti: I fluidi – Claudio Poli – Dottore in chimica industriale e biotecnologie alimentari.
Fonti:
- Romano Lapasin (Università di Trieste) – Associazione italiana di reologia
- Polimeri no film
- Caratterizzazione farine e impasti
- Wikipedia
