(Autor: Teodora Chiorean) Acidifierea laptelui în rezultatul fermentării lactice perturbează structura internă a micelelor de cazeină provocând agregarea lor, care formează o reţea tridimensională. În laptele natural, micelele de cazeină sunt încărcate negativ (potenţialul zeta – 1,5 mV). Gelurile iaurtului au fost larg cercetate prin intermediul microscopiei electronice de baleaj (scanning electron microscope: SEM). Această tehnică are ca avantaj o mare putere de rezoluţie, comparativ cu microscopia optică.   Valoarea pH-ului asociată mecanismului de formare a gelului   Reţeaua gelului se prezintă sub formă de agregate de cazeină interconexe şi coerente. În acelaşi timp, metoda necesită deshidratarea completă a probei care poate provoca artefecte şi denatura structura originală a gelului. Scăderea graduală a pH-ului provoacă neutralizarea progresivă a sarcinilor negative a micelelor de cazeină, neutralizarea completă fiind atinsă la pH 4.6 (0 mV), respectiv în punctul izoelectric al cazeinei. Odată cu scăderea pH-ului până la punctul izoelectric, sarcina cazeinei scade şi se reduce repulsia electrostatică dintre grupele ionogene (negative), în special a celor de fosfoserină. Diminuarea interacţiunilor electrostatice amplifică interacţiunile hidrofobe dintre acestea.   Odată cu neutralizarea sarcinii negative a micelelor scade şi gradul de hidratare. În laptele normal, micelele sunt înconjurate de molecule de apă, fapt care asigură stabilitatea lor şi care împiedică agregarea acestora. Creşterea acidităţii laptelui (condiţiile acide) provoacă şi destabilizarea echilibrului salin. Până la fermentarea laptelui, substanţele minerale, majoritar constituite din calciu şi fosfor, se prezintă în două forme de echilibru: solubilă şi micelară (legate de cazeină prin intermediul punţilor de fosfat de calciu).   Acidifierea graduală a laptelui (pH<5.5) conduce la solubilizarea fosfatului de calciu micelar. La pH 4.6 o mare parte din substanţele minerale coloidale sunt solubilizate, iar moleculele de cazeină sunt parţial deshidratate; are loc dezorganizarea subunităţilor micelare şi formarea unei reţele de cazeină, prin intermediul unor legături slabe.   Mecanismele de formare a gelurilor depind în mare măsură de valoarea pH-ului mediului. În intervalul pH-ului 6.7-6.0 se defosforilează doar o mică parte a resturilor de fosfoserină, iar sarcina negativă a cazeinei scade neesenţial. Prin urmare, repulsia electrostatică nu afectează esenţial mărimile miceliilor de cazeină, acestea rămânînd practic neschimbate. Scăderea ulterioară a pH-lui de la 6.0 la 5.0 provoacă o scădere importantă a sarcinii negative a cazeinei şi conduce la compactarea micelelor de cazeină.   De aici rezultă şi o scădere importantă a repulsiei electrostatice şi a stabilităţii sferice a cazeinei. Simultan, creşte rata de solubilizare a fosfatului de calciu, care slăbeşte structura internă a micelelor de cazeină şi măreşte, în continuare, repulsia electrostatică între reziduurile de fosfoserină. La un pH 5.0 fosfatul de calciu coloidal se solubilizează în cea mai mare parte.   Proprietăţi reologice şi microstructurale ale iaurtului Reologia este ştiinţa care studiază interdependenţa între solicitările mecanice, răspunsul corpurilor şi proprietăţile acestora. Formarea gelului iaurtului şi proprietăţile reologice (vâscozitatea, modul elastic şi vâscos, textura) şi fizice (aptitudinea de sinereză), rezultante ale gelurilor de cazeină formate, sunt caracterizate prin diferite teste reologice şi fizice.   Aceste tehnici sunt importante pentru evaluarea calităţii iaurtului, pe de o parte, şi pentru obţinerea de produse cu proprietăţi programate, pe de altă parte. Studiul microstructurii iaurtului este necesar pentru interperetarea proprietăţilor reologice şi fizice, odată cu aprecierea interacţiunii dintre diferiţi constituenţi ai iaurtului.   Formarea gelului poate fi urmărită fără a afecta structura acestuia, prin metode de reologie dinamică la oscilaţii mici. Pentru fluide care nu ajung la o deformaţie de echilibru, gradul de deformare se schimbă continuu, în timp. Curgerea este fenomenul în care deformaţia creşte şi nu se mai recuperează după îndepărtarea forţei. Curgerea are un rol important în majoritatea operaţiilor specifice tehnologiilor alimentare.   Metodele bazate pe oscilaţii mici, aplicate în mod oscilatoriu, sunt frecvent utilizate pentru studiul procesului de formare a proprietăţilor gelurilor. Răspunsul dinamic al fluidelor vâscoelastice la stimulările oscilatorii se caracterizează prin doi indici de bază: modulul elastic de depozitare G’ şi modulul elastic de pierdere G”. Mărimile cu care se operează în acest caz sunt: componentele modulului de elasticitate complex şi tangenta unghiului de pierderi, definită ca raport între componenta elastică şi componenta vâscoasă, pentru un corp vâscoelastic.   În cazul gelurilor lactate, modulul elastic G’ caracterizează energia conservată de ciclul de deformare şi fermitatea gelului, care este determinată de interacţiunile proteină-proteină. Tangenta de pierdere este strâns legată şi de efectele de relaxare a legăturilor, în timpul deformării gelului. Este vorba de fracturile cauzate de forfecare, ori în urma unor comprimări. Formarea curbelor G’şi G” este în funcţie de caracteristicile materialului, dar şi de valorile variabilelor independente, acoperite de aparatul de măsură (frecvenţă, timp, temperatură, efort).   Pentru a identifica momentul formării gelului, se măsoară evoluţia valorii G’ în funcţie de timp. Unii autori consideră punctul de gelificare momentul în care modulul de elasticitate atinge valoarea 1 Pa, în timp ce alţi specialişti vizează 0.1 Pa. În baza modelîrii curbelor obţinute experimental, se efectuează calculul duratei de gelificare. În cazul în care se stabileşte şi curba de acidifiere, poate fi apreciată valoarea pH-ului de gelificare. Cunoaşterea proprietăţilor dinamice, precum şi G’ şi G”, permite estimarea celorlalte proprietăţi vâscoelastice liniare, cât şi comportamentul fluidului în alte tipuri de deformări, precum întinderea.   Spre deosebire de comportamentul gelurilor la deformaţii mici, aceste metode antrenează destrucţia gelurilor. Onctuozitatea şi senzaţia tactilă în cavitatea bucală şe apreciază prin valoarea senzorială. De exemplu, dacă agregatele proteice sunt de 1-5 mm, iaurtul provoacă senzaţia dură/nisipoasă.   Vâscozitatea gelurilor, asemenea iaurtului, este non-newtoniană. Scăderea vâscozităţii odată cu creşterea vitezei de forfecare este tipică pentru gelurile produselor lactate acide. Acest comportament reologic se numeşte reofluidizant („shear-thinning”). Deoarece valoarea vâscozităţii depinde de viteza de forfecare, nu există nicio vâscozitate absolută.   Pentru a modela profilul vâscozităţii şi a determina valorile indicelui de consistenţă şi indicelui de curgere se folosesc, de preferinţă, două modele matematice: modelul reologic Power-Law (Ostwald) şi modelul Herschel-Bulkley. Cel mai simplu este modelul reologic Power-Law (Ostwald), putând fi aplicat atât în cazul fluidelor newtoniene, cât şi în cazul fluidelor pseudoplastice.