Caracterização físico-química, termofísica e reológica de leites de diferentes espécies: implicações para o processamento térmico

Esta tese teve como objetivo avaliar de forma integrada a composição físico-química, as propriedades termofísicas e o comportamento reológico de leites de diferentes espécies, considerando os efeitos da temperatura e da concentração de sólidos, com vistas a subsidiar o projeto e a otimização de processos térmicos na indústria de laticínios. Inicialmente, investigou-se o efeito do processo de concentração sobre a composição química dos leites de vaca, cabra, búfala e ovelha. Em seguida, analisou-se a influência da temperatura (1–90 °C) sobre as propriedades termofísicas – densidade, calor específico, condutividade térmica e difusividade térmica – desses leites, com o ajuste de modelos matemáticos para a predição dessas propriedades em função da temperatura. Posteriormente, avaliou-se o comportamento reológico do leite de búfala em diferentes teores de sólidos totais (10–50%) e em uma ampla faixa de temperatura (1–80 °C), empregando modelos matemáticos para descrever o escoamento. Em termos de composição química, os leites concentrados de búfala e ovelha destacaram-se pelos maiores teores de gordura, proteínas e sólidos totais, enquanto os leites de vaca e cabra apresentaram maiores teores de carboidratos e cinzas. As propriedades termofísicas mostraram dependência significativa da temperatura, com aumento do calor específico, da condutividade térmica e da difusividade térmica, bem como redução da densidade ao longo da faixa estudada. Os leites de vaca e cabra apresentaram valores mais elevados dessas propriedades em comparação aos leites de búfala e ovelha, comportamento diretamente associado às diferenças na composição química e adequadamente descrito por modelos polinomiais de 1°, 2° e 3° graus. Por sua vez, o comportamento reológico do leite de búfala concentrado foi fortemente influenciado pelo teor de sólidos totais e pela temperatura. Em baixas concentrações, observou-se comportamento newtoniano, enquanto em concentrações mais elevadas ocorreu a transição para comportamento pseudoplástico, adequadamente descrito pelo modelo de Ostwald–de Waele. A viscosidade e o índice de consistência aumentaram com o incremento da concentração e diminuíram com o aumento da temperatura, fornecendo subsídios diretos para a seleção de modelos reológicos, o dimensionamento de equipamentos e a otimização de operações industriais.

Resumo (inglês)

This thesis aimed to provide an integrated evaluation of the physicochemical composition, thermophysical properties, and rheological behavior of milk from different species, considering the effects of temperature and solids concentration, in order to support the design and optimization of thermal processes in the dairy industry. Initially, the effect of the concentration process on the chemical composition of cow, goat, buffalo, and sheep milk was investigated. Subsequently, the influence of temperature (1–90 °C) on the thermophysical properties—density, specific heat, thermal conductivity, and thermal diffusivity—of these milks was analyzed, and mathematical models were fitted to predict these properties as a function of temperature. Subsequently, the rheological behavior of buffalo milk was evaluated at different total solids contents (10–50%) and over a wide temperature range (1–80 °C), using mathematical models to describe the flow behavior. Regarding chemical composition, concentrated buffalo and sheep milk exhibited higher contents of fat, proteins, and total solids, whereas cow and goat milk showed higher contents of carbohydrates and ash. The thermophysical properties showed a significant dependence on temperature, with increases in specific heat, thermal conductivity, and thermal diffusivity, and a decrease in density over the studied range. Cow and goat milks exhibited higher values for these properties compared to buffalo and sheep milks—a behavior directly associated with differences in chemical composition and adequately described by first-, second-, and third-degree polynomial models. In turn, the rheological behavior of concentrated buffalo milk was strongly influenced by total solids content and temperature. At low concentrations, the milk exhibited Newtonian behavior, whereas at higher concentrations a transition to pseudoplastic behavior was observed, which was adequately described by the Ostwald–de Waele model. Viscosity and consistency index increased with increasing solids concentration and decreased with increasing temperature, providing direct support for the selection of rheological models, equipment design, and optimization of industrial operations.

Palavras-chave

leite , concentração à vácuo , milk , viscosidade , modelagem matemática , produtos lácteos , vacuum concentration , thermal processes , mathematical modeling , dairy products , viscosity , processos térmicos

Idioma

Português

Citação

SANTOS, A. S. Caracterização físico-química, termofísica e reológica de leites de diferentes espécies: implicações para o processamento térmico. 2026. 129 f. Tese (Doutorado em Alimentos, Nutrição e Engenharia de Alimentos) - Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista, São José do Rio Preto, 2026.