The Engineer's Guide to Hardness Testing: Princípios e métodos 2025

Guia Técnico de Teste de Dureza na Produção de Doces: Princípios e Aplicações

O teste de dureza desempenha um papel fundamental mesmo na engenharia de processos alimentícios, especialmente na produção de confeitaria. Na indústria de doces, a dureza não é apenas uma medição de laboratório — é um parâmetro crítico de controle de qualidade que se correlaciona com textura, vida útil, resistência à mordida e percepção do consumidor. Ao aplicar testes sistemáticos de dureza, os engenheiros podem garantir consistência, detectar desvios no processo e controlar alterações na formulação ou no tratamento térmico.

Neste guia, nós vamos:

• Explicar o significado científico de dureza no contexto de doces (frequentemente viscoelástica, frágil ou plástica dependendo da receita),

• Revisar os principais métodos (indentação, perfuração, compressão) adaptados para confeitaria,

• Mostrar como escolher o método de teste adequado para diferentes tipos de doces (doces duros, mastigáveis, confeitos revestidos),

• Fornecer melhores práticas na preparação da amostra, execução do teste e interpretação dos resultados para que você obtenha dados significativos e reproduzíveis.

Vamos lá.

O que Significa “Dureza” no Contexto de Doces?

Na ciência dos materiais, dureza é uma medida de resistência à deformação plástica (permanente) sob carga localizada. Mas doces e confeitos diferem de metais e cerâmicas: eles frequentemente se comportam como materiais viscoelásticos ou frágeis dependendo da cristalinidade do açúcar, conteúdo de umidade, transição vítrea ou composição (por exemplo, inclusão de gorduras, gomas).
Assim, a dureza em um doce é mais semelhante à sua resistência à indentação, fratura ou penetração sob uma carga mecânica definida.

Quando você pressiona uma sonda em um doce, pode observar:

• Uma recuperação elástica (se o material for elástico),

• Uma indentação plástica ou permanente (se a estrutura ceder),

• Rachaduras ou fratura (se frágil),

• Creep ou deformação dependente do tempo (se viscoelástico).

Na prática, projetamos testes para isolar a “resistência inicial” — ou seja, o comportamento de carga versus penetração antes que o creep ou a fratura dominem.

Resumindo: dureza na confeitaria é um parâmetro “funcional” — ela reflete a microestrutura interna (rede de cristais, matrizes de ligação, conteúdo de umidade) e se correlaciona com força de mordida, crocância, mastigabilidade ou comportamento de quebra.

Métodos Comuns de Teste de Dureza em Confeitaria

Como os doces são macios, quebradiços ou viscoelásticos, os testes clássicos de indentação metalúrgica (Rockwell, Brinell, Vickers, Knoop) precisam de adaptação ou são frequentemente substituídos por métodos mais comuns na ciência de alimentos: testes de perfuração, testes de compressão, flexão em três pontos e indentação com sondas pequenas. Mas o princípio subjacente—medir a resistência a uma carga conhecida versus deslocamento—permanece o mesmo.

Aqui estão os métodos típicos usados (ou adaptados) em ambientes de doces / confeitaria:

Adaptação dos Métodos de Metal

• Cargas menores e penetradores menores: Como os doces são muito mais macios, você deve usar forças pequenas (por exemplo, gramas a alguns newtons) e sondas finas.

• Tempos de permanência curtos (ou modo contínuo) para minimizar efeitos de fluência.

• Compensação para fluência ou relaxamento viscoelástico, possivelmente medindo o tempo ou características da curva de descarregamento.

• Preparação de superfície plana e consistente: corte, polimento ou achatamento das superfícies de doces para reduzir irregularidades geométricas ou superficiais.

• Calibração com materiais de referência: Use blocos de calibração ou padrões (por exemplo, materiais poliméricos) com dureza conhecida para validar o comportamento do instrumento na região de baixa carga.
  

Selecionando um Método de Teste para Diferentes Tipos de Doces

Para escolher o melhor teste de dureza/textura, considere:

1. Tipo e Estrutura do Doce

   • Duro doce / açúcar vidro / pirulitos: quebradiço, baixa umidade, alta rigidez → usar testes de compressão, flexão ou rebound.

   • Mastigável / goma / gelatinosa: viscoelástico, alta umidade → perfuração ou pequenos penetradores, tempos de contato mais curtos.

   • Confeitos revestidos / cascas de cobertura: necessidade de indentação local em camadas finas ou mapeamento na superfície → micro-indentação ou indentação instrumentada.

2. Geometria e Espessura da Amostra
   A penetração do teste (profundidade de indentação ou deflexão) deve ser muito menor que a espessura total para evitar efeitos de suporte (regra geral: profundidade de indentação < 10% da espessura).

3. Dados Desejados / Vazão
   Para controle de qualidade de alta vazão, testes simples de compressão ou perfuração com analisadores de textura automáticos são preferíveis. Para P&D ou análise de falhas, o mapeamento com indentação instrumentada fornece detalhes espaciais mais ricos.

4. Destrutivo vs. Não destrutivo
   Alguns testes (compressão, perfuração) podem fraturar ou estragar o doce; testes suaves de indentação ou rebound podem deixar a amostra intacta.

5. Sensibilidade à Umidade, Temperatura e Histórico
   Como os doces são sensíveis às mudanças ambientais, é necessário controlar a temperatura e a umidade do teste, e realizar o teste logo após a preparação da amostra para reduzir desvios.

Melhores Práticas em Preparação e Execução de Amostras

Mesmo pequenos erros na preparação ou execução da amostra podem introduzir grandes desvios nos dados de dureza/textura. Abaixo estão diretrizes para garantir resultados confiáveis e reprodutíveis:

Preparação da Amostra

• Corte / Seccionamento: Use métodos que minimizem a geração de calor ou danos estruturais (lâminas afiadas, serras resfriadas).

• Planicidade da superfície: Para testes de indentação ou microtestes, alise ou polir a superfície. Use microplanagem ou lapidação com abrasivos finos, se necessário (para vidro de açúcar, etc.).

• Montagem: Para peças pequenas ou finas, monte em uma base rígida ou em um dispositivo que segure a amostra sem deformação.

• Equilíbrio de temperatura: Deixe a amostra estabilizar na temperatura de teste (por exemplo, teste em uma câmara controlada de temperatura) para evitar efeitos de amolecimento térmico.
  

Execução do Teste

• Espaçamento / Distância da Borda: As marcas de indentação ou penetração devem estar longe das bordas ou de outras marcas anteriores. Uma regra: pelo menos 3× a maior dimensão (indentação, ponta da sonda) da borda ou do teste vizinho.

• Perfil de carga: Use uma carga consistente (taxa, tempo de permanência). Para materiais viscoelásticos, inclua uma pré-carga (força menor) e depois a carga principal para estabilizar os efeitos na superfície.

• Calibração do instrumento / verificações de linha de base: Use materiais de referência padrão (por exemplo, blocos de polímero com módulo/dureza conhecidos) para verificar a resposta do instrumento na faixa de força baixa.

• Curva de descarregamento / medição residual: Em testes instrumentados, capture curvas completas de carga e descarga para considerar a recuperação elástica e calcular uma “pseudo-dureza” ou módulo de indentação.

• Repetição de medições e amostragem estatística: Para doces não uniformes (bolhas de ar, inclusões), faça múltiplas medições e reporte a média ± desvio padrão.

Resolução de problemas comuns em testes de dureza de doces

Interpretando Dados de Dureza para Desempenho de Doces

Depois de obter medições confiáveis, como relacioná-las de volta ao seu qualidade do produto e controle de processo? Aqui estão algumas diretrizes:

• Correlacionar com dados sensoriais / do consumidor: Dureza (força em determinado deslocamento) frequentemente correlaciona-se com a percepção de “dureza”, “crosta” ou “força de mordida”. Coletar dados de painel para mapear números mecânicos à percepção do usuário.

• Acompanhar consistência / deriva do processo: Usar a dureza como métrica de controle para consistência entre lotes. Desvios podem indicar mudanças na temperatura de cozimento, teor de umidade, cristalização ou variação de ingredientes.

• Mapear variação espacial / uniformidade da casca: Em doces revestidos, usar múltiplas indentação em diferentes regiões (por exemplo, borda vs centro) para detectar gradientes de espessura ou dureza.

• Modelar falhas ou quebras: Em doces frágeis, combinar dureza (resistência à iniciação de rachaduras) com tenacidade à fratura (de testes de flexão) para prever propagação de rachaduras ou comportamento de quebra sob impacto.

• Efeitos de umidade / envelhecimento: Monitorar a dureza ao longo da vida útil para observar amolecimento / recristalização / ingressão de umidade. Curvas de dureza ao longo do tempo podem indicar problemas de estabilidade.

1. Normas de Teste de Dureza da ASTM International https://www.astm.org/
2. ISO - Organização Internacional de Padronização https://www.iso.org/
3. Normas de Teste e Caracterização de Materiais da ASM International https://www.asminternational.org/
4. NIST - Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia https://www.nist.gov/
5. Normas de Materiais e Testes da SAE International https://www.sae.org/
6. ASME – Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos https://www.asme.org/
7. Sociedade de Minerais, Metais e Materiais (TMS) https://www.tms.org/
8. Sociedade de Mecânica Experimental (SEM) https://www.sem.org/
9. Sociedade de Pesquisa de Materiais (MRS) https://www.mrs.org/
10. ANSI - Instituto Nacional de Padrões Americanos https://www.ansi.org/