Los ingenieros del MIT presentan el Oreómetro

Los ingenieros mecánicos someten el relleno de crema de una Oreo a una batería de pruebas para entender qué ocurre cuando se separan dos obleas

21.04.2022 - Estados Unidos

Cuando se retuerce una galleta Oreo para llegar al centro cremoso, se está imitando una prueba estándar de reología: el estudio de cómo fluye un material no newtoniano cuando se retuerce, se presiona o se somete a otro tipo de tensión. Los ingenieros del MIT han sometido a la galleta de sándwich a rigurosas pruebas de materiales para llegar al centro de una pregunta tentadora: ¿Por qué la crema de la galleta se adhiere a una sola oblea cuando se retuerce?

"Existe el fascinante problema de intentar que la crema se distribuya uniformemente entre las dos obleas, lo que resulta realmente difícil", dice Max Fan, estudiante del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT.

En busca de una respuesta, el equipo sometió a las galletas a pruebas reológicas estándar en el laboratorio y descubrió que, independientemente del sabor o la cantidad de relleno, la crema del centro de una Oreo casi siempre se pega a una oblea cuando se gira para abrirla. Sólo en las cajas de galletas más antiguas la crema se separa a veces de forma más uniforme entre ambas obleas.

Los investigadores también midieron el par de torsión necesario para abrir una Oreo y descubrieron que era similar al necesario para girar el pomo de una puerta y aproximadamente una décima parte de lo que se necesita para abrir un tapón de botella. La tensión de rotura de la nata -es decir, la fuerza por área necesaria para que la nata fluya o se deforme- es el doble que la del queso crema y la mantequilla de cacahuete, y de la misma magnitud que la del queso mozzarella. A juzgar por la respuesta de la crema al estrés, el equipo clasifica su textura como "blanda", en lugar de quebradiza, dura o gomosa.

Entonces, ¿por qué la crema de la galleta se pega a un lado en lugar de repartirse uniformemente entre ambos? El proceso de fabricación puede ser el culpable.

"Los vídeos del proceso de fabricación muestran que colocan la primera oblea y luego dispensan una bola de crema sobre esa oblea antes de poner la segunda oblea encima", dice Crystal Owens, candidata a doctora en ingeniería mecánica del MIT que estudia las propiedades de los fluidos complejos. "Aparentemente, ese pequeño retraso puede hacer que la crema se adhiera mejor a la primera oblea".

El estudio del equipo no es simplemente un dulce desvío de la investigación del pan y la mantequilla; es también una oportunidad para hacer que la ciencia de la reología sea accesible a otros. Para ello, los investigadores han diseñado un "Oreómetro" imprimible en 3D, un sencillo dispositivo que agarra firmemente una galleta Oreo y utiliza monedas de un centavo y bandas elásticas para controlar la fuerza de torsión que hace que la galleta se abra progresivamente. Las instrucciones para el dispositivo de sobremesa pueden encontrarse aquí.

El nuevo estudio, "On Oreology, the fracture and flow of 'milk's favorite cookie'", aparece hoy en Kitchen Flows, un número especial de la revista Physics of Fluids. Se concibió a principios de la pandemia de Covid-19, cuando los laboratorios de muchos científicos estaban cerrados o eran de difícil acceso. Además de Owens y Fan, los coautores son los profesores de ingeniería mecánica Gareth McKinley y A. John Hart.

Conexión con la confección

Una prueba estándar en reología coloca un fluido, una pasta u otro material fluido en la base de un instrumento conocido como reómetro. Una placa paralela situada encima de la base puede bajarse sobre el material de prueba. A continuación, la placa se retuerce mientras los sensores siguen la rotación y el par aplicados.

Owens, que utiliza habitualmente un reómetro de laboratorio para probar materiales fluidos como las tintas imprimibles en 3D, no pudo evitar observar una similitud con las galletas de sándwich. Como escribe en el nuevo estudio:

"Científicamente, las galletas sandwich presentan un modelo paradigmático de reometría de placas paralelas en el que una muestra de fluido, la crema, se mantiene entre dos placas paralelas, las obleas. Cuando las obleas se giran en sentido contrario, la crema se deforma, fluye y, en última instancia, se fractura, lo que lleva a la separación de la galleta en dos trozos".

Aunque no parezca que la crema de Oreo tenga propiedades similares a las de los fluidos, se considera un "fluido con límite de elasticidad", es decir, un sólido blando que puede empezar a fluir si se somete a suficiente tensión, como ocurre con la pasta de dientes, el glaseado, algunos cosméticos y el hormigón.

Con la curiosidad de saber si otros habían explorado la conexión entre las Oreos y la reología, Owens encontró la mención de un estudio de la Universidad de Princeton de 2016 en el que los físicos informaron por primera vez que, efectivamente, al retorcer las Oreos con la mano, la crema casi siempre se desprendía en una oblea.

"Queríamos basarnos en esto para ver qué causa realmente este efecto y si podíamos controlarlo si montábamos las Oreos con cuidado en nuestro reómetro", dice.

Giro de la galleta

En un experimento que repetirían con múltiples galletas de distintos rellenos y sabores, los investigadores pegaron una Oreo a las placas superior e inferior de un reómetro y aplicaron distintos grados de torsión y rotación angular, anotando los valores que conseguían retorcer cada galleta. Introdujeron las mediciones en ecuaciones para calcular la viscoelasticidad o fluidez de la crema. Para cada experimento, también anotaron la "distribución post-mortem" de la crema, es decir, dónde terminaba la crema después de la torsión.

En total, el equipo examinó unas 20 cajas de Oreos, con niveles de relleno normales, Double Stuf y Mega Stuf, y sabores de oblea normales, de chocolate negro y "dorados". Sorprendentemente, descubrieron que, independientemente de la cantidad de relleno de crema o del sabor, la crema casi siempre se separaba en una oblea.

"Esperábamos un efecto basado en el tamaño", dice Owens. "Si había más crema entre las capas, debería ser más fácil de deformar. Pero en realidad no fue así".

Curiosamente, cuando mapearon el resultado de cada galleta a su posición original en la caja, notaron que la crema tendía a pegarse a la oblea que miraba hacia adentro: Las galletas del lado izquierdo de la caja se retorcían de tal manera que la crema terminaba en la oblea derecha, mientras que las galletas del lado derecho se separaban con la crema mayormente en la oblea izquierda. Sospechan que esta distribución en la caja puede ser el resultado de efectos ambientales posteriores a la fabricación, como el calentamiento o los empujones que pueden hacer que la crema se desprenda ligeramente de las obleas exteriores, incluso antes de la torsión.

La comprensión obtenida de las propiedades de la crema Oreo podría aplicarse al diseño de otros materiales fluidos complejos.

"Mis fluidos de impresión 3D pertenecen a la misma clase de materiales que la crema de Oreo", afirma. "Así que este nuevo conocimiento puede ayudarme a diseñar mejor la tinta cuando intente imprimir electrónica flexible a partir de una lechada de nanotubos de carbono, porque se deforman casi exactamente igual".

En cuanto a la galleta en sí, sugiere que si el interior de las obleas Oreo estuviera más texturizado, la crema podría agarrarse mejor a ambos lados y dividirse de forma más uniforme al retorcerse.

"Tal y como están ahora, descubrimos que no hay ningún truco para retorcer la crema de manera uniforme", concluye Owens.

Esta investigación ha sido financiada, en parte, por el programa UROP del MIT y por el Programa de Becas de Postgrado en Ciencia e Ingeniería de la Defensa Nacional.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.