1. Leche, cremas, mantecas, margarinas, jugos, sopas, mayonesa, licores en crema,
salsas, postres helados, aderezos
Características fisicoquímicas–organolépticas
Apariencia, aroma, textura, sabor, vida útil
Ej.: leche → fluido blanco de baja viscosidad
yogurt de frutillas → gel viscoelástico rosado
manteca → semisólido blanco-amarillento
Dependen de:
• la selección de materias primas ( agua, aceite, emulsionantes, espesantes, minerales,
ácidos, bases, vitaminas, aromatizantes, colorantes, saborizantes, etc)
• las condiciones de procesamiento (mezclado, homogeneización, pasteurización,
esterilización, etc) en el producto final.
EMULSIONES
ALIMENTARIAS
2. CLASIFICACIÓN DE EMULSIONES
Emulsiones → sistemas coloidales bifásicos→ dos líquidos poco solubles o insolubles entre sí
fase dispersa o interna (pequeñas gotas ) en fase dispersante, continua o externa
Emulsiones directas (O/W)
Fase dispersa: Aceite
Fase dispersante: Agua
leche, mayonesa, crema, salsas, sopas
Emulsiones inversas (W/O)
Fase dispersa: Agua
Fase dispersante: Aceite
manteca
Emulsiones múltiples
(W/O/W o O/W/O)
Por tipo de fases Por el tamaño de micela
Emulsiones Microemulsiones
3. 1- Clasificación de emulsiones por %V de la fase interna
LIPR
Razón de fase
interna baja
MIPR
Razón de fase
interna medio
HIPR
Razón de fase
interna alto
Rango <0.3 0.3<<0.7 >0.7
Ejemplos Leche, helados
Mantequilla,
margarina
Mayonesa,
aderezos
(fracción volumétrica de la fase dispersa): relación entre
el volumen de la fase dispersa y el volumen total de la
emulsión
. Indica: “concentración” de fase dispersa en una emulsión
. Apariencia, textura, sabor y estabilidad de una emulsión alimentaria
. Conocido previamente, modificado en el proceso
PARÁMETROS DE CARACTERIZACIÓN DE UNA EMULSIÓN
emulsión
f.dispersa
i
V
V
4. 2- Por el tamaño de los glóbulos de la fase dispersa:
Categoría I
Macroemulsiones
Categoría II
Miniemulsiones
Categoría III
Microemulsiones
Principal
constituyente
Aceite,agua,
emulsionante
Aceite,agua,
emulsionante,
coemulsionante
Aceite,agua,
emulsionante,
coemulsionante
Tamaño de los
glóbulos (m)
0.2-50 0.1-0.4 0.01-0.1
Tipo O/W W/O O/W W/O O/W W/O
Estabilidad
Termodinámica
Inestable
Inestables
(+ estables que I)
Estables
más común en alimentos transparentes
Aumenta la estabilidad (disminuye tamaño)
5. d ( i )
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
n(i)
0
100
200
300
400
3. Por la distribución de tamaño de las partículas
- Único tamaño de gota → emulsión monodispersa →
parámetro de caracterización: radio o diámetro de las gotas.
- Distintos tamaños de gota → emulsión pauci-polidispersa →
parámetro de caracterización: distribución de tamaños de gota
6. d ( i )
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
(i)(%)
0
5
10
15
20
25
30
d ( i )
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
f(i)(%)
0
5
10
15
20
25
según la frecuencia en número (fi)
N
f i
i
n
ni = número de gotas de clase i
N = número total de gotas
Vi = volumen de la sub población de gotas clase i
V = volumen total de gotas
V
Vi
i
según la frecuencia en volumen (ϕi)
7. Momentos de distribución del diámetro de gota
Se relaciona con el área de superficie de las
gotas expuestas a la fase dispersante, por
unidad de volumen de emulsión
Turbidimetría (Pierce & Kinsella, 1978)
dVS
ó
d3-2
Área-Vol.
Diámetro
promedio de
Sauter
Se relaciona con el volumen promedio
de las gotas en una emulsión
polidispersa
dV
Volumen
Se relaciona con la superficie
promedio de las gotas en la emulsión
polidispersadS
Área
Todas las gotas alineadas de una
emulsión polidispersa tendrían la
misma longitud total que la alineación
de las gotas de una emulsión
monodispersa con diámetro igual al dL
dL
Longitud
SignificadoFórmula de cálculoSímbolo
Diámetro
promedio
en:
N
dn
d ii
L
N
2
ii
S
dn
d
3
3
ii
V
dn
d
N
2
ii
3
ii
23
dn
dn
d
10. Formación de una emulsión
leche → emulsión formada naturalmente
mayoría de las emulsiones alimentarias → proceso de formación→
mezclar materias primas que no se hallan naturalmente juntas
Ej.: aderezo para ensaladas → aceite de soja, agua, proteínas lácteas, vinagre de
manzana y polisacáridos de algas
Pasos para la formación de la emulsión
- Mezclado: Incorporación de ingredientes
.- fase acuosa ← proteínas, polisacáridos, azúcares, sales, vitaminas,
colorantes, antioxidantes y surfactantes hidrosolubles, etc.
.- fase oleosa ← vitaminas, colorantes, antioxidantes y surfactantes liposolubles
- Homogeneización de las 2 fases inmiscibles
- Homogeneización Primaria: “emulsión gruesa”
- Homogeneización Secundaria: reducción del tamaño de gota
11. ruptura de la gota
adsorción rápidaadsorción lenta
coalescencia estabilización
12. HOMOGENEIZADORES
• De baja velocidad (< 3000 rpm)
• De alta velocidad (hasta 30000 rpm)
• Molino coloidal
• Válvula de alta presión
• Ultrasónicos
• Microfluidificadores
• Membranas
13. Homogeneizadores de alta velocidad:
Omnimixer (cuchillas)
Ultraturrax; Polytron (rotor girando a alta velocidad)
• De hoja en z para masas
• Tanques rotativos para mantequilla
• Mezcladores de líquidos a alta velocidad para poco viscosos:
elaboración y premezclas de aderezos, cremas, mayonesa, quesos
fundidos
14. • Compuesto por un elemento estacionario y otro
rotatorio; entre ellos queda un pequeño hueco
ajustable a través del cual se pasa la premezcla
• Al pasar entre las superficies el fluido es sometido a
fuerzas de cizalla y turbulencia importantes que
producen la emulsión
• La separación normalmente es de 50 a 150 μm
• La alimentación entra por el centro de rotación por
acción de la fuerza de gravedad, pasa por la ranura y
se descarga por la periferia
• Líquidos poco viscosos: el rotor gira sobre eje
horizontal. La velocidad varía de 3000 rpm a 15000
rpm
• Líquidos viscosos (molinos para pastas): el rotor gira
sobre eje vertical. La velocidad del rotor varía de 3000
rpm a 10000 rpm
Molino Coloidal
rotor cónico que gira a velocidad.
Acción centrífuga con impacto
15. • Se producen emulsiones finas de 1 a 2 μm
• Como desventaja pueden producir la incorporación de
aire, lo que afecta el funcionamiento del equipo y la
formación de espuma
• Algunos molinos tienen los elementos con ondulaciones
para producir una emulsión progresiva y minimiza la
aireación en el producto
• Los molinos se usan para aderezos, mayonesas,
cremas
• Los de pastas se usan también para reducción de
tamaño (pasta de carne y pescado, frutas)
Molino Coloidal
16. 3. Homogeneizadores a presión
• Se fuerza el paso de la emulsión bruta a gran velocidad a través
de una ranura muy estrecha
• Está compuesto por una válvula de homogeneización (o dos
válvulas) y una bomba de alta presión (desplazamiento positivo)
• Válvula proporciona abertura ajustable del orden de 15 a 30μm y
a través de ella se hace pasar la mezcla a alta presión (hasta 69
MNm-2)
• Se alcanzan altas velocidades (50-200 ms-1)
18. Emulsificación a través de membranas
• Para emulsiones poco concentradas
• Demanda poca energía
• Poro de tamaño constante
• Es posible obtener tamaños de 0.2 µm
Homogeneizador a membrana:
Pasaje forzado a través de una membrana
porosa de vidrio o cerámica
19. • Según el tipo de membrana (hidrofóbica o hidrofílica) se pueden hacer
emulsiones O/W o W/O
• Sirve para productos sensibles a las fuerzas de cizalla porque el stress es
bajo
• Posibilidad de producir emulsiones monomodales o monodispersas: mayor
estabilidad
20. Formación de emulsiones múltiples
En una primera fase se forma una
emulsión de agua en aceite (W1/O)
mediante homogenización de una
fase acuosa (W1) y otra lipídica (O),
en presencia de un emulsificador
lipofílico capaz de producir la interfase
W1-O. En una segunda etapa se pro-
cede a la homogenización de la
emulsión W1/O con una nueva fase
acuosa (W2) con la ayuda de un
emulsificador hidrofílico (interfase O-
W2), obteniéndose así la doble
emulsión (W1/O/W2).
22. Termodinámica de la formación de emulsiones
Fase acuosa (W) + Fase lipídica (O) → Emulsión O/W
estado de mínima energía libre (G) → trabajo → estado de mayor G
O
W
G i = G0 i + Gw i + Ginterfacial i -TS i G f = G0 f + Gw f + Ginterfacial f - TS f
Gformación = Gf - Gi = Ginterfacial f - TS f - Ginterfacial i + TS i
= G interfacial – T Sconfiguracional
= A - T S
Si [ A] >> [T S]
EMULSION (MACRO)
G A > 0
termodinámicamente inestable
Si muy baja [ A] << [T S]
MICROEMULSION
G -T S < 0
termodinámicamente estable
23. EMULSIÓN → Sistema termodinámicamente inestable
Cinéticamente más o menos estables (“metaestables”)
Gi
Gf
Cinéticamente
inestable
G=W= A
Estabilidad
cinética
Interacciones coloidales
Reología del film interfacial
O
W
G*
Estabilidad
cinética
24. Para tener una emulsión estable en el tiempo es preciso adicionar
un agente emulsionante
Compuesto anfífilico: grupos polares y grupos no polares que le
permiten adsorberse y orientarse en la interfase aceite/agua
Agente emulsionante reduce la tensión interfacial y protege la
emulsión
Tipos de emulsionantes: naturales y sintéticos
Agente emulsionante
25. Estabilizantes: emulsionantes, espesantes
Emulsión cinéticamente estable → agregado (previo a la homogeneización) de
agentes emulsionantes y/o agentes espesantes (suficiente E de activación
contra la desestabilización)
emulsionante : adsorción a la interfase
espesante: aumento de la viscosidad del medio
evitan o retardan
el contacto
entre gotas
emulsionantes = emulsificantes = emulgentes
•sustancias superficialmente activas (tensoactivas; “ténsidos”) → adsorción a la interfase →
↓ →↓G formación de la emulsión
•forman una membrana protectora que evita el acercamiento de las gotas y su eventual
agregación y fusión (floculación y coalescencia)
•moléculas anfifílicas: proteínas, surfactantes de bajo peso molecular y fosfolípidos
• emulsionantes neutros: se orientan en la superficie de las gotas de aceite; grupos
polares hacia fase acuosa. Capa de agua de hidratación. Frecuentes en la industria
alimentaria.
• emulsionantes iónicos: estabilizan emulsiones O/W, disolviendo el resto alquílico en la
superficie de la gota oleosa, extendiéndose los grupos cargados hacia la fase acuosa.
Doble capa eléctrica de contraiones; evita la agregación de las gotas.
26. Acomodamiento de un biopolímero en la interfase O/W
• Macromoléculas tipo “ovillo estadístico”:
restos hidrofóbicos no polares → penetran fase oleosa
restos hidrofílicos polares → en contacto con fase acuosa
regiones neutras → extendidas en la interfase
Rearreglo espacial rápido
Membranas formadas por ovillos estadísticos:
abiertas, gruesas y de relativamente baja viscoelasticidad
• Macromoléculas globulares:
zona hidrofóbica → a la gota de aceite
zona hidrofílica → a la fase acuosa
Re arreglo espacial más lento (mayor rigidez conformacional)
Membranas formadas por macromoléculas globulares:
compactas, con alta viscoelasticidad, más resistentes
27. Industria alimentaria: dos grandes categorías
emulsionantes de bajo peso molecular (monoglicéridos, polisorbatos y lecitina)
emulsionantes macromoleculares como las proteínas (huevo, leche, soja, etc.)
emulsionantes de bajo PM: migran más rápido que proteínas, son moléculas más
pequeñas pero las características de la capa formada entre las dos fases no son
iguales, dan un film más rígido.
Proteínas: film viscoelástico, muy resistente. Algunas proteínas forman
multicapas.
(1) migración y adsorción de la proteína a interfase
(2) reacomodo y formación enlaces intermoleculares
29. HLB = 7 + (Nro. grupos H) + (Nro. grupos L)
30. Sigue
Trioleato de sorbitan (Span 85)
Monoestearato de propilen glicol
Triestearato de sorbitan (Span 65)
Monoestearato de glicerilo
Lactoplamitato de glicerilo
Monooleato de sorbitan (Span 80)
Monolaurato de propilenglicol
Monoestearato de sorbitan (Span 60)
Ester succínico de monoglicéridos
Monoestearato de diglicerilo
Monoestearato de sorbitano (Span 60)
Monopalmitato o laurato de sorbitano
Monopalmitato de sorbitan (Span 40)
Monolaurato de sorbitan (Span 20)
Ester diacetil tartárico de monoglicéridos
HLB
1.8
1.8
2.1
3.7
3.7
4.3
4.6
4.7
5.3
5.5
5.7
6.6
6.7
8.6
9.2
HLB calculado para algunos emulsionantes
31. 9.6
9.8
10.5
10.5
10.9
11.4
11.6
12.0
12.0
13.1
13.2
13.3
14.9
15.6
15.8
16.7
18.0
20.0
21.0
40.0
14-15
<8
Monoestearato de polioxietileno sorbitan (Tween 61)
Gelatina (Parmagel B)
Metilcelulosa (Methocel 15 cpd)
Triestearato de polioxietino sorbitan (Tween 65)
Monooleato de polioxietileno sorbitan (Tween 80)
Monooleato de polioxietino (PEG 400 monoleato)
Monoestearato de polioxietileno (PEG 400 monosterato)
Acacia
Oleato de trietanolamina
Monolaurato de polioxietileno (PEG 400 monoolaurato)
Tragacanto
Monolaurato de polioxietino sorbitan (Tween 21)
Monoestearato de polioxietileno sorbitan (Tween 60)
Monopalmitato de polioxietino sorbitan (Tween 40)
Monooleato de polioxietileno (20) sorbitan (Tween 85)
Monolaurato de polioxietino sorbitan (Tween 20)
Oleato de sodio
Oleato de potasio
Estearil 2 lactilato de sodio (SSL)
Lauril sulfato de sodio (SDS)
Lecitinas (soluble en etanol, ricas en fosfatidil colina)
Lecitinas (insoluble en etanol, ricas en fosfatidil inositol)
HLB
32. 20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Solubles
en agua
Solubles
en aceite
Detergentes
Detergente – solubilizante
Hidrofílicos. Parcialmente solubles en agua
Emulgentes O/W. Micelas en agua
Sin preferencia
Agente humectante
Hidrofóbicos. Solubles en aceite
Emulgentes W/O. Micelas reversas en aceite
Muy hidrofóbicos
Agentes antiespumantes
Sin buena actividad superficial
Sin buena actividad superficial
33. PRINCIPALES SURFACTANTES USADOS EN ALIMENTOS
LECÍTINAS.-
Fosfolípidos considerados como el agente natural emulsionante y dispersante por excelencia,
la lecitina continua desempeñando un importante rol en muchas formulaciones de alimentos.
A nivel mundial se estima un consumo de 100.000 Toneladas anuales. La mayor parte de las
lecitinas producidas comercialmente se obtienen de la soja aunque otras semillas como maíz,
girasol, semilla de algodón entre otras, representan nuevas fuentes comerciales para este
producto.
Diversos tipos de lecitinas y lecitinas modificadas están disponibles por las casas
formuladoras de aditivos tanto en forma líquida, plástica y sólida.
MONOGLICÉRIDOS.-
Los monoglicéridos y mono-diglicéridos constituyen los emulsionantes de más uso con status
GRAS. Son lipofilicos, no iónicos y elaborados por esterificacion o alcoholisis de grasas y
aceites comestibles o ácidos grasos con glicerol en presencia de un catalizador.
34. ESPESANTES
Aumentan la viscosidad de la fase acuosa de las emulsiones
Modifican textura y sabor del alimento
Moléculas con un elevado grado de hidratación y gran tamaño o agregados
moleculares. Agentes espesantes más frecuentes en la industria alimentaria :
proteínas y polisacáridos.
A mayor PM, ramificación en su estructura, desenrrollamiento y flexibilidad →
mayor poder espesante
Aspectos reológicos de los biopolímeros espesantes → características
funcionales
Ejemplo : aderezo para ensaladas: viscosidad intermedia
Aspectos organolépticos de la emulsión
Ejemplo : percepción previa y prejuicios sobre la “cremosidad” y el contenido
calórico del alimento (más dietético si no es demasiado viscoso)
35. VÍAS DE DESESTABILIZACIÓN DE UNA EMULSIÓN
DESESTABILIZACIÓN QUÍMICA
Oxidación lipídica → “off-flavors” (olores rancios) ;
disminución de vida útil → antioxidantes
Reacciones enzimáticas
DESESTABILIZACIÓN QUÍMICA
DESESTABILIZACIÓN FÍSICA
36. Oxidación lipídica produce deterioro de la emulsión:
• palatabilidad (por aparición de olores y sabores rancios)
• características organolépticas (alteración del color y la textura)
• calidad nutricional (por pérdida de ácidos grasos y/o aminoácidos
esenciales)
• reducción en su período de vida útil
• productos formados en la oxidación potencialmente nocivos para la salud
Oxidación lipídica
37. Agentes Antioxidantes
Antioxidantes → inhiben o retrasan la oxidación, pero no la evitan
Mecanismos de acción:
• ↓ [O2]
• interceptando al oxígeno singulete
• captando radicales libres
• quelando metales oxidantes (Cu o Fe)
antioxidantes sintéticos
estructuras fenólicas con distinto grado de sustitución:
Butilhidroxianisol (BHA); Butilhidroxitolueno (BHT); Terbutilhidroxiquinona(TBHQ)
(inocuidad altamente cuestionada)
antioxidantes naturales
compuestos fenólicos (quinonas, polifenoles)
Ácido ascórbico (Vitamina C); Tocoferoles (Vitamina E)
39. SEPARACIÓN GRAVITACIONAL: CREMADO Y SEDIMENTACIÓN
• aspecto
• textura
• sabor
• estabilidad floculación y/o coalescencia “oiling off”
(Acción de la gravedad gradiente vertical de concentración gotas,
sin variar la distribución del tamaño)
r (gotas de f. dispersa) < r (f. dispersante) r (gotas de f. dispersa) > r (f. dispersante)
emulsiones O/W cremado sedimentaciónemulsiones W/O
SEPARACIÓN GRAVITACIONAL: CREMADO Y SEDIMENTACIÓN
40. Factores que influyen en la velocidad de cremado
Factor Aumenta la velocidad cremado
relación de ρ entre las fases ↓ ρ de la gota
ϕ emulsiones diluidas
grado de polidispersión ↑ polidispersión
grado de floculación A ↓ ϕ ,↑ tamaño flóculos
A ↑ ϕ → empacado (mayonesa) → ↓
velocidad de cremado
reología de la fase continua (η) ↓ η fase continua
carga eléctrica de las gotas gotas neutras (sin cargas)
cristalización de las grasas ρ aceite (s) > ρ aceite (l)
emulsionante adsorbido ↑ ρ de la gota
movimiento browniano Favorece la distribución al azar
↓ la velocidad de cremado
SEPARACIÓN GRAVITACIONAL: CREMADO Y SEDIMENTACIÓN
41. Métodos de control de la separación gravitacional
velocidad de movimiento de las gotas de fase dispersa en una emulsión:
Ley de Stokes
1
12
2
9
rg2
v
rr
1. Disminución de la diferencia de densidades entre las fases de la emulsión
2. Reducción del tamaño de gota
3. Modificación de la reología de la fase continua
4. Aumento de la concentración de gotas
SEPARACIÓN GRAVITACIONAL: CREMADO Y SEDIMENTACIÓN
42. 1. Disminución de la diferencia de densidades entre las fases de la
emulsión
Adición de aceites o sustratos a la fase oleosa ( “weighting agents” )
aceites vegetales tratados (ρ > agua)
gomas
Adición de estabilizantes
capa interfacial (gruesa; densa) → ↑ densidad gotas
Variación en el contenido de grasa sólida de la fase oleosa
contenido de grasas (s) de la fase oleosa: 30% → ρ ~ agua
Temperatura
Composición
Inconveniente: induce coalescencia parcial
1
12
2
9
rg2
v
rr
SEPARACIÓN GRAVITACIONAL: CREMADO Y SEDIMENTACIÓN
43. 2. Reducción del tamaño de gota
homogeneización de la lecha cruda → ≠ subpoblaciones ( ≠ tamaños de gotas)
radio crítico → % admitido de gotas con tamaño > tamaño crítico
Ej: licores cremosos: menos del 3% de las gotas deben tener un tamaño > 0.4 mm
1
12
2
9
rg2
v
rr
3. Modificación de la reología de la fase continua
emulsiones O/W → agregado de “agentes espesantes” hidrocoloides → ↑η fase
continua
4. Aumento de la concentración de gotas
A > ϕ→ > empaquetamiento de gotas
Ej.: mayonesa
SEPARACIÓN GRAVITACIONAL: CREMADO Y SEDIMENTACIÓN
44. FLOCULACIÓN
• energía térmica
• gravedad → movimiento continuo gotas
• fuerzas mecánicas aplicadas
colisiones entre gotas
Según magnitud relativa de las fuerzas repulsivas y atractivas → gotas
agregadas manteniendo su identidad → FLOCULACIÓN → ↓ N° partículas
colisión
nT = nº total partículas/V
F = frecuencia de colisiones
E = eficiencia de colisiones
dnT
dt
= −
1
2
FEd
45. Floculación → ventajosa o perjudicial para las propiedades de la emulsión
alimentaria, dependiendo de la naturaleza del producto
Floculación
en emulsiones diluidas → ↑ velocidad de cremado → ↓ vida útil
Floculación
en emulsiones concentradas → empacado → ↑ vida útil
grado de floculación :
• 1- frecuencia de las colisiones entre gotas
• 2- eficiencia de las colisiones
FLOCULACIÓN
46. Métodos de control de la floculación
1. Métodos que controlan la frecuencia de las colisiones
La frecuencia de colisiones entre gotas aumenta al aumentar:
• movimiento browniano
• fuerzas externas (flujos)
• concentración de gotas (↑ colisiones debidas al cremado)
• diferencia de r entre fases (↑ colisiones debidas al cremado)
o bien al disminuir:
• viscosidad de la fase dispersante (↑ colisiones debidas al cremado)
• diámetro de las gotas (↑ colisiones debidas al cremado)
Así, los métodos son:
1. Prevención de la agitación durante el almacenaje y/o transporte
2. Disminución de la concentración de gotas
3. Disminución de la diferencia de densidades entre las fases
4. Incremento de la viscosidad de la fase continua
5. Aumento del tamaño de las gotas FLOCULACIÓN
47. 2. Métodos que controlan la eficiencia de las colisiones
evitar floculación → evitar colisiones entre gotas → regular interacciones entre
partículas coloidales → fuerzas repulsión > fuerzas atracción
1. Interacciones electrostáticas
2. Estabilización estérica por polímeros
3. Puentes de biopolímeros
4. Interacciones hidrofóbicas
5. Interacciones por depleción
6. Tamaño de gota
FLOCULACIÓN
48. 1. Interacciones electrostáticas
emulsionantes eléctricamente cargados (surfactantes iónicos, proteínas, polisacáridos)
pH, fuerza iónica → características de carga del emulsionante
Efecto del pH:
Ej: emulsión O/W estabilizada por proteína
punto isoeléctrico → > floculación
→ abrupto incremento del d3-2
Influencia del pH en la Floculación
pH
3 4 5 6 7
d(3-2)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
Efecto de la fuerza iónica:
↑ I del medio → ↑[cargas] → apantallamiento de cargas en la superficie de las gotas
→ ↑ floculación
[electrólito] mínima para iniciar floculación
→ “concentración crítica de floculación” (CFC)
Regla de Schulze-Hardy:
A > valencia de los electrolitos → < CFC
requerida (→ < CFC para iones multivalentes)
6
z
1
CFC
FLOCULACIÓN
49. Efecto “puente” de ciertos iones:
Ejemplo:
Ca 2+ → efecto de apantallamiento de cargas
Ca 2+ → cross-links (puentes electrostáticos) entre proteínas
estabilizadoras → floculación
Ca2+, Mg2+, Al3+, pequeños iones orgánicos (aminoácidos) o biopolímeros
cargados (proteínas o polisacáridos)
FLOCULACIÓN
Conclusión:
control de la floculación en emulsiones con gotas cargadas →
• potencial de superficie suficientemente alto
• [iones] < CFC
Dificultad práctica:
incorporación de grandes cantidades de electrólitos con fines
nutricionales (ej: alimentos para bebés, suplementos alimentarios para
ancianos o deportistas) → emulsionantes no iónicos
complejantes de iones
50. 2. Estabilización estérica por polímeros
polímeros emulsionantes → en superficie de gota: efectos estéricos
< influencia de las condiciones del medio (pH, I)
•Acción de T → mayores interacciones polímero-polímero
• modificación o clivaje enzimático del biopolímero → ↓ capa de emulsionante
(hidrólisis ácida o enzimática)
• deshidratación de grupos polares del biopolímero
3. Puentes de biopolímeros
• formación de puentes entre biopolímeros estabilizantes → floculación
• [biopolímeros] insuficiente → cobertura incompleta de la interfase → formación
de puentes entre biopolímeros estabilizantes y parches hidrofóbicos de la
superficie de las gotas
FLOCULACIÓN
51. Influencia de la temperatura en la floculación
Temperatura (°C)
30 40 50 60 70 80 90
d(3-2)(m)
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
4. Interacciones hidrofóbicas
cobertura incompleta superficie de gotas → exposición sectores hidrofóbicos
Ej.:
floculación inducida por la temperatura en emulsiones O/W estabilizadas por
proteínas globulares (WPC):
estables a la floculación ( T amb)
exposición aminoácidos hidrofóbicos ocultos
aumento hidrofobicidad superficial
> Interacciones entre gotas → floculación
Control estricto de T durante la fabricación, el transporte o el almacenamiento del
alimento.
FLOCULACIÓN
floculan ( T > 70 °C)
52. 5. Interacciones por depleción (exclusión)
partículas coloidales no adsorbidas a la interfase, permanecen en fase
continua (biopolímeros o micelas de surfactante) → ↑floculación
Sin embargo → ↑ viscosidad medio → ↓ floculación
Ej: goma de xantano (aditivo en: aderezos de ensaladas, bebidas, helados,
salsas, etc.)
FLOCULACIÓN
(zona de exclusión)
si se agrega una sustancia que es excluida
de esta zona, el sistema reacciona tratando
de disminuir dicha región
FLOCULACIÓN
53. COALESCENCIA
• Contacto de las gotas → importan fuerzas de corto alcance
• disminución en el área de contacto interfacial
• ruptura de membrana interfacial
Mecanismos causantes de coalescencia:
•por las colisiones entre gotas
•por el contacto prolongado de las gotas
•por formación de agujeros en membrana interfacial (fluctuación térmica)
coalescencia → emulsiones O/W → cremado (“oiling off”)
coalescencia → emulsiones W/O → agua en el fondo del sistema
Control estricto de la coalescencia para vida útil de los productos
alimenticios.
COALESCENCIA
54. La coalescencia de las gotitas depende de:
(1) el adelgazamiento de película y
(2) la ruptura de la película.
(a) Como se acercan a dos gotas entre sí, sale el líquido entre las mismas, se
hacen cada vez más delgada y puede seguir delgada o puede llegar a algún valor
de equilibrio.
(b) dos gotas que están en contacto pueden combinar de forma espontánea debido
a la fluctuación térmica de sus membranas, dando lugar a la formación de agujeros.
COALESCENCIA
56. Métodos de control de la coalescencia
1. Estructura de la membrana interfacial de las gotas
contacto prolongado entre las gotas
Evitar floculación previa
Disminuir eficiencia de las colisiones
Separación de gotas (pH, I, T, emulsionante) durante cremado
disrupción de la membrana de las gotas
↓ Tensión superficial de membrana
↓ Viscoelasticidad de membrana
↑ Fluctuaciones térmicas
↑ Acción mecánica
↓ Espesor de membrana (emulsionante)
↑ Tamaño de gota
↑ Concentración de gotas
COALESCENCIA
1. Estructura de la membrana interfacial de las gotas
2. Tipo de emulsionantes
3. Condiciones del entorno
→ agujeros → coalescencia
57. 2. Influencia de tipo de emulsionantes
Proteínas → gran eficiencia en la protección contra la coalescencia :
• emulsiones de pequeño tamaño de gota
• fuerzas de repulsión interfacial importantes
• tensiones interfaciales altas
• membranas de alta viscoelasticidad
Surfactantes no iónicos (Tweens) → factores estéricos
Surfactantes iónicos (SDS, ácidos grasos) → repulsión electrostática
(Siempre a baja I)
COALESCENCIA
Surfactantes de
bajo peso molecular
→ fuerzas de repulsión entre gotas
• baja viscoelasticidad de membrana
58. 3. Condiciones del entorno
Congelación
Confinamiento gotas fase oleosa → empaquetamiento en entornos de
mayor I → disrupción de las membranas → coalescencia al descongelarse
Secado /Deshidratación
perjuicio interfase → coalescencia al reconstituirse
Centrifugación
> empaquetamiento, “Droplet flattening” → hoyos → coalescencia
Reacciones químicas
Oxidación lipídica
Hidrólisis enzimáticas
COALESCENCIA
59. COALESCENCIA PARCIAL
COALESCENCIA PARCIAL
O/W
AGITACIÓN MECÁNICA
↓ T → CRISTALIZACIÓN
GOTAS PARCIALMENTE
CRISTALIZADAS
AGREGACIÓN FUSIÓN
AGREGADOS
IRREGULARES
Un cristal de una gota penetra
en el líquido de otra
COALESCENCIA
Entramado que rodea las celdas de aire,
proveyendo una estructura estable
y de buena textura
COALESCENCIA
PARCIAL
HELADOS
60. DESPROPORCIÓN O MADURACIÓN DE GOTAS (OSTWALD RIPENING)
crecimiento de las gotas más grandes a expensas de las más pequeñas
→ gran cambio en el diámetro promedio
>> p interna gotas pequeñas (presión de Laplace)
emulsiones O/W con lípidos más solubles
Ej.:
licores cremosos, con alcohol en fase acuosa o aceites saborizados
Métodos de control de la desproporción
1. Distribución del tamaño de gota
rango de la distribución de tamaño de gota estrecho
2. Solubilidad
↓ solubilidad de fase continua en dispersa
3. Membrana interfacial
4. Composición de las gotas
Según las sustancias contenidas en las gotas sean más o menos afines con la fase
continua
DESPROPORCIÓN
61. INVERSIÓN DE FASE
emulsión O/W → emulsión W/O
emulsión W/O → emulsión O/W
Provocada por cambios en:
tipo de emulsionante
proporción de fase dispersa
concentración del emulsionante
condiciones del solvente
temperatura
agitación mecánica
(No todas las emulsiones pueden darla, sin colapsar y separar fases)
Tipos de inversión de fases
Inversión de fases inducida por surfactantes de bajo peso molecular
cambios estructurales moleculares del surfactante
Reversibles (por cambio de T y/o I)
Inversión de fases inducida por cristalización grasa
emulsión O/W → enfriamiento → cristalización parcial → coalescencia parcial → red
continua de cristales grasos → atrapamiento de agua → emulsión W/O
(fabricación de manteca)
INVERSIÓN DE FASE
64. Métodos para la evaluación de la estabilidad de emulsiones:
Para evaluar la estabilidad de las emulsiones, según sea el fenómeno que
cause problemas en la misma, podemos utilizar los siguientes métodos:
FLOCULACIÓN Y CREMADO:
• VOLUMÉTRICO, método de Dagorn Scavinery col., (1986)
• CONDUCTIMÉTRICO, método de Latreilley Paquin(1990) y Kato y col (1985)
• GRAVIMÉTRICO, método de Shimizuy col., (1983)
• TURBIDIMÉTRICOS, Método de Pearce y Kinsella (1978)
COALESCENCIA:
• TURBIDIMÉTRICOS,Método de Pearce y Kinsella (1978) –Kaufman y Garti (1981)
• CENTRIFUGACIÓN, bajo condiciones aceleradas, Graham, (1976) Tornberg y
Hermansson, (1977)
• CENTRIFUGACIÓN Y ALMACENAMIENTO Efecto del calor y centrifugación
(Yasumatsuy col, 1972)
• FUERZA MECÁNICA (Britteny Giroux, 1991)
FLOCULACION, CREMADO Y DESPROPORCION:
• Las medidas absolutas del cambio del tamaño de gota en función del tiempo,
mediante el uso de Laser Scattering, microscopía y contador de partículas o Coulter
65. Método Conductimétrico
EE= (κs-κe).
T
C
2D Graph 1
Tiempo (s)
0 20 40 60 80 100 120 140
Conductividad
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
κs: Conductividad de la solución proteica
κe: Conductividad mínima de la emulsión (emulsión inicial)
T
C
: Inversa de la pendiente inicial de la curva de conductividad
de la emulsión.
Escriba aquí la ecuación.Escriba aquí la ecuación.
C = κ
A
l
κ = S cm−1
