El documento describe diferentes tipos de emulsiones y métodos para su producción. Las emulsiones son sistemas que contienen al menos dos líquidos no miscibles, donde uno está dispersado en el otro en forma de gotitas estabilizadas por un agente emulsificante. Existen varios equipos para crear emulsiones, incluyendo molinos coloidales, homogeneizadores a presión y equipos ultrasónicos, los cuales utilizan fuerzas de cizalla para romper las gotas en tamaños micro o nanométricos. La elección del equipo depende de factores como la

1. EMULSIÓN Y HOMOGENEIZACIÓN

2. EMULSIÓN
• Sistema que comprende al menos dos líquidos no miscibles, donde un
de ellos está dispersado en el otro en forma de gotitas y estabilizado
por un agente emulsificante
• La interfase se crea mediante un aporte de energía
• La presencia de un emulsificante permite la:
- Disminución de la tensión interfacial entre fases
- Formación de una capa protectora de las gotitas
Gotita de aceite
Por ejemplo las proteínas difunden
muy rápidamente a la interfase y se
adsorben.
Velocidad de migración 10-3 - 10-4 s
Capa viscoelástica

3. Emulsiones son sistemas muy complejos
 Aceite y agua
 Proteínas
 Polisacáridos
 Agentes emulsificantes de bajo peso molecular
 Sales
 Azúcares simples
 Alcohol
 Agentes antimicrobianos
 Colorantes
 Aromas

4. Las emulsiones se puede clasificar por el tamaño de los glóbulos
de la fase dispersa:
Categoría I
Macroemulsiones
Categoría II
Miniemulsiones
Categoría III
Microemulsiones
Principal
constituyente
Aceite,agua,
emulsificante
Aceite,agua,
emulsificante,
coemulsificante
Aceite,agua,
emulsificante,
coemulsificante
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. 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

6. Agente emulsificante
 Para tener una emulsión estable en el tiempo es preciso adicionar
un agente emulsificante
 Compuesto anfífilico: grupos polares y grupos no polares que le
permiten adsorberse y orientarse en la interfase aceite/agua
 Agente emulsificante reduce la tensión interfacial y protege la
emulsión
 Tipos de emulsificantes: naturales y sintéticos
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7.  Industria alimentaria: dos grandes categorías
 Emulsificantes de bajo peso molecular (monoglicéridos, polisorbatos y
lecitina)
 Emulsificantes macromoléculares como las proteínas (huevo, leche y
soya)
 Emulsificantes 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.
 Proteínas: film viscoelástico, muy resistente. Algunas proteínas forman
multicapas.
 Emulsificantes de bajo PM: film más rígido.
(1) migración y adsorción de la
proteína a interfase
(2) reacomodo y formación enlaces
intermoleculares
proteína
aceite
agua
agua
aceite

8. Para caracterizar el agente emulsificante:
 HLB: balance hidrofílico - lipofílico
 oscila de 1-20 : 3-6 W/O y 8-18 O/W
 HLB 1-9: lipofílicos
 HLB 8-11 intermedios
 HLB 11-20: hidrofílicos
Se requiere que el agente emulsificante sea: inodoro, incoloro e
insípido, no tóxico y estable en el proceso
 Tipos de agentes emulsificantes de bajo peso molecular
Iónico No iónico Anfotérico *
Sales de ácidos grasos (E470) Monoglicéridos (E471) Lecitina (E322)
Lactilato-2-estearil de sodio Polisorbato 60 (E435)
o calcio (E 481 o E482) Polisorbato 65 (E436)
Ésteres tártricos y diacetil Polisorbato 80 (E433)
de monoglicéridos (DATEM, E472) Span 60 (E491)
Span 65 (E492)
* Carga nula a pH neutro

9.  Desventaja de los iónicos: reaccionan con partículas cargadas
positivamente
 Hidrocoloides aumentan viscosidad y favorecen estabilidad
 Para mezcla de dos sustancias: (1) HLB 1 y (2) HLB 2
HLB M = m1(HLB1) + m2(HLB2)
 Para preparar una emulsión:
 Se requiere trabajo para superar la resistencia a la creación de nuevas
interfases
 Trabajo para creación de nuevas superficies
 Se requiere de energía mecánica (fuerzas de cizalla importantes)
para formar las gotas pequeñas y aumentar el área interfacial

10.  El trabajo se realiza sometiendo la mezcla a un mezclado violento
durante un tiempo determinado que depende de la formulación y
técnica empleada
 Efecto cizalla provoca deformación de las gotas
 Emulsión se estabiliza impidiendo coalescencia y asegurando gotas
pequeñas y de tamaño uniforme
 Para la emulsión se debe considerar:
o Agente emulsificante debe favorecer la emulsión requerida
o Temperatura de emulsión: μ y tensión interfacial disminuyen
o Al aumentar HLB, aumenta o mejora dispersabilidad en agua

11.  Aplicación
 Capacidad de emulsificación y estabilidad de la emulsión:
dependen de la cantidad de aceite emulsificada por unidad de
masa emulsificante
Valor HLB Aplicaciones
3-6
7-9
8-15
13-15
15-18
W/O
Agentes humectantes
O/W
Detergentes
Solubilizantes

12. Equipos de emulsificación
1. Mezcladores de rotor
• 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

13. 2. Molinos coloidales
• Compuesto por un elemento estacionario y otra 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

14. Líquidos poco viscosos
Productos más viscosos
Rotor gira sobre un eje vertical
Permite una descarga del
producto y limpieza más fácil
Rotor gira sobre un eje horizontal

16. 2. Molinos colidales (cont)
• Las superficies generalmente son acero inoxidable pulido
• Los molinos pueden estar dotados de camisas de refrigeración
• 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

17. 2. Molinos colidales (cont)
• Hay muchos diseños de molinos (diferentes elementos,
alimentación contracorriente al movimiento del rotor)
• Los molinos coloidales son más efectivos que los
homogeneizadores a presión para viscosos (>1 Nsm-2) entre 0.2
y 1 Nsm-2 se pueden usar los dos equipos
• Los molinos se usan para aderezos, mayonesas, cremas
• Los de pastas se usan también para reducción de tamaño (pasta
de carne y pescado, frutas)

18. 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)
Válvula de primer efecto, tipo Menton
Gaulin

19. 3. Homogeneizadores a presión
• Algunos equipos poseen una superficie perpendicular a la salida
de la ranura donde chocan las partículas
• Hay un cambio grande de presión
• Efecto produce gran cizalla que rompe las gotas (presencia de
otros fenómenos)
• Se usan para productos lácteos (leche, helados, crema de bajo
% en grasa, aderezos, sopas de crema, salsas, etc.)
• Generalmente para productos poco viscosos (<0.2 Nsm-2)

20. Homogeneización en dos etapas : óptima eficiencia
• Para productos lácteos y aderezos de ensaladas en los que proteínas
actúan como emulsificantes
• Las gotitas que salen de la primera válvula tienden a agregarse formando
aglomerados
• Se debe a mala distribución del emulsificante en la superficie recién
creada y glóbulos de grasa
• La segunda válvula los separa, se usa una baja presión (2.8-3.4 MNm-2)
• Los mejores resultados se obtiene con la relación P2/P1 = 0.2
P1 P2

22.  Homogeneización clásica: 20-60 MPa
UHPH o Altas presiones dinámicas
HPH: 100 - 200 MPa UHPH: hasta 350 - 400 MPa
Ventajas :
Modificación de las
propiedades físico-químicas
de los biopolímeros
Paquin (1999)
Floury et al. (2002, 2003)
Gràcia-Julià et al. (2008)
Homogeneización con ultra-alta presión (UHPH)
Inactivación
microbiana
Vachon et al. (2002)
Picart et al. (2006)
Briñez et al. (2007)
Inactivación
enzimática
Hayes & Kelly (2003)
Picart et al. (2006)
Pereda et al. (2008)

23. Cabeza de la
válvula
Asiento
Gap / Espacio de la válvula
La Energía Potencial (~ P) corresponde a la
caída de presión durante el paso del fluido por
la válvula AP (P1 – P2).
La restricción de la tubería aumenta la
velocidad del fluido.
 Aumento de la velocidad hasta 250 m/s
(Ecuación de Poiseuille).
 Generación de fuerzas de cizalla
elongacionales entre capas (107
- 109
s-1).
 Calentamiento de corta duración del fluido à
la salida de la válvula HP (<< 0,5 s).
En salida del gap
 turbulencias
 cavitación
 impactos
 recirculación del fluido
Fluido homogeneizado
Zona de baja presión (P2)
P1 , T1
P2 , T2
UHPH: Fenómenos físicos presentes
Válvula AP
Stanted Fluid Power
Ltd.
Fluido sin homogeneizar
Zona de alta presión (P1)
Gap / espacio
de la válvula
• 10 μm / 1-2 MPa
• 2 μm / 300 MPa

24. Microscopía fotónica
Microscopía de fuerza
atómica (AFM)
200 MPa
2 pasos
Pre-emulsión Control B
Emulsión con 30% (m/m) de aceite
Cortés et al., 2009
UHPH: permite producir
nanoemulsiones

25. 4. Homogeneizador de hidrocizalla
• Cámara cilíndrica con orificio de alimentación tangencial en
el centro y dos toberas de descarga cónicas en los extremos
• La corriente de alimentación entra por orificio estrecho a
alta velocidad
• Se usan bombas con presiones de hasta 1750 KNm-2
• El líquido recorre la cámara en forma de espiral aumentando
la velocidad y entre capas adyacentes se forma gran cizalla
• En el centro se crea zona de baja presión rodeada por otra
de cavitación intensa
• Producto de lo anterior se rompe las gotas produciendo
tamaños de 2 a 8 μm

27. 5. Equipos ultrasónicos
• Cuando se somete un líquido a una frecuencia acústica mayor
que las audibles (16kHz) se ve sometido a ciclos sucesivos de
expansión y compresión. Esto produce cavitación
• La cavitación hace que las burbujas se colapsen
• El sistema que más se emplea para generar la onda ultrasónica
es el mecánico.

28. 5. Equipos ultrasónicos (cont.)
• El más utilizado es el resonador de cuña: a través de una
boquilla se bombea el líquido; el chorro que sale se hace chocar
contra una cuchilla filosa en forma de cuña haciéndola vibrar
• El líquido llega a la boquilla por una bomba a presiones de 350 a
1500 kNm-2
• La frecuencia de vibración es de 18-30 kHz
• El tamaño de las gotas de 1 a 2 μm
• Se usan para aderezos, mezclas de helados, sopas de cremas,
emulsiones de aceites esenciales, chocolate, cremas y
alimentos infantiles

30. 6. Emulsificación a través de membranas
• Para emulsiones poco concentradas
• Demanda poca energía
• Poro de tamaño constante
• Es posible obtener tamaños de 0.2 µm

31. 6. Emulsificación a través de membranas
• Según el tipo de membrana (hidrófoba o hidrofílica) se pueden fabricar
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