Paula Sceni Mariana Capello Daniela Igartúa
Emulsiones y espumas Segundo cuatrimestre 2017
Propiedades superficiales Emulsiones
Espumas
Propiedades superficiales Emulsiones
Espumas
Emulsiones aceite (o)
Fase dispersa
acuosa (w)
acuosa (w)
Fase continua
aceite (o)
Emulsión o/w
Emulsión w/o
Emulsificación
Diferencias en el modo de adsorción de a) proteína flexible, b) proteína globular rígida, c) lípidos polares.
Emulsiones Propiedades emulsionantes
Capacidad emulsionante
Estabilidad de la emulsión
Máxima cantidad de aceite que puede incorporar la emulsión
Medida del tiempo que permanece la emulsión sin que se modifiquen sus propiedades dentro de un rango predeterminado.
Emulsiones Concentración de fase dispersa
VD VE
: Fracción volumétrica
m
m:
mD mE
Fracción másica
V D: Volumen fase dispersa
mD: Masa fase dispersa
V E: Volumen emulsión
mE: Masa emulsión
Emulsiones Estabilidad termodinámica La formación de una emulsión conduce a una variación en la energía libre del sistema ( G) G= A: variación del área interfacial
El aumento del área interfacial ( A ) en la formación de una emulsión es muy grande. Por ejemplo, si se dispersa 1 ml de aceite en agua, en gotas de 1 m de diámetro, el área interfacial total es de 6 m2. Si esa misma cantidad de aceite se dispersa en gotas de 2 m de diámetro, el área interfacial se reduce a 3 m2
A : tensión interfacial
La tensión interfacial ( ) es la fuerza o tensión existente en la interfase entre dos líquidos inmiscibles.
Sistema termodinámicamente muy inestable
Emulsionantes de origen lipídico Se acomodan en la interfase, orientando la cabeza polar hacia la fase acuosa y la cola no polar hacia la fase lipídica. De esta manera reducen la tensión interfacial. G = A
Cabeza polar Cola hidrófoba
Emulsionantes Disminuyen la tensión interfacial Disminuyen la energía libre Aumentan la estabilidad de la emulsión
Emulsionantes de origen lipídico
Fosfolípidos
Mono- y diglicéridos
Emulsionantes de origen lipídico
Ésteres de sacarosa
Ésteres de poliglicerol
Emulsionantes de origen lipídico
Ésteres de sorbitano (Span)
Ésteres de polisorbato (Tween)
Emulsionantes de origen lipídico
Polirricinooleato de poliglicerol (PGPR)
Ésteres de propilenglicol
Emulsionantes
HLB
El balance hidrofílico lipofílico (HLB) es un índice semi-empírico que permite determinar la capacidad del emulsionante para solubilizarse en agua o en aceite. Los emulsionantes generalmente son más solubles en la fase continua. –
HLB entre 3 y 8
HLB entre 8 y 16
Emulsiones w/o
Emulsiones o/w
Valores de HLB de algunos emulsionantes sintéticos Emulsionante Polirricnooleato de poliglicerol (PGPR)
HLB
0.4-4.0 2.4
Monoestearato de propilenglicol (ésteres de propilenglicol) Monoestearato de glicerilo (monoglicérido)
3.8
Monoestearato de sorbitano (span 60) Monopalmitato de sorbitano (span 40)
4.7 6.7
Monolaurato de sorbitano (span 20)
8.6
Monoestearato de polioxietilen sorbitano (Tween 60)
Monopalmitato de polioxietilen sorbitano (Tween 40) Monolaurato de polioxietilen sorbitano (Tween 20)
14.9 15.6 16.7
Emulsionantes de origen proteico Durante la formación de la emulsión las proteínas migran hacia la interfase aceite - agua, se adsorben en la superficie y se reorganiza su estructura, orientando sus grupos no polares hacia el aceite y los polares hacia el agua. Naturaleza anfifílica
Acción tensioactiva
Tendencia a desnaturalizarse y agregarse en la interfase
Formación de film rígido y elástico
Proteínas con buenas propiedades emulsionantes
Proteína de leche Proteína de soja Proteínas de huevo
Emulsionantes Cuando se combinan dos emulsionantes, pueden interactuar de 3 maneras diferentes: Competitiva: el emulsionante que disminuye más la tensión interfacial, desplaza de la interface al otro emulsionante. La tendencia es: lípidos de bajo peso molecular >> proteínas flexibles > proteínas globulares pequeñas > polisacáridos. Asociativa: la interfase está formada por una capa que contiene varios emulsionantes. Por ejemplos, los fosfolípidos y las proteínas de la yema de huevo. Secuencial: se forman multicapas por adsorción de una capa de emulsionante sobre otra. Por ejemplo, cuando se adsorbe un polisacárido sobre la interface de una gota de aceite recubierta de emulsionante proteico. •
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Emulsiones Estabilidad
Termodinámica
Indica si un proceso puede ocurrir o no
Cinética
Hace referencia a la velocidad con que ocurre el proceso de desestabilización
Todas las emulsiones son termodinámicamente inestables, sin embargo pueden ser más o menos estables cinéticamente.
Emulsiones Estabilidad cinética y termodinámica Cinéticamente estable Cinéticamente inestable
G*
Gf G
Go
Emulsiones
Estabilidad cinética
Las gotas se mueven en la fase continua a una velocidad promedio (v) que se puede estimar con la ley de Stokes: R = radio de la gota v = 2 x R 2 x 9 x
xg
= diferencia de densidad entre las fases g = gravedad = viscosidad de la fase continua
A mayor velocidad, menor va a ser la estabilidad de la emulsión.
Emulsiones
Procesos de desestabilización
Emulsión w/o
Sedimentación
Emulsión o/w
Cremado
Separación gravitacional
Floculación
Coalescencia
Desproporción
Inversión de fase
Separación de fases
Estabilizantes Hidrocoloides
Son macromoléculas, la mayoría de origen glucídico, con gran capacidad de interactuar con el agua, dando soluciones viscosas e incluso geles Su principal función es aumentar la viscosidad de la fase continua en emulsiones o/w Algunos además poseen cierta naturaleza anfifílica
Algunos hidrocoloides con actividad tensioactiva
Actúan como estabilizante
Acción tensioactiva (actúan como emulsionantes)
Goma tragacanto Goma karaya Goma arabiga Hidroxipropil celulosa Metilcelulosa Carragen Xantan Goma guar
Emulsionantes y estabilizantes Emulsionantes
Estabilizantes
Disminuyen la tensión interfacial ( )
Aumentan la viscosidad de la fase continua (emulsiones o/w)
Disminuyen la energía libre G=
A
Aumentan la estabilidad de la emulsión
Disminuyen la movilidad de las gotas Aumentan la estabilidad de la emulsión
Emulsiones Vida útil
Física Estabilidad
Química Microbiológica
Buscar en la lista de ingredientes aquellos que aumenten la vida útil del producto.
Explicar la función de cada uno y su forma de actuar
Espumas
Fase dispersa
Aire o gas
Líquida Fase dispersante
Semisólida Sólida
Espumas Propiedades espumantes
Capacidad espumante
Medida de la cantidad de aire que puede incorporar una mezcla
Estabilidad de la espuma
Medida del tiempo que permanece la espuma sin perder el aire incorporado
Parámetros importantes
Proteínas como espumantes Capacidad espumante: La proteína debe migrar a la interfase, adsorberse
y reorganizarse. Las proteínas de bajo peso molecular, solubles y flexibles, forman espuman con alta capacidad de retención de aire. Estabilidad: La proteína debe formar un film rígido y viscoelástico estable
que rodee a la burbuja de gas. Las proteínas que interactúan con moléculas vecinas, que polimericen, o que tengan alto peso molecular y puedan formar múltiples capas, aumentarán la estabilidad de la espuma.
Una proteína con alta capacidad espumante puede formar espumas inestables, y viceversa
Factores que afectan a una espuma Del medio • •
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Concentración proteica Solubilidad pH Sales Azúcares Lípidos no polares Lípidos polares Temperatura Tamaño de la burbuja Viscosidad de la fase continua
Factores intrínsecos • • •
Carga Flexibilidad molecular Tamaño y forma molecular
¿Cuáles de estos factores también afectan a las emulsiones?
Espumas Overrun = 100 x VA VL
Capacidad espumante Expansión = 100 x VE VL
Espuma que incorpora todo el líquido Batido VE VL
Espuma que no incorpora todo el líquido Batido VE VL
VLni
Espumas
Procesos de desestabilización
t=0
Drenado
Desproporción
Colapso
La estabilidad de una espuma se determina experimentalmente midiendo algún proceso de desestabilización en función del tiempo.
Espumas
Cinética de drenado
Se determina midiendo el volumen de líquido drenado en función del tiempo.
Vol drenado Vmax
Vmax/2
t 1/2
Volumen drenado
tiempo
t1/2 de drenado : Tiempo necesario para que drene la mitad del volumen máximo que puede drenar la espuma.
Volumen drenado
Espumas de caseinato de sodio
Efecto de la concentración proteica A
B
A = 4% m/m B = 6% m/m C = 8% m/m D = 10% m/m C
D
Espumas de caseinato de sodio
Concentración al 6% a distintos tiempos
A
A = 0 min
B
B = 5 min
C
C = 10 min
Espumas de caseinato de sodio
Concentración al 4% a distintos tiempos
1 4
44
2
3
3
t = 0 min
t = 2 min
t = 4 min
1+2
Comparación de una espuma y una emulsión
¿Cuál es más estable?
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En la espuma el volumen de una burbuja de gas es mucho mayor que el de las gotas de aceite de una emulsión.
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en una espuma ~ 30 mN/m; en una emulsión ~ 0,1 mN/m
•
La diferencia de densidad entre fase continua y fase dispersa es 1g/mL para la espuma y 0,3 g/mL como máximo para las emulsiones.
