UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
FISICO QUIMICA DE ALIMENTOS
Ing. Mg. Javier Pinto C. 2011
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El nombre coloide proviene del griego kolas que rse . que sign signif ific ica a que puede pegarse Esto nombre hace referencia a la
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tender a formar coágulos de forma espontánea.
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Algu Alguna nass sust sustan anci cias as,, apar aparen ente teme ment nte e colo coloid idal ales es,, se comp compor orta tan n como cristaloides y algunos cristaloides lo hacen como colo coloid ides es,, depe depend ndie iend ndo o de las las cond condic icio ione ness dete determ rmin inan ante tess del del sistema. Ejm. albúmina del huevo, la cual es un coloide, se ha logrado o ener en orma cr s a za z a a y e c oruro e so o, un cris crista talo loid ide, e, se comp compor orta ta como como colo coloid ide e cuan cuando do se lo disu disuel elve ve en benceno. benceno. Para Para defi defini nirr las las solu soluci cion ones es colo coloid idal ales es es nece necesa sari rio o cont contem empl plar ar la tota totalilida dad d de las las prop propie ieda dade dess que que les les cara caract cter eriz izan an.. Esto Esto es, es, el tam tamaño año de sus sus mice micellas, as, su estab stabililid idad ad,, efect fecto o Tynd Tyndal alll, movimient movimiento o browniano browniano,, comportami comportamiento ento eléctrico eléctrico,, adsorción adsorción y avidez avidez por el medio medio disper dispersan sante. te.
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• La definición definición clásica clásica de coloide, también llamada llamada dispersión dispersión coloidal, se basa en el tamaño de las partículas que lo forman, llamadas micelas. Poseen un tamaño bastante tamaño bastante pequeño, tanto que no pueden verse con los mejores microscopios ópticos, aunque son mayores que las moléculas ordinarias. Las partículas que forman los sistemas coloidales tienen un tamaño comprendido entre 50 y 2.000 Å. • En las disper dispersion siones es coloida coloidales les se distin distingue guen n dos partes partes : – Fase dispersa dispersa : las llamadas amadas micelas micelas.. – Fase dispersante dispersante : en las que están dispersas las las partículas coloidales.
• Las partículas partículas coloidales coloidales tienen un un tamaño diminuto, tanto que que no pueden separarse separarse de una fase dispersante por filtración. • Las disolu disolucion ciones es son transp transpare arentes ntes,, por ejempl ejemplo o : azúcar azúcar y agua. agua. • Tenemos una dispersión dispersión cuando las partículas partículas son del tamaño de 2.000Å, y las partículas se pueden Ing. Javieseparar r PInto C por filtración ordinaria
Clasificación de las dispersiones coloidales. •
De acuerdo con el estado de agregación en que se presentan el soluto y el solvente:
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Gas en gas es imposible de realizar por cuanto los gases no pueden existir uno junto a otro sin mezclarse. De todos ellos, los más relevantes son los que oseen un lí uido como medio dis ersivo, como las emulsiones y los soles.
Las dos subdivisiones clásicas son: Liofìlicos, coloides que atraen al disolvente(geles, proteinas: gelatinas o almidón en agua). Liofóbicos, coloides que repelen al disolvente (soles) alta insolubilidad en el medio dispersante. Ing. Javier PInto C
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Emulsión, suspensión, espuma, aerosol La emulsión es un sistema de dos fases que consta de dos líquidos parcialmente miscibles, uno de los cuales es dispersado en el otro en forma de glóbulos. La fase dispersa, discontinua o interna es el líquido desintegrado en glóbulos. El líquido circundante es la fase continua o externa. La
A la industria le interesa más la emulsificación de aceite y agua. Las emulsiones de aceite y agua (oleoacuosas) tienen el aceite como fase dispersa en el agua, que es la fase continua. En las emulsiones hidrooleosas o de agua en aceite, el agua está dispersa en aceite, que es la fase externa. Hay ocasiones en que no está claramente definido el tipo de emulsión, pues la fase interna y externa, en lugar de ser homogénea, contiene porciones de la fase contraria; una emulsión de esta clase se llama emulsión dual
emulsión, cuya fase dispersa es un sólido. La espuma es un sistema de dos fases similar a la emulsión, en el que la fase dispersa es un gas. El aerosol es lo contrario de la espuma: el aire es la fase continua y el líquido la fase dispersa. Un agente emulsivo es una sustancia que se suele agregar a una de las fases para facilitar la formación de una dispersión estable. Ing. Javier PInto C
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Estabilidad de los sistemas coloidales
• Al agitar en un vaso, una mezcla de aceite y agua, se obtiene una emulsión, pero esta inestable, ya que al dejar de agitarla, se distinguen perfectamente dos capas, una la de a ua, en el fondo del vaso, otra la del aceite, que queda en la superficie. La estabilización se consigue de dos formas : • 1) Coloides protectores : son coloides hidrófilos y su acción estabilizadora se debe a la formación de una capa monomolecular que rodea a las gotitas del coloide hidrófobo. Ing. Javier PInto C
La parte hidrocarbonada esta dirigida hacia dentro atraídas por las moléculas del aceite y los grupos polares, están dirigidos hacia la superficie atraídos por el conjunto . • 2) Por absorción de iones: tiene lugar en coloides hidrófobos de naturaleza inorgánica. Al formarse las partículas coloidales, éstas, adsorben iones, presentes en el medio dispersivo. 17
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Coloides hidrófobos Esta adsorción es selectiva, las partículas sólo adsorben una especie de iones. Como resultado de esta adsorción , , cargan eléctricamente. Esta carga es variable de unas micelas a otras, aunque siempre del mismo signo, entonces las micelas se repelen entre si, evitando que se unan unas con otras. Ing. Javier PInto C
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Dispersiones estables de coloides hidrófilos (jabón y agua) existe un perfecto equilibrio entre moléculas iguales y las fuerzas atractivas entre . son mayores que las primeras se forma una disolución verdadera.
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Los soles metálicos, también son dispersiones coloidales inestables. Estos coloides se pueden estabilizar mediante una sustancia que se llama estabilizador, impidiendo la tendencia de estas partículas a unirse entre si para formar otras , .
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Sin embargo, cuando las fuerzas de atracción entre moléculas iguales es mayor que entre moléculas no se forma , , sustancia estabilizadora.
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Coloides hidrófilos •
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Hay algunas sustancias que forman directamente dispersiones coloidales estables. Estos coloides auto estables, se denominan hidrófilos. Coloides hidrófilos: Sustancias que forman estos coloides son de naturaleza orgánica cuyas moléculas están constituidas por la larga cadena hidrocarbonada con un grupo polar en uno de los extremos. Ing. Javier PInto C 23
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Estas sustancias se disuelven en agua ya que se forman enlaces de hidrógeno entre el polar y las moléculas de agua, pero no son solubles cuando la parte , es atraída por las moléculas de agua. Estas dos fuerzas opuestas, hacen que las moléculas se agrupen en pequeñas partículas, tal que los grupos polares se orientan a la superficie y las partes hidrocarbonadas,Ing.al interior de partículas.24 Javier PInto C
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Las micelas están formadas por centenares de moléculas de agua que impiden que se unan entre si. Medio de dispersión = fase dispersante
• Los soles hidrófilos suelen ser reversibles, es decir, cuando precipitan y el líquido dispersivo se evapora, el líquido resultante dispersión coloidal. A veces, para conseguir esta transformación es necesario un suave calentamiento.
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• La coagulación de algunos soles hidrófilos, da lugar a la formación de un producto que contiene gran parte del líquido dispersante y que recibe el nombre de gel, por e em lo, cuando un el de concentración elevada, siendo este un sol hidrófilo de gelatina, y a gran temperatura, se deja enfriar cuajando entonces, formando un gel. Este gel, se emplea en la preparación de postres. Ing. Javier PInto C
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La formación del gel, se debe a dos factores principalmente : • 1) El hinchamiento de las partículas . • 2) La captura de gran parte del líquido de dispersión.
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Gelificación: proceso de formación de un gel a partir de un SOL.
Figura . En una gelatina, las partículas brownianas forman una estructura ordenada, cuasi-cristalina, que se encuentra dentro del líquido. Ing. Javier PInto C
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• Los geles de algunas sustancias cuyos enrejados se forman por fuerzas débiles de Van der Waals, son bastante inestables convertirlos de nuevo en soles. • Esta transformación de gel-sol, que suele ser reversible, recibe el nombre de tixotropía.
– El gel recibe el nombre de jalea, cuando contiene una gran cantidad de componente líquido. Ing. Javier PInto C
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Aspectos generales de las dispersiones coloidales
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Las partículas que constituyen los solutos de las soluciones coloidales se denominan micelas. Su tamaño es soluciones verdaderas e inferior al de las dispersiones groseras, y oscila entre 0,1 y 0,001m. Estos límites no deben ser considerados como absolutos, puesto que se los ha tomado sobre la base del Ing. Javier PInto C
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poder resolutivo del mejor microscopio posible, usando luz azul para el caso de las partículas más grandes y del , pequeñas. Por ello, no es de extrañar que las propiedades de la materia al estado coloidal sean comunes, en unos casos, con las de las dispersiones groseras y, en otros, con las de las Ing. Javier PInto C 32 soluciones verdaderas.
Propiedades de los sistemas coloidales
• El efecto Tyndall, fenómeno por el que se pone de manifiesto la presencia de partículas coloidales, al parecer, como dispersan. • Este efecto es utilizado para diferenciar las dispersiones coloidales de la disoluciones verdaderas. Ing. Javier PInto C
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Movimiento Browniano: No pueden verse las micelas, pero si el movimiento desordenado en forma de zigzag que
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El color tan llamativo de muchos coloides se debe a la dispersión selectiva de la luz por las micelas coloidales.
debido a los choques de las moléculas de disolvente con las micelas coloidales, dificultando que estas se depositen en el fondo. Ing. Javier PInto C
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• Las micelas están cargadas eléctricamente. Esta carga es debida a : – La disociación de macromoléculas. – uno de los tipos de iones presentes en el medio dispersivo.
• Por esto que todas las micelas de una dispersión coloidal, tienen cargas eléctricas del mismo signo. Ing. Javier PInto C
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Preparación de coloides
1) Métodos de dispersión
Se puede realizar mediante: 1. Métodos de dispersión, esto es por disgregación de grandes partículas en otras más pequeñas. 2. Métodos de condensación, es decir, unión de pequeñas partículas, hasta conseguir partículas de tamaño adecuado. Ing. Javier PInto C
• Si una dispersión coloidal se coloca entre dos electrodos, los que están sometidos a una diferencia de potencial, todas las partículas coloidales, emigran hacia uno , electroforesis. • Si se ponen en contacto las micelas con el electrodo de signo opuesto, pierden su carga y se aglomeran, entonces precipitan en forma de grandes copos, a esto se Ing. Javier PIntodel C 38 denomina coagulación coloide.
• En métodos de dispersión de tipo mecánico, se utilizan molinos coloidales, que son molinos especiales y batidoras. • La disgregación de partículas grandes, en otras más pequeñas, también se puede obtener con reactivos químicos ; por ejemplo, una disolución acuosa de hidróxido sódico puede disgregar los granos de arcilla hasta producir una dispersión coloidal. 39
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2) Métodos de condensación Este proceso se llama peptización, y el activo químico que la produce, agente peptizante.
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• Métodos que están basados en reacciones químicas en las cuales se produce una sustancia insoluble, son las reacciones de precipitación. • Un método de condensación para preparar coloides de metales es el llamado Arco de Bredig. Consiste en hacer saltar un arco entre dos varillas del metal, sumergidas en el medio de dispersión; por ejemplo agua. Ing. Javier PInto C
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ESPUMA Los metales primero se vaporizan en el arco después, se condensan en el agua fría y forman partículas de tamaño . , se añade una sustancia estabilizadora.
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• Es una capa de líquido globular enclaustrando vapor o gas. • Son como las emulsiones en que capas de adsorción rodean la fase dispersa en ambos sistemas. Sin embargo, las espumas difieren de las emulsiones en dos aspectos: la fase dispersa es un gas en las espumas y un líquido en las emulsiones; las burbujas de
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• gas de las espumas son mucho más grandes que los glóbulos en las emulsiones. Las espumas son sistemas que rodean las burbujas de gas, éstas son de dimensiones coloidales o las capas tienen propiedades coloidales. • Ejm: Espuma de jabón, espuma en un vaso de cerveza. Ing. Javier PInto C
agua + detergente ____ espuma Con la propiedad de detersividad Propiedad de limpiar.
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