emulsiones y espumas -...
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Emulsiones y
espumasSegundo cuatrimestre 2017
Paula Sceni
Mariana Capello
Daniela Igartúa
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Propiedades superficiales
Emulsiones Espumas
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Emulsión o/w Emulsión w/o
Fase dispersa
Fase continua aceite (o)
acuosa (w)aceite (o)
acuosa (w)
Emulsiones
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Emulsificación
Diferencias en el modo de adsorción de
a) proteína flexible,
b) proteína globular rígida,
c) lípidos polares.
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Capacidad emulsionante
Máxima cantidad de aceite
que puede incorporar la
emulsión
Estabilidad de la emulsión
Medida del tiempo que
permanece la emulsión sin que
se modifiquen sus propiedades
dentro de un rango
predeterminado.
Propiedades emulsionantes
Emulsiones
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Emulsiones
Concentración de fase dispersa
E
Dm
m
m
E
D
V
V
: Fracción volumétrica
VD: Volumen fase dispersa
VE: Volumen emulsión
m: Fracción másica
mD: Masa fase dispersa
mE: Masa emulsión
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La formación de una emulsión conduce a una variación en la energía
libre del sistema (G)
G = A
Sistema termodinámicamente muy inestable
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: variación del área interfacial : tensión interfacial
La tensión interfacial () es la fuerza o
tensión existente en la interfase entre dos
líquidos inmiscibles.
EmulsionesEstabilidad termodinámica
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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.
Cabeza
polar
Cola
hidrófoba
Emulsionantes
Disminuyen la
energía libre
Disminuyen la
tensión
interfacial
Aumentan la
estabilidad de la
emulsión
Emulsionantes de origen lipídico
G = A
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Emulsionantes de origen lipídico
Fosfolípidos Mono- y diglicéridos
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Emulsionantes de origen lipídico
Ésteres de sacarosa
Ésteres de poliglicerol
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Emulsionantes de origen lipídico
Ésteres de polisorbato (Tween)
Ésteres de sorbitano (Span)
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Emulsionantes de origen lipídico
Polirricinooleato de poliglicerol (PGPR)
Ésteres de propilenglicol
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HLB entre 3 y 8 HLB entre 8 y 16
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.
Emulsiones w/o Emulsiones o/w
Emulsionantes HLB
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Valores de HLB de algunos emulsionantes sintéticos
Emulsionante HLB
Polirricnooleato de poliglicerol (PGPR) 0.4-4.0
Monoestearato de propilenglicol (ésteres de propilenglicol) 2.4
Monoestearato de glicerilo (monoglicérido) 3.8
Monoestearato de sorbitano (span 60) 4.7
Monopalmitato de sorbitano (span 40) 6.7
Monolaurato de sorbitano (span 20) 8.6
Monoestearato de polioxietilen sorbitano (Tween 60) 14.9
Monopalmitato de polioxietilen sorbitano (Tween 40) 15.6
Monolaurato de polioxietilen sorbitano (Tween 20) 16.7
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Naturaleza anfifílica Acción tensioactiva
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.
Tendencia a desnaturalizarse
y agregarse en la interfaseFormación de film
rígido y elástico
Proteína de leche
Proteína de soja
Proteínas de huevo
Proteínas con buenas
propiedades
emulsionantes
Emulsionantes de origen proteico
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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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Indica si un proceso puede
ocurrir o no
EmulsionesEstabilidad
Termodinámica 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.
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Cinéticamente estable
Cinéticamente
inestableG*
Gf
Go
G
EmulsionesEstabilidad cinética y
termodinámica
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Las gotas se mueven en la fase continua a una velocidad promedio (v) que se
puede estimar con la ley de Stokes:
v = 2 x R2 x x g
9 x
A mayor velocidad, menor va a ser la estabilidad de
la emulsión.
R = radio de la gota
= diferencia de densidad entre las fases
g = gravedad
= viscosidad de la fase continua
Estabilidad cinéticaEmulsiones
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Floculación Coalescencia Desproporción Inversión de
fase
Separación
de fases
Separación gravitacional
CremadoSedimentación
Emulsión o/wEmulsión w/o
Procesos de desestabilizaciónEmulsiones
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Su principal función es aumentar
la viscosidad de la fase continua
en emulsiones o/w
Actúan como estabilizante
Son macromoléculas, la mayoría de origen glucídico, con gran capacidad de
interactuar con el agua, dando soluciones viscosas e incluso geles
Algunos además poseen
cierta naturaleza anfifílica
Acción tensioactiva (actúan
como emulsionantes)
Algunos hidrocoloides
con actividad tensioactiva
Goma tragacanto
Goma karaya
Goma arabiga
Hidroxipropil celulosa
Metilcelulosa
Carragen
Xantan
Goma guar
EstabilizantesHidrocoloides
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Emulsionantes
Disminuyen la
energía libre
G = A
Disminuyen la
tensión interfacial
()
Aumentan la
estabilidad de la
emulsión
Estabilizantes
Aumentan la
viscosidad de la
fase continua
(emulsiones o/w)
Disminuyen la
movilidad de las
gotas
Aumentan la
estabilidad de la
emulsión
Emulsionantes y estabilizantes
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Emulsiones
Vida útil
Estabilidad
Física
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
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Espumas
Fase dispersa
Fase dispersante
Líquida
Semisólida
Sólida
Aire o gas
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Parámetros
importantes
Capacidad espumante
Estabilidad de la espuma
Medida de la cantidad de
aire que puede incorporar
una mezcla
Medida del tiempo que
permanece la espuma sin
perder el aire
incorporado
Propiedades espumantes
Espumas
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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
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Factores que afectan a una espuma
Del medio
• 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?
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Batido
VL
VE
VLni
Espuma que no incorpora todo el líquido
Overrun = 100 x VA
VL
Expansión = 100 x VE
VL
Batido
VLVE
Espuma que incorpora todo el líquido
EspumasCapacidad espumante
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La estabilidad de una espuma se determina experimentalmente midiendo
algún proceso de desestabilización en función del tiempo.
ColapsoDrenado Desproporción
t=0
Procesos de desestabilizaciónEspumas
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Se determina midiendo el volumen de líquido drenado en función del tiempo.
t1/2 de drenado : Tiempo necesario para que drene la mitad del volumen
máximo que puede drenar la espuma.
Vmax
Vmax/2
t1/2
Vol
drenado
tiempo
Volumen
drenado
Volumen
drenado
EspumasCinética de
drenado
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Espumas de caseinato de
sodio
Efecto de la concentración proteica
A B
DC
A = 4% m/m
B = 6% m/m
C = 8% m/m
D = 10% m/m
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A CB
A = 0 min B = 5 min C = 10 min
Espumas de caseinato de
sodio
Concentración al 6% a distintos tiempos
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4
1
2
3
t = 0 min t = 2 min
1 + 2
3
4
t = 4 min
4
Espumas de caseinato de
sodio
Concentración al 4% a distintos tiempos
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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.
• 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.
Comparación de una
espuma y una emulsión
¿Cuál es más estable?
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Espumas
Vida útil
Estabilidad
Física
Química
Microbiológica
¿Cuáles son los cambios que ocurren durante el almacenamiento
de la crema chantilly?
Comparar la estabilidad de distintas espumas: espuma de cerveza,
mousse de chocolate, bizcochuelo.
¿Qué proceso de desestabilización física predomina en cada caso?