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• Suajil Rosmaryy

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Paula Sceni Mariana Capello Daniela Igartúa

Emulsiones y espumas Segundo cuatrimestre 2017

Propiedades superficiales Emulsiones

Espumas

Emulsiones

Emulsión o/w

aceite (o)

Fase dispersa

acuosa (w)

acuosa (w)

Fase continua

aceite (o)

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

mD m  mE

: Fracción volumétrica

m: Fracción másica

VD: Volumen fase dispersa

mD: Masa fase dispersa

VE: 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

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

: tensión interfacial La tensión interfacial () es la fuerza o tensión existente en la interfase entre dos líquidos inmiscibles.

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

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

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

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 Tendencia a desnaturalizarse y agregarse en la interfase

Proteínas con buenas propiedades emulsionantes

Acción tensioactiva

Formación de film rígido y elástico

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.

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 R2 x  x g 9x 

 = 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

Disminuyen la movilidad de las gotas

Aumentan la estabilidad de la emulsión

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 • 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

t1/2

tiempo

Volumen drenado

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? • 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.

Espumas Vida útil

Física Estabilidad

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?