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INFORME DE LABORATORIO DE PROCESOS PRODUCCIÓN DE EMULSIONES: MAYONESA

LAURA JOHANA CASTELLANOS LAURILIN ROJAS FLOREZ JOHANA MEJIA GONZALEZ HECTOR FABIAN TAPIAS

GRUPO: A2 SUBGRUPO: 1

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERÍAS FISICOQUÍMICAS ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE PROCESOS BUCARAMANGA, FEBRERO 1 DE 2013

LABORATORIO DE PROCESOS SUBGRUPO 1 PRÁCTICA 3. PRODUCCIÓN DE EMULSIONES (MAYONESA)

Código: 23234

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OBJETIVOS GENERAL Conocer la naturaleza de las emulsiones definiendo y determinando sus propiedades fisicoquímicas. ESPECÍFICOS     

Preparar una emulsión conocida (mayonesa). Desarrollar diferentes formas para preparar una emulsión evaluando la estabilidad que presenta cada una. Establecer la afinidad entre las sustancias con ayuda del índice HLB. Percibir el efecto que tiene los aditivos en la mejora de las propiedades organolépticas, la conservación y la estabilidad del producto final. Determinar las propiedades reológicas de las emulsiones tales como viscosidad, esfuerzos de corte y la temperatura en la que se encuentra.

MARCO TEÓRICO La producción de mayonesa es un proceso que se da a gran escala a nivel mundial y al igual que todos los productos de la industria, se basa en aspectos básicos de la química como las emulsiones. Antes de hablar de la mayonesa se tratarán los aspectos más importantes y sobresalientes de las emulsiones. EMULSIONES La emulsificación se puede definir como una operación en la que dos líquidos que son normalmente inmiscibles se mezclan íntimamente, un líquido (la fase interna, discontinua o dispersa) se dispersa en forma de pequeñas gotas o glóbulos en el otro (fase externa, continua o dispersante). Por lo general, las emulsiones tienden a ser inestables, es decir, si se mantienen mucho tiempo en reposo, las gotas de la fase dispersa tienden a asociarse, formando una monocapa, que puede migrar hacia el fondo o hacia la superficie, según la diferencia de densidades con la fase continua. A nivel industrial las emulsiones más importantes son las de agua y aceite que pueden ser oleoacuosas o hidrooleosas. Generalmente en las emulsiones, la fase dispersa como la continua son líquidos. 1. TIPOS DE EMULSIÓN Las emulsiones se pueden clasificar de diferentes maneras: a) Según su aglomeración  Floculación: emulsión donde las partículas se unen formando una masa.

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

Cremación: Emulsión donde las partículas tienden a concentrarse en mayor medida en la superficie de la mezcla que se forma, aunque manteniéndose separados (también pueden acumularse en el fondo de la mezcla).  Coalescencia (unión): es el tipo de emulsión, donde las partículas que la constituyen, se funden pasando a formar una capa líquida. b)   

Según la naturaleza de la fase dispersa Oleoacuosas: el aceite es la fase dispersa en el agua (fase interna) (Figura1). Hidrooleosa: el agua está dispersa en el aceite (fase externa) (Figura 1). Dual: no está claramente definido, pues la fase interna y externa, en lugar de ser homogénea, contiene porciones de la fase contraria.

El tipo de la emulsión depende de la naturaleza de los constituyentes, del modo de preparación de la emulsión y de las proporciones relativas de los constituyentes. En muchos casos, se puede transformar una emulsión aceite-agua y agua-aceite, o viceversa, por pequeñas modificaciones en el sistema Este fenómeno se llama "inversión". La relación de volúmenes respectivos de las dos fases líquidas es una característica importante en una emulsión dada. Se puede a veces realizar la inversión cambiando simplemente esta relación. c) Emulsiones directas e inversas (sencillas) y múltiples  Directas: son aquellas en las que la fase dispersa es una substancia lipofílica (grasa o aceite) y la fase continua es hidrofílica (normalmente agua). Estas emulsiones suelen denominarse O/Ao O/W. Ej.: emulsiones bituminosas, la leche, la mayonesa, algunos tipos de pinturas, y muchos productos alimentarios y fitosanitarios.  Inversas: son en las que la fase dispersa es una substancia hidrofílica y la fase continua es lipofílica. Estas emulsiones suelen denominarse con la abreviatura A/O o W/O. Ej.: margarinas, fluidos hidráulicos y la mayoría de las cremas cosméticas)  Múltiples: son las que como fase dispersa contiene una emulsión inversa y la fase continua es un líquido acuoso. Estas emulsiones se conocen como H/L/H o W/O/W (Figura 2). Por ejemplo, son utilizadas básicamente en farmacia, al permitir obtener una liberación retardada de los medicamentos. d) Según el tamaño de los glóbulos que constituyen la fase dispersa  Emulsiones: diámetro de los glóbulos mayor a una micra  Micro emulsiones: el diámetro de los glóbulos es inferior a una micra. En ocasiones, no se consideran un tipo de emulsiones puesto que son sistemas termodinámicamente estables.

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Figura 1. Emulsión simple

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Figura 2. Emulsiones múltiples

2. CARACTERÍSTICAS Los principales componentes de las emulsiones son:   

Medio dispersante (fase continua) Glóbulos dispersos (fases discontinuas) Emulsionante

Una de las fases de la emulsión está constituida por una fase acuosa, que puede contener un cierto número de substancias hidrófilas (alcoholes, glicoles, azúcares, sales minerales y orgánicas, etc.) y la otra por una fase oleosa que puede contener substancias lipófilas (ácidos grasos, alcoholes grasos, ceras, principios activos liposolubles. Color de una emulsión   

El color básico de las emulsiones es el blanco. Si la emulsión es diluida, el efecto Tyndall esparce la luz y distorsiona el color a azul Si es concentrado, el color se distorsiona hacia el amarillo. Este fenómeno se puede ver fácilmente al comparar la leche desnatada (sin o con poca grasa) con la crema (con altas concentraciones de grasa láctea).

Dispersabilidad o solubilidad La solubilidad de una emulsión es determinada por la fase continua; si la fase continua es hidrosoluble, la emulsión puede ser diluida con agua, si la fase continua es oleosoluble, la emulsión se puede disolver en aceite. La facilidad con que se puede disolver una emulsión se puede aumentar si se reduce la viscosidad de la emulsión. Estabilidad La estabilidad de una emulsión es la propiedad más importante y el sistema no será clasificado como emulsión sino cumple con un mínimo de estabilidad. Se mide la estabilidad por la velocidad con la cual las gotículas de la fase dispersa se agrupan para formar una masa

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de líquido cada vez mayor que se separa por gravedad. Para las emulsiones industriales se busca generalmente una buena estabilidad en condiciones normales de almacenaje. Existen sustancias, denominadas emulsionantes, que al añadirlas a una emulsión consiguen estabilizarla. Lo consiguen impidiendo que las pequeñas gotitas se unan unas a otras. Depende de los siguientes factores:      

El tamaño de partícula (las gotas mas grandes contribuyen a la inestabilidad) La diferencia de densidad de ambas fases La viscosidad de la fase continua y de la emulsión acabada Las cargas de las partículas La naturaleza, la eficacia y cantidad del emulsivo Las circunstancias de almacenamiento, o sea, las temperaturas altas y bajas, la agitación y vibración, la dilución o evaporación durante el almacenamiento o el uso.

En una emulsión determinada, las propiedades dependen del líquido que forme la fase externa, o de si la emulsión es oleoacuosa o hidrooleosa. El tipo de emulsión que resulte depende: 1. Del tipo, cantidad y calidad del emulsivo 2. De la razón entre ingredientes 3. Del orden en que se añaden los ingredientes al mezclarlos. La figura 3 resume las características que deben tener las emulsiones en general, teniendo en cuenta diferentes aspectos.

Figura 3 Caracteristicas generales de las emulsiones

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3. TEORÍA DE LAS EMULSIONES Las emulsiones son sistemas termodinámicamente inestables. Esta inestabilidad se debe al aumento del área (ΔA) durante la emulsificación, que produce un incremento de la energía libre de Gibbs (ΔG) ΔG=γ ΔA (1) Aquí γ representa la tensión interfacial o energía libre que surge del desbalance en las fuerzas cohesivas entre los dos líquidos. a) Balance hidrofílico-lipofílico (HLB) Es un valor que indica la solubilidad en agua o aceite de un emulsificante, y por lo tanto indica que emulsión se formará. La escala original del HLB va de 1 a 20, aunque algunos emulsificantes tienen valores mayores. El valor de HLB es quizás el criterio más empleado para clasificar y emplear emulsificantes; aquellos con HLB bajos (menor a 8) muestran mayor solubilidad en aceite y son por ello más efectivos para preparar emulsiones W/O; por el contrario, los emulsificantes con HLB alto (mayor a 14) son más solubles en agua y por lo tanto se recomiendan para preparar emulsiones O/W (Fig. 4)

b) Reología

Figura 4. Balance hidrofílico-lipofílico

Las emulsiones, al igual que todos los fluidos, presentan un comportamiento según la respuesta al aplicarles un esfuerzo o la variación de su viscosidad respecto al tiempo que se le aplica ese esfuerzo (dependientes del tiempo). Es por lo anterior que las emulsiones pueden presentar comportamiento de fluido newtoniano, plástico de Bingham o fluido de ley de potencia (Fig. 5 y 6), pero también pueden ser tixotrópicos o reopépticos.

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Figura 5. Tipos de fluido Tao Vs Velocidad

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Figura 6. Comportamiento de viscosidad Vs Velocidad

Para el caso en estudio de las emulsiones (mayonesa), se tendrán en cuenta los siguientes conceptos debido a que son propiedades características de esos fluidos, teniendo en cuenta que la mayonesa se incluye dentro del grupo de plástico real.

Plástico de Bingham: Son los fluidos que se comportan como sólidos hasta que se excede un

esfuerzo de deformación mínimo y exhibe subsecuentemente una relación lineal entre el esfuerzo y la relación de deformación. Este modelo es aplicable a muchos fluidos de la vida real, como plásticos, emulsiones (mayonesa), pinturas, lodos de perforación y sólidos en suspensión en líquidos o agua.

Fluido tixotrópico: La viscosidad decrece con el tiempo. Un ejemplo de este tipo de fluidos lo tenemos en el ketchup y otros alimentos que se formulan para que sean tixotrópicos, de manera que inicialmente su viscosidad es grande y no fluyen pero cuando se agitan la viscosidad disminuye y fluyen. A nivel estructural, la tixotropía refleja la rotura de la estructura cuando el fluido se somete a un esfuerzo. Hay que destacar que aunque la viscosidad disminuye con el tiempo en este tipo de materiales este efecto es reversible. Si después de ser sometido a un esfuerzo dejamos el fluido en reposo durante varias horas este recupera su estructura, y por tanto su viscosidad inicial.

Su variación no necesariamente es lineal, muchas veces el decrecimiento de la viscosidad con el tiempo puede ser de forma exponencial, dependerá del tipo de fluido en estudio.

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Figura 7. Comportamiento tixotrópico

4. PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DE MAYONESA La mayonesa es una emulsión semisólida de aceite en agua, elaborada a base de aceite vegetal y huevo que actúa como emulsificante, y otros ingredientes que varían entre saborizantes, colorantes, estabilizadores y otros según la empresa que la fabrique, aunque usualmente la composición utilizada para la elaboración de esta emulsión se desea un mínimo de 70% de aceite vegetal y 5% de yema de huevo. El proceso físico que ocurre durante la elaboración de la mayonesa, es la emulsión de sus componentes, debido a que durante el proceso de mezclado de los mismos, el aceite se divide en pequeñas gotas que rápidamente son rodeadas por pequeñas partículas agua, unidas por la lecitina del huevo, que actúa como emulsificante. Finalmente, gracias a un mezclado homogéneo, se obtiene una emulsión compacta, que denominamos mayonesa. En el siguiente diagrama se ilustra el proceso.

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Otro componente utilizado en el proceso es la sal, que además de proveer sabor a la emulsión, también le proporciona estabilidad a la misma. Con el fin de disminuir el contenido de grasas y aceites en el producto, que pueden proporcionar al consumidor un potencial aporte de colesterol, en el proceso de fabricación se suele utilizar aceites de origen vegetal. De igual forma en el proceso productivo, se busca eliminar posibles fuentes de contaminación del producto que puedan general riesgos de intoxicación en el consumidor, se realizan procesos de pasteurización de las yemas de los huevos, para eliminar cualquier agente patógeno que atente contra la salud del consumidor. La fabricación industrial de mayonesa, se basa en los mismos principios utilizados en la producción casera, añadiendo al proceso, todos los adelantos tecnológicos para ofrecer un producto con todas las garantías higiénicas y de conservación. Entre ellos encontramos conservantes como el ácido etilendiaminotetraacético o EDTA, así como gases estériles como es el caso del CO2, que proporciona mayor durabilidad al producto.



Características de la mayonesa industrial

La norma de calidad que rige la producción de mayonesa en Colombia es NTC 1756. INDUSTRIAS ALIMENTARIAS. MAYONESA. Son muchos los aspectos a la hora de producir mayonesa, la norma los especifica uno por uno. Las siguientes tablas muestran las características más importantes tomando en cuenta varios enfoques desde los que se puede evaluar la calidad. La tabla 1 muestra calidad

los requisitos

generales que debe tener la mayonesa

Tabla 1. Requisitos para la mayonesa Requisito Min. Extracto etéreo (%m/m) 65 Contenido de yema de huevo equivalente a fresca (%m/m) pH (20 °C) EDTA en ppm Sustancias conservantes, en ppm: --Benzoato de sodio -Sorbato de potasio -Mezcla

Max. -

3,5

-

-

4,2 75

1000 1000 1250 Fuente: NTC 1756. INDUSTRIAS ALIMENTARIAS. MAYONESA

producida de

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Aquí NMP es el número más probable, n número de muestras, m es el índice máximo permisible para identificar el nivel de buena calidad, M índice máximo permisible para identificar el nivel de calidad aceptable y c es el número de muestras entre m y M. Además la mayonesa deberá cumplir con los requisitos microbiológicos indicados en la tabla 2. Tabla 2. Requisitos microbiológicos. Requisitos microbiológicos n m Recuento de microorganismos mesofílicos/g

3

500

M

c

1000

1

NMP Coliformes/g 3