Emulsiones y

espumasSegundo cuatrimestre 2017

Paula Sceni

Mariana Capello

Daniela Igartúa

Propiedades superficiales

Emulsiones Espumas

Emulsión o/w Emulsión w/o

Fase dispersa

Fase continua aceite (o)

acuosa (w)aceite (o)

acuosa (w)

Emulsiones

Emulsificación

Diferencias en el modo de adsorción de

a) proteína flexible,

b) proteína globular rígida,

c) lípidos polares.

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

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

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

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

Emulsionantes de origen lipídico

Fosfolípidos Mono- y diglicéridos

Emulsionantes de origen lipídico

Ésteres de sacarosa

Ésteres de poliglicerol

Emulsionantes de origen lipídico

Ésteres de polisorbato (Tween)

Ésteres de sorbitano (Span)

Emulsionantes de origen lipídico

Polirricinooleato de poliglicerol (PGPR)

Ésteres de propilenglicol

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

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

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

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.

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.

Cinéticamente estable

Cinéticamente

inestableG*

Gf

Go

G

EmulsionesEstabilidad cinética y

termodinámica

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

Floculación Coalescencia Desproporción Inversión de

fase

Separación

de fases

Separación gravitacional

CremadoSedimentación

Emulsión o/wEmulsión w/o

Procesos de desestabilizaciónEmulsiones

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

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

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

Espumas

Fase dispersa

Fase dispersante

Líquida

Semisólida

Sólida

Aire o gas

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

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?

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

La estabilidad de una espuma se determina experimentalmente midiendo

algún proceso de desestabilización en función del tiempo.

ColapsoDrenado Desproporción

t=0

Procesos de desestabilizaciónEspumas

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

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

A CB

A = 0 min B = 5 min C = 10 min

Espumas de caseinato de

sodio

Concentración al 6% a distintos tiempos

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

• 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?

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?