SISTEMAS DISPERSOS

Son sistemas dispersos que constan de una fase dispersa llamadas partículas coloidales y de un medio de dispersión o fase continua.

La característica principal es el tamaño de las partículas de la fase dispersa (nanómetro, 10-9 m y micrómetro 10-

6m). Aunque no existe un límite preciso en el tamaño.

Un sistema coloidal por tanto puede estar formado por pequeñas partículas o por macromoléculas.

Son sistemas inestables. No se encuentran en estado de equilibrio.

Las partículas coloidales pueden estar en forma sólida, líquida o gaseosa. El medio de dispersión, también puede ser un sólido, un líquido o un gas.

Emulsión

A. Dos líquidos inmiscibles, fase I y fase II, no emulsificados.

B. Emulsión de fase II disperso en la fase I;

C. La emulsión inestable se separa progresivamente;

D. as posiciones surfactantes (borde púrpura) en las interfaces entre la fase I y la fase II; estabilizan la emulsión

SISTEMAS COLOIDALES

Un sol es un sistema coloidal cuyo medio de dispersión es un líquido o un gas. Cuando la fase continua es un gas, el sistema se denomina aerosol (ej.: humo, niebla, etc)

Cuando en un sol la fase dispersa es un sólido, el sistema se denomina suspensión coloidal. Cuando las partículas son líquidas, emulsión.

Una espuma es un sistema coloidal en el cual se encuentran burbujas gaseosas dispersas en un líquido

Un gel es un sistema coloidal semirígido en el que el solvente queda atrapado en una red formada por grandes moléculas entrecruzadas o por pequeñas moléculas agregadas.

El tamaño de las partículas da lugar a una superficie interfacial enorme, por lo que los efectos superficiales (adsorción, intercambio, etc) cobran importancia capital a la hora de determinar las propiedades.

• Emulsión: dispersión de dos líquidos no miscibles resultando en una fase continua y una fase dispersa.

•En alimentos los dos líquidos inmiscibles: agua/aceite (W/O) o aceite/agua (O/W).

• Las emulsiones son sistemas termodinámicamente inestables y cinéticamente estables.

• El proceso de emulsificación consta de dos etapas: formación y la desestabilización.

•El proceso de desestabilización comienza simultáneamente con el proceso de formación

EMULSIONES ALIMENTARIAS

•Emulsificantes: sustancias que favorecen la formación de una emulsión. Agentes tensoactivos.

• Estabilizantes: sustancias que prolongan la estabilidad de una emulsión, limitando que ocurran los fenómenos de desestabilización.

•Procesos de desestabilización: desproporción, floculación, cremado, coalescencia e inversión de fase.

EMULSIONES ALIMENTARIAS

EMULSIONES

Se definen como las mezclas de por lo menos dos líquidos inmiscibles. El líquido que se dispersa (como las gotas), la fase discontinua o interior. El líquido circundante se llama la fase continua o externa

La clasificación de emulsiones en alimentos está basada en el % de volumen de la fase interna. La relación de la fase interna (relación fase-volumen F) se define como

F = Vi / (Vi + Ve) donde Vi = el volumen de fase interna Ve = el volumen de fase externa F <0.3 relación fase interna baja (LIPR) o/w: la leche, helado, y queso. (fase interna aceite , fase externa agua)el w/o: la mantequilla y margarina (fase interna agua, fase externa aceite) 0.3 <F <0.7 relación fase interna media (MIPR) La crema de leche. F> 0.7 relación fase interna alta (HIPR) La mayonesa y aderezo

ESTABILIDAD DE LAS EMULSIONES

Durante la formación de gotas dispersadas pequeñas en una emulsión, el área interfacial entre los dos líquidos es muy grande. Por ejemplo, cuando 1 ml de aceite se dispersa en el agua como partículas de 1 mm de diámetro, se forman 1.9 x 1012 glóbulos de gota y el área interfacial total es 6 m2.

El sistema heterogéneo resultante es por consiguiente termodinámicamente inestable.

Se necesitan los emulsificantes para estabilizar el sistema a través de una de las acciones siguientes: Tensión Interfacial, interacción iónica , partículas finas, macromoleculas

Tensión superficial En la interfaz líquido-líquido, la tensión del interfacial es la fuerza necesaria para reducir el contacto real entre las dos fase. Las moléculas en la fase son atraídas en todas direcciones.

No se aplica ninguna fuerza neta a la molécula. Sin embargo en el límite entre las fases, las moléculas están en contacto con otras moléculas y experimentan fuerzas diferentes.

Cuando se forma una emulsión , el área de contacto de superficie aumenta, aumentando así la energía interfacial total . Como resultado, las moléculas tienden a migrar de la interfaz al interior de la fase y reducir el área del contacto real entre las moléculas diferentes.

Interacción iónicaComo resultado, un sistema de la emulsión necesita ser eléctricamente neutro para permanecer estable. Si se agregan surfactantes iónicos a la superficie de las gotas establecen una doble capa eléctrica en la fase acuosa y estabilizan la emulsión aceite-agua.

Partículas finas Polvo de sílice, sales básicas, fragmentos celulares de plantas ( especias), etc. Pueden estabilizar una emulsión por adsorción en la interface formando una barrera física alrededor de las gotas de la emulsión. Un equilibrio debe lograrse entre la tensión interfacial del sólido - aceite y sólido - agua. Normalmente se usan partículas finamente divididas en las emulsiones aceite-agua

MacromoléculasLas proteínas y gomas forman películas alrededor de una gota de la emulsión y establecen una barrera física a la coalescencia . Cuando una proteína se usa como una agente emulsificante , se despliega y re-orienta su cadena de aminoácidos para que los grupos hidrófobos se orienten con el aceite y los grupos hidrófilos ,con la fase acuosa .

PROCESOS DE DESESTABILIZACIÓNCremado Durante el almacenamiento, debido a la diferencia de densidad entre la mayoría de los aceites comestibles y el agua , hay una tendencia de la fase de aceite a concentrarse en la parte superior de la emulsión. La velocidad de cremado puede disminuirse reduciendo el tamaño de la gota, bajando la diferencia de densidad entre el aceite y la fase acuosa, y aumentando la viscosidad del medio.

Floculación Se define como un proceso por el cual dos o más gotas se agregan sin perder su identidad individual. En la práctica, en las emulsiones de alimentos, las gotas más grandes (> 2 mm) floculan más rápido y la floculación es promovida por el cremado.La floculación es dominante a F <0.05 y tamaño de la gota menos de 1 mm. La emulsión de gotitas flocula a través de la interacción de las macromoléculas adsorbidas entre ellas. Floculación por puente es un fenómeno complejo y depende del tamaño, del tipo, la cantidad del macromoléculas usada en el sistema. Además, la velocidad de floculación puede afectarse por el pH y la fuerza iónica del ambiente acuoso. Las interacciones entre proteínas, polisacáridos, surfactantes solubles en agua, también pueden afectar la estabilidad de la emulsión.

Coalescencia Se produce cuando dos o más gotitas chocan una con otra y resulta en la formación de una gota más grande. Es dominante cuando F es alto. Coalescencia involucra la ruptura que la película superficial y es irreversible. Varios factores, como: la solubilidad y la concentración del emulsificador, pH, sales, relación fase-volumen, temperatura y propiedades de la película, afectan la estabilidad por colaescencia de la emulsión.

Maduración de Ostwald Ocurre en las emulsiones con gotas polidispersas. Las colisiones entre las dos gotas pueden llevar a una gota más grande y una gota más pequeña. Como resultado, gotas pequeñas son cada vez más pequeñas y eventualmente pueden solubilizarse en el medio continuo. Ya que una alta solubilidad del aceite en la fase acuosa es requerida, el madurado de Ostwald no es común en alimentos donde los triglicéridos no son normalmente solubles en agua. No obstante, ocurre en emulsiones agua / aceite donde el agua es parcialmente soluble en aceites de triglicéridos polares.

En alimentos hay dos tipos de surfactantes

• bajo PM: monoglicéridos, polisorbatos esteres de sacarosa, lecitina, etc.

• alto PM: proteínas, especialmente leche y huevos.

Sin embargo para conferir shelf-life es necesario agregar estabilizadores: por ej. Goma arábiga, almidones modificados, goma guar, pectinas. Ellos

modifican la viscosidad de la fase continua o producen su gelación.

Algunos surfactentes de alto PM tambien son buenos estabilizantes.

Condiciones de un buen estabilizante:

•Adsorción fuerte: (amfifílico)

•Cobertura superficial completa: debe saturar la interfase

•Formación de una capa estabilizante y con impedimentos estéricos (carácter

hidrofílico

•Formación de una capa cargada

Tipos de emulsificantes