Food Chemistry Laboratory 2 (2011)20-25

Food Chemistry Laboratory

COMPORTAMIENTO DE LAS EMULSIONES EN LOS ALIMENTOS

Martin G. Dario Alonsoa, Garcia C. Jose Mauricio, Rodriguez B. Erika Solanyi*

a Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Facultad de Ciencias, Escuela de Ciencias Químicas, Programa Química de Alimentos, Tunja, Colombia.

RESUMEN

Las emulsiones son sistemas muy importantes en la industria aliemntaria, es por esta razon que se decidio para la practica, estudiar algunos de los comportamientos de las mismas. Se prepararon las emulsiones con agua y aceite de girasol, observandose los efectos de adicion de emulgentes, la estructura microscopica de algunas emulsiones alimenticias, el poder estabilizante de algunos emulsificantes (NaCl, yema de huevo, jabon en polvo). Se produjeron e identificaron tambien emulsiones tipo O/W y W/O, con la ayuda de una mezcla de colorantes (azul de metileno y sudan III), con los cuales se identificaron el tipo de emulsion presente en leche, mayonesa y margarina; se observo el efecto que tiene el calor y la temperatura sobre las emulsiones. Se encontro que la yema de huevo fue el mejor agente emulsificante de los tres utilizados, tambien que el calor produce desemulsificacion en las emulsiones por reduccion no controlada de la tension superficial en interfacial.

ABSTRACTEmulsions are important systems in the alimentary industry are for this reason it was decided to practice, study some of the behaviors of them. Emulsions were prepared with water and sunflower oil, observing the effects of addition of emulsifiers, the microscopic structure of some food emulsions, the stabilizing power of some emulsifiers (NaCl, egg yolk, soap powder). There were also identified type emulsions and O / W and W / O, with the help of a mixture of dyes (methylene blue and Sudan III), which identified the type of emulsion present in milk, mayonnaise and margarine, is observe the effect of heat and temperature on the emulsions. It was found that egg yolk was the best of the three emulsifying agent used, the heat also produces desemulsification in the emulsions by reducing uncontrolled interfacial surface tension.

Palabras claves: emulsificante, yema de huevo, jabón, tensión superficial e interfacial, agua, aceite

*Tel: 0987422176. Ext: 1690; fax: 7426232E-mail address: Erika.rodriguez@uptc.edu.co

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1. INTRODUCCIÓN

Las emulsiones son sistemas coloidales constituidos por dos líquidos, los cuáles no se disuelven el uno en el otro. De los dos líquidos, uno se encuentra disperso en pequeñas gotas dentro del otro. Si los dos líquidos se juntan y se mezclan, al dejarlos en reposo, se separan en dos capas; pero si se añade un emulgente, la emulsión es más estable, y tarda mucho más tiempo en separase en las dos capas. De forma general una emulsión posee los siguientes componentes:

a.- Fase Dispersa o interna: Consta de las gotas suspendidas

b.- Fase Continua o externa: Fase en la que están suspendidas las gotas

c.- Emulsionantes: Conocidos también como agentes emulsionantes, emulgentes o surfactantes; son utilizados para mantener las gotas de un líquido suspendidas en otro líquido siendo originalmente los dos líquidos inmiscibles.

Hay varios tipos de emulsiones a saber, directas, inversas y multiples. Las emulsiones 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 L/H o O/W. Ejemplos son además de las emulsiones bituminosas, la leche, la mayonesa, algunos tipos de pinturas, y muchos productos alimentarios y fitosanitarios.(1)(2)

Las emulsiones inversas por el contrario son las que la fase dispersa es una substancia hidrofílica y la fase continua es lipofílica. Estas emulsiones suelen denominarse con la abreviatura H/L o W/O. (Como ejemplos pueden citarse las margarinas, fluidos hidráulicos y la mayoría de las cremas cosméticas)

Finalmente las emulsiones 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. (Este tipo de emulsiones es utilizado básicamente en farmacia, al permitir obtener una liberación retardada de los medicamentos).

Las emulsiones tienen diversas funciones importantes en los alimentos: algunos alimentos están en la naturaleza como emulsiones; otros son por sí mismos agentes emulsionantes y la consistencia o estructura de algunos alimentos preparados depende del desarrollo y mantenimiento de una emulsión. Las emulsiones se utilizan como vehículos para adicionar agentes aromatizantes, para diluir ingredientes y para ocultar olores o sabores no deseables. Las emulsiones alimentarias pueden presentarse de forma natural, como en la leche o ser preparadas en alimentos como la mayonesa y las masas pasteleras. (3)

Para identificar los tipos de emulsiones pueden determinarse de varias maneras, todas basadas en el hecho de más las propiedades de su fase externa que la fase interna; una de las maneras se basa en el uso de la solubilidad en agua, en colorantes y su capilaridad en el papel de filtro. Si se utiliza una mezcla de colorantes, los que sean solubles en agua identificaran emulsiones O/W, mientras que los solubles en grasas identificaran emulsiones W/O, pues la emulsión se teñirá con el colorante que sea soluble.(4)

2. MATERIALES Y MÉTODOS

2.1 Adquisición de muestras

El aceite de girasol marca Carrefour, la leche colanta, la mayonesa, margarina la fina y el huevo fueron adquiridos en el supermercado Carrefour de la ciudad de Tunja. Las demás sustancias utilizadas fueron provistas por el laboratorio de docencia de la FESAD UPTC.

2.2 Efecto de un emulgente o emulsificante

Se tomó en un tubo de ensayo 1 ml de agua y 1 ml de aceite de girasol, se agito y se dejó reposar durante 2 minutos. Se repitió el mismo procedimiento añadiendo yema de huevo (emulgente), se agito y se dejó en reposo y se comparó con el blanco (sin emulgente).

2.3 Estructura microscópica de una emulsión

Se colocó una gota de cada emulsión utilizada (leche, mayonesa y mantequilla) en

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un portaobjetos, se cubrió con el cubre y se observó en un microscopio marca Sargent -Welsch en cada uno de los aumentos.

2.4 Poder estabilizante relativo de algunos emulgentes

Se colocaron 3 tubos de ensayo en una gradilla y se colocó 3 ml de aceite de girasol y 1 ml de agua en cada uno. Posteriormente se adiciono sal, yema de huevo y jabón en polvo, en porciones iguales, a cada tubo. Se agito vigorosamente y se registró el orden en que se separaban las fases en cada emulsión.

2.5 Producción de emulsiones e identificación del tipo de emulsión

Se agregaron 20 ml de aceite de girasol, 18 ml de agua destilada, y 0.5 ml de ácido oleico en 2 probetas, a la primera se adiciono 2 ml de NaOH y a la otra probeta, 2 ml de óxido de cal (acuoso). Posterior a una agitación vigorosa se vertieron las emulsiones en cajas de Petri y se espolvoreó con una mezcla de 50:50 de los colorantes azul de metileno y Sudan III, para observar el color de cada emulsión.

2.6 Identificación de algunas emulsiones frecuentes en alimentos

Se colocó una pequeña cantidad de leche, crema de leche y margarina en vidrios de reloj, y se agregó unas gotas de la mezcla de colorantes utilizadas en el experimento anterior. Se homogenizaron las muestras para observar la coloración que cada una tomo.

2.7 Efecto del calor en las emulsiones

Se agregaron en tubos de ensayo cantidades iguales de margarina, mayonesa y se colocaron en baño maria por unos minutos, hasta observar separación de fases.

3. RESULTADOS Y ANÁLISIS

3.1. Efecto de un emulgente o emulsificante

Se observó que al agregar el agua y el aceite, se formaron 2 fases, debido a la diferencia de polaridad, lo que los hace inmiscibles; en la figura 1(tubo derecha) se puede constatar la formación de tales fases, estando en la superficie el aceite, ya que este presenta una menor densidad. En el tubo de la izquierda se detalla la formación de una emulsión gracias a la adición de un emulgente, en este caso las lipoproteínas de la yema de huevo. Estas lipoproteínas, en especial la lecitina, reducen la tensión superficial e interfacial de las dos fases, además de presentar gran resistencia a la coalescencia. (Fennema et all. 2000). La estabilidad de la emulsión formada fue mayor con la adición del emulgente, pues las emulsiones (sin emulgente y con emulgente) se separaban en 2 fases, pero la del emulgente se demoraba más tiempo, por la acción del mismo.

Figura 1. A la izquierda emulsión agua/aceite con emulgente. Derecha agua/aceite sin emulgente

3.2. Estructura microscópica de una emulsión

En La estructura macroscópica de una emulsión no se pueden distinguir las fases de las que están compuestas; para esto se necesita un análisis microscópico para observar cada una de las fases involucradas en la emulsión. Las emulsiones observadas en el laboratorio presentaron estructuras muy parecidas a las encontradas en la bibliografía consultada (figuras 2-4). En ellas se puede observar que los puntos grandes

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corresponden a la fase dispersa, y los pequeños a la dispersante.

Figura 2. Estructura microscópica de la mayonesa a 100X

Fuente: http://www.uam.es/departamentos/ciencias/qorg/docencia_red/qo/l16/nota10.html

Figura 3. Estructura microscópica de la leche a 200X

Fuente: PINONI, M.V. et al. Características fenotípicas útiles para la identificación presuntiva de Candida guilliermondii. Rev. argent. microbiol. [online]. 2007, vol.39, n.2 [citado 2011-05-02], pp. 81-83

Figura 4. Estrcutura microscópica de la mantequilla a 100X

Fuente http://www.monografias.com/trabajos81/emulsiones/margarina.shtml

3.3 Poder estabilizante relativo de algunos emulgentes

Las sustancias emulgentes se adicionan a las emulsiones para permitir su formación y estabilizar las mismas. En la figura 5 se observa este comportamiento, en el tubo 1 (de izquierda a derecha) no se produjo una emulsión estable ni homogénea, debido a que la sal (NaCl), no tiene un efecto muy marcado en este tipo de emulsiones, es más utilizado en preparación de salsas como la vinagreta; esto se debe a que es una sustancia muy polar, y no permite la unión de los grupos hidrófobos del aceite. La emulsión del tubo 2 presento mayor estabilidad y homogeneidad, pues el emulsificante era yema de huevo, la cual contiene fosfolípidos y algunas proteínas de bajo peso molecular, en especial lecitina, un fosfolípido que al poseer una zona hidrofilia (residuo de colina) y otra hidrófoba (ácidos grasos), permitió formar la unión por cada extremo con los grupos afines a c ada zona, formando una emulsión de buenas características visuales.(1)

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Figura 5. Efecto de diferentes emulgentes. De izquierda a derecha sal, yema de huevo y detergente.

El jabon el polvo presenta unos compuestos con acción tenso activa que disminuyen la tensión superficial e interfacial del agua, gracias a que al igual que la lecitina del huevo presentan una parte polar y una apolar . El componente liposoluble hace que el jabón moje la grasa disolviéndola y el componente hidrosoluble hace que el jabón se disuelva a su vez en el agua. En el tubo 3 de la figura 5, se reitera la acción de los jabones o detergentes como emulsificantes, permitiendo así la formación de la emulsión no tan estable como la de la lecitina, pero que perduró por unos minutos, antes de separarse en sus dos fases.

3.4 Producción de emulsiones e identificación del tipo de emulsión

En la figura 6 se observa la coloración de cada en una de las emulsiones formadas. La emulsión de la izquierda es de tipo O/W aceite en agua, pues tomo una coloración azul con la mezcla de colorantes. Este color se debe a que solubilizo el azul de metileno, que es polar. El agente emulsificante fue el oleato sódico, que permite la formación de este tipo de emulsiones; la estructura de este emulgente tiene una mayor predominancia del carácter polar permitiendo que se solubilice en la parte acuosa y en menor medida la liposoluble, facilitando de esta manera que el agua sea la fase dispersante de la emulsión.

Figura 6. Identificación del tipo de emulsión. Izquierda O/W, derecha W/O

La emulsión de la derecha es de tipo W/O, esta presento una coloración roja que proviene de la solubilizacion del colorante Sudan II en el aceite. El agente emulsificante usado fue oleato cálcico, el cual permite la formación de este tipo de emulsiones, debido a que este compuesto tiene un mayor contenido de grupos apolares que facilitan la solubilizacion de sustancias afines, en este caso el aceite, el cual es la fase dispersante.

3.5 Identificación de algunas emulsiones frecuentes en alimentos

Al adicionar la mezcla del colorante, a las diferentes emulsiones, cada uno presento diferente coloración, debido al tipo de emulsión (ver la figura 7). La margarina presento una coloración roja, lo cual indica que es una emulsión de tipo W/O, ya que el colorante sudan II es soluble en sustancia apolares y genera esta coloración típica, en este caso la fase dispersante es el aceite. Para el caso de la leche y la mayonesa son emulsiones de tipo O/W. el colorante azul de metileno es polar y por tanto es soluble sustancias similares, lo cual genera una coloración azul, en este tipo de emulsiones la fase dispersante es el agua.

Figura 7. Identificación del tipo de emulsión. Izquierda mayonesa, centro leche, derecha mantequilla.

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3.6 Efecto del calor en las emulsiones

Las altas temperatura ejerce un efecto negativo en las emulsiones, ya que como se observa en la figura 8, produce la separación de las fases que la constituyen. Este efecto se conoce como desemulsificacion ( separación del aceite/agua) esto ocurra en dos etapas: Floculación, se dice que las gotas de la fase dispersa forman agregados, sin perder completamente su identidad. Y la coalescencia, en donde los agregados se combinan formando gotas individuales .La separación puede llevarse a cabo por intercambio de calor. Que contribuye reduciendo la viscosidad de la fase continua y disminuyendo la tensión interfacial. Con la adición de calor a la emulsión O/W (mayonesa) aumenta el movimiento molecular, las gotas de agua se expanden y la película que rodea a estas se rompen o reduce su resistencia. Asimismo la viscosidad del aceite se abate, permitiendo el asentamiento más rápido de las partículas acuosas. (3)(2)

Figura 8. Efecto del calor en mayonesa (izquierda) y margarina (derecha)

CONCLUSIONES

La adición de un agente emulgente o emulsificante los componentes de una emulsión, esta se forma más fácilmente y es más estable. Pues estas sustancias disminuyen la tensión superficial, interfacial y poseen una parte hidrofílica y otra lipofílica, para formar la emulsión. Cuando se forman las emulsiones microscópicamente se ve el reordenamiento de las moléculas que las forman, produciéndose agregados en los que

se diferencian por tamaño la fase continua y la discontinua.

Se encontró que la yema de huevo fue el emulgente más efectivo en la producción y estabilización de las emulsiones, pues posee un alto contenido de lecitina y otras proteínas y fosfolípidos. El jabón también formo una emulsión rápidamente pero más inestable, pues rebajo mucho la tensión superficial de los líquidos, permitiendo la separación más rápida.

La adición de oleato sódico a la mezcla agua aceite produce emulsiones O/W, mientras que agregar oleato cálcico resultan emulsiones W/O. estas pueden ser identificadas gracias a las diferencias de solubilidad de algunos colorantes en aceite o en agua. Se determinó que la leche y la mayonesa son emulsiones tipo O/W, en cambio la margarina es W/O.

El calor es un factor de desestabilización de las emulsiones, produciendo la desemulsificación en las mismas; por modificación de propiedades como tensión superficial e interfacial en los componentes de la emulsión.

BIBLIOGRAFÍA

Fennema, O. R. (2000). Química de los Alimentos, ACRIBIA.

ROMERO TEHUITZIL. Hipolito. Secado de espuma de guayaba (psidium guajava)por fluidización. Universidad autonoma metropolitana. Ciencias basicas e ingenieria de procesos e hidráulica. MEXICO DF. 1996

INFOGRAFIA

(1)http://practicasintegrales.files.wordpress.com/2007/09/practica-4.pdf

(2)http://www.ateb.es/clients/showsection.aspx?OriginId=2735

(3)http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/emulsiones_113.pdf

(4)http://www.buenastareas.com/ensayos/Determinaci%C3%B3n-De-Las-Causas-Que-Afectan/1356607.html

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