DESESTABILIZACIÓN DE ESPUMAS: MECANISMOS

Transcripción

1 DESESTABILIZACIÓN DE ESPUMAS: MECANISMOS 1- Drenaje de líquido Por gravedad Pasaje de líquido de lamela a borde de Plateau Pasaje de líquido de borde de Plateau a fase continua 2- Cremado o flotación de las burbujas, causando una acumulación en la parte superior (Ley de Stokes) 3- Desproporción o maduración (Ostwald): pequeñas burbujas desaparecen mientras que las grandes burbujas crecen por DIFUSION DE GAS a través de la lamela. ΔP= 2 /R 4- Formación de espuma poliédrica: por deformación de burbujas por compresión de unas contra otras. Cambio de forma de las burbujas, de tri o tetragonales a hexagonales (estructura panel de abejas) mas estables. 5- Colapso por ruptura de las lamelas

2 1- Drenaje de líquido Por gravedad (hidrodinámico) Flujo entre placas planas paralelas lamela W ancho dv = g Δρ δ 3 w dt 12 δ = espesor H 2 O δ: espesor de la lamela ρ: densidad del fluído : viscosidad del fluído δ disminuye con el tiempo.

3 Drenaje de líquido desde lamela a borde plateau Borde plateau (confluencia de tres lamelas) Ecuación de Laplace p ext Líquido p int Δp= 2 /r Δp= p int p ext p int > p e, Δp i 1/r i= interfase G/L Fuerza hacia adentro causada por la P ext r equilibrio Fuerza hacia adentro causada por Burbuja esférica Fuerza hacia fuera causada por el gas comprimido

4 p B p int Δ p B 1/r Δp B = p int p B Δp L = p int - p L Δp B > Δp L y como p int es la misma p L Δ p L 1/r p L > p B drenaje de agua hacia el borde plateau Drenaje de líquido del borde plateau a fase continua

5 2- Cremado o flotación de las burbujas, causando una acumulación en la parte superior (Ley de Stokes) v Stokes = - 2 g r 2 (ρ aire - ρ L ) 9 L

6 3- Desproporción o maduración (Ostwald): pequeñas burbujas desaparecen mientras que las grandes burbujas crecen por DIFUSION DE GAS a través de la lamela. Δp= 2 /r Δp = p int - p ext Δp chica = p int. ch. > p int. gr. Δp grande = Difusión de gas Desaparición de burbujas chicas Crecimiento de burbujas grandes El proceso se ve desfavorecido si el gas es poco soluble en el líquido

7 4- Formación de espuma poliédrica: por deformación de burbujas por compresión de unas contra otras. Cambio de forma de las burbujas, de tri o tetragonales a hexagonales (estructura panel de abejas) mas estables. 5- Colapso (ruptura de las lamelas) Por disminución de su espesor Presencia de partículas (polvo de aire) Evaporación (efecto térmico)

8 Mejoramiento de espumas 1) Modificación de proteínas Digestión enzimática Péptidos de PM, exposición de grupos hidrofóbicos Alquilación ( HS ) Química (restringida por legislación bromatológica) Amidación (alteración Carga superficial y PI) Glicosilación 2) Agregado de sustancias que aumenten la funcionalidad de las proteínas. Ej. PGA (alginato de propilen glicol)

9 Medida de la Habilidad o Actividad espumante Producción de espumas Burbujeo Batido

10 Medidas de la Estabilidad espumante Cámara de video Solución proteica Electrodos Disco poroso gas gas t 0 t 1 t 2 t 3 Esquema de las distintas etapas en el estudio de la formación y desestabilización de una espuma. Se representan los tiempos de inicio (t 0 ) y fin del burbujeo (t 1 ) y ejemplos de drenado (t 2 ) y colapso (t 3 ) de espuma

11 FVS (Foam Volume Stability) = Espumas estables: t 1/2 V E (i)/2 V E (t) V E (i). 100 (elección de t arbitrario) Espumas inestables: tiempo total de colapso V E (i) Formación de espuma Cese de formación de espuma Colapso de la espuma V E (i) 2 t 1/2 : tiempo requerido para que drene el 50% del líquido inicial en la espuma t 1/2 t FLS (Foam Liquid Stability) = V L (t) V L (i). 100 (elección de t arbitrario)

12 HRV [Head Retention valve] (Método de Rudin, utilizado en la industria cervecera).

13 Seguimiento del drenaje del líquido: Para muestras estables obtenidas por batido.

14 Por medidas de conductividad.

15 Densidad en función del tiempo. (Método de Clark).

16 Conductividad de la espuma (Método de Kato). Mide densidad de espumas. FSI (Foam Stability Index). FSI = C o Δt ΔC t V E = V E (t) cámara de video C E = C E (t) densidad C L = C L (t) drenaje de líquido C E C E (i) poder espumante m= ΔCt/Δt C 0 ΔC t Δt t

17 Estabilidad de la Densidad de Espuma FDS% Ct FDS% 100 Ci

18 Espumas alimentarias

19 VIDA DE UNA ESPUMA (ESTABILIDAD) sólida líquida seg min horas días meses

20 PORCENTAJE (% V/V) DE GAS EN ALGUNOS ALIMENTOS pororó o pochoclo > 95 arroz inflado merengue pan de molde crema batida helados de crema 30-50

21 Para la formación de espumas se utilizan diferentes sistemas: El burbujeo o la incorporación de aire por presión (bomba aerosol) permite obtener espumas con bajas concentraciones de surfactantes (0.1% para proteínas)

22 El batido necesita concentraciones de surfactantes más elevadas; puede ser practicado en sistema discontinuo (batidor doméstico, batidor planetario industrial) o en sistema continuo industrial (esponjamiento bajo presión de gas, esponjador tipo cambiador de superficie rascada)

23 La densidad de las Espumas dependerá de la formulación y del reposo, es decir, que por ejemplo una misma Espuma con un grado mayor o menor de gelatina, grasa, claras o féculas será espesa, fluida o líquida además de en función del tiempo de reposo empleado.

24 Sifones con cargas de N 2 O (óxido nitroso) Las espumas que se pueden trabajar con el sifón, son básicamente de tres tipos identificadas por la base utilizada: grasa, una gelatina o claras y yemas de huevo.

25 Sólo 40 segundos. Eso es lo que se tarda en cocer este bizcocho. La trampa? hace falta un sifón para hacer espumas y un microondas. Mayonesa: Ingredientes. 200 ml de nata líquida, 200 ml de aceite de oliva virgen extra, una pizca de sal, sifón de 1/2 litro y una carga. La elaboración es sencillísima, y sobretodo muy rápida. Consiste en introducir los ingredientes en el sifón. Emplear sal fina para que no atasque la salida del sifón.

26 Solidificación de la espuma en el horno

27 ANTIESPUMANTES Un agente antiespumante es un aditivo químico que reduce y dificulta la formación de espuma, actúa penetrando en la laminilla de la espuma, desestabilizándola y haciendo que estalle.

28 ANTIESPUMANTES Requerimientos para antiespumantes: Baja solubilidad en el medio de la formación de espuma (presente en gotas finamente divididas), pero se dispersan completamente Baja viscosidad Baja tensión superficial No imparten olor ni residuos sustanciales Inertes Afinidad a la superficie aire-líquido en el que desestabiliza las laminillas de espuma ruptura de burbujas de aire y descomposición de la espuma de la superficie. Coeficiente de penetración (P) positivo Coeficiente de difusión (D) positivo Coeficiente de puenteo (B) positivo y características des humectantes

29 El primer obstáculo que debe superar cuando penetra es una película de seudo emulsión (fina laminilla entre la gota de antiespumante y la superficie del líquido). P = w/g + w/a - a/g D = w/g ( w/a + a/g ) Sólo si el coeficiente de penetración sigue siendo positivo permanece el antiespumante sobre la superficie de la laminilla. Solamente las gotitas de antiespumante con un coeficiente de difusión positivo pueden difundirse por la superficie del medio que debe ser des espumado. Si un antiespumante puede difundirse sobre la superficie, adopta la forma de lenteja sobre la superficie de la laminilla y desplaza los tensoactivos de esta ubicación. Como resultado, se impide la estabilidad y flexibilidad de la laminilla y ésta puede colapsar. w/g = tensión superficial del medio espumante w/a = tensión interfacial entre el medio espumante y el antiespumante a/g = tensión superficial del antiespumante

30 Los antiespumantes con un poder de difusión insuficiente pueden desespumar a través de otro mecanismo llamado puenteo El desespumado por puenteo requiere que las gotitas de antiespumante que penetran en la superficie de la laminilla deben ser capaces también de penetrar por el lado contrario de la laminilla. En algunos casos las gotitas de antiespumante se agrandan por coalescencia con otras gotitas, de forma suficiente para que tenga lugar el mecanismo de puenteo. Si la gotita de antiespumante penetra por ambos lados de la laminilla, el posterior mecanismo de deshumectación o estiramiento puede conducir a la ruptura de la laminilla. Una condición básica para ambos mecanismos es que el coeficiente de puenteo del antiespumante debe ser positivo. B = ( w/g ) 2 + ( w/a ) 2 ( a/g ) 2 El coeficiente de puenteo sólo puede ser positivo si la tensión interfacial entre el antiespumante y el aire es suficientemente pequeña.

31 La sustancias activas clásicas en la formulación de antiespumantes para recubrimientos acuosos son: polisiloxanos (siliconas), aceites - minerales vegetales, y/o polímeros. Los antiespumantes especialmente efectivos diseñados para aplicaciones específicas, pueden formularse combinando estas substancias una con otra, y también añadiendo finas partículas de sólidos hidrófobos tales como sílices.

32 Algunos ejemplos en la industria alimentaria PROSIL AF Antiespumante siliconado: Antiespumante para procesos de fabricación de alimentos, tales como lácteos, mermeladas, jugos y helados. El aceite de silicona también se añade al aceite de cocina para evitar la formación de espuma en la fritura. PROPEG DFL 80, PROPEG DF Antiespumante orgánico: Para el control de espuma en sistemas acuosos como fermentación de azucares o mieles para la producción de levaduras, acido cítrico entre otros; además de otro tipo de procesos industriales diferentes a fermentación. PROPEG DF Antiespumante orgánico: Para el control de espuma en sistemas acuosos principalmente en la industria donde se procesan materiales ricos en almidón. PROPEG DF Antiespumante orgánico: Para el control de espuma en sistemas acuosos y procesos en frio, principalmente en la industria donde se procesan materiales ricos en almidón. PROPEG DF 4020 Antiespumante orgánico: Para el control de espuma en sistemas acuosos y procesos en Caliente, principalmente en la industria donde se procesan materiales ricos en almidón.