PRACTICA 8 Emulsificantes, reafirmantes de textura y quelantes

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1 8.1 Introducción PRACTICA 8 Emulsificantes, reafirmantes de textura y quelantes Las emulsiones son de gran interés en una inmensa cantidad de productos como son las cremas, helados, mantequilla, mayonesas, aderezos, etcétera. Una emulsión es una dispersión termodinámicamente inestable de dos o más líquidos inmiscibles o parcialmente miscibles. Los diámetros de las gotas líquidas que se encuentran dispersas se encuentran en el rango de 0.1 y 20 μm. Aunque se traten de dispersiones termodinámicamente inestables, las emulsiones pueden convertirse en cinéticamente estables gracias a la presencia de agentes tensioactivos que presentan la capacidad de absorción en las superficies de las gotas. En la mayoría de las emulsiones una de las fases es acuosa y la otra un aceite polar. Las emulsiones con el aceite como fase dispersa se conocen como emulsiones de aceite en agua (oil-in-water, o/w) y las emulsiones con agua como fase dispersa se conocen como emulsiones de agua en aceite (water-in-oil, w/o). El tipo de emulsión que se tiende a formar depende del balance entre las propiedades hidrófilas e hidrófobas del agente emulsificante. Generalmente se suele cumplir la regla de Bancroft: la fase continua es aquella en la cual se solubiliza al agente emulsificante. La naturaleza anfótera de los agentes tensioactivos puede ser expresado en términos de una escala empírica que comúnmente se denomina el balance HLB (balance hidrófilo-lipófilo o BHL). Se han establecido varias ecuaciones para calcular los valores de HLB, a los agentes tensioactivos menos hidrófilos se les ha asignado los valores de HLB más bajos. Sin embargo, el número de HLB es asignado al agente tensioactivo puro y suele diferir del comportamiento del mismo en disolución. El valor HLB puede variar en función del tipo de electrolito, temperatura y tipo de aceite debido a que modifican la geometría de la capa de agentes tensioactivos en la interfase. El proceso de ruptura de las emulsiones puede ocurrir mediante cuatro mecanismos de inestabilidad diferentes: 1. Cremado, causado por la acción de la gravedad y produce un gradiente vertical de concentración de las gotas sin variar la distribución del tamaño de las mismas. 2. Floculación: es la adhesión de las gotas sin fusionarse y una vez más no existe una variación en la distribución de tamaño de gotas. El proceso de la floculación está controlado por un equilibrio global entre las fuerzas de atracción electrostáticas de van der Waals, y repulsivas de tipo estéricas y de hidratación. 3. Coalescencia: es la fusión de gotas para crear unas gotas más grandes con la eliminación de parte de la interfase líquido/líquido. 4. Engrosamiento de gotas debido al crecimiento de las gotas más grandes a costa de las más pequeñas hasta que éstas últimas prácticamente desaparecen. Laboratorio de Microcomponentes Alimentarios, UAM-Iztapalapa 1

2 En general, el complejo proceso de la inestabilidad de las emulsiones suele ocurrir mediante la combinación de los cuatro posibles procesos de inestabilidad que pueden suceder simultáneamente a diferentes velocidades. La desestabilización de las dispersiones coloidales a escala microscópica. La teoría general DLVO (Derjaguin, Landau, Verwey y Overbeek) puede utilizarse para describir cualitativamente las interacciones entre las gotas. La teoría DLVO asume que la estabilidad coloidal es debida principalmente a las interacciones de largo alcance que ocurren entre las gotas. Esta teoría considera dos tipos de fuerzas: las fuerzas de van der Waals (VA) que son atractivas y de largo alcance y las fuerzas electrostáticas que son repulsivas debido a las cargas que se encuentran en las superficies de las gotas (tanto por agentes tensioactivos como por los iones específicamente adsorbidos) crean una energía de repulsión (VR). El potencial total de interacción V se define como V = V A + V R Los agentes tensioactivos son moléculas con una estructura muy característica que les habilita para adsorber en las interfases, formar agregados y auto-asociarse en soluciones acuosas. Estas moléculas se caracterizan por poseer dos partes de naturaleza opuesta, una polar y apolar. La parte polar o hidrófila de la molécula puede llevar una carga positiva o negativa, y es esta parte la que define al agente tensioactivo como catiónico o aniónico respectivamente. Otros agentes tensioactivos en cambio, no muestran carga iónica (noónicos). La parte apolar o hidrófoba de la molécula generalmente suele ser una cadena longitudinal de hidrocarbonos. Ejemplos de emulsificantes iónicos son el estearoil-2- lactilato de sodio y el oleato de sodio, los cuales pueden también interaccionar con otras moléculas cargadas reduciendo su actividad. Por lo que se prefiere el empleo de agentes tensoactivos no iónicos como los ésteres de propilenglicol, ésteres de poliglicéridos de ácidos grasos, ésteres de sorbitol, los derivados del ácido láctico, los sacaroésteres y sacaroglicéridos. Los mono- y diacil-glicéridos son ampliamente usados al igual que los ésteres de sorbitol. Estos últimos se conocen comercialmente como Span, que se pueden hacer reaccionar con epóxido de etileno para formar derivados polioxietilénicos denominados Tween o polisorbatos. Las emulsiones se emplean conjuntamente con hidrocoloides que además de poder estabilizarlas por agentes tensioactivos, también se estabilizan por biopolímeros. Estas emulsiones muestran mayor viscosidad que las anteriores y se suelen comportar como geles. La alta viscosidad de la fase continua acuosa impide el movimiento de las gotas dispersas y, por lo tanto, la probabilidad de que dos gotas se acerquen y se agreguen y fusionen es mucho menor. Por otra parte, un agente quelante o secuestrador tiene la habilidad de formar enlaces de coordinación con metales, impidiendo la actividad catalítica como lo podría hacer si el metal estuviera libre. Estos compuestos se emplean comúnmente para reducir la acción de iones de Fe, Ca, Cu y de otros cationes divalentes. Entre los secuestradores más comunes están los ácidos cítrico, tartárico, málico, succínico y fosfórico, los hexamentafosfatos y el etilendiaminometano de sodio (EDTA). Laboratorio de Microcomponentes Alimentarios, UAM-Iztapalapa 2

3 Los agentes reafirmantes o endurecedores son sustancias que mantienen los tejidos de frutas y hortalizas firmes y crocantes y que actúan junto con agentes gelificantes para mantener la estructura y firmeza de los productos. 8.2 Objetivo Evaluar el efecto de diversos aditivos en la estabilidad de emulsiones simples, así como de agentes endurecedores y quelantes. 8.3 Materiales Materiales y reactivos Aceite de maíz Ácido cítrico al 5% Ácido ascórbico al 5% EDTA al 0.5% Cloruro de calcio Papel filtro No. 1 SDS al 1% Goma arábiga Goma xantana Carragenina Carboximetil celulosa Almidón pregelatinizado NaCl 0.1M Tween 80 Material de vidrio 1 Batidora 1 Licuadora de inmersión 1 Embudo Buchner 1 Matraz Kitasato con manguera 5 Cajas Petri de vidrio 1 Espátula 1 Gradilla para tubos de 16x150 2 Pipetas graduadas de 10 ml 1 Pipeta graduada de 5 ml 1 Propipeta 1 Piseta 2 Probetas de 100 ml Laboratorio de Microcomponentes Alimentarios, UAM-Iztapalapa 3

4 1 Termómetro 1 Vaso de precipitados de 500 ml 2 Celdas para espectrofotómetro 4 Tubos de centrifuga de 50 ml 2 Vasos de precipitados de 100 ml 6 Vasos de precipitados de 250 ml 8 Tubos de vidrio de 16x150 con tapón de rosca Cronómetro Pelador de papas Tabla para picar y cuchillo Equipo Batidora con recipiente Espectrofotómetro Centrífuga Balanza 8.4 Metodología Agentes tensoactivos y estabilizantes de emulsiones simples 1. Homogenizar o licuar por 30 segundos 10 ml de aceite de maíz con 90 ml de agua y verter rápidamente en una probeta de 100 ml. 2. Medir el tiempo en el que se observe la separación del 50% de la fase oleosa. 3. Repetir el procedimiento descrito sustituyendo el agua una de las siguientes soluciones: a) 0.1% goma arábiga b) 0.1% goma xantana c) 0.1% carragenina kappa d) 0.1% carragenina iota e) 0.1% goma guar f) 0.1% carboximetil celulosa g) 0.1% almidón pregelatinizado h) 0.1% polisorbato 80 (Tween 80) i) 0.05% lecitina j) 0.1% monoestearato de sorbitan Agentes emulgentes y estabilizantes en una emulsión tipo mayonesa Elaborar una emulsión acorde con las instrucciones del profesor, en la que se incorporarán agentes emulgentes acorde con las tablas 8.1 y Mezclar la celulosa, el almidon y el agente estabilizante con el azúcar. 2. Adicionar la mezcla anterior en el agua y mezclar durante 5 minutos, empleando la batidora a máxima velocidad. Laboratorio de Microcomponentes Alimentarios, UAM-Iztapalapa 4

5 3. Incorporar cada uno de los siguientes ingredientes (claras de huevo, aceite, sal y vinagre), mezclando a alta velocidad durante 30 s minuto entre cada uno 4. Mezclar a velocidad media por 3 minutos más. 5. Observar las características físicas y sensoriales de las diversas formulaciones. Anote sus observaciones y determine la estabilidad y el índice de estabilidad de la emulsión. Tabla 8.1. Fórmula base para elaboración de emulsión tipo mayonesa (7% grasa) Ingredientes Cantidad Ingrediente (g) Agua Claras de huevo 75g (2 piezas) 30 Aceite Vinagre Azúcar Sal Celulosa microcristalina 15 6 Almidón instantáneo 5.5 Agente emulgente Ver tabla 8.2 Tabla 8.2 Emulgentes empleados en la elaboración de emulsiones Emulsión Agente emulgente (g) Arábiga Xantana Carragenina Guar Lecitina Polisorbato Índice de estabilidad de emulsión (EAI) 1. Tomar 0.5 ml de la emulsión y diluir con 50 ml una solución de NaCl 0.1M y 1% de SDS. 2. Medir la absorbancia a 550 nm y aplicar la siguiente ecuación: Donde: Fd = factor de dilución (50/0.5 = 100) L = Longitud de la celda (0.01m) Ɵ = fracción volumétrica de aceite Laboratorio de Microcomponentes Alimentarios, UAM-Iztapalapa 5

6 c = contenido de proteína por unidad de volumen en la emulsión (g/ml). Considere que la clara de huevo contiene 9.4% de proteína Reafirmantes de textura 1. Pelar una papa y cortarla en trozos de 1.5 cm aproximadamente, dividir en dos porciones. 2. Colocar una porción de las papas en un vaso de precipitados de 250 ml, agregar 100 ml de agua destilada. Colocar la otra porción de papas en 100 ml una solución de cloruro de calcio al 0.1%. 3. Hervir por 10 min, retirar del fuego y colocar las papas en un recipiente plano y enfriar a temperatura ambiente. Comparar la textura Agentes quelantes 1. Homogenizar 100 g de papa, previamente pelada y picada, con 100 ml de agua destilada. 2. Inmediatamente colocar 10 ml del homogenizado en 5 placas Petri rotuladas (A, B, C, D y E), agregar una de las siguientes soluciones en cada placa. A. 1 ml de ácido cítrico 5% B. 1 ml de ácido ascórbico 5% C. 1 ml de EDTA 5% D. 0.5 ml de ácido cítrico al 5% y 0.5 ml de EDTA al 0.5% E. Agua destilada 3. Mezclar con movimientos circulares y dejar en reposo por hasta 1 hora 4. Comparar el efecto de cada una de las sustancias a los 30 y 60 minutos, ordenándolas 1 al 5 acorde con la intensidad del color. El 1 corresponderá a la placa con el menor color y el 5 a la placa con mayor intensidad de color. 5. Anote sus observaciones. 8.5 Cuestionario 1. Cuál es la función de los agentes tensoactivos y estabilizantes en la formulación y estabilidad de emulsiones en alimentos?. 2. Proporcione algunos ejemplos de agentes tensoactivos iónicos y no iónicos, así como su clasificación, acorde con la legislación nacional, la FDA y la Comunidad Europea. 3. Describa la función de agentes quelantes en alimentos, así como los niveles permitidos. 4. Describa la función de agentes endurecedores en alimentos, así como los niveles permitidos. Laboratorio de Microcomponentes Alimentarios, UAM-Iztapalapa 6

7 8.6 Bibliografía Schaper-Bizzotto C, Capobiango M., Pinto Coelho M Evaluation of Functional Properties of a Blood Protein. Pakistan Journal of Nutrition 4 (1): Sobral, P. A., Wagner, J. R Capacidad emulsionante de sueros de soja. Revista del Laboratorio Tecnológico del Uruguay, No. 5, Aranberri I., Binks B.P., Clint J.H., Fletcher P.D.I Elaboración y caracterización de emulsiones estabilizadas por polímeros y agentes tensioactivos. Revista Iberoamericana de Polímeros, Volumen 7(3): Laboratorio de Microcomponentes Alimentarios, UAM-Iztapalapa 7