equipos emulsiones

8/19/2019 equipos emulsiones

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EMULSIFICACIÓN

YHOMOGENIZACIÓN

Ingeniería de Alimentos III M.C. Ma. Luisa Colina Irezabal


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EMULSIFICACIÓN

HOMOGENIZACIÓN

Formación de una emulsión

Reducción de tamaño de laspartículas de una emulsióncon objeto de proporcionar

mayor estabilidad en laemulsión


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Sistema constituido por dos faseslíquidas inmiscibles, una de las

cuales se dispersa a través de la otra

en forma de gotas muy pequeñas

Fase dispersa (FD): Líquido que se dispersa enpequeñas gotitas, también se le conoce comofase interna o discontinua

Fase continua (FC): Liquido como medio dedispersión, también llamada fase externa.

EMULSIÓN

Suspensión Fase continua: líquido Fase dispersa: sólido

Espuma Fase continua: líquido Fase dispersa: gas


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Ejemplos de Emulsiones en Alimentos:

mantequilla y margarinaleche crema helado yogurt liquido y sólido

huevo

mayonesa

aderezos para ensalada

bebidas salsas, condimentosy saborizantes rellenos, cubiertas y betunes para repostería

salchichas

Generalmente, las emulsiones de alimentos contienen 2 fases:

a) Una fase acuosa que consiste en agua que contiene sales, azúcares, ácidosen solución y/o otras sustancias orgánicas o coloidales

b) Una fase oleosa que consiste en aceites, grasas, ceras, resinas, aceites

esenciales y otros materiales hidrofóbicos.


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Según la naturaleza de la fase dispersa (FD): – Aceite en agua (O/W) – Agua en aceite (W/O)

(oil-in-water )

(water-in-oil)

Tipos de emulsiones

O/W

Fase Dispersa (FD) o Interna: Aceite FaseContinua (FC) o Externa : Agua

Ejemplo: leche, crema

W/OFase Dispersa (FD) o Interna: AguaFase Continua (FC) o Externa : Aceite

Ejemplo: margarina, mantequilla


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Emulsión O/W Emulsión W/O

EMULSIONES SIMPLES

Agua

Aceite


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EMULSIONES MÚLTIPLES

Emulsión W/O/W Emulsión O/W/O

Agua

Aceite

Las fases acuosas interna

y externa están separadaspor una fase oleosa

Son aquellas en donde la fase dispersa contiene gotitas mas pequeñasque son miscibles con la fase continua

La fase acuosa se encuentra

entre dos fases oleosas

Estas emulsiones son fabricadas en 2 etapas. 1º se produce la emulsióninterna y posteriormente ésta se homogeniza en la fase continua externa.


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- El tamaño de los glóbulos de la fase dispersa

- La diferencia de densidad de ambas fases

- La viscosidad de la fase continua y de la emulsión

- Las fuerzas de interfase que actúan en la superficie de los glóbulos

- La naturaleza, eficacia y cantidad de emulsificante y estabilizante

- Las circunstancias de almacenamiento (temperaturas altas y bajas,

agitación o vibración, evaporación)

Emulsión estable: Sistema en el que los glóbulosconservan su carácter inicial y permanecen

distribuidos uniformemente en la fase continua

La estabilidad de una emulsión depende de diversos factores:


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El tamaño y la distribución de tamaños de las partículas de unaemulsión dependen del tipo e intensidad de la agitaciónsuministrada Si se reduce poco a poco el tamaño de las

partículas de la emulsión, varían el color y el aspecto de ésta.

A mayor agitación, menor tamaño de partícula

TAMAÑO DE LOS GLÓBULOS DE LA FASE DISPERSA

Las gotas más grandes

normalmentecontribuyen más a lainestabilidad de la emulsión


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Característica EMULSIÓN MICROEMULSIÓN

Tamaño Gota(fase dispersa) >>>> 1µµµµm

< 0.1µµµµm(10-200 nm)

Aspecto Opaca Transparente óTranslúcida

EstabilidadTermodinámica No Si



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Si se reduce poco a poco el tamaño de las partículas de unaemulsión, varían el color y el aspecto de dicha emulsión



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La viscosidad de una emulsión cuando hay exceso de fase continua esvirtualmente la viscosidad de dicha fase

Al aumentar la proporción de la fase dispersa aumenta la viscosidadde la emulsión hasta un punto en que la emulsión deja de ser líquida.

VISCOSIDAD DE LA FASE CONTINUA Y DE LA EMULSIÓN

A mayor viscosidad de lafase continua, mayor

estabilidad de la emulsión


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TENSIÓN INTERFACIAL

En un sistema de dos fases, existe energía libre en la interfase entre losdos líquidos inmiscibles, debido al desbalance de las fuerzas cohesivas

de los dos materiales

Para que una emulsión pueda formarse, debesuperarse la tensión interfacial, introduciendo

energía en el sistema, que normalmente selogra mediante la agitación

Cuanta mayor es la tensión interfacial entre los dos líquidos, mayor es laenergía requerida para dispersar la fase interna y formar la emulsión

Esta energía libre en la interfase es denominadaTENSIÓN INTERFACIAL


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Las emulsiones son sistemas termodinámicos inestables

La inestabilidad se debe al aumento del área (∆∆∆∆A) de las gotas,que produce un incremento en la Entalpía Libre de Gibbs (∆∆∆∆G)

AG ∆=∆∆∆∆∆G = Enegía Libre de Gibbs

γ = Tensión interfacial

∆∆∆∆A = Incremento en el área

Al mezclar dos líquidos inmiscibles, la faseinterna toma la forma de gotas esféricas,que representa la menor área superficial

por unidad de volumen

Cuando la agitación cesa, hay unacoalescencia entre las gotas, formando

gotas mas y mas grandes y eventualmente

las dos fases se separan por completo


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1. Sedimentación / Cremación2. Agregación

3. Coalescencia / Ruptura de la Emulsión

ESTABILIDAD FÍSICA DE LAS EMULSIONESLa estabilidad de una emulsión puede

romperse debido a 3 tipos de fenómenos:

Emulsión estable

Cremación

Ruptura de la emulsión

Agregación


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SEDIMENTACIÓN – CREMADO

Se origina como consecuencia de la diferencia de densidades

entre ambas fases.

Las partículas se concentran en la superficie o en el fondo,dependiendo de la densidad relativa de las dos fases de la mezcla

EMULSIÓN ESTABLE CREMADO


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Velocidad de cremado / sedimentación:

η

δ

9

)(2 0

2 gr v −

=

v = velocidad de cremado / sedimentado

r = radio de la gota

δ δδ δ 0 = densidad de la fase continua

δ= densidad de la fase dispersa

g= aceleración debida a la gravedad

η ηη η = viscosidad absoluta de la fase continua


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AGREGACIÓN

CREMADO

AGREGACIÓNSe origina como consecuencia de las fuerzas de atracción entre las

partículas formando agregados de partículas

EMULSIÓN ESTABLE


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COALESCENCIA /

RUPTURA DE LA EMULSIÓN

CREMADOCOALESCENCIA

AGREGACIÓN

Se origina como consecuencia de la tensión interfacial y causa uncambio real en el tamaño de las gotas

Las partículas se funden y forman una capa de líquido.

EMULSIÓN ESTABLE

SEPARACIÓN DE FASES


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ESTABILIDAD FÍSICA DE EMULSIONES


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Para evitar la separación de las fases se necesita un

EMULSIFICANTE

agua

aceite

Para conservar una emulsión estable se necesita un

ESTABILIZANTE


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Los emulsificantes (agentes tensoactivos o surfactantes)( SURF ace ACT ive Age NT ) son moléculas que poseen

una parte hidrofílica y otra lipofílica o hidrofobica(generalmente una parte polar y una no polar)

EMULSIFICANTES

Cabeza polar (HIDROFILICA)

Cola no polar (LIPOFILICA)

Puede llevar una carga positiva o negativa y es esta

parte la que define al agente tensoactivo comocatiónico o aniónico respectivamente, aunque también

puede ser no iónico

La parte no polar o hidrófoba de la moléculageneralmente suele ser una cadena longitudinal

de hidrocarbonos.


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El emulsificante o tensoactivo se coloca en la interfase entre

el agua y el aceite con su cadena hidrófoba orientada hacia elaceite y el grupo hidrófilo orientado hacia el agua formandoagregados llamados micelas

En el caso de una emulsión agua en aceite, el grupo hidrófilo estarádirigido hacia el interior de los glóbulos acuosos mientras que la partehidrófoba hacia la fase continua y en una emulsión aceite en agua de

manera inversa.


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Los emulsificantes presentes o añadidos a la emulsión, formanmicelas alrededor de cada gotita de la fase dispersa, quereducen la tensión interfacial entre las fases y evitan su

coalescencia


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ESTABILIZANTES

Los estabilizadores se disuelven en la fase continua y aumentan su

viscosidad lo que restringe la movilidad de las gotas de las fasedispersa y las colisiones entre ellas y, por tanto, reduce el riesgo decoalescencia

La viscosidad de las emulsiones puede ser afectada de manerasorprendente por cambios relativamente mínimos en la naturaleza y en

la concentración de agentes emulsificantes y estabilizantes.

Entre los agentes estabilizadores masutilizados se encuentran lospolisacáridos y las gomas


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Emulsificantes y Estabilizantes

Naturales:-Fosfolípidos (Lecitina)-Lipoproteìnas

-Gomas (Carragenina, Goma Guar, Alginatos)

-Polisacáridos (Carboximetil celulosa)

-Pectina

-Proteínas (Gelatina, Albúmina de huevo)

-Polisorbatos (Ej:Tween 20)

-Propilen Glicol-Di, Tri y Poli Fosfatos

-Esteres de sorbitan (Span)

-Esteres glicéricos de ácidos grasos

-Lauril sulfato de sodio

Emulsificantes y EstabilizantesSintèticos:


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Equipos para la

Emulsificación y Homogenización

La finalidad de la maquinaria para emulsificación y homogenización esdividir y reducir el tamaño de partícula de la fase dispersa, para poder

dispersarla en la fase continua

El tamaño de las partículas de la fase dispersa debe ser losuficientemente pequeño para evitar la unión y la consiguiente

desintegración de la emulsión en el tiempo requerido de estabilidad.

1. EMULSIFICACIÓN:- Agitadores de alta velocidad

- Molinos coloidales

2. HOMOGENIZACIÓN- Homogenizadores a presión- Homogenizadores ultrasónicos

Los principales equipos utilizados son:


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El agitador de paletas tipo ancla es muy utilizado para emulsionesde gran viscosidad (como mantequilla de cacahuate, pate ).

En este agitador las paletas efectúan dos movimientos circulares:uno de rotación sobre su propio eje y otro de traslación en unaórbita circular. De esta manera se puede mezclar bien una granporción de masa espesa.

Agitadores de Paletas tipo Ancla

Emulsificadores


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Están hechos con elementos impulsores dehojas cortas (generalmente entre el 30 y el 50%

del diámetro del tanque) girando a gran

velocidad (500 a varios miles de rpm).

Agitadores de Turbina y de Hélice

Agitadores de Turbina Agitadores de Hélice

Esta clase de agitación es muy eficientepara emulsiones de baja o mediana

viscosidad (Ej. Mayonesa)

Emulsificadores


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Molinos Coloidales

Los molinos coloidales son básicamente molinos de discos.En ellos la fuerza de cizalla se genera por la acción de un

disco que gira entre 3 000 y 15 000 rpm sobre un discoestacionario, separados ambos por un espacio muy pequeño

(0.05 – 1.3 mm)

Las fuerzas de cizalla y mezclado producen dispersionessumamente uniformes y emulsiones estables.

Se puede procesar una amplia variedad de viscosidadesdel producto, limitada únicamente por la máxima presiónde entrada (aprox 150 psig (10 bares).

Entre las aplicaciones típicas se cuentan eladerezo para ensaladas, la mayonesa, lahomogenización del huevo líquido y salsas a

base de tomate.

Emulsificadores


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Las fuerzas cortantes y de cizalla que seaplican a la emulsión, provocan un aumentode temperatura durante la emulsificación por

lo que generalmente es necesario el

enfriamiento externo.

Los discos empleados pueden ser dediferentes tipos: planos, dentados,

ondulados

Molinos Coloidales


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Homogenizadores

Los homogenizadores reducen el tamaño de partícula (a tamaños desdemm hasta micras) e incrementan el número de partículas en la fasedispersa por aplicación de fuerzas de cizalla, con objeto de lograr

contacto íntimo entre los componentes y la estabilidad de ambas fases.

La homogenización es una operación mas drástica que la emulsificación


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Virtual Plant →→→→ Equipo →→→→ Fluidos →→→→

HOMOGENIZADOR


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En este tipo de homogeneizadores, sepasan ambas fases por una válvula a alta

presión. A la salida de la válvula, lavelocidad de movimiento del líquido cae

bruscamente y la extrema turbulenciaque se produce genera una intensafuerza de cizalla que disminuye eltamaño de las partículas de la fase

dispersa.

Homogenizadores a Presión

En algunos alimentos (como productos lácteos) a veces se produce unadistribución inadecuada del agente emulsificante sobre la superficie delos nuevos glóbulos, provocando que se aglomeren, por lo que se instala

una segunda válvula, semejante a la primera, que rompe estosagregados.


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Las ondas sónicas de elevada frecuencia (18-30 kHz) producen ciclosalternantes de compresión y tensión en los líquidos de baja viscosidad y lacavitación de burbujas de aire provoca una emulsión en gotitas de 1-2 µµµµm

Homogenizadores Ultrasónicos

En estos homogenizadores, la alimentación se bombea a una presión de

340-1400kPa. La energía ultrasónica es producida por una lámina demetal que vibra a su frecuencia de resonancia.


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La emulsificación y homogenización repercutensobre el color de algunos alimentos

Por ejemplo, la homogenización aumenta lablancura de la leche debido a que el mayor númerode glóbulos de grasa incrementa la cantidad de luz

reflejada y dispersa

En muchos alimentos, la emulsificación mejora elsabor y aroma, ya que provoca la dispersión delos componentes volátiles, incrementando su

contacto con las papilas gustativas

La emulsificación y homogenización estabilizan alos productos dándoles un aspecto uniforme yevitando su separación, pero no mejora por si

misma, la conservación del alimento

EFECTO DE LA EMULSIFICACIÓN Y

HOMOGENIZACIÓN SOBRE LOS ALIMENTOS

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