LABORATORIO DE PROCESOSSUBGRUPO 5

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INTRODUCCINLa mayonesa es una emulsin aceite en agua, preparada tradicionalmente con una mezcla de yema de huevo, vinagre, aceite y especias (especialmente mostaza), puede incluir tambin sal, azcar o edulcorantes y otros ingredientes opcionales ya sea dirigidos a su estabilidad como a potenciar sus caractersticas organolpticas. Debido a su bajo pH (3,44-3,87) y alto contenido graso (70-80%), la mayonesa es relativamente resistente a la proliferacin microbiana. Generalmente su estabilidad depende de varios factores, tales como relacin aceite-agua, cantidad de yema de huevo, viscosidad, volumen relativo de la fase oleosa a fase acuosa, mtodo de mezcla, calidad del agua y temperatura de almacenamiento. La mayonesa, es una de las salsas ms antiguas y ampliamente utilizadas en el mundo hoy en da.La elaboracin de alimentos altamente consumidos pero con caractersticas nutricionales mejores que las tradicionales, como son los alimentos funcionales, provee una alternativa interesante a la dieta habitual, y tambin, una nueva herramienta para la prevencin de ciertas enfermedades crnicas (obesidad, enfermedades cardiovasculares, cncer) (Johnston et al., 2003). Gracias a este fenmeno, las industrias alimentarias emplean varios mtodos para reducir el contenido graso de los alimentos a travs de sustitucin de ingredientes y nuevas formulaciones.

OBJETIVOSGENERAL:Conocer la naturaleza de las emulsiones definiendo y determinando sus propiedades fisicoqumicas.ESPECFICOS: Preparar una emulsin conocida (mayonesa). Desarrollar diferentes formas para preparar una emulsin evaluando la estabilidad que presenta cada una. Establecer la afinidad entre las sustancias con ayuda del ndice HLB. Percibir el efecto que tiene los aditivos en la mejora de las propiedades organolpticas, la conservacin y la estabilidad del producto final. Determinar las propiedades reolgicas de las emulsiones tales como viscosidad, esfuerzos de corte y la temperatura en la que se encuentra.

MARCO TERICO La produccin de mayonesa es un proceso que se da a gran escala a nivel mundial y al igual que todos los productos de la industria, se basa en aspectos bsicos de la qumica como las emulsiones. Antes de hablar de la mayonesa se tratarn los aspectos ms importantes y sobresalientes de las emulsiones.

EMULSIONES La emulsificacin se puede definir como una operacin en la que dos lquidos que son normalmente inmiscibles se mezclan ntimamente, un lquido (la fase interna, discontinua o dispersa) se dispersa en forma de pequeas gotas o glbulos en el otro (fase externa, continua o dispersante). Por lo general, las emulsiones tienden a ser inestables, es decir, si se mantienen mucho tiempo en reposo, las gotas de la fase dispersa tienden a asociarse, formando una monocapa, que puede migrar hacia el fondo o hacia la superficie, segn la diferencia de densidades con la fase continua. A nivel industrial las emulsiones ms importantes son las de agua y aceite que pueden ser oleoacuosas o hidrooleosas. Generalmente en las emulsiones, la fase dispersa como la continua son lquidos.

1. TIPOS DE EMULSINLas emulsiones se pueden clasificar de diferentes maneras:a) Segn su aglomeracin : Floculacin: emulsin donde las partculas se unen formando una masa. Cremacin: Emulsin donde las partculas tienden a concentrarse en mayor medida en la superficie de la mezcla que se forma, aunque mantenindose separados (tambin pueden acumularse en el fondo de la mezcla). Coalescencia (unin): es el tipo de emulsin, donde las partculas que la constituyen, se funden pasando a formar una capa lquida.b) Segn la naturaleza de la fase dispersa: Oleoacuosas: el aceite es la fase dispersa en el agua (fase interna) (Figura1). Hidrooleosa: el agua est dispersa en el aceite (fase externa) (Figura 1). Dual: no est claramente definido, pues la fase interna y externa, en lugar de ser homognea, contiene porciones de la fase contraria.El tipo de la emulsin depende de la naturaleza de los constituyentes, del modo de preparacin de la emulsin y de las proporciones relativas de los constituyentes. En muchos casos, se puede transformar una emulsin aceite-agua y agua-aceite, o viceversa, por pequeas modificaciones en el sistema Este fenmeno se llama "inversin". La relacin de volmenes respectivos de las dos fases lquidas es una caracterstica importante en una emulsin dada. Se puede a veces realizar la inversin cambiando simplemente esta relacin.c) Emulsiones directas e inversas (sencillas) y mltiples: Directas: son aquellas en las que la fase dispersa es una substancia lipoflica (grasa o aceite) y la fase continua es hidroflica (normalmente agua). Estas emulsiones suelen denominarse O/Ao O/W. Ej.: emulsiones bituminosas, la leche, la mayonesa, algunos tipos de pinturas, y muchos productos alimentarios y fitosanitarios. Inversas: son en las que la fase dispersa es una substancia hidroflica y la fase continua es lipoflica. Estas emulsiones suelen denominarse con la abreviatura A/O o W/O. Ej.: margarinas, fluidos hidrulicos y la mayora de las cremas cosmticas). Mltiples: son las que como fase dispersa contiene una emulsin inversa y la fase continua es un lquido acuoso. Estas emulsiones se conocen como H/L/H o W/O/W (Figura 2). Por ejemplo, son utilizadas bsicamente en farmacia, al permitir obtener una liberacin retardada de los medicamentos. d) Segn el tamao de los glbulos que constituyen la fase dispersa Emulsiones: dimetro de los glbulos mayor a una micra. Micro emulsiones: el dimetro de los glbulos es inferior a una micra. En ocasiones, no se consideran un tipo de emulsiones puesto que son sistemas termodinmicamente estables.

Figura 1. Emulsin simple

Figura 2. Emulsiones mltiples

2. CARACTERSTICASLos principales componentes de las emulsiones son: Medio dispersante (fase continua). Glbulos dispersos (fases discontinuas). Emulsionante. Una de las fases de la emulsin est constituida por una fase acuosa, que puede contener un cierto nmero de substancias hidrfilas (alcoholes, glicoles, azcares, sales minerales y orgnicas, etc.) y la otra por una fase oleosa que puede contener substancias lipfilas (cidos grasos, alcoholes grasos, ceras, principios activos liposolubles.Color de una emulsin El color bsico de las emulsiones es el blanco. Si la emulsin es diluida, el efecto Tyndall esparce la luz y distorsiona el color a azul Si es concentrado, el color se distorsiona hacia el amarillo. Este fenmeno se puede ver fcilmente al comparar la leche desnatada (sin o con poca grasa) con la crema (con altas concentraciones de grasa lctea).

Dispersabilidad o solubilidadLa solubilidad de una emulsin es determinada por la fase continua; si la fase continua es hidrosoluble, la emulsin puede ser diluida con agua, si la fase continua es oleosoluble, la emulsin se puede disolver en aceite. La facilidad con que se puede disolver una emulsin se puede aumentar si se reduce la viscosidad de la emulsin.

EstabilidadLa estabilidad de una emulsin es la propiedad ms importante y el sistema no ser clasificado como emulsin sino cumple con un mnimo de estabilidad. Se mide la estabilidad por la velocidad con la cual las gotculas de la fase dispersa se agrupan para formar una masa de lquido cada vez mayor que se separa por gravedad. Para las emulsiones industriales se busca generalmente una buena estabilidad en condiciones normales de almacenaje. Existen sustancias, denominadas emulsionantes, que al aadirlas a una emulsin consiguen estabilizarla. Lo consiguen impidiendo que las pequeas gotitas se unan unas a otras. Depende de los siguientes factores: El tamao de partcula (las gotas ms grandes contribuyen a la inestabilidad). La diferencia de densidad de ambas fases. La viscosidad de la fase continua y de la emulsin acabada. Las cargas de las partculas. La naturaleza, la eficacia y cantidad del emulsivo. Las circunstancias de almacenamiento, o sea, las temperaturas altas y bajas, la agitacin y vibracin, la dilucin o evaporacin durante el almacenamiento o el uso.En una emulsin determinada, las propiedades dependen del lquido que forme la fase externa, o de si la emulsin es oleoacuosa o hidrooleosa. El tipo de emulsin que resulte depende:1. Del tipo, cantidad y calidad del emulsivo.2. De la razn entre ingredientes.3. Del orden en que se aaden los ingredientes al mezclarlos. La figura 3 resume las caractersticas que deben tener las emulsiones en general, teniendo en cuenta diferentes aspectos.

3. TEORA DE LAS EMULSIONESLas emulsiones son sistemas termodinmicamente inestables. Esta inestabilidad se debe al aumento del rea (A) durante la emulsificacin, que produce un incremento de la energa libre de Gibbs (G). G= A (1) Aqu: representa la tensin interfacial o energa libre que surge del desbalance en las fuerzas cohesivas entre los dos lquidos.a) Balance hidroflico-lipoflico (HLB)Es un valor que indica la solubilidad en agua o aceite de un emulsificante, y por lo tanto indica que emulsin se formar. La escala original del HLB va de 1 a 20, aunque algunos emulsificantes tienen valores mayores. El valor de HLB es quizs el criterio ms empleado para clasificar y emplear emulsificantes; aquellos con HLB bajos (menor a 8) muestran mayor solubilidad en aceite y son por ello ms efectivos para preparar emulsiones W/O; por el contrario, los emulsificantes con HLB alto (mayor a 14) son ms solubles en agua y por lo tanto se recomiendan para preparar emulsiones O/W (Fig. 4)

b) ReologaLas emulsiones, al igual que todos los fluidos, presentan un comportamiento segn la respuesta al aplicarles un esfuerzo o la variacin de su viscosidad respecto al tiempo que se le aplica ese esfuerzo (dependientes del tiempo). Es por lo anterior que las emulsiones pueden presentar comportamiento de fluido newtoniano, plstico de Bingham o fluido de ley de potencia (Fig. 5 y 6), pero tambin pueden ser tixotrpicos o reoppticos.

Figura 5. Tipos de fluido Tao Vs Velocidad

Figura 6. Tipos de fluidos Viscosidad Vs VelocidadPara el caso en estudio de las emulsiones (mayonesa), se tendrn en cuenta los siguientes conceptos debido a que son propiedades caractersticas de esos fluidos, teniendo en cuenta que la mayonesa se incluye dentro del grupo de plstico real.Plstico de Bingham:Son los fluidos que se comportan como slidos hasta que se excede un esfuerzo de deformacin mnimo y exhibe subsecuentemente una relacin lineal entre el esfuerzo y la relacin de deformacin. Este modelo es aplicable a muchos fluidos de la vida real, como plsticos, emulsiones (mayonesa), pinturas, lodos de perforacin y slidos en suspensin en lquidos o agua.Fluido tixotrpico: La viscosidad decrece con el tiempo. Un ejemplo de este tipo de fluidos lo tenemos en el ketchup y otros alimentos que se formulan para que sean tixotrpicos, de manera que inicialmente su viscosidad es grande y no fluyen pero cuando se agitan la viscosidad disminuye y fluyen. A nivel estructural, la tixotropa refleja la rotura de la estructura cuando el fluido se somete a un esfuerzo. Hay que destacar que aunque la viscosidad disminuye con el tiempo en este tipo de materiales este efecto es reversible. Si despus de ser sometido a un esfuerzo dejamos el fluido en reposo durante varias horas este recupera su estructura, y por tanto su viscosidad inicial. Su variacin no necesariamente es lineal, muchas veces el decrecimiento de la viscosidad con el tiempo puede ser de forma exponencial, depender del tipo de fluido en estudio.

LA MAYONESALa mayonesa es una emulsin semislida de aceites vegetales comestibles yema de huevo o todo el huevo, Jugo de limn y a veces vinagre como uno o ms de los siguientes aditivos: sal otros compuestos sazonantes comnmente usados, dextrosa y a veces azcar. El producto terminado debe contener no menos del 50% de aceite vegetal comestible. Por otra parte, el uso de un bajo porcentaje de aceite necesita el uso de una proporcin relativamente elevada de yemas de huevo. El color de la mayonesa es amarillo crema plido, procediendo, ms de la yema de huevo usada en su manufactura que del aceite.Fsicamente la mayonesa consiste en una fase interna discontinua de gotitas de aceite dispersas en una fase acuosa externa continua de vinagre, yema de huevo y otros ingredientes. El vinagre y la sal determinan el sabor del producto. La yema de huevo contribuye tambin al sabor pero su principal funcin es la de agente emulsionante.La mayonesa es una emulsin formada al dispersar aceite en un medio acuoso, la yema de huevo que contiene un emulsionante denominado lecitina. La lecitina rodea a las gotitas de aceite (ver figura) e impide que se unan unas a otras.Una yema de huevo contiene en peso la mitad de agua, 16% de protenas y un 22% de grasas, 10% de colesterol y 10% de fosfolpidos, sustancias emulsionantes a las que pertenece la lecitina. Para hacer una mayonesa se pone a temperatura ambiente la fase acuosa en un recipiente: una yema de huevo y un poco de vinagre o limn. Gota a gota se aade aceite mientras se agita enrgicamente para conseguir formar pequeas gotitas de aceite que rodeadas de emulsionante consigan formar la emulsin.Cuando la mayonesa se corta tcnicamente se dice que flocula, las gotitas de aceite se unen unas a otras y como consecuencia el aceite se separa de la fase acuosa. Esto sucede con frecuencia si los componentes se encuentran muy fros o si se aporta demasiada energa a la mezcla. Para arreglar una mayonesa cortada se pone una pequea cantidad de la misma incluyendo algo de la fase acuosa en un recipiente. Se aade un poco de agua o yema de huevo y se bate insistentemente hasta conseguir emulsionar la mezcla. A continuacin y sin dejar de batir se aade lentamente el resto de la salsa cortada.

4. PRODUCCIN INDUSTRIAL DE MAYONESA El proceso fsico que ocurre durante la elaboracin de la mayonesa, es la emulsin de sus componentes, debido a que durante el proceso de mezclado de los mismos, el aceite se divide en pequeas gotas que rpidamente son rodeadas por pequeas partculas agua, unidas por la lecitina del huevo, que acta como emulsificante. Finalmente, gracias a un mezclado homogneo, se obtiene una emulsin compacta, que denominamos mayonesa. Ver figura 8.

Figura 8. Produccin industrial de mayonesa.

MATERIALES Y EQUIPOS:

La materia prima y equipos a usar en esta prctica son:

Figura 9. Sustancias utilizadas.

Materias primas: Agua Aceite vegetal Huevos (Lecitina) Limn (Zumo) Vinagre Sal Azcar Carboximetilcelulosa (CMC).

Equipos y materiales Balanza Homogeneizador Ultraturbax PH metro Probetas (10 ml) Pipetas (5 ml) Pera de succin Vasos precipitados Esptula Barra de agitacin Vidrios de reloj Cuchara Cuchillo Plato Vasos desechables Remetro

PROCEDIMIENTOPara esta prctica se realizaron 5 pruebas, en las cuales se variaron las composiciones.

1. La primera emulsin es una mezcla agua/aceite, pero sin ningn tipo de aditivosAgua (g)100.87

Aceite (g)30.02

Licitina (g)17.89

Para esto se midi la masa deseada de los componentes en la balanza.

Figura 10. Se pesa el huevo.

La mezcla se lleva al homogeneizador Ultraturbax, donde se mezcla por 10 min a 12000 rpm. El aceite se adiciona progresivamente a la mezcla en forma de hilo a medida que ocurre la agitacin

Figura 11. Mezcla y adicin de aceite

2. Para la Segunda emulsin, se form una mezcla aceite/agua y se agreg vinagre.Agua (g)50.21

Aceite (g)50.6

Licitina (g)16.53

Vinagre (ml)4

3. En la tercera mezcla se usaron las mismas composiciones anteriores, sin embargo, se agreg limn, azcar y sal.Agua (g)50.2

Aceite (g)50.41

Licitina (g)16.8

Vinagre (ml)4

Limn (ml)10

Azcar (g)3.05

Sal (g)2.21

4. En la cuarta emulsin se agreg el Carboximetilcelulosa, manteniendo aproximadamente las mismas composiciones de la mezcla anterior.Agua (g)50.26

Aceite (g)50.05

Licitina (g)17.71

Vinagre (ml)4

Limn (ml)10

Azcar (g)3.05

Sal (g)2.21

CMC (g)1.05

5. Para la ltima mezcla se mantuvieron aproximadamente las mismas composiciones a excepcin del limn.Agua (g)50.15

Aceite (g)50.72

Licitina (g)17.5

Vinagre (ml)4

Limn (ml)5.5

Azcar (g)3.05

Sal (g)2.2

CMC (g)1.05

Se midi el pH para cada una de las emulsiones, usando el pH-metro, comparando la gama de colores obtenidos, luego de haber introducido el papel en la muestra.

Figura 12. Tiras medidoras de PHFinalmente, para llevar a cabo las pruebas reolgicas, se us el remetro de cilindros concntricos DV-III+RHEOMETER BROOKFIELD, a una temperatura de 24,325 C.

Figura 13. Viscosmetro.

Para esto, se llen el porta muestra con la emulsin elegida para realizar el anlisis.

Figura 14. Llenado de porta muestra.

RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOSPara determinar el comportamiento reolgico del fluido resultante en la produccin de mayonesa, se ha graficado la relacin existente entre esfuerzo cortante y velocidad de cizalla. Al compararlo tericamente con los diferentes tipos de fluidos que se encuentran en la literatura se puede observar que la mayonesa producida presenta caractersticas de plstico (pseudo plstico de bingham) real cuando acta sobre esta un esfuerzo cortante. (Figuras 15, 16, 17).Fig 15 esfuerzo cortante vs velocidad de corte, mayonesa de laboratorio.

Fig 16. Comparacin de la mayonesa la constancia y la obtenida en el laboratorio Fig 17 esfuerzo cortante vs velocidad de corte, mayonesa la constancia.

Segn las figura 18, 19, 20. Dnde se representa la relacin entre la viscosidad y la velocidad de corte, la mayonesa ve reducida su viscosidad al aumentar la velocidad de corte, en la mayonesa obtenida en el laboratorio (fig. 18) la viscosidad fue notablemente menor en comparacin con la mayonesa comercial (fig. 20), sin embargo sigue presentado caractersticas de fluidos tixotrpicos igual que la mayonesa la constancia (fig. 19). De sta manera, se comprueba que sta caracterstica est acorde con la literatura, debido a que este tipo de fluidos lo tenemos en la mayonesa comercial y otros alimentos que se formulan para que sean tixotrpicos, pues inicialmente su viscosidad es grande y no fluyen , pero cuando se agitan la viscosidad disminuye y fluyen.

Este comportamiento refleja que a nivel estructural, se produce rotura de la estructura cuando el fluido se somete a un esfuerzo, pero despus de ser sometido a ste, si se deja el fluido en reposo durante varias horas este recupera su estructura, y por tanto su viscosidad inicial.

Fig 18. Viscosidad s velocidad de corte de la mayonesa de laboratorio

Fig 19. Viscosidad s velocidad de corte de la mayonesa la constancia

Fig 20. Comparacin de la mayonesa la constancia y la obtenida en el laboratorio

En la figura 21 se compara la viscosidad de la mayonesa comercial y la obtenida en el laboratorio y Se ve gran diferencia en la viscosidad debido a la variacin en la cantidad de CMC.Fig 21. Comparacin de la mayonesa la constancia y la obtenida en el laboratorio.Debido a las variaciones en las cantidades de CMC se puede encontrar diferencias reolgicas en su comportamiento (fig 22). La mayonesa de laboratorio presenta un comportamiento reologico similar al de un fluido pseudoplastico y lamayonesa comercial de un fluido plstico ideal o Bingham.

Fig 22. Esfuerzo cortante vs velocidad, mayonesa la constancia y la obtenida en el laboratorio.

CONCLUSIONES La emulsin de mayonesa realizada durante la prctica se clasific como un fluido no newtoniano, y basados en los datos de viscosidad obtenidos, se observ un comportamiento similar al pseudoplastico.

Se comprob que la mayonesa es un ejemplo de un fluido tixotrpico, debido a que inicialmente su viscosidad es grande y no fluye, pero cuando se agitan, es decir, cuando se le aplica un esfuerzo, la viscosidad disminuye y empieza a fluir. Este comportamiento es propio de las salsas y mayonesas que se encuentran en el mercado.

El orden de agregacin de materias primas constituye uno de los puntos clave para obtener una emulsin estable y con las propiedades deseadas. En la laboratorio se comprob, que en el caso de las emulsiones agua en aceite, se debe agregar a la fase acuosa el aceite y a una velocidad baja o moderada.

Se observ que la variacin de la viscosidad de la emulsin de mayonesa no fue lineal, de hecho, el decrecimiento de la viscosidad con respecto al tiempo describe una forma exponencial, caracterstica del tipo de fluido en estudio

El pH de las emulsiones estuvo en un rango de 4,5 hasta 5,5, lo que no evidencia un gran cambio entre las emulsiones. Se observ que el no significativo cambio del pH fue consecuencia de la adicin de otros compuestos a cada emulsin.BIBLIOGRAFA

N. CUBERO, Monferrer Albert, Villalta Jordi. Aditivos Alimentarios. A Madrid Vicente. Grupo mundiprensa. Madrid 2002.

N.A Ramos, C de Pauli. Estudio del efecto de la incorporacin de emulsionantes e hidrocoloides a emulsiones de mayonesa. Universidad Nacional de Lujn. Argentina. Informacin tecnolgica 1999.

Unda C., M. T. (s.f.) Tensoactivos: Fenomenos de superficie y equilibrio de interfases . Consultado el 03 de junio de 2014, de Universidad Autonoma de Mexico, facultad de Quimica. Disponible en: http://depa.fquim.un am.mx/~tunda/Emulsificantes.html