Estudio de separación de fases en la piña colada de la Fábrica de Licores del Tolima
Autor: Orjuela Cabezas, Edna Margarita
Asesor: Orrego, Carlos Eduardo (Thesis advisor)
Fecha: 2003-05
Programa: Bogotá - Medicina -Fisioterapia
Facultad: Facultad de Medicina

Resumen: Entre los productos de la fábrica de licores del Tolima, se encuentra la piña colada “La Sombrerera”, la cual no se ha podido comercializar de manera continua, debido a los problemas de estabilidad que presenta en muy corto tiempo de almacenamiento. Este documento presenta un modelo que permite predecir el tiempo de sedimentación de las diversas muestras de piña colada, que fueron preparadas para observar el efecto que tendría sobre la separación de fases, factores como la modificación en el procedimiento de mezclado, cambios en la formulación del producto, utilización de aditivos y mayor rigurosidad en los procesos de envasado y homogenización. Esta investigación del producto estuvo acompañada de un análisis de las repercusiones de estos cambios en las características reológicas, organolépticas y microbiológicas del producto, para finalmente elegir la mejor combinación de variables que permitió aumentar al máximo la vida de anaquel del producto. Este producto le brinda a la empresa la posibilidad de entregar un licor con las características sensoriales adecuadas para obtener una aceptación en el mercado, además de proveerlos de una herramienta para continuar optimizando el proceso de elaboración. / Abstract: Among the products of the Factory of Liquors of the Tolima, is the strained pineapple "La Sombrerera", which has not been possible to market in a continuous way, due to the problems of stability that it presents in very short time of storage. This document presents a model that allows to predict the time of sedimentation of the diverse samples of strained pineapple that were prepared to observe the effect that would have on the separation of phases, factors like the modification in the procedure of blended, changes in the formulation of the product, use of preservatives and bigger rigurosidad in the processes of having packed and homogenization. This investigation of the product was accompanied by an analysis of the repercussions of these changes in the characteristic reológicas, organolépticas and microbiology of the product, for finally to choose the best combination of variables that allowed to increase to the maximum the shelf life of the product. This project offers to the company the possibility to give a liquor with the appropriate sensorial characteristics to obtain an acceptance in the market, besides providing them of a tool to continue optimizing the elaboration process.

ESTUDIO DE SEPARACION DE FASES EN LA PIÑA COLADA DE LA
FABRICA DE LICORES DEL TOLIMA
EDNA MARGARITA ORJUELA CABEZAS
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA
SEDE MANIZALES
MAYO 2003ESTUDIO DE SEPARACION DE FASES EN LA PIÑA COLADA DE LA
FABRICA DE LICORES DEL TOLIMA
EDNA MARGARITA ORJUELA CABEZAS
Código 396039
Línea de Profundización: Alimentos
Trabajo para optar al título de
Ingeniero Químico
MODALIDAD: PASANTÍA
DIRECTOR : CARLOS EDUARDO ORREGO
Ingeniero Químico
DIRECTOR AD HOC: MÁXIMO VEGA MORA
Ingeniero Químico
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA
SEDE MANIZALES
MAYO 2003RESUMEN
Entre los productos de la Fábrica de Licores del Tolima, se encuentra la piña
colada “La Sombrerera” , la cual no se ha podido comercializar de manera
continua, debido a los problemas de estabilidad que presenta en muy corto
tiempo de almacenamiento.
Este documento presenta un modelo que permite predecir el tiempo de
sedimentación de las diversas muestras de piña colada, que fueron preparadas
para observar el efecto que tendría sobre la separación de fases, factores como
la modificación en el procedimiento de mezclado, cambios en la formulación del
producto, utilización de aditivos y mayor rigurosidad en los procesos de
envasado y homogeneización.
Esta investigación del producto estuvo acompañada de un análisis de las
repercusiones de estos cambios en las características reológicas,
organolépticas y microbiológicas del producto, para finalmente elegir la mejor
combinación de variables que permitió aumentar al máximo la vida de anaquel
del producto.
Este proyecto le brinda a la empresa la posibilidad de entregar un licor con las
características sensoriales adecuadas para obtener una aceptación en el
mercado, además de proveerlos de una herramienta para continuar
optimizando el proceso de elaboración.ABSTRACT
Among the products of the Factory of Liquors of the Tolima, is the strained
pineapple "La Sombrerera", which has not been possible to market in a
continuous way, due to the problems of stability that it presents in very short
time of storage.
This document presents a model that allows to predict the time of sedimentation
of the diverse samples of strained pineapple that were prepared to observe the
effect that would have on the separation of phases, factors like the modification
in the procedure of blended, changes in the formulation of the product, use of
preservatives and bigger rigurosidad in the processes of having packed and
homogenization.
This investigation of the product was accompanied by an analysis of the
repercussions of these changes in the characteristic reológicas, organolépticas
and microbiology of the product, for finally to choose the best combination of
variables that allowed to increase to the maximum the shelf life of the product.
This project offers to the company the possibility to give a liquor with the
appropriate sensorial characteristics to obtain an acceptance in the market,
besides providing them of a tool to continue optimizing the elaboration process.TABLA DE CONTENIDO
Página
RESUMEN
INTRODUCCIÓN
1. OBJETIVOS 12
2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 14
2.1 DEFINICIÓN DE EMULSIÓN 15
2.2 TÉCNICA DE LA EMULSIFICACIÓN 16
2.2.1 Formación de emulsiones 16
2.2.2 Modo de Adición 16
2.2.2.1 Método del agente en agua 17
2.2.2.2 Método del agente en aceite 17
2.2.2.3 Método del jabón naciente 17
2.2.2.4 Método de adición alternada 18
2.3 PROPIEDADES FÍSICAS DE LAS EMULSIONES 18
2.3.1 Tamaño de la partícula y distribución del tamaño 18
2.3.2 Propiedades ópticas 19
2.3.3 Reología 19
2.4 ESTABILIDAD 20
2.4.1 Formación de nata 23
2.4.1.1 Sedimentación 24
2.4.2 Inversión 26
2.4.3 Desemulsificación 26
2.5 AGENTES EMULSIONANTES 27
2.5.1 Clasificación de los agentes emulsionantes 27
2.5.1.1 Emulsionantes alimentarios 28
2.5.1.2 Sólidos finamente divididos 31
2.5.1.3 Materiales que se encuentran en la naturaleza 312.6 EL MÉTODO DEL EQUILIBRIO HIDRÓFILO-LIPÓFILO 33
2.7 OBTENCIÓN DE LAS PROPIEDADES DE LA EMULSIÓN 36
2.7.1 Medida de la tensión superficial 36
2.7.1.1 Líquidos simples 36
2.7.1.2 Soluciones. 36
2.7.2 Medida de la viscosidad 36
2.7.3 Determinación del tipo de emulsión. 37
2.7.3.1 Método de la conductividad 37
2.7.3.2 Método del colorante 37
2.7.3.3 Método de dilución de fase 38
2.7.3.4 Método de la fluorescencia 38
2.7.3.5 Mojado del papel de filtro 38
2.7.4 Determinación de la distribución del tamaño de gota. 38
2.7.5 Determinación de la estabilidad de la emulsión 39
2.7.5.1 Determinación del grado de separación 39
2.7.5.2 Medidas eléctricas 39
2.7.5.3 Pruebas de envejecimiento acelerado 40
3. MATERIALES Y MÉTODOS 42
3.1 MATERIALES 42
3.1.1 Materiales de proceso 42
3.1.2 Materiales de ensayo 43
3.1.3 Equipos 43
3.2 MÉTODOS 45
3.2.1 Identificación del tipo de emulsión 45
3.2.2 Elaboración de muestras 45
3.2.3 Selección de los emulsores 46
3.2.4 Estandarización de un ensayo para modelar la separación de 46
fases del producto durante el almacenamiento3.2.5 Verificación de la validez del modelo 48
3.2.6 Preparación de las muestras 49
3.2.7 Cálculos para la elección de las dos muestras con mayor 52
tiempo de estabilidad.
3.2.8 Tratamiento de las dos muestras seleccionadas 52
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 56
4.1 IDENTIFICACIÓN DEL TIPO DE EMULSIÓN. 56
4.2 PREPARACIÓN Y TIEMPO DE SEPARACIÓN DE LAS 56
MUESTRAS
4.3 SELECCIÓN DE LOS EMULSORES 57
4.4 ESTANDARIZACIÓN DEL ENSAYO PARA MODELAR EL 57
COMPORTAMIENTO DE SEPARACIÓN DE FASES.
4.5 VERIFICACIÓN DE LA VALIDEZ DEL MODELO 60
4.6 PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS 62
4.7 MUESTRA DE CÁLCULO 64
4.8 ELECCIÓN DE LAS DOS MUESTRAS CON MAYOR TIEMPO DE 65
ESTABILIDAD
4.9 ANÁLISIS MICROBIOLÓGICO DE LAS MUESTRAS 66
4.10 ANÁLISIS ORGANOLÉPTICO DE LAS MUESTRAS 67
4.11 OBTENCIÓN DE LA VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN DE LAS 69
MUESTRAS FINALES
5. CONCLUSIONES 71
6. RECOMENDACIONES 74
7. BIBLIOGRAFÍA 76
ANEXOS 77LISTA DE TABLAS
Página
Tabla 1. Dispersiones alimenticias difásicas 15
20
Tabla 2. Efecto del tamaño de gota en el aspecto de las emulsiones
33
Tabla 3. Escala HLB y su aplicación
34
Tabla 4. Dispersión en el agua de diversos valores de HLB
35
Tabla 5. Valores HLB de emulsionantes
46
Tabla 6. Muestras de la etapa preexperimental
55
Tabla 7. Velocidad de descremado de las muestras finales
Tabla 8. Tiempo en que las muestra alcanzaron 0,5 cm de 58
separación
61
Tabla 9. Centrifugaciones realizadas en la estandarización
63
Tabla 10. Datos del tiempo de estabilidad para verificar el modelo
64
Tabla 11. Diseño experimental
65
Tabla 12. Rango de valores de µ y pH para todas las muestras
67
Tabla 13. Proceso de selección de los agentes emulsionantes
Tabla 14. Elección de los mejores emulsionantes a temperatura 67
ambiente
68
Tabla 15. % Aumento en el tiempo de estabilidad
69
Tabla 16. Análisis Microbiológico
Tabla 17. Resultados del análisis sensorial. 7072
Tabla 18. Velocidad de descremado de las muestras finales
Tabla 19. Predicción del primer día de separación para las muestras 72
finales
Tabla 20. Viscosidad y pH de las muestras antes del 79
almacenamiento
80
Tabla 21. Tiempo de centrifugación para las muestras del diseño
Tabla 22. Velocidad de sedimentación por gravedad de las muestras 81
de la etapa experimental
82
Tabla 23. Predicción del primer día de separaciónLISTA DE FIGURAS
Página
FIGURA 1. Sistema en estudio 42
FIGURA 2. Algunos de los equipos utilizados en la experimentación 44
FIGURA 3. Tanque de preparación de la piña colada 45
FIGURA 4. Estimado de la temperatura de Ibagué 53
FIGURA 5. Diagrama de flujo del estudio del comportamiento de 56
separación de fases
FIGURA 6. Muestras de la etapa preliminar 59
FIGURA 7. Velocidad de sedimentación de la muestra preparada el 60
6 de Agosto
FIGURA 8. Centrifugaciones de la estandarización 62
FIGURA 9. Muestras almacenadas a las dos temperaturas 65
FIGURA 10. Estabilidades comparadas 74LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS
C Altura en el tubo de centrifugación
H Altura total de la muestra.
g Aceleración de la gravedad.
CMC Carboxi Metil Celulosa
d1 Densidad de la fase dispersa.
d2 Densidad de la fase continua.
R Distancia de la muestra al centro de rotación.
O/W Emulsión aceite en agua
W/O Emulsión agua en aceite
E Espesor de referencia.
°C Grado Celsius
HLB Método del equilibrio hidrófilo – lipófilo
µm Micrómetro
n Número de revoluciones por minuto.
H Producto homogeneizado.
S Producto sin homogeneizar.
r Radio de la gotita .
T Suma total de las demás propiedades que pueden afectar la
viscosidad.
τ Tensión
θ Tiempo de centrifugación.
c
θ Tiempo de sedimentación
E
X Valor de HLB intermedio
ω Velocidad angular de la centrífuga.
V Velocidad de sedimentación por gravedad.Vc Velocidad de formación de nata por centrifugación.
(γ′) Velocidad de ruptura
µ Viscosidad
η Viscosidad de la fase continua o externa
η Viscosidad de la fase dispersa o interna
DINTRODUCCIÓN
La dificultad de la manipulación de alimentos surge del hecho de que son
productos heterogéneos y de que sus propiedades cambian con las condiciones
de elaboración y almacenamiento, por lo cual es muy difícil garantizar la
seguridad y la calidad de los productos a lo largo de su vida útil.2
Muchas de las sustancias comestibles se hallan en estado de emulsión. Por
ello, es un hecho desafortunado que no exista una sola teoría que se refiera a
su formación y estabilidad. 2 Las emulsiones no siempre alcanzan el estado de
equilibrio en corto período, y como consecuencia frecuentemente experimentan
alteraciones con el tiempo.4 Como mucho, los diferentes investigadores en este
campo, aún en estudios teóricos, se han limitado a sistemas especializados; y
lo que resulta ser verdadero para algunos productos en ciertas condiciones no
es necesariamente aplicable a otros sistemas.2 En tales circunstancias es de
reconocer que las generalizaciones no son leyes rigurosas, sino que se han de
considerar con relación a la clase de producto que se trate.4
El control de las características de las emulsiones, además de la selección de
emulsores, representan un desafío para la mayoría de las industrias. Por ello la
Fabrica de Licores del Tolima, reconoce lo esencial que es comprender la
fisicoquímica del sistema, la adsorción de los surfactantes, el proceso de
emulsificación y el papel de los aditivos, para preparar un producto de
apariencia y de tiempo razonablemente estable. Por otro lado, el tamaño y
homogeneidad de las partículas están entre los parámetros físicos críticos, los
cuales son afectados directamente por los métodos de formulación y fabricación
del producto.5Este trabajo realizado como pasantía, tuvo una duración de nueve meses
durante los cuales se desarrolló una labor que permitió obtener información,
no sólo de los aspectos del diseño experimental y operación del sistema, sino
también del factor más importante que es la estabilidad y demás datos de
relevancia en la producción.1. OBJETIVOS
4.1. OBJETIVO GENERAL
Solucionar el problema de separación de fases que se presenta en la piña
colada producida por la Fábrica de Licores del Tolima.
4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
! Analizar el efecto que tienen sobre la separación de fases:
La modificación de la secuencia de operaciones.
#
Variaciones en la formulación del producto.
#
Utilización de tres aditivos emulsionantes y uno conservante
#
! Obtener un modelo que permita predecir el tiempo de sedimentación
de las diversas muestras elaboradas.
! Realizar una caracterización microbiológica a las dos mejores muestras
obtenidas, luego de realizar el proceso de selección.2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
Los sistemas alimenticios se dividen en dos grupos principales:
• Tejidos comestibles intactos.
• Dispersiones alimenticias: Son sistemas formados por una o más fases
dispersas o discontinuas en una fase continua. Se clasifican en función del
tamaño o del estado físico de las partículas. Las dispersiones pueden ser
coloidales las cuales contienen partículas cuyo tamaño oscila entre 1.5nm y
0.5 µm, o groseras en las que son mayores de 0.5 µm . Ambos tipos constan
de dos o más fases. Los sistemas difásicos admiten 8 combinaciones
distintas de fases (sólida, S; líquida, L; gaseosa, G) pero sólo cinco de ellas
tienen interés en bromatología y son las siguientes:
Tabla 1 . Dispersiones alimenticias difásicas.
Fase Dispersa (A) Fase Continua (B) A/B Nombre de la dispersión
Sólido (S) Líquido (L) S / L Sol
Líquido (L) Líquido (L) L / L Emulsión
Gas (G) Líquido (L) G / L Espuma
Gas (G) Sólido (S) G / S Espuma Sólida
Sólido (S) Gas (G) S/ G Aerosol Sólido
Fuente: Introducción a la ciencia de los alimentos. Tomo 2. O.R, Fennema.
La estabilidad de una dispersión alimenticia depende de las características de
interfase, distribución el tamaño de las partículas, viscosidad de la fase
continua, relación fase-volumen y diferencia de densidad entre las fases.
Cualquier modificación de esas propiedades es capaz de desestabilizar la
dispersión, con lo cual las partículas dispersas se agrupan para formaragregados y si son de naturaleza líquida pueden finalmente unirse para formar
una fase secundaria. 5
2.1 DEFINICION DE EMULSION
Cuando se dispersa un líquido inmiscible en gotitas (fase dispersa) en otro
líquido inmiscible (fase continua) por agitación mecánica, se forma una
emulsión. De ser sencilla como la descrita, es inestable, y si se deja en reposo
un corto tiempo las gotitas dispersas ascienden y se unen para constituir una
capa superficial o se depositan y reúnen en un sedimento, según sea la
densidad de ambas fases. Una emulsión alimenticia es, fundamentalmente, un
sistema de dos fases que consta de un líquido o un lípido plástico (aceites,
grasas, ceras o aceites esenciales) y agua. La mayoría de las gotitas dispersas
en las emulsiones poseen diámetros entre 0.1 nm y 10 µm. Las emulsiones de
aceite en agua (O/W) contienen gotitas de lípidos dispersas en el agua y las de
agua en aceite (W/O) están formadas por gotitas de agua dispersas en una fase
continua oleosa. Las emulsiones alimenticias pueden poseer, además de las
dos fases líquidas, partículas sólidas (por ejemplo fragmentos de proteínas
coaguladas) y burbujas de gas. 5
2.2 TECNICA DE LA EMULSIFICACIÓN
2.2.1 Formación de emulsiones
El primer proceso de la formación de una emulsión es la ruptura de la masa de
líquido para producir diminutas gotitas; después es necesario que se
estabilicen. El método más usual para preparar una emulsión es la dispersión
mecánica de una fase líquida en otra. Si, por mezclado, se extiende unafracción de una fase líquida en otra, se formas dos gotitas esféricas cuando la
longitud de la porción extendida rebasa la de su circunferencia (2πr). El paso
siguiente en la tarea de emulsionar es la transformación de gotas grandes en
gotitas diminutas por rotura, mediante la hoja de una batidora o por tratamiento
de la emulsión grosera con un molino u homogeneizador coloidal.
Para formar una emulsión se requiere un trabajo para crear nuevas interfases,
pero obviamente se ahorra una gran cantidad de trabajo con la incorporación de
un emulsionante al sistema. Además estos mejoran la formación de diminutas
gotitas y disminuyen la velocidad a que dichas gotitas se funden. 5
2.2.2 Modo de adición
La incorporación del agente emulsionante, se puede llevar a cabo por medio de
cuatro técnicas:
2.2.2.1 Método agente en agua: En este método, el agente emulsionante se
disuelve directamente en agua y el aceite se añade después, con
considerable agitación. Este procedimiento produce directamente emulsiones
O/W, si se desea una emulsión W/O se continúa la adición de aceite hasta que
tiene lugar la inversión.
2.2.2.2 Método agente en aceite: el agente emulsionante se disuelve en la
fase aceite. La emulsión se puede formar entonces de dos maneras:
• Al añadir directamente la mezcla al agua. En este caso, se forma
espontáneamente una emulsión O/W.• Por adición directa de agua a la mezcla. En este caso, se forma una
emulsión W/O. Para producir una emulsión O/W , es necesario invertir la
emulsión por la adición de agua posteriormente.
2.2.2.3 Método del jabón “naciente” : este método es adecuado para aquellas
emulsiones que son estabilizadas por jabones, y se pueden usar para preparar
ambos tipos. La parte del ácido graso del agente emulsionante se disuelve en el
aceite y la parte alcalina en el agua. La formación del jabón (en la interfase), por
encontrarse juntas las dos fases, produce emulsiones estables.
2.2.2.4 Método de adición alternada: en este método, el agua y el aceite se
añaden alternativamente, en pequeñas proporciones al agente emulsionante.
Este método es particularmente apropiado para la preparación de emulsiones
de alimentos; por ejemplo mayonesa y otras emulsiones que contienen aceites
vegetales. 2
2.3 PROPIEDADES FISICAS DE LAS EMULSIONES
Las consideraciones prácticas de organización y extensión exigen tratados
separados de las propiedades físicas de la estabilidad de las emulsiones. En
realidad sin embargo no se pueden considerar de forma aislada. Las
emulsiones son esencialmente sistemas heterogéneos inestables: en parte son
dispersiones, en parte coloides. Las propiedades de una emulsión
frecuentemente dependen en gran parte de su composición y de su modo de
preparación. Estas propiedades físicas son también las verdaderas
consideraciones que rigen la estabilidad del sistema. 22.3.1 Tamaño de la partícula y distribución del tamaño
La distribución, según el tamaño de las gotitas de la mayoría de las emulsiones
alimenticias es gaussiana. El intervalo de tamaño de las partículas depende del
tipo y de la concentración del emulsionante, del tratamiento mecánico como la
molturación y homogeneización coloidales, y del tiempo de almacenamiento.
Muy pocas de las gotitas de una emulsión tienen un tamaño inferior a 0,25µm
de diámetro y las mayores de unos 50µm. 5
El hecho de que se cite una oscilación de tamaño de partícula implica que aún
en una emulsión sencilla los diámetros de las gotas pueden estar lejos de ser
uniformes. La distribución de tamaño con un máximo de gotas de pequeño
diámetro, y con este máximo definido muy agudamente, en apariencia
representa una situación de estabilidad máxima, siendo iguales el resto de las
cosas. Por esta razón, los cambios en la curva de distribución de tamaño de
gotas con el tiempo, que conduce a una distribución más difusa y con el
máximo para diámetros mayores, son una medida de la inestabilidad de la
emulsión. 2
Se puede determinar la distribución del tamaño midiendo los diámetros de 500
a 2000 gotitas con el microscopio. Otros métodos utilizados incluyen la
dispersión de luz, la sedimentación por centrifugación, la flotación en un
gradiente de densidades o el paso de las gotitas a través de orificios de tamaño
conocido (por ejemplo, el contador Coulter). 5
2.3.2 Propiedades ópticas
La opacidad de una emulsión viene determinada por la distribución de laspartículas según el tamaño y la diferencia entre los índices de refracción de
ambas fases. 5
Normalmente las emulsiones son opacas, líquidos coloreados de color crema.
Sin embargo, las emulsiones en las que el tamaño de partícula es bastante
pequeño pueden se transparentes. Esta transparencia puede, por consiguiente,
resultar en emulsiones que tienen fases dispersas y continuas de los mismos
índices de refracción. Si los dos líquidos tienen los mismos índices, pero
diferente poder óptico de dispersión, entonces no resultará una emulsión
transparente, sino más bien una muy coloreada (“cromática”). Esto es
realmente un caso especial llamado efecto Christiansen. 2
En la siguiente tabla, se muestra el efecto del tamaño de la gotita sobre el
aspecto de la emulsión:
Tabla 2 . Efecto del tamaño de gota en el aspecto de las emulsiones
Tamaño de la partícula Aspecto
Macroglóbulos Pueden diferenciarse dos fases
Mayores de 1µm Emulsión blanca lechosa
De 1 µm a 0.1µm Emulsión azul blanquecina
De 0.1 µm a 0.05 µm Gris semitransparente
De 0.05 µm o menores Transparente
Fuente: Introducción a la ciencia de los alimentos. Tomo 2. O.R, Fennema.
2.3.3 Reología
La resistencia a la fluencia de emulsiones es probablemente una de las más
importantes propiedades, tanto desde el punto de vista práctico como teórico.La consecución de la viscosidad conveniente, al mismo tiempo que se mantiene
la estabilidad y otras propiedades deseables, puede ser un problema de no
pequeña magnitud. 2
Las emulsiones muy diluidas presentan flujo newtoniano con una relación lineal
entre la tensión (τ) y la velocidad de ruptura (γ′). En emulsiones más
concentradas, las gotitas interaccionan entre sí para formar agregados y,
entonces, estos sistemas muestran comportamiento no newtoniano. Es posible
que estas emulsiones aparenten seudoplasticidad o plasticidad no Bingham.
Actúan muchos factores sobre el comportamiento reológico de las emulsiones
alimenticias, incluidos los siguientes: 5
• Viscosidad de la fase externa: Virtualmente todos los estudios teóricos o
empíricos de la viscosidad de la emulsión, consideran que es de suma
importancia al definir la viscosidad de la emulsión final, la viscosidad de la
fase continua o externa η. La mayor parte de las ecuaciones indican una
proporcionalidad directa entre la viscosidad de la emulsión y la de la fase
externa, de la forma:
[ ]
η = η * T 1
D
donde T representa la suma total de las demás propiedades que pueden
afectar la viscosidad.2 En muchas emulsiones alimenticias, se adicionan
gomas a la fase continua para elevar la estabilidad así como incrementar la
viscosidad. 5
• Viscosidad de la fase dispersa o interna, η : Esta sólo es significativa
D
cuando se comporta como un líquido. Puesto que las gotitas de la emulsión
suelen comportarse como esferas rígidas, su efecto sobre la viscosidad es
habitualmente de poca importancia. 5• Concentración de la fase interna: La viscosidad de aparente de una
emulsión, es por lo general, semejante a la de la fase continua, si esta
constituye la fracción principal de la emulsión. Sin embargo, cuando la fase
dispersa se incrementa a mayor volumen que el de la continua, aumenta la
viscosidad aparente de la emulsión. En otras palabras cuando crece el
número de gotitas y ocupan mayor volumen total, se acrecienta el contacto
entre ellas y se produce un aumento en la viscosidad. Unicamente el 74%
del volumen total de la emulsión puede estar ocupado por la fase dispersa,
cuando las gotitas son esféricas, de tamaño uniforme y no las ha deformado
la presión. Si la fase interna supera este porcentaje, las gotitas están
deformadas y la emulsión posee alto grado de plasticidad. 5
• Película interfacial y agentes emulsionantes: Cuando se adiciona un
emulsionante a una de las fases del sistema, se forma alrededor de cada
gotita, mientras se emulsiona, una película en la interfase sólida de
moléculas de emulsionante orientadas. La naturaleza química y la
concentración del emulsionante poseen decisiva influencia sobre la
viscosidad aparente de la emulsión. Por lo general una viscosidad elevada
es el resultado de una concentración relativamente alta del agente, y este
efecto es atribuible al incremento en la adsorción de algunos tipos de
moléculas (proteínas), y a la retención de fase continua en las micelas
formadas por el exceso de moléculas de emulsionante.5 Teniendo en
cuenta que la viscosidad de la emulsión es función del tipo y concentración
del agente empleado, es también función del pH. Esto se deriva del hecho
que el emulsionante puede ser eficaz sólo sobre un valor relativamente
pequeño de concentración de hidrógeno. Esto es particularmente cierto en el
caso de agentes catiónicos y aniónicos, y puede ser cierto para no iónicos,
tipo éster en condiciones fuertemente alcalinas. 2• Efecto electroviscoso: puede que las gotitas de una emulsión tengan doble
capa de cargas en sus interfases. Estas cargas suelen aumentar por
ionización, adsorción o contacto por fricción y son capaces de ejercer
importante influencia sobre la viscosidad. Cuando se rompe una emulsión,
se deforma la simetría de la doble capa eléctrica alrededor de cada gota y
se modifica la interacción entre los iones de la misma. Esto conduce a
pérdida de energía e incremento de la viscosidad. 5
2.4 ESTABILIDAD
Se ha dicho bien que una emulsión es estable sólo cuando está rota.
Termodinámicamente hablando, esto es bastante correcto, pero desde el punto
de vista del usuario de emulsiones, esto es poco agradable. 2
Es posible que se produzcan cambios físicos en las gotitas dispersas durante
el almacenamiento de las emulsiones alimenticias, con la posterior disminución
de su calidad. Los cambios de estabilidad pueden desarrollarse a través de los
procesos de descremado, floculación y coalescencia.
La floculación es la aglomeración de gotitas para formar grumos indefinidos e
irregulares, ya que al producirse aquella aumenta el tamaño de la gotita. Por lo
general, las gotitas reunidas pueden redispersarse por mezcla o agitación hasta
disminuir las fuerzas (de Van der Waals) entre las gotitas responsables de este
fenómeno.
La coalescencia, unión irreversible de diminutas gotitas para dar otras mayores,
ocurre después de la floculación si se ha roto la película de interfase
estabilizadora de agente emulsionante. Es un proceso termodinámicamenteespontáneo y conduce finalmente a la separación de las dos fases en dos
capas distintas. La velocidad de coalescencia viene determinada por la
distorsión que puede suceder durante la agitación o congelación de la emulsión
y por la resistencia a la ruptura de la capa de interfase de emulsionante. 5
Las emulsiones pueden presentar inestabilidad de tres formas: por formación
de nata, por inversión y por rotura (desemulsificación). Cada uno de estos
procesos representa una situación algo diferente. En casos específicos , sin
embargo, pueden estar relacionadas; por ejemplo, la formación de nata puede
preceder a la rotura completa de la emulsión, o la formación de nata puede
estar acompañada por la inversión. Sin embargo, los mecanismos son
suficientemente diferentes para estudiar por separado estas tres formas de
inestabilidad de la emulsión. 2
2.4.1 Formación de nata
Lo que ocurre en este caso y ciertamente en todos los casos, no es tanto rotura
de la emulsión, sino separación de dos emulsiones, una de las cuales es mas
rica en fase dispersa; la otra mas pobre que la emulsión original. La emulsión
más concentrada es la “nata”. La situación mas corriente tiene lugar cuando,
como en el caso de la leche, la crema sube a la superficie. Sin embargo es
enteramente posible que la fase mas rica se vaya al fondo, este fenómeno se
llama formación de nata hacia abajo.
Se podría señalar sin embargo , que mientras la formación de nata no puede
ser deseable en muchos casos, no representa de ningún modo una rotura de la
emulsión. Por otro lado, puesto que este fenómeno es favorecido por los
tamaños grandes de las gotitas, puede ser esto manifestación de un proceso
que puede llevar eventualmente a la desemulsificación.2.4.1.1 SEDIMENTACION: En muchos sistemas, la formación de crema,
puede tener lugar en cierta extensión. Sin embargo, ciertos ajustes en la técnica
de fabricación o formulación pueden reducir la velocidad de formación a un
punto donde puede llegar a tener un efecto despreciable. Esto se pude
entender al considerar el fenómeno de sedimentación.
Según Stokes la velocidad de sedimentación de una partícula esférica en un
líquido viscoso esta dada por:
2 * r2 * g * (d1 − d2) [ ]
V = 2
9 * η
donde :
r: Radio de la gotita .
g: Aceleración de la gravedad.
d1: Densidad de la fase dispersa.
d2: Densidad de la fase continua.
η: Viscosidad de la fase continua.
Evidentemente el signo de V y de aquí la dirección en la que se moverá la
partícula, dependerá del valor relativo de las densidades. 2
2.4.2 Inversión
Este otro tipo, se refiere a la inestabilidad con respecto a que la emulsión
puede cambiar de repente de O/W a W/O y viceversa. Este fenómeno está
relacionado con la viscosidad de la emulsión y también es función de latemperatura, aunque los datos sobre este aspecto son escasos, se encontró
que la temperatura a la que tiene lugar la inversión es sensible a la
concentración de emulsionante.
Una de las dificultad más importantes de este fenómeno radica en el problema
puramente conceptual de imaginar un mecanismo físico por medio del cual se
lleve a cabo el fenómeno real. Aparentemente, el proceso lleva consigo la
formación de gotitas filamentosas formando una especie de red en la fase
dispersa, las cuales llegan a romper la fase continua en filamentos similares. El
paso inicial es revertido, excepto que en ese momento los filamentos de la que
era al principio la fase continua forman la fase dispersa. 2
2.4.3 Desemulsificación
Este fenómeno es el ejemplo más importante y más completo de la estabilidad
de la emulsión, la desemulsificación completa o rotura de la emulsión. El
proceso de coagulación de la fase dispersa tiene lugar en un proceso de dos
etapas: En la primera , es decir, la floculación, las gotitas de la fase dispersa
forma agregados en los que las gotas no han perdido por completo su identidad
(tal agregación es con frecuencia un proceso reversible). En la segunda etapa,
llamada coalescencia, cada agregado se combina para forma una gota simple.
Esto es un proceso irreversible que conlleva a una disminución en el número de
gotitas de aceite y finalmente a la desemulsificación completa. 5
2.5 AGENTES EMULSIONANTES
Es factible favorecer la estabilidad de una emulsión añadiendo un emulsionante
a una de las fases antes de la formación de una emulsión. Por emulsionante seentiende un agente tensoactivo que disminuye la tensión de la interfase y forma
una barrera física alrededor de cada gotita, con lo que impide su coalescencia.2
Algunas de las propiedades que se desea tengan estos agentes son:
• Capacidad para disminuir la tensión de interfase por debajo de 10 dinas /cm
( preferiblemente 5 dinas/cm ).
• Capacidad de ser rápidamente absorbidos en la interfase.
• Poseer el adecuado equilibrio de grupos hidrófilos e hidrófobos para que sea
posible estabilizar el tipo de emulsión deseado.
• Capacidad para conceder gran potencial electrocinético a las gotitas
dispersas.
• Ser eficaces a bajas concentraciones.
• Resistencia a los cambios químicos.
• Ausencia de color, olor y toxicidad.
• Bajo precio. 5
2.5.1 CLASIFICACIÓN DE LOS AGENTES EMULSIONANTES
Los agentes estabilizadores para emulsiones se clasifican en, primero,
emulsionantes orientados hacia la interfase aceite-agua; segundo, partículas
finamente divididas adsorbidas en la interfase, y tercero materiales que se
encuentran en la naturaleza los cuales aumentan la viscosidad de la fase
continua. Si se utilizan mezclas de esos tres tipos se consigue el máximo de
emulsión. 52.5.1.1 Emulsionantes alimentarios
Son agentes tensoactivos que constan de mitades hidrófilas e hidrófobas. Estos
compuestos se clasifican en iónicos (catiónicos, aniónicos y anfóteros) y no
iónicos. El principal inconveniente de los emulsionantes iónicos en las
emulsiones alimenticias es que pueden reaccionar con varios iones (iones
hidrógeno, inorgánicos di y trivalentes o iones emulsionantes de carga opuesta)
para formar complejos que tengan reducido poder emulsionante y menor
solubilidad en ambas fases líquidas. Por el contrario , los no iónicos son
habitualmente solubles en una de las fase y no reaccionan con los iones antes
mencionados. Debido a eso los emulsionantes no iónicos son utilizados más
ampliamente en la industria de los alimentos. 5
Los emulsionantes alimentarios proceden de materiales biológicos o se
sintetizan a partir de ácidos grasos purificados, triglicéridos y compuestos
hidrófilos.5 Como se ve en la clasificación anterior, un gran número de
compuestos puede estar comprendido bajo este título. Realmente, sólo un
número limitado del total de los agentes posibles encuentra empleo como
agente emulsionante. Esto surge de consideraciones de costo, utilidad y
eficacia. En otras palabra, no es agente emulsionante satisfactorio todo
compuesto tensoactivo, a pesar del hecho de que puede ser eficaz al reducir la
tensión interfacial. A continuación se presenta una variedad de materiales de
este tipo:
A. Aniónicos: Llamados también “detergentes sintéticos”, ciertamente, todos
ellos son insensibles al calcio solamente en el sentido de que no precipitan
sales insolubles de calcio y magnesio en agua dura. Por lo tanto, en casos
donde el agua dura es o puede llegar a ser una parte de la emulsión, esnecesario un cuidado especial al seleccionar el agente emulsionante.2 Entre
ellos se encuentran:
• Sales de ácidos grasos: Estos compuestos no se adicionan usualmente
como emulsionantes alimentarios, pero se pueden encontrar trazas en
algunos ingredientes de una emulsión alimenticia.5También son conocidos
como jabones y entre ellos se encuentran el ácido oleico, los oleatos de
sodio y potasio y el ácido esteárico entre otros.
• Aceites sulfatados: Se obtienen generalmente al tratar aceite de ricino con
ácido sulfúrico (que reacciona principalmente con el grupo hidróxilo libre del
residuo del ácido ricinoleico en el triglicérido) y subsiguiente neutralización
de la sal de sodio.
• Alcoholes sulfatados: Se producen por reducción de los correspondientes
ácidos grasos derivados de grasas naturales, por ejemplo aceite de coco o
semilla de palma. Entre ellos se encuentra la sal de sodio del sulfato de
alcohol de laurilo.
• Sulfonatos alcanos.
• Esteres del ácido fosfórico.
B. Catiónicos: Estos agentes tensoactivos se caracterizan por el hecho de que
el grupo hidrofóbico se encuentra en el catión. Presentan una insensibilidad
relativa a la dureza y efectividad a pH bajo. Principalmente estos
compuestos son los siguientes:
• Sales de amina y compuestos de amonio cuaternario: Ciertamente, las
aminas primarias, secundarias y terciarias son, en general, demasiado
insolubles para ser empleadas. Sin embargo, en sistemas con pH más bajo
de 7, encuentran aplicación en forma de acetato. Las sales de amoniocuaternario son apreciablemente solubles en soluciones ácidas o básicas.
Se preparan por adición de haluros o sulfatos de alquilo a aminas terciarias.
C. No iónicos: Es el grupo más extenso y de crecimiento más rápido de los
agentes emulsionantes. Por su condición, son independientes de la dureza
del agua y del pH. Estos compuestos se clasifican mejor en términos del
enlace entre el grupo hidrofóbico y el otro solubilizante (hidrofílico) de la
siguiente manera:
• Enlace éter: Los miembros más resaltantes de esta clase son los formados
por la reacción de un compuesto hidrofóbico que contiene hidróxilo (por
ejemplo un alcohol o un fenol) con óxido de etileno, o en menor extensión
óxido de propileno. Esta reacción es una especie de polimerización. Los
grupos de etileno, por ejemplo, se pueden añadir en una cantidad deseada.
Claramente el número de grupos de óxido de etileno añadidos, por cada
grupo hidrofóbico dado, afecta l solubilidad y propiedades superficiales del
agente resultante.
• Enlace éster: Lo ésteres formados por reacción de ácidos grasos con
alcoholes polihídricos son un grupo interesante de emulsionantes, en los
que por depender además de la naturaleza del alcohol empleado, pueden
ser, según los casos, hidrofóbicos o hidrofílicos, y por tanto adecuados
como emulsionante W/O ó O/W, respectivamente. Entre ellos se encuentran
el monostearato de glicerilo, monoésteres del etilenglicol y el
propipilenglicol, los cuales se emplean extensamente.
D. Enlace amida: Estas amidas que se derivan de las alquilol aminas, por
ejemplo dietanolamina, son posibles variaciones en las porcioneshidrofóbicas e hidrofílicas de compuestos de este tipo, por lo que se pueden
obtener una extensa variedad de propiedades. 2
2.5.1.2 Sólidos finamente divididos.
Se ha encontrado que un gran número de sólidos que no suelen mostrar
actividad superficial, pueden actuar como estabilizantes efectivos de la
emulsión, en una variedad de aplicaciones. Las partículas de hidróxido de
magnesio, aluminio y calcio, al igual que la tierra de diatomeas, silicatos,
proteínas coaguladas y fragmentos de células vegetales se adsorben en la
interfase óleo-acuosa y su misión es evitar la coalescencia.
2.5.1.3 Materiales que se encuentran en la naturaleza.
Los compuestos de este tipo obtenidos casi sin modificación de las fuentes
naturales, representan un tipo algo diferente de agente. Muchos de ellos son
relativamente ineficaces por sí mismos, pero son de gran valor en unión con
otros emulsionantes. Con mucha frecuencia tienen el efecto deseable de
aumentar materialmente la viscosidad de la formación de cremas. Sin embargo,
frecuentemente tienen las desventajas de ser bastante caros, sujetos a
hidrólisis y sensibles a variaciones de pH. Entre los principales están:
• Fosfolípidos y esteroles: Se encuentran como componentes de segundo
grado de muchas grasas y aceites. 2. Los fosfolípidos se adicionan a las
emulsiones en forma de lecitina de soja cruda o yema de huevo. La lecitina
de soja contiene aproximadamente, cantidades iguales de fosfatidilcolina,
fosfatidiletanolamina y fosfolípidos del inositol. Estos fosfolípidos son
liposolubles pero es posible dispersarlos en agua. La lecitina comercial sefracciona en tipos solubles e insolubles en alcohol, para proporcionar
agentes ricos en determinados fosfolípidos. 5
• Gomas solubles en agua: Existe un número de estas gomas de origen
vegetal, las cuales son hidrocoloides que hacen de estabilizadores en las
emulsiones O/W por aumento de la viscosidad de la fase continua acuosa
(emulsionantes auxiliares) y a veces por formar pélículas interfase firmes,
alrededor de las gotita oleosas (emulsionantes primarios). Las gomas
utilizadas en las emulsiones alimenticias son polisacáridos altamente
hidrófilos con propiedades aniónicas o no iónicas. Las gomas aniónicas
comprenden pectinas, alginatos, xantano, tragacanto, agar, carragaen y
arábiga. Son gomas no iónicas la de guara, algarrobo, hidroxipropilcelulosa
y metilcelulosa.
La estabilidad de las gomas en las emulsiones depende del pH, la
presencia de electrólitos y la temperatura. Algunas gomas aniónicas
interreaccionan con las proteínas para formar complejos insolubles, que
ayudan a estabilizar la emulsión.
• Alginatos: Son derivados de las algas. Se emplean en forma de sales de
sodio, potasio y amonio, y más recientemente ésteres propilenglicol del
ácido algínico. 22.6 EL METODO DEL EQUILIBRIO HIDRÓFILO-LIPÓFILO
Dado que se dispone de numerosos emulsionantes alimenticios, se impone el
estudio sistemático de los mismos para elegir los apropiados y asegurarse de
que se formará rápida y económicamente el tipo de emulsión deseado. Para
ello se utilizará el método del equilibrio hidrófilo – lipófilo (HLB) que es la
relación de porcentajes en peso, de grupos hidrófilos e hidrófobos de una
molécula de emulsionante. Los emulsionantes con valores de HLB inferiores a
9 son lipófilos; aquellos cuyo índice está entre 11 y 20 son hidrófilos y los de
HLB entre 8 y 11 son intermedios. 5. En este método se asigna un número HLB
a cada agente tensoactivo y se relaciona mediante una escala según su
aplicaciones adecuadas de la siguiente forma:
Tabla 3. Escala HLB y su aplicación.
Oscilación Aplicación
3-6 Emulsionante W/O
7-9 Agente de mojado
8-18 Emulsionante O/W
13-15 Detergente
15-18 Solubilizante
Fuente: Emulsiones, Teoría y práctica. Paul Becher
Como puede observarse, sólo aquellos productos con HLB que oscilan entre 3
y 6 son adecuados para emulsiones W/O, mientras que sólo aquellos con
números entre 8 y 18 facilitarán las emulsiones O/W. Los agentes con números
HLB de diferentes escalas, aunque poseen propiedades tensoactivas, no se
pueden emplear como agente emulsionantes. 2La solubilidad de un emulsionante está relacionada con su valor de HLB. La
dispersión de un emulsionante en agua aumenta cuando se incrementa este
valor, como se muestra a continuación: 5
Tabla 4. Dispersión en el agua de diversos valores HLB
Dispersión Intervalo HLB
No hay dispersión 1-4
Poca dispersión 3-6
Dispersión lechosa por agitación 6-8
Dispersión lechosa estable 8-10
Dispersión de translúcida a clara 10-12
Solución clara +13
Fuente: Introducción a la ciencia de los alimentos. Tomo 2. O.R, Fennema.
Para conseguir una emulsión estable se precisa, por lo general, una mezcla de
dos o mas emulsionantes (combinaciones de compuestos lipófilos e hidrófilos).
Cuando estos se mezclan (A y B) para conseguir un valor de HLB intermedio
de X, el porcentaje necesario para cada compuesto se calcula de la siguiente
manera:
100(X − HLB ) [ ]
%A = B 3
HLB − HLB
A B
[ ]
%B = 100 − %A 4
A determinado valor de HLB, la estabilidad de la emulsión puede ser variable
en función de los emulsionantes utilizados. Cada par de emulsionantes es
capaz de originar distintos grados de estabilidad. Así, pues, se ha de evaluaruna serie de emulsiones, preparadas a partir de varias mezclas de
emulsionantes con idénticos valores de HLB, para determinar el par más
aconsejable.
Los valores del HLB ya han sido determinados para la gran mayoría de los
emulsionantes usados en la industria. 5. A continuación se enuncian los valores
para los más comúnmente utilizados:
Tabla 5. Valores HLB de emulsionantes
Emulsionante Valor HLB
Oleato de potasio 20.0
Oleato de sodio 18.0
Monoleato de polioxietilén sorbitán 15.0
Monoestearato de polioxietilén sorbitán 14.9
Lecitina (fracción soluble en alcohol) 14.0
Goma de acacia 11.9
Goma de tragacanto 11.9
Metilcelulosa 10.5
Triestearato de polioxietilén sorbitán 10.5
Gelatina 9.8
Monoestearato de sorbitán 4.7
Mono y diglicéridos ( Aprox. del 61-69% del total son mono) 3.5
Monoestearato de glicerina 3.4
Monoestearato de propilenglicol 3.4
Mono y diglicéridos ( Aprox. del 48-52% del total son mono) 2.8
Acido oleíco 1.0
Fuente: Introducción a la ciencia de los alimentos. Tomo 2. O.R, Fennema.2.7 OBTENCIÓN DE LAS PROPIEDADES DE LA EMULSIÓN.
En la valoración de emulsiones y de los materiales que se emplean para
preparar emulsiones hay un número de medidas normalizadas que son de gran
utilidad. A continuación se enunciarán las de mayor importancia para cada
propiedad:
2.7.1 Medida de la tensión superficial
Se han catalogado los diferentes métodos para medir la tensión superficial e
interfacial con respecto a su exactitud y con respecto a su facilidad de
aplicación a líquidos puros o soluciones. La clasificación es como sigue:
2.7.1.1 Líquidos simples:
a. Elevación capilar.
b. Peso de la gota.
c. Método del anillo.
d. Presión de la burbuja.
e. Gota suspendida.
2.7.1.2 Soluciones.
a. Peso de la gota.
b. Método del anillo.
c. Burbuja o gota sesil.
2.7.2 Medida de la viscosidad
La viscosidad de una emulsión es con frecuencia un factor importante en ladeterminación de su estabilidad. En una u otra forma, la mayor parte de los
métodos que se presentarán a continuación, se usan para hacer medidas
industriales, y la mayor parte de ellos se aplican para medidas que se refieren a
emulsiones. La elección del método particular dependerá de la conveniencia y
naturaleza del sistema particular que ha de ser examinado, y ellos son:
• Flujo a través de un tubo capilar u orificio.
• Métodos rotacionales.
• a) Bolas que caen, aguja que cae, etc.
b) Burbuja ascendente.
2.7.3 Determinación del tipo de emulsión.
En muchas investigaciones, la determinación del tipo de emulsión que se
produce puede ser importante. Desgraciadamente, una determinación
inequívoca puede no ser siempre posible, y puede necesitarse un
razonamiento deductivo basado en los datos obtenidos por diferentes
métodos.2
2.7.3.1 Método de la conductividad: Cuando se introducen 2 electrodos en
una emulsión, la corriente eléctrica pasa fácilmente a través de una tipo O/W,
pero difícilmente por una W/O (excepto en las emulsiones en que el volumen
rebasa el 60%). Se detecta el flujo de corriente en el sistema mediante un
amperímetro o con una lámpara.
2.7.3.2 Método del colorante: Se basa en la capacidad de disolución del
colorante en la fase continua. Se mezcla una pequeña cantidad del colorante
en polvo (soluble en agua o aceite) con la emulsión y se examina el sistemaemulsión – colorante con un microscopio para comprobar la disolución del
colorante. Si este es hidrosoluble, las emulsiones O/W se colorean
uniformemente. Por el contrario si permanece en forma de partículas
pequeñas no disueltas en la fase continua la emulsión es de tipo W/O.5
2.7.3.3 Método de dilución de fase: La dilución de una emulsión con agua o
aceite sirve para determinar el tipo de emulsión. Si se mezcla una gota de agua
con algunas gotas de emulsión, no se modifican los caracteres iniciales de la
emulsión es del tipo O/W. El agua no es miscible con la fase continua en una
emulsión W/O.
2.7.3.4 Método de la fluorescencia: Dado que los aceites presentan
fluorescencia con luz ultravioleta, aparece un campo uniformemente
fluorescente en las emulsiones W/O. En cambio en la O/W el campo no es
uniforme. 5
2.7.3.5 Mojado del papel de filtro: este método se aplica a las emulsiones de
aceites pesados y agua, y depende de sus respectivas capacidades de mojar el
papel de filtro. Una gota de emulsión se coloca sobre el papel, si el líquido se
extiende rápidamente, dejando una pequeña gota en el centro, la emulsión es
O/W. Si no tiene lugar el extendido, la emulsión es W/O. 2
2.7.4 Determinación de la distribución del tamaño de gota.
En estudios de emulsiones el cambio en la distribución del tamaño de partícula
con el tiempo es frecuentemente un dato importante. Hay en general 4 métodos
distintos por los que esta información se puede obtener, los cuales son:• Medida microscópica : realizada con un microscopio con micrómetro o con
un microscopio electrónico.
• Métodos de sedimentación.
• Métodos de dispersión y transmisión de la luz.
• Métodos de recuento. 2
2.7.5 Determinación de la estabilidad de la emulsión
La estabilidad de una emulsión puede ser establecida por varios métodos:
2.7.5.1 Determinación del grado de separación: se puede realizar de las
siguientes formas:
! Por medio de la distribución del tamaño de partícula, pues se considera
como una medida válida de esta propiedad.
! También se logra por medio de una técnica de hidrómetro que mide el
cambio de densidad a medida que tiene lugar la separación.
! Por métodos turbidimétricos o nefelométricos.
2.7.5.2 Puesto que esta propiedad es en gran parte función de las
propiedades eléctricas de la interfase, las medidas eléctricas son de gran
importancia, entre ellas se encuentran:
! Determinación del potencial zeta por medio del límite móvil.
! Medida de microelectroforesis, que se refieren a medir la velocidad de
migración de las gotitas de la emulsión, pues en el campo eléctrico, las
partículas coloidales se dirigen hacia los electrodos.
! Por electroósmosis.! Por electrodiálisis.
2.7.5.3 También se usan las pruebas de envejecimiento acelerado, como las
siguientes:
• Almacenamiento a temperaturas elevadas, durante períodos de tiempo.
• Almacenamiento a temperaturas más bajas de las normales.
• Induciendo la velocidad de sedimentación por centrifugación: Esta prueba
se realiza por medio de separadores centrífugos que trabajan a altas
velocidades. No obstante se aplica la ley de Stokes Ec.[2] en la que se
sustituye la aceleración de la gravedad por un término que depende de la
forma y velocidad de la centrífuga, esto es:
2*ω2*R*r2*(d1−d2)
[ ]
V = 5
C 9*η
donde:
Vc: velocidad de formación de nata por centrifugación.
ω: Velocidad angular de la centrífuga.
R: Distancia de la muestra al centro de rotación.
r: Radio de la gotita .
g: Aceleración de la gravedad.
d1: Densidad de la fase dispersa.
d2: Densidad de la fase continua.
η: Viscosidad de la fase continua.
El valor de ω2R es el factor que aumenta de manera obvia a muchas veces
el efecto de la gravedad (ciertamente a muchos miles de veces), lo cualacelera el proceso de separación de fases de la emulsión; si se supone que
el efecto es directamente proporcional a la fuerza gravitacional, se puede
predecir el comportamiento.2
Esto se logra relacionando las dos ecuaciones de la siguiente forma :
( )
2g*r2 * d1−d2
V 9η [ ]
= 6
( )
V 2ω*R*r2 * d1−d2
C
9η
donde:
V: velocidad de sedimentación por gravedad.
Vc: velocidad de formación de nata por centrifugación.
Simplificando se obtiene que:
g [ ]
V = V * 7
C ω2 * R
donde g, ω y R son valores conocidos. Pues se sabe que:
π * n [ ]
ω = 8
30
donde:
n: Número de revoluciones por minuto. 73. MATERIALES Y MÉTODOS
3.1 MATERIALES
Figura 1. Sistema en estudio
3.1.1 Materiales de proceso
• Leche entera en polvo Colanta, adicionada con vitaminas A y D. Análisis
aproximado de:
Calorías x 1 Kg: 480.
Proteína % m/m: mínimo 26
Grasa % m/m: mínimo 26
Lactosa % m/m: 37
Ceniza % m/m: máximo 6
Humedad % m/m: máximo 4.5
Acidez como ácido láctico % m/m: 1 a 1.3• Agua ozonizada: concentración de O de 0.4 ppm (mínimo).
3
• Azúcar blanca refinada Incauca.
• Esencias artificiales:
Piña soluble. Referencia 80338 A. Lucta Grancolombiana S.A
Coco soluble. Referencia 80325 A. Lucta Grancolombiana S.A
• Espesante: Carboximetil Celulosa. Referencia KN25. Química Amtex.
• Alcohol puro o extraneutro con 96°GL, el cual cumple con la NTC 620.
3.1.2 Materiales de ensayo
• Colorante hidrosoluble tartracina. Colony. Color Index 19.140. Amarillo No.5.
• Lecitina. Colony. Ref L 32.
• Goma Tragacanto. Referencia HS 23. Química Amtex.
• Monoestearato de glicerina. Referencia FS 56. Química Amtex.
3.1.3 Equipos
• Microscopio óptico Nikon. Model CS.
• Agitador mecánico Janke & Kunkel. Kika Werk IRW 20.
• Agitador magnético Janke & Kunkel. Ika COMBIMAG RCO.
• Centrífuga MLW T51.
• Botellas 400ml .
• Nevera comercial ICASA Deville Modelo ATE 120.
• Viscosímetro UK Ltda. Patente No. 2058341.
• Accumet pHmeter 910. Fisher Scientific.
• Triple beam balance Chaus y Balanza Fisher Model XA-200.
• Homogeneizador Gaulin. Serial 016507962. 5 Hp. Capacidad 200 gal/h.
• Napco Model 9000-D Autoclave.• Ozonizador Ozon-o-Line E.X.
• Instrumentos de laboratorio: Pipetas, tubos de ensayo, tubos para centrífuga
y beakers de diversas capacidades.
Figura 2. Algunos de los equipos utilizados en la experimentación.
Figura 3. Tanque de preparación de la piña colada.3.2 MÉTODOS
ETAPA PREEXPERIMENTAL
3.2.1 Identificación del tipo de emulsión: Se llevó a cabo por medio del
método del colorante, utilizando para este propósito la tartracina.
3.2.2 Elaboración de muestras : Se efectuaron una serie de ensayos con y
sin emulsionantes, los cuales fueron almacenados a temperatura ambiente y
de refrigeración. La forma en que se realizaron fue la siguiente:
Tabla 6. Muestras de la etapa preexperimental.
FECHA ADITIVO
6 Agosto/2002 Sin aditivo
12 Agosto/2002 Acido benzoíco
15 Agosto/2002 Pectina rápida (alto metoxilo)
23 Agosto/2002 Pectina lenta (bajo metoxilo)
26 Agosto/2002 Lecitina
27 Agosto/2002 Goma Tragacanto
3 Septiembre/2002 Monoestearato de glicerina
4 Septiembre/2002 Cambios en el procedimiento
19 Septiembre/2002 Acido oleíco3.2.3 Selección de los emulsores.
Debido a que a estas muestras se les llevó a cabo un seguimiento del
crecimiento de la altura de la fase superior, se eligieron los agentes con los que
se obtuvo menor separación de fases, durante los 3 meses en que se
monitorearon diariamente. La Fábrica de Licores del Tolima según este criterio,
autorizó el uso de dos emulsionantes hidrófilos que son la lecitina y la goma
tragacanto y uno lipófilo que es el monoestearato de glicerina, para con ellos
aplicar el método HLB y definir las proporciones a las cuales se realizaron las
pruebas.
3.2.4 Estandarización de un ensayo para modelar la separación de fases
del producto durante el almacenamiento.
Tomando en cuenta que la Fábrica de Licores del Tolima, no cuenta con los
instrumentos necesarios para la realización de pruebas muy elaboradas, se
propuso una metodología para predecir la velocidad de separación de fases del
producto, por medio de un "envejecimiento" acelerado de la emulsión, inducido
por el proceso de centrifugación, así:
Se eligió la muestra de piña colada preparada de forma tradicional, que
almacenada a temperatura ambiente o de refrigeración, presentó menor
velocidad de sedimentación durante el tiempo que se tuvieron en seguimiento.
A esta se le estableció un espesor de referencia de la fase superior de 0.5 cm;
cuando la muestra alcanzó ese grado de separación se registró el tiempo de
almacenamiento, el cual se definió como el primer día de separación, y con la
información experimental del tiempo en ese punto y la altura total, se pudo
obtener la velocidad de sedimentación por gravedad así:E [ ]
V = 9
θ
E
donde :
V: velocidad de sedimentación por gravedad. (cm/día)
E: espesor de referencia = 0.5 cm
θ : tiempo de sedimentación . (días)
E
Por otro lado, se sometió a centrifugación esta misma muestra, y se tomaron
datos experimentales de la altura de la fase menos densa .vs. tiempo de
centrifugación, hasta hallar una relación entre ellas, que dió como resultado, un
valor de la velocidad de descremado por centrifugación que cumplía con la
igualdad de la ecuación [10], así:
C [ ]
V = 10
c θ
cdonde :
C: altura en el tubo de centrifugación (cm).
θ tiempo de centrifugación (min).
c:
g [ ]
V = V * 7
C ω2 *R
reemplazando:
C g [ ]
V = * 11
θ ω2 *R
c
El valor de ( g/ω2R ) siempre será una constante para efectuar los cálculos,
pues los tres son valores fijos conocidos, ya que ω se calcula de la
ecuación [8]. Con este procedimiento se obtuvo la altura C, que sirvió para
modelar la separación de fases de las muestras del diseño experimental.
3.2.5 Verificación de la validez del modelo
Se efectuó centrifugando las 17 muestras de la Tabla 6 ( 9 muestras, 2
temperaturas, excepto la utilizada para modelar la separación ), hasta encontrar
el tiempo exacto que se tomaban hasta alcanzar el espesor de referencia C.
Después se comparó el valor de la velocidad de sedimentación por gravedad
obtenido por la ecuación [11], con el valor real al cual alcanzaron el primer día
de separación, es decir, 0.5 cm , debido a que este era conocido por el
monitoreo diario que se llevó del crecimiento de la altura de la fase superior de
estas pruebas. El análisis de la desviación estos datos, entregó una noción dela precisión de la estandarización y de su eficacia en el momento de predecir
V.
ETAPA EXPERIMENTAL
3.2.6 Preparación de las muestras
Todas las muestras se elaboraron con un volumen de 2 litros, que fueron
distribuidos en botellas de 400 ml y que se prepararon de la siguiente forma:
Dos formulaciones básicas fueron sometidas a dos procedimientos distintos; a
todas las combinaciones se les aplicó un tiempo de homogeneización de 1 hora
para cada paso de mezclado y se les realizaron adiciones de los emulsionantes
en diversas proporciones determinadas por el método HLB. Las condiciones
fueron:
• Formulación 1: Es la que contiene las cantidades y materias primas con que
siempre se ha producido la piña colada, descrita en los materiales de
proceso, adicionándole únicamente ácido benzoíco.
• Formulación 2: En esta, se disminuyó la cantidad de espesante adicionada
en un 20% y se agregó ácido benzoíco .
• Procedimiento 1: Es el que tradicionalmente se lleva a cabo, sólo que en la
adición del emulsionante, se usó el método del agente en agua
referenciado en el ítem 2.2.2.1. Se efectúa como sigue:
1. Al agua se le adicionan el azúcar y el espesante.
2. Por otro lado se mezclan el alcohol con las esencias.
3. Seguidamente se adiciona la leche a la mezcla del paso 1.4. Por último se incorpora el alcohol
• Procedimiento 2: En este caso el agente se agregó según el método de la
adición alternada, explicado en el numeral 2.2.2.4. Se distribuyó la cantidad
de agua total a adicionar entre las diversas materias primas y se mezclaron
los sistemas independientes en el mismo orden que se enuncian, de la
siguiente forma:
1. Agua + espesante + azúcar + conservante.
2. Agua + leche en polvo.
3. Por otro lado se homogeneizaron el alcohol junto con las esencias, para
finalmente incorporarse a lo anterior.
La proporción en que se adicionaron a cada ensayo fue especificada por el
método del equilibrio hidrófilo-lipófilo ( descrito en el numeral 2.6) teniendo en
cuenta que cada combinación de emulsionantes, se utilizó con idénticos
valores de HLB, con el fin de evaluar el efecto en la emulsión, para así
compararlos y determinar el par más aconsejable. El diseño experimental se
puede observar en la Tabla 11, y en él, las variables y los factores de diseño
están distribuidos así:
• Emulsionantes: 4 niveles.
• Formulación: 2 niveles.
• Procedimiento: 2 niveles.
• Temperatura: 2 niveles.
• La variable dependiente es el tiempo de sedimentación.Con esta información se obtuvo un diseño factorial de la siguiente forma:
23 *4 = 32
Por otro lado, se tomaron los datos iniciales de pH y viscosidad (cp) para
todas las muestras preparadas, para tenerlos como referencia de la variación
de estas características de una prueba a otra. Finalmente se almacenaron
todas las pruebas a dos temperaturas diferentes:
• En la nevera a temperatura de 8 ± 1 °C.
• A temperatura ambiente de Ibagué 24 ± 1 °C. Un estimado de la oscilación
de la temperatura durante el año, se muestra a continuación:
Figura 4. Estimado de la temperatura de Ibagué.83.2.7 Cálculos para la elección de las dos muestras con mayor tiempo de
estabilidad.
Después de obtener las muestras, se les sometió a la prueba de
“envejecimiento” acelerado, centrifugando hasta que se encontró el tiempo
preciso en el cual lograron llegar al espesor estándar, para después por medio
de la ecuación [11], calcular las velocidades de sedimentación por gravedad de
cada una de las muestras.
Después de haber obtenido V, se pudo predecir el tiempo en que se alcanza el
primer día de separación, es decir la altura de fase superior de 0.5 cm, ya que
se tiene la relación de cómo se comporta la sedimentación con respecto al
tiempo.
Al comparar ya sean los datos de velocidad o los de predicción del primer día
de separación, se pueden elegir las dos muestras que presenten mayores
tiempos de estabilidad, es decir, menores velocidades de sedimentación.
3.2.8 Tratamiento de las dos muestras seleccionadas
Se prepararon 75 litros de cada formulación (debido a que éste era el volumen
mínimo con el cual operaba el homogeneizador) , para someterlas a los
siguientes procedimientos:
• Se usaron las botellas lavadas como se hace normalmente y por otro lado
se utilizaron botellas esterilizadas en la autoclave, para aumentar las
condiciones de asepsia y se observó la influencia de este proceso de
envasado en la conservación del producto.• Debido a que en la Fábrica de licores del Tolima, no se contaba con los
elementos necesarios para efectuar un proceso que permitiera lograr una
mayor uniformidad en las emulsiones, se realizó una solicitud a la empresa
Productos Lácteos del Tolima, en la cual se nos autorizó para utilizar el
homogeneizador industrial en las dos muestras, para después analizar el
impacto de este proceso en el comportamiento de la emulsión.
Estos dos ensayos fueron sometidos a una evaluación microbiológica, realizada
en el Laboratorio de Bromatologìa del Hospital Federico Lleras, y a un panel de
catación compuesto de 10 personas, con el propósito de observar si se
modificaron estos aspectos de la piña colada, después de ser sometida a las
variaciones antes mencionadas.
Por último, se centrifugaron nuevamente y se obtuvieron las velocidades de
descremado de las muestras, para luego compararlas y decidir cual era la más
estable, con lo cual se consiguió el principal objetivo, el cual fue retardar la
separación de fases de la emulsión el máximo tiempo posible.
Tabla 7. Velocidad de descremado de las muestras finales
BOT. LAVADAS BOT. ESTERILIZADAS
MUESTRA HOMOGEN. SIN HOMO. HOMOGEN. SIN HOMO.
1
2
La descripción de la metodología utilizada para el estudio del producto se
muestra a continuación:Identificación del tipo de emulsión
Elaboración de muestras con emulsionantes aleatorios
Seguimiento al comportamiento de separación por gravedad de las pruebas
realizadas durante 3 meses.
Selección de los 2 mejores agentes emulsores, según la altura de
separación obtenida.
Estandarización de un ensayo para modelar el comportamiento de
separación de fases
Verificación de la validez del modelo, al probarlo con muestras
de tiempo de sedimentación conocido
Preparación de las muestras mediante el diseño experimental
Inducción del envejecimiento acelerado por centrifugación,
hasta alcanzar la altura de 3 cm
CálculosVelocidad de sedimentación Predicción del primer día de
por gravedad separación
Análisis de resultados, para elegir l as dos ensayos con
mayor tiempo de estabilidad
Preparación de muestras con estas dos formulaciones, para ser sometidas con
mayor rigurosidad a los procesos de enva sado y homogeneización.
Análisis sensorial y microbiológico
Comparación de las repercusiones de estos procedimientos sobre la
separación de fases por medio del modelo
Elección de la prueba con mejor estabilidad y
características organolépticas y microbiológicas óptimas.
Figura 5. Diagrama de flujo del estudio del comportamiento de separación de
fases.4. RESULTADOS Y DISCUSION
ETAPA PREEXPERIMENTAL
4.1 Identificación del tipo de emulsión: La caracterización de la emulsión
mostró que era O/W.
4.2 Preparación y tiempo de separación de las muestras
Tabla 8. Tiempo en que las muestras alcanzaron 0.5 cm de separación
ADITIVO TEMP. ALMAC. t. SEPARACIÓN (días)
Ambiente 43
Sin aditivo Refrigeración 61
Ambiente 42
Acido benzoíco Refrigeración 60
Ambiente 51
Pectina rápida Refrigeración 63
Ambiente 55
Pectina lenta Refrigeración 63
Ambiente 62
Lecitina Refrigeración 73
Ambiente 58
Goma Tragacanto Refrigeración 69
Ambiente 52
Monoestearato de glicerina Refrigeración 61
Ambiente 44
Acido oleíco Refrigeración 59
Ambiente 38
Cambios en el procedimiento Refrigeración 49Figura 6. Muestras de la etapa preliminar.
4.3 Selección de los emulsores
Analizando los tiempos de sedimentación de los ensayos preliminares
mostrados en la Tabla 8, se eligieron las muestras preparadas con los dos
mejores agentes hidrofílicos, es decir, la lecitina y el tragacanto, y con el mejor
lipófilo que fue el monoestearato de glicerina.
4.4 Estandarización del ensayo para modelar el comportamiento de
separación de fases.
Este procedimiento se realizó con el ensayo preparado el 6 de agosto y que fue
almacenado a temperatura de refrigeración, pues presentó menor velocidad de
sedimentación entre las dos muestras de formulación tradicional. Durante el
almacenamiento de este ensayo, se observó el siguiente comportamiento de
separación:ALTURA DE LA FASE SUPERIOR
12
10
)mc(
8
ARUTLA
6
4
2
TIEMPO
0 (Días)
0 20 40 60 80 100 120 140 160
FIGURA 7. Velocidad de sedimentación de la muestra preparada el 6 de
Agosto.
La velocidad de separación de fases del producto, en la cual alcanzó 0.5 cm,
fue:
0.5cm
V = = 9.48 * 10−8 cm
s
61días
Con este valor, se sometió esta misma prueba a centrifugación para encontrar
un V que cumpliera con la ecuación [10],
c
900 *9.81
V = Vc *
π2 *53002 *0.235
donde:
Número de revoluciones por minuto = 5300 rpm
Distancia de la muestra al centro de rotación = 0.235 m
Aceleración de la gravedad = 9.81 m/sReemplazando y simplificando se tiene:
900 * 9.81
9.48 * 10−8 cm = V *
s c π2 * 53002 * 0.235
9.48 *10−8 cm
V = C = s = 6.996 *10−4 cm
c θ 1.355 * 10−4 s
C
Conociendo el valor al que se debía llegar, se efectuaron las centrifugaciones
las veces necesarias, hasta encontrar la altura y el tiempo que cumplieron con
la igualdad , en el siguiente orden:
Tabla 9. Centrifugaciones realizadas en la estandarización
C (cm) θ (min) θ (s) V (cm/s)
C C CE
1.0 30 1800 5.555*10-4
2.3 60 3600 6.388*10-4
3.9 90 5400 7.222*10-4
2.5 65 3900 6.410*10-4
2.9 70 4200 6.904*10-4
3.1 75 4500 7.111*10-4
3.4 80 4800 7.083*10-4
2.9 71 4260 6.808*10-4
3.0 72 4320 6.944**10-4
3.0 73 4380 6.849*10-4
3.1 74 4440 6.982*10-4
Como se observa, el valor más aproximado al teórico es el de 3 cm en 72 min,
ya que cumple la relación, pues 6.944*10-4 cm/s ≈ 6.996*10-4 cm/s. Por lo tanto3 cm es el altura que se utilizó para modelar la separación de fases de las
muestras. Al graficar los datos se obtiene:
ESTANDARIZACION
4.5
4
3.5
3 )mc(
2.5
ARUTLA
2
1.5
1
0.5 TIEMPO
0 (min)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
FIGURA 8. Centrifugaciones de la estandarización
4.5 Verificación de la validez del modelo
Utilizando las muestras almacenadas reportadas en la Tabla 8 ( 17 en total,
pues se usó una para la estandarización), se procedió a verificar la validez del
modelo, sometiéndolas a centrifugación hasta alcanzar los 3 cm de separación
y corroborando la concordancia del modelo entre los tiempos de sedimentación
reales y los de centrifugación respectivamente.
Se ilustrará el procedimiento para obtener el tiempo en que se alcanza el
primer día de separación (0.5 cm), para la muestra sin aditivos. Los demás
cálculos se realizaron de igual forma y se encuentran consignados en la
Tabla 10 :
3 cm
V = = 5.555 * 10−2 cm
c 54 min minE 900 * 9.81
V = = Vc * = 5.555 * 10−2 * 1.355 * 10−4 = 7.527 * 10−6 cm
θ π2 * 53002 * 0.235 min
E
despejando θ :
E
E 0.5 cm
θ = = = 66427.528 min = 46.13 días
E V 7.527 * 10−6 cm
min
TABLA 10. Datos obtenidos con la estandarización para las muestras
ADITIVO T. t. Real θθθθ t. mod % Error
C
(días) (min) (días)
Alm.
Amb. 43 54 46.13 7.28
Sin aditivo
Amb. 42 51 43.56 3.71
Acido benzoíco Refrig. 60 66 56.38 6.03
Amb. 51 62 52.96 3.84
Pectina rápida Refrig. 63 77 65.77 4.40
Amb. 55 75 64.06 16.47
Pectina lenta Refrig. 63 76 64.92 3.05
Amb. 62 78 66.62 7.94
Lecitina Refrig. 73 82 70.04 4.06
Goma Amb. 58 74 63.21 8.98
Tragacanto Refrig. 69 82 70.04 1.51
Monoestearato Amb. 52 65 55.52 6.77
de glicerina Refrig. 61 77 65.77 7.82
Amb. 44 48 41.00 6.82
Acido oleíco Refrig. 59 72 61.50 4.24
Cambios en el Amb. 38 50 42.71 12.39
procedimiento Refrig. 49 62 52.96 8.08En el análisis de los porcentajes de error se tomaron en cuenta los datos
de los emulsionantes a utilizar, es decir la lecitina, el tragacanto y el
monoestearato. Al promediar se obtuvo que X = 6.18%, y la desviación
estándar fue S = 2.83%. Según la Fábrica de Licores del Tolima, el tiempo
usual de rotación en el mercado de la piña colada “La Sombrerera” es de
alrededor 3 meses; Sin embargo, se han registrado devoluciones de producto,
que pueden comenzar a presentarse en un período desde un mes y medio en
adelante. Por otro lado, teniendo en cuenta la desviación, la empresa consideró
que el error en la predicción no era muy significativo, pues estimó que el ajuste
de los datos era bastante bueno, por lo que aprobó el modelo.
4.6 Preparación de las muestras.
Utilizando el método del equilibrio hidrófilo-lipófilo se seleccionaron los valores
de HLB de los sistemas emulsionantes utilizados para preparar el conjunto de
muestras y hacerles seguimiento. Estos valores oscilaron en un HLB entre 8 y
12. La empresa Fábrica de Licores del Tolima consideró que esta información
es de carácter confidencial; por esta razón no se declaran en este documento.
El diseño mediante el que se elaboraron las pruebas fue el siguiente:
Tabla 11. Diseño experimental
PROCEDIMIENTO 1 PROCEDIMIENTO 2
ADITIVOS FORM 1 FORM 2 FORM 1 FORM 2
T1 T2 T1 T2 T1 T2 T1 T2
LEC(%) + MONOES(%) P.1 P.1 P.1 P.1 P.1 P.1 P.1 P.1
LEC(%) + MONOES(%) P.2 P.2 P.2 P.2 P.2 P.2 P.2 P.2
G.TR(%)+ MONOES(%) P.1 P.1 P.1 P.1 P.1 P.1 P.1 P.1
G.TR(%)+ MONOES(%) P.2 P.2 P.2 P.2 P.2 P.2 P.2 P.2En este caso P es la proporción en la que se agregaron los emulsionantes a
las muestras.
A todas las ensayos realizados, se les registró el valor de pH y viscosidad antes
del almacenamiento. En general, los valores fluctuaron de la siguiente forma:
Tabla 12. Rango de valores de µµµµ y pH para todas las muestras
MEDIDA pH Viscosidad (cp)
RANGO 6.35 - 6.84 700 - 1500
Los datos para cada una de las pruebas se encuentran consignados en la Tabla
20 en el Anexo A. El almacenamiento de la muestras se realizó así:
FIGURA 9. Muestras almacenadas a las 2 temperaturas.4.7 Muestra de cálculo
Para todas las pruebas realizadas, se efectuó el mismo procedimiento para
obtener los valores que permitieron elegir la muestra con mayor estabilidad. A
continuación se ilustra un ejemplo de cómo se obtuvieron los datos:
A la prueba realizada el 24 de enero de 2003, con las condiciones siguientes:
procedimiento 1, formulación 1 y temperatura 1, en la proporción 1 de lecitina
más monoestearato de glicerina, se le registró un tiempo de centrifugación de
92 minutos (ver Tabla 21), con el cual se predijo el primer día de separación así:
3 cm
V = = 3.261*10−2 cm
c 92min min
900*9.81
V = Vc * = 3.261*10−2 *1.355*10−4 = 4.418*10−6 cm
π2 *53002 *0.235 min
conociendo este dato, el cual se supone debe ser aproximadamente la
velocidad real de sedimentación (ver Tabla 22), entonces se predijo
directamente el primer día de separación, despejando el tiempo real de la
ecuación [8]:
E 0.5cm
θ = = =113173.382min = 78.59 días
E V 4.418*10−6 cm
min
De esta manera se realizaron las predicciones de θ (ver Tabla 23), para las
E
muestras restantes. Todos los resultados de este ítem se encuentran
consignados en el Anexo A.4.8 Elección de las dos muestras con mayor tiempo de estabilidad.
Según los resultados obtenidos en los que se pronostica el primer día de
separación (Tabla 23), para las muestras del diseño experimental por el modelo
estandarizado, se encuentra que las pruebas con mayor estabilidad presentan
las siguientes características:
Tabla 13. Proceso de selección de los agentes emulsionantes
EMULSIONANTES θθθθ (días) PROP. FORM. PROC. TEMP.
E
LEC(%)+MONOES(%) 128.12 2 1 1 2
LEC(%)+MONOES(%) 145.22 2 1 2 2
Al observar las tablas de resultados, es bastante evidente que la temperatura es
un factor decisivo en la estabilidad de la emulsión, pues la refrigeración es un
proceso que claramente retarda el proceso de separación de fases, sin
embargo, debido a que durante el tiempo de rotación del producto, el
almacenamiento no se lleva a bajas temperaturas, estas muestras serán
tenidas en cuenta en las recomendaciones, pero no serán las elegidas para
continuar con los procesos de transformación y mejoramiento de la calidad,
porque no presentan las condiciones a las cuales se comercializa.
Por ello se elegirán las combinaciones que tengan menor velocidad de
separación de fase a temperatura ambiente, las cuales son:
Tabla 14. Elección de los mejores emulsionantes a temperatura ambiente
EMULSIONANTES θθθθ (días) PROP. FORM. PROC. TEMP.
E
LEC(%)+MONOES(%) 123.88 2 1 2 1
G.TR(%)+MONOES(%) 111.04 1 1 2 1Se observa que para ambas pruebas, el procedimiento 2 y la formulación 1 son
factores que coinciden, sin embargo, el valor HLB 1 es mas conveniente en la
mezcla de tragacanto con el monostearato, mientras para la mezcla lecitina y
monoestearato resultó más eficaz el valor HLB 2. El tiempo de estabilidad de
las dos muestras mejoró con respecto al tiempo normal de sedimentación en el
orden siguiente:
Tabla 15. Aumento en el tiempo de estabilidad
Normal
Tipo de muestra %Lec + %Mon %G.tr+ %Mon
promedio
θθθθ sedimentación 60 123.88 111.04
% incremento - 106.45 85.09
Posteriormente, estas pruebas se sometieron a diversos procedimientos, los
cuales están referenciados en la Tabla 7.
4.9 Análisis microbiológico de las muestras seleccionadas.
Los requisitos generales y específicos de los licores, se encuentran detallados
en el Decreto 3192 de1983 y sus modificaciones parciales que son los decretos
761 de 1993, 2311 de 1996 y 365 de1994. Las especificaciones para la piña
colada están consignadas en el Artículo 16, el cual se presenta en el Anexo B.
El estudio bacteriológico de las pruebas fue efectuado en el Laboratorio de
Bromatología del Hospital Federico Lleras de Ibagué el 31 de Marzo de 2003,
para todos los procedimientos posteriores, la muestra 1 corresponde a la
combinación de lecitina y monoestearato, y la 2 a la de la goma tragacanto con
el mismo. Esta prueba arrojó los siguientes resultados:Tabla 16. Análisis Microbiológico
ENVASADO Botellas lavadas Botellas esterilizadas
MUESTRA 1 2 1 2
Fecha Preparación 25 Marzo 27 Febrero 5 Marzo 28 Febrero
u.f.c Microorg. Mesófilos/ml 56 1470 70 58
u.f.c Coliformes / ml <10 <10 <10 <10
u.f.c Estafilococo Coagulasa
<100 <100 <100 <100
positiva/ml
u.f.c Mohos y Levaduras/ ml <10 <10 <10 <10
Salmonella s.p./25 ml Negativo Negativo Negativo Negativo
Se nota que las pruebas envasadas en las botellas sometidas a la
esterilización, presentan menor cantidad de microorganismos mesófilos que la
piña colada almacenada en las botellas que fueron únicamente lavadas.
4.10 Análisis organoléptico de las muestras.
El instrumento sensorial mediante el cual se llevó a cabo la evaluación del
producto para las dos formulaciones se encuentra en el Anexo C.
El panel de catación fue realizado el 11 de Abril, y en él participaron 10
personas que emitieron su concepto de los productos de la Tabla 14,
calificándolos de la siguiente forma, según la Tabla 17:Tabla 17. Resultados del análisis sensorial.
FACTOR
AUS. DE AROMA Y
DE COLOR CONSIST. TOTAL
DEFECT. SABOR
CALIDAD
MUESTRA 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
EVALUADOR H S H S H S H S H S H S H S H S H S H S
1 3 4 4 3 4 4 4 4 8 7 7 8 4 4 3 3 19 19 18 18
2 4 3 3 3 4 4 4 4 8 6 7 7 4 4 4 3 20 17 18 17
3 4 4 3 3 4 3 4 4 6 7 8 6 4 4 4 3 18 18 19 16
4 4 3 4 3 4 4 4 4 8 7 8 6 4 3 4 4 20 17 20 17
5 4 3 4 3 4 4 3 4 7 7 8 7 4 4 4 3 19 15 19 17
6 4 3 4 3 4 4 4 4 8 7 6 7 4 3 4 4 20 17 18 18
7 4 4 3 3 4 4 4 4 7 6 6 7 4 3 3 4 19 17 16 18
8 4 3 3 3 4 4 4 4 8 7 8 8 4 4 4 4 20 18 19 19
9 4 4 3 3 4 4 4 4 8 7 8 6 3 4 4 3 19 19 19 16
10 3 3 3 3 4 4 4 4 7 7 8 6 4 3 4 3 18 17 19 16
TOTAL 19.2 17.4 18.5 17.2
Donde:
H: producto homogeneizado.
S: producto sin homogeneizar.
Según la Fábrica de licores del Tolima, la calidad del producto se clasifica así:
18-20 Óptima
17-18 Muy Buena
16-17 Buena
14-16 Regular
< 14 MalaCon los datos obtenidos y según la escala, se nota que la aceptabilidad de
todos los ensayos está en un rango bastante alto de acuerdo a los estándares
de la empresa.
Entre las observaciones generales realizadas, se encontró que las personas
opinaron que el producto elaborado con la combinación de tragacanto y
monoestearato presentaba algunos sólidos insolubles de tamaño muy pequeño,
lo cual podría ser debido a la calidad de los emulsionantes utilizados. Por otro
lado, la piña colada a veces puede presentar partículas negras que tal vez
provengan de las materias primas con las que se elabora, entre las cuales
pueden estar el azúcar o el CMC. Todos estos defectos se eliminaron con la
homogeneización, pues como es evidente en los resultados, las muestras
sometidas a esta práctica tuvieron mayor aceptabilidad entre los evaluadores.
Con los datos obtenidos en el panel de catación, resulta obvio que la mejor
muestra es la de lecitina con monoestearato homogeneizada, pero se elegirá
para el perfeccionamiento del producto, la que no fue sometida al paso por el
homogeneizador, pues éste procedimiento no está implementado en la
empresa.
4.11 Obtención de la velocidad de sedimentación de las muestras
finales.
Con el mismo procedimiento del numeral 3.6, se efectuó el análisis de los
ensayos finales, el cual arrojó la siguiente información:Tabla 18. elocidad de descremado de las muestras finales 106 (cm/s)
BOT. LAVADAS BOT. ESTERILIZADAS
MUESTRA HOMOGEN. SIN HOMO. HOMOGEN. SIN HOMO.
1 1.937 2.883 1.883 2.783
2 2.169 3.067 2.020 2.976
Tabla 19. Predicción del primer día de separación (días)
BOT. LAVADAS BOT. ESTERILIZADAS
MUESTRA HOMOGEN. SIN HOMO. HOMOGEN. SIN HOMO.
1 179.25 120.43 184.33 124.76
2 160.12 113.22 171.87 116.66
En estos datos se puede observar claramente que la muestra que presenta
mayor tiempo de estabilidad es la número 1, que es la combinación de lecitina
con monoestearato, con las características de la Tabla 14. Esta muestra fue
sometida a los procedimientos de transformación y mejoramiento de las
condiciones de elaboración, homogeneización y asepsia, y en todos estos
aspectos, probó ser la mejor, por lo cual sería la más recomendable en el
momento de implementar una optimización en la obtención del producto al
contemplar la viabilidad de suministrarlo continuamente. Puesto que el objetivo
era aumentar la vida útil con las condiciones que se utilizan en la empresa, el
ensayo sin homogeneizar y con botellas lavadas, será el que se utilice para
continuar produciendo la piña colada en la Fábrica de Licores del Tolima.5. CONCLUSIONES.
• Se demostró la eficacia del uso de emulsionantes en el producto, pues el
tiempo en que se presentaba la separación de fases, se retardó en una
proporción considerable con cualquiera de las dos combinaciones de
emulsionantes, lo cual le permite a la empresa analizar la posibilidad de
suministrar la piña colada de manera continua en el mercado.
• La estabilidad del producto con respecto a la temperatura, es de gran
importancia, puesto que al momento de comercializarlo, debe estar
almacenado durante diferentes períodos de tiempo, por lo que puede estar
expuesto a temperaturas relativamente altas o bajas que contribuyan al
proceso de descremado. Según el estudio aquí realizado, la temperatura de
refrigeración es la más conveniente para el proceso de conservación del
producto.
• El modelo de predicción de la separación, arrojó un valor bajo de desviación
que la empresa consideró de poca relevancia, por lo que fue aprobado y
utilizado satisfactoriamente en las muestras.
• El método de la adición alternada del agente emulsionante, mostró ser de
mayor efectividad para las dos combinaciones de estabilizadores. Por otro
lado, se notó que el método del agente en agua, dió como resultado
dispersiones mucho más groseras en comparación, ya que al observarse
aparentemente presentaban una gama amplia de tamaños de partícula, el
cual es un factor que generalmente contribuye a la inestabilidad de las
emulsiones.• La combinación de lecitina con el monoestearato fue el mejor emulsionante
para proveer estabilidad, pues en general dio menores velocidades de
sedimentación para cada uno de los factores probados en este estudio.
• El aumento del tiempo de vida de anaquel, respecto a los valores del
tiempo de separación normal (Tabla 8),se puede representar de la siguiente
forma para las dos muestras elegidas (Tabla 14):
ESTABILIDAD COMPARADA
140
ED
120
ADIV
100 LEUQANA
80 T1 ED
60 T2 OPMEIT
40
20
0
NORMAL LEC+MON TRAG+MON
MUESTRA
Figura 10. Estabilidad comparada
En la gráfica se observa que el incremento para la combinación de lecitina con
monoestearato es de alrededor de 80 días, mientras que en la mezcla del
tragacanto con el monoestearato es del orden de 68 días, por lo que se hace
evidente que los cambios realizados a todo el proceso de obtención de la piña
colada, fueron beneficiosos para retardar la separación de fases
• La agitación utilizada en la Fábrica de Licores del Tolima no brinda la
eficacia necesaria para lograr una emulsión realmente homogénea. Al
someter a las muestras al proceso de pasar por un orificio pequeño a altapresión en el homogeneizador, se observa que en la predicción del tiempo
de sedimentación del producto, este es un factor de bastante trascendencia
en la separación, pues la producción de emulsiones por técnicas ordinarias,
dan como resultado gotitas de la fase dispersa que tienen una distribución
de diámetros, lo cual no es conveniente, pues lo ideal es conseguir una
gama por lo menos estrecha de tamaño de gota.
• La homogeneización brinda aún menor velocidad de separación mejorando
la vida útil del producto en 119 días, lo cual sería el ideal para aumentar la
rotación del producto.
• La viscosidad de las muestras osciló, como era de esperarse según la
cantidad y el tipo de emulsionante adicionado. Las dos pruebas finales
presentaron una viscosidad relativamente mayor con respecto al producto
preparado regularmente.
• El pH de las muestras, no mostró ningún tipo de patrón de comportamiento
característico con respecto a los cambios realizados.
• El modelo de separación de fases, es una herramienta útil, que la empresa
puede continuar utilizando para optimizar el proceso entero de obtención
de la piña colada, hasta llegar a un punto mayor que el que se logró en esta
investigación.
• La centrifugación probó ser un método eficaz par lograr una sedimentación
acelerada de la emulsión y una manera acertada para predecir la separación
de fases.6. RECOMENDACIONES
• Debido a que la estabilidad de la emulsión es variable en función de los
emulsionantes utilizados, pues a determinado valor de HLB, cada par de
agentes pueden originar distinto grado de equilibrio, se sugiere evaluar
otras series de emulsiones preparadas a partir de otras clases u otras
concentraciones de emulsionantes a los usados en este trabajo. Entre ellos
se aconseja la yema de huevo que contiene: lecitina la cual es su mayor
componente tensoactivo, y es un buen agente O/W y el colesterol que por
el contrario contribuye a la formación de emulsiones W/O, por lo que podría
ser una opción viable para realizar una experimentación.
• Sería conveniente implementar un sistema de filtración para eliminar
cualquier tipo de impureza o sólido que pueda afectar las características
sensoriales del producto.
• Es necesario mejorar las condiciones de asepsia del producto, pues debido
a que es un alimento y a que la ley lo exige, los envases deben ser lo más
higiénicos posibles, por lo cual se recomienda establecer el proceso de
esterilización de las botellas en las que se almacenará la piña colada.
• El homogeneizador sería una adquisición de doble utilidad para el proceso,
pues además del beneficio obvio en cuanto a la separación y textura del
producto, viene provisto de un filtro que eliminaría una de las variables a
mejorar en la elaboración.
• La dureza del agua es un factor a analizar cuando se seleccionan
emulsionantes, pues en algunos casos en los que el agua no ha sidosuavizada, como la que se utiliza en la Fábrica de Licores del Tolima para la
elaboración de la piña colada, algunos de estos agentes pueden formar
precipitados y también pueden cambiar su aplicabilidad a la emulsión.
• Podría probarse realizar ensayos con otra diversidad de materias primas,
como podría ser utilizar leche con menos contenido de grasa, o agua
hervida entre otras.
• Debido al efecto de la temperatura, sería viable indicar en la etiqueta que el
producto debe ser almacenado a temperatura de refrigeración para lograr
una mayor preservación del producto durante el almacenamiento.7. BIBLIOGRAFÍA
1. http://www.uvg.edu.gt/~instinv/CECTA.htm
2. Becher, Paul.;1972. EMULSIONES, teoría y práctica
3. http://www.csi.es/asociaciones/api/libro/alimentos.htm
4. http://www.amazon.com/exec/obidos/redrect-home/
vecomscientifics.htm
5. O.R, Fennema. 1985. Introducción a la ciencia de los alimentos.
Tomo 2.
6. http://www.redquimica.pquim.UNAM.mx/portal/seinet.htm
7. F.A Henglein; Compendio de tecnología química. 5ª edición.
8. http: //www cibertol.com/ubicación.shtmlANEXO 1. TABLAS DE RESULTADOS
Tabla 20. VISCOSIDAD Y PH DE LAS MUESTRAS ANTES DEL ALMACENAMIENTO
PROCEDIMIENTO
1 2
FORMULACIÓN 1 2 1 2
VISCOSIDAD (cp) µµµµ PH µµµµ pH µµµµ pH µµµµ pH
ó pH
PORCENTAJE 1 900 6.78 700 6.52 1000 6.66 850 6.72
( LEC+MONOEST )
PORCENTAJE 2 1200 6.56 800 6.54 1100 6.84 900 6.38
( LEC+MONOEST )
PORCENTAJE 1 1000 6.79 800 6.62 1500 6.68 600 6.35
( TRAG+ MONOE )
PORCENTAJE 2 1400 6.49 1100 6.76 1200 6.80 800 6.60
( TRAG+ MONOE )Tabla 21. TIEMPO DE CENTRIFUGACIÓN ( min )
PROCEDIMIENTO
1 2
FORMULACIÓN 1 2 1 2
TEMPERATURA 1 2 1 2 1 2 1 2
MUESTRA O M R M R M R M R M R M R M R M R
RÉPLICA
PORCENTAJE 1 92 90 115 117 85 84 100 100 103 105 123 123 98 99 118 120
( LEC+MONOEST )
PORCENTAJE 2 128 127 150 148 120 117 138 140 145 144 168 170 125 125 147 151
( LEC+MONOEST )
PORCENTAJE 1 116 115 135 136 119 122 142 139 129 130 143 141 124 126 142 140
( TRAG+ MONOE )
PORCENTAJE 2 86 86 108 107 80 82 98 96 90 91 105 107 91 88 110 109
( TRAG+ MONOE )Tabla 22. VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN POR GRAVEDAD * 10 6 ( cm/min )
PROCEDIMIENTO 1 2
FORMULACIÓN 1 2 1 2
TEMPERATURA 1 2 1 2 1 2 1 2
MUESTRA O M R M R M R M R M R M R M R M R
RÉPLICA
PORCENTAJE 1 4.418 4.517 3.535 3.474 4.782 4.839 4.065 4.065 3.947 3.871 3.348 3.348 4.148 4.106 3.445 3.388
( LEC+MONOEST )
PORCENTAJE 2 3.176 3.201 2.710 2.747 3.388 3.474 2.946 2.904 2.803 2.823 2.420 2.391 3.252 3.252 2.765 2.692
( LEC+MONOEST )
PORCENTAJE 1 3.504 3.534 3.011 2.989 3.416 3.332 2.863 2.924 3.151 3.127 2.842 2.883 3.278 3.226 2.863 2.904
( TRAG+MONOE )
PORCENTAJE 2 4.727 4.727 3.764 3.799 5.081 4.957 4.147 4.234 4.517 4.467 3.871 3.799 4.467 4.619 3.695 3.729
( TRAG+ MONOE )Tabla 23. PREDICCION DEL PRIMER DIA DE SEPARACION ( Días )
PROCEDIMIENTO
1 2
FORMULACIÓN 1 2 1 2
TEMPERATURA 1 2 1 2 1 2 1 2
MUESTRA O M R M R M R M R M R M R M R M R
RÉPLICA
78.59 76.87 98.22 99.95 72.61 71.75 85.42 85.42 87.97 89.70 103.71 103.71 83.71 84.56 100.79 102.49
PORCENTAJE 1
(LEC+MONOEST)
109.33 108.47 128.13 126.40 102.49 99.95 117.86 119.57 123.88 123.00 143.48 145.22 106.77 106.77 125.58 128.98
PORCENTAJE 2
(LEC+MONOEST)
99.09 98.25 115.32 116.17 101.65 104.21 121.28 118.75 110.19 111.04 122.18 120.43 105.93 107.63 121.28 119.57
PORCENTAJE 1
(TRAG+ MONOE)
73.46 73.46 92.24 91.40 68.33 70.05 83.73 82.01 76.87 77.73 89.70 91.40 77.73 75.17 93.97 93.11
PORCENTAJE 2
(TRAG+ MONOE)ANEXO 2
DECRETO 3192
Parágrafo 1. Para el caso de aperitivos no vínicos, como la piña colada y los
productos similares adicionados con leche, se aplican los requisitos
microbiológicos exigidos para el sabajón.
ARTICULO 16. Requisitos específicos del sabajón. Además de cumplir con
los establecido en el decreto 365 de 1994 y en el artículo 10 del presente
reglamento estará sujeto al los requisitos fisicoquímicos y microbiológicos
establecidos en las siguientes tablas.
TABLA. Requisitos fisicoquímicos del Sabajón.
LIMITES
REQUISITOS
Mínimo Máximo
Metanol, expresado en mg/dm3 de alcohol
1000
anhidro
Extracto seco, expresado en g/dm3 240
Cenizas expresado en g/dm3 4.5
Azúcares totales en g/dm3 150
Contenido de proteína expresado en g/dm3 17.5
Contenido de huevo expresado en g/dm3 25
Cobre expresado como Cu en mg/L 1
Hierro expresado como Fe en mg/L 8
Formol Negativo
Fosfatasa alcalina Negativo
Lecitina Positivo
Colesterol PositivoMICROORGANISMO LÍMITE
Recuento total de Microorganismos aeróbios 1000
Mesófilos, expresados en U.F.C/ml. máximo
Recuento de Mohos y Levaduras, expresados en 10
U.F.C/ml. máximo
Recuento de Staphylococcus Aureus Coagulasa 100
positiva expresados en U.F.C/ml. máximo
NMP de coliformes/ml <3
NMP de Coliformes fecales/ml <3
Detección de Salmonella /25 g AusenteANEXO 3
FABRICA DE LICORES DEL TOLIMA
ANALISIS SENSORIAL
CONTROL DE CALIDAD
CUESTIONARIO PARA EVALUAR LICORES
NOMBRE: ____________________________________ FECHA:___________
INSTRUCCIONES: Para cada una de las muestras suministradas coloque en
las casillas de la derecha, el puntaje de cada uno de los factores de calidad. Se
califica con el puntaje máximo el licor óptimo.
Puntaje MUESTRA
FACTOR DE CALIDAD
Máximo 1 2
Ausencia de defectos 4
Color 4
Aroma y sabor 8
Consistencia 4
Total 20
OBSERVACIONES: _______________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
NOTA: Enjuáguese la boca con agua y coma un pedazo de pan antes de
probar cada muestra a analizar.PUNTAJE DE LOS FACTORES DE CALIDAD DEL LICOR
Ausencia de defectos:
4 Sin partículas objecionales, escasos sólidos insolubles.
3 Con manchas o partículas que No afectan la apariencia, ni la
palatabilidad del licor y algo de sólidos insolubles.
0-2 Contiene sólidos insolubles finamente divididos, partículas negras ( más
de un 30% ).
Color
4 Uniforme, característico del licor.
3 Ligeramente amarillento, como si se hubiese utilizado materia prima de
mala calidad.
0-2 No característico de un licor de este tipo.
Sabor y Aroma
8 Característico, de buen balance dulce, alcohol muy agradable al paladar.
6 Ligeramente dulce o ligeramente insípido.
0-4 Deja sabor amargo al final, muy ardiente (demasiado alcohol). Sabores
no característicos como a aditivos o a metálico.
Consistencia
4 Homogéneo, ligera tendencia a separarse.
3 Muy clara o muy espesa.
0-2 Muestra coagulación, separación del líquido o sedimento.