Macromoléculas (polisacáridos y proteínas) que tienen lapropiedad de absorber agua fácilmente, modifican su reología,aumentando la viscosidad del líquido
Espesantes o gelificantes ( soluciones coloidales de alta viscosidad)
Estabilizantes (baja concentración)
Retardar:◦ Cristalización de azucares◦ Cristalización del agua◦ Sedimentación gravitacional de partículas en suspensión◦ Floculación, coagulación o coalescencia de fracciones dispersas◦ Desagregación de agregados◦ Descremado◦ Pérdida de pequeñas moléculas o iones (liberación controlada de
colorantes, saborizantes)◦ Sinéresis en geles◦ Formación de películas
2
3
Según las características de las cadenas, su longitud, sus ramificaciones, la forma en que se agrupan las ramificaciones y si tienen cargas eléctricas o no, los hidrocoloides pueden ser:
•Hidrocoloides solubles en frío:
Alginato, Goma Guar, Goma Arábiga, Goma Xantana, Konjac...
•Hidrocoloides solubles en caliente:
Agar, Carragenato, Goma Garrofín, Pectinas..
Agar
Gelatina
Carragenina
Pectina
Xantana
Alginato
CMC
Guar
Arabiga
Almidón
Gelatina
Carragenina
Pectina
Xantana
Alginato
CMC
Guar
otros
Distribución sin considerar al almidón
Semi
sintéticos
Origen
microbiano
Naturales
5
6
http://www.alfaeditores.com/revistasvirtuales/Main.php?MagID=22&MagNo=213
7
Primarias se generan en solución◦ Viscosidad/espesante◦ Gelificación
Secundarias◦ Retener humedad (Aw)◦ Reducción de sinéresis ◦ Estabilizante de emulsiones y espumas◦ Adhesión◦ Inhibidor de la cristalización◦ Dispersión de partículas◦ Clarificación◦ Reducción de absorción de aceite◦ Encapsulados ◦ Fibra dietética◦ Sustitutos de grasa
8
Funcionalidad
Y aplicaciones
Tamaño de
partícula
Solubilidad
Composición
química
9
10
FUNCIONALIDAD
Solubilidad
Viscosidad
Capacidad gelificante, emulsionante o estabilizante
Hidrocoloide Principal funciónAgar gelificante
Alginato gelificante
Arabiga emulsificante
Carragenina gelificante
CM celulosa espesante
HP celulosa espesante y emulsificante
Metil celulosa espesante, gelificante,emulsificante
Celulosa microcristalina espesante y gelificante
Gelatina gelificante
Guar espesante
Karaya espesante
algarrobo espesante
Pectina gelificante
almidón espesante y gelificante
Xantano espesante
12
Desarr
ollo d
ete
xtu
ra
Agente
lig
ante
Gelifi
cante
Form
a
película
s
hid
rofí
licas
Película
s
hid
rofó
bic
as
Espesante
Pla
sti
ficante
Em
uls
ific
ante
Encapsula
nte
Esta
biliz
ante
tu
rbid
ez
Aere
ante
Contr
ol d
e
cri
sta
lizació
n
Arábiga √ √ √ √ √ √ √ √
Tragacanto √ √ √ √ √ √ √ √
Karaya √ √ √ √ √
Ghatti √ √
Guar √ √ √ √ √
Algarrobo √ √ √ √ √
CarrageninaKappa
√ √
Carrageninalamba
√√ √
√
Carrageninaiota
√ √
Agar √ √
Xantana√ √ √
√√ √
√ √
13
Técnicas de dispersión
• Adición Directa: En el vórtex de agitación
• Pre-mezclado en Seco: Azucares Sales
• Dispersión en polialcoholes: en alcohol, glicerina,
sorbitol.
• Aplicación de calor/ agitación vigorosa
Solución verdadera
◦ Homogéneas forman una sola fase
◦ moléculas de bajo peso molecular <1nm
Solución coloidal
◦ Homogénea: fase dispersa y fase dispersante
◦ Polímeros y proteínas, 1-100 nm
◦ Soles, espumas, emulsiones
Dispersión gruesa
◦ Partículas > 100 nm, tienden a la sedimentación
14
Los iones de las sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando "recubiertos” o solvatados.
Partículas de soluto son de tamaño molecular (iones, moléculas pequeñas) indistinguibles
Soluciones transparentes/translucidas
Pasan a través de los filtros
No se separan ni depositan en el fondo
16
Partículas o micelassuspendidas visibles a simple vista
constituidas por agrupación de átomos o moléculas de elevado peso
No pasan a través de filtros
Tienden a separarse del disolvente
Sol: suspensión coloidal líquida
o sólida
Gel: estado semisólido por la
interacción de partículas
dispersas
Espuma: coloide constituido por
burbujas de gas suspendidas en
el seno del líquido
Aerosol: partículas suspendidas
en el aire u otro gas
Emulsión : dos líquidos
inmiscibles dispersos
17
18
19
20
Fase dispersante
Fase dispersa
En estado líquido forman un sol.
Sólido elástico aunque el medio dispérsame sea líquido constituyen un gel.
21
Fase dispersa Fase dispersante EjemploSólido Sólido Aleaciones, piedras preciosas
coloreadasSólido Líquido Suspensiones de almidónSólido Gas HumoLíquido Sólido Jaleas, quesoLíquido Líquido Emulsiones, mayonesaLíquido Gas Nubes, nieblaGas Sólido Lava, piedra pómezGas Líquido Espumas, crema batida
22
Micela carga
negativa
Contra-ionpositivo Superficie del coloide (negativa)
Capa Stern
Capa difusa
Ion-analogonegativo
Potencial Z
Potencial superficial
La densidad de carga es mayor cerca del hidrocoloide
El espesor de la doble capa depende del tipo y concentración de iones en la solución
Índice de la magnitud de interacción entre partículas coloidales, permite predecir la estabilidad de la dispersión coloidal
25
Estable
Estable
Inestable0 mV
+30 mV
- 30 mV
Potencial Z
Conjunto de propiedades Reológicas y de estructura (geométricas y de superficie) de un producto perceptibles por los mecano-receptores, los receptores táctiles y en ciertos casos, por los visuales y los auditivos".
Líquidos viscosidad
Geles deformación / ruptura
28
Reología: estudio del flujo y deformación de los materiales bajo la acción de una fuerza.
Fuerza: agente capaz de deformar un cuerpo (F)
Esfuerzo: fuerza/area (t)
Tensión: fuerza que se requiere para mantener todas las moléculas unidas
Deformación: consecuencia de la aplicación de una fuerza (alargamiento y compresión)
29
Resistencia al movimiento relativo de las molécula. Medida indirecta de la fuerza de fricción entre las capas del fluido y entre la superficie y el fluido
Poise (p) = 1g/cm-s (Cp centipoise)
fuerza tangencial requerida para mantener una velocidad de 1 cm/s de un fluido dentro de dos planos paralelos con un área de 1 cm2 y separados por una distancia de 1 cm.
30
La fuerza tangencial por unidad de área se define como esfuerzo cortante (t).
Al aplicar un esfuerzo cortante se presentará un diferencial en la velocidad (dv) que será menor conforme a la distancia del plano (dy) de aplicación del esfuerzo, o velocidad de corte (dv/dy)
t = h (dv/dy)
31
Esfuerzo cortante es proporcional a la viscosidad y velocidad de corten=coeficiente de viscosidad dinámica
Newtonianos◦ viscosidad independiente del esfuerzo al corte
No-Newtonianos◦ Flujo independiente del tiempoo Pseudoplásticos, la viscosidad disminuye al aumentar la
fuerza del corteo Dilatante: la viscosidad aumenta al aumentar la fuerza de
corte o velocidad de deformación◦ Flujo dependiente del tiempoo Tixotropico: la viscosidad disminuye con el tiempo y la
velocidad de deformación, pero cuando la deformación cesa, la viscosidad aumenta hasta llegar a su estado original.
o Reopexia: La viscosidad aumenta con el tiempo.
33
Newtoniano
Pseudoplástico
Dilatante
35
Fuerza de corte
visc
osid
ad
Moléculas con movimiento libre
36
Fuerza de corte
LS- MesetaNewtoniana
HS- MesetaNewtoniana
zona pseudoplástica
37
t
max ----------------min
Velocidad de giro del líquido (dv)
(dv/dr)
Distancia radial (dr)
Velocidad de corte
t = h (dv/dr)
Líquido newtoniano viscosidad absolutaLíquido no newtoniano viscosidad aparente(solo reproducible bajo las mismas condiciones)
Peso molecular, volumen concentración interacción inter-molécular medio ambiente
◦ pH◦ Temperatura◦ presencia de iones divalentes Ca2+
Viscosímetro rotacional Brookfield
Reómetro Cono-plato
Viscosímetro capilar
39
Absorben y retienen gran cantidad de agua
incrementan la viscosidad de sus soluciones
La viscosidad de polímeros aumenta con la concentración en el punto crítico C*
las moléculas pueden interaccionar
Xantano carboximetil celulosa Metil celulosa hidroxipropil celulosa Guar Algarrobo
Estado de dispersión formado por: ◦ una red ordenada de moléculas enlazadas en una
red tridimensional.◦ fase continua líquida atrapada dentro de la red◦ la firmeza del gel depende de: tipo y concentración del hidrocoloide sales pH Temperatura Sinéresis: compactación y pérdida de agua
Retrogradación: precipitación del gel.
Geles físicos formados por interacciones físicas (no
covalentes): puentes de hidrógeno, hidrofóbicas, puentes con cationes
divalentes
Geles químicos estabilizados por interacciones covalentes:
enlaces disulfuro.
Geles reversibles y no reversibles
Gelatina
agar
carragenina
pectina
gelana
MC y HPC
xantano
algarrobo Alginato
46
A hélices simples B1 hélices doblesC y D agregado y formación de retículos
49
Textura de geles producidos por varios hidrocoloides
50
Texturómetro (Fuerza de gel)
51
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 5 10 15 20 25 30tiempo
fue
rza
(N
)
70-90% compresión1a compresión retorno espera 2a compresión
52
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 5 10 15 20 25 30tiempo
fue
rza
(N
)
fracturabilidad
dureza
A3
A1
A2
1a compresión retorno espera 2a compresión
Cohesividad = A2
A1
Adhesividad = A3
Elasticidad =L2L1
FACTORES A CONSIDERAR PARA LA
FORMACIÓN DE GELES
53
Particulado (malla 40-80) ◦ Requieren mayor tiempo de hidratación no forman
grumos
Polvo fino (malla 120-200)◦ Hidratación rápida pero tienden a formar grumos
recomendable empleo de homogenizador 15,000 rpm y dilución
54
Solubles a temperatura ambiente (alginato)
Solubles solo al aplicar tratamiento térmico◦ Alta temperatura en presencia de ácido puede
ocasionar pérdida de funcionalidad
◦ Agar: disolución a 85°C y gelifica a 40°C
◦ Carragenina: disolución a 85°C y gelifica a baja temperatura (4°C/ 24h)
55
Calcio promueve la formación de geles ◦ Calidad del agua o adicionar secuestradores
◦ vigilar orden de adición, o sustituir CaCl2 por una sal menos soluble (tripolifosfatos)
Alginato
Carragenina
Pectina
Gelana
Sodio puede inhibir la funcionalidad de CMC
56
Concentración
Efecto en color , textura, apariencia y sabor
Opacidad◦ MCM, almidón nativo
Transparencia/brillo◦ Carragenina, alginatos, xantana
57
Mouthfeel Viscosidad Espesor Tersura Resistencia a la ruptura Mordida corta Mordida larga Gomosidad (deformable) Cohesión Pastoso Masticable Dureza
58
Combinación de hidrocoloides
Costo
Volumen
Efecto aditivo en viscosidad o resistencia del gel◦ Xantana con carragenina, guar y locus
◦ Konjac con carragenina y guar
59
Categoría hidrocoloide Otros ingredientes
Pura (98-100%) Una ----
Mezcla funcional o premezcla o estandarizada
Una sales/ azucares (10-15%)- facilitar disolución- mejorar funcionalidad- Textura especifica
Mezcla sinérgica Dos o tres50/50 xantana/guar75/25 guar/xantana75/27 xantana/guar
----
Mezcla de aplicación mezclas para aplicaciones
específicas
Dos o más Sales, azucares, mono y diacilglicéridos u otros
60