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Interacciones coloidales en emulsiones

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by

Gerardo González

on 15 February 2013

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Transcript of Interacciones coloidales en emulsiones

INTERACCIONES
COLOIDALES EN
EMULSIONES INTERACCIONES COLOIDALES Y AGREGACIÓN DE GLÓBULOS
Las interacciones intermoleculares de van der Waals operan entre todos los diferentes tipos de moléculas en las fases dispersa y continua de emulsiones, lo que resulta en una red de interacción coloidal van der waals entre los glóbulos de emulsión. En última instancia, la interacción coloidal de van der waals es una consecuencia de la orientación, inducido, y dispersión para la interacción intermolecular de van der Waals. El reconocimiento de estas diferentes contribuciones es importante porque permite entender algunos de los factores fisicoquímicos que influyen en la fuerza de las interacciones coloidales de van der Waals entre los glóbulos de la emulsión, por ejemplo retardación, y la detección electrostática. INTERACCIÓN DE
VAN DER WAALS INTERACCIONES
ELECTROSTÁTICAS INTERACCIONES
ESTÉRICAS INTERACCIÓN POR
DEPLECIÓN INTERACCIONES
DE HIDRATACIÓN
Las emulsiones de alimentos contienen una variedad de entidades estructurales que tienen al menos una dimensión que está comprendida en el intervalo de tamaño coloidal, por ejemplo, la agregación molecular, micelas, glóbulos de emulsión, cristales de grasa, cristales de hielo, y las células de aire.
Las características de estas partículas coloidales, y sus interacciones con la otra, son responsables de muchas de las propiedades más importantes fisicoquímicas y organolépticas de emulsiones de alimentos.

La interacción entre un par de las partículas coloidales es el resultado de interacciones entre todas las moléculas dentro de ellas, así como aquellos en el medio que interviene. Por esta razón, muchas de las interacciones entre las partículas coloidales parecen a primera vista similares a las existentes entre moléculas, por ejemplo, Van der Walls, electrostáticos y estéricos.
Sin embargo, la característica de estas interacciones coloidales son a menudo diferentes de sus homólogos moléculas, a causa de las características adicionales que se presentan debido al tamaño relativamente grande de partículas coloidales y el número relativamente grande de diferentes tipos de moléculas implicadas. Las interacciones coloidales determinan si una emulsión se agregan los glóbulos o permanecen como entidades separadas, así como determinar las características de los agregados formados, por ejemplo, su tamaño, forma, porosidad, y deformabilidad. Muchas de las propiedades fisicoquímicas y organolépticas de emulsiones de alimentos se determina por el grado de agregación de los glóbulos y las características de los agregados. Por tanto, es extremadamente importante para los científicos de alimentos entender la relación entre las interacciones coloidales, agregación de los glóbulos y propiedades.

Las interacciones globales entre los glóbulos depende de la magnitud relativa y la amplitud de las interacciones atractivas y repulsivas. Un número de diferentes tipos de comportamientos pueden ser distinguidos dependiendo de la naturaleza de las interacciones implicadas. Interacciones atractivas dominan en todas las separaciones. Si las interacciones atractivas son mayores que las interacciones de repulsión en todas las separaciones, entonces las interacciones globales siempre son atractivas, lo que significa que los glóbulos tienden a agregarse.

Interacciones de repulsión dominan en todas las separaciones. Si las interacciones de repulsión son mayores que las interacciones atractivas en todas las separaciones, entonces la interacción general siempre es repulsivo, lo que significa que los glóbulos tienden a permanecer como entidades individuales. En particular, la importancia de el signo, magnitud, y la gama de las interacciones coloidales ha hecho evidente.

En primer lugar, hay un número de diferentes tipos de interacciones repulsivas, atractivas que contribuyen a una interacción potencial global, cada una con un signo diferente, magnitud y rango. En segundo lugar, emulsiones de alimentos contienen un gran número de glóbulos y otras partículas coloidales que tienen diferentes tamaños, formas y propiedades. En tercer lugar, el líquido que rodea los glóbulos puede ser composicionalmente complejo, que contiene varios tipos de iones y moléculas. Las interacciones glóbulo-glóbulo en emulsiones de alimentos reales están influidas por la presencia de glóbulos vecinos, así como por la naturaleza precisa del líquido circundante. 1. La interacción entre dos glóbulos de aceite (o entre dos glóbulos de agua) es siempre atractiva.
2. La fuerza de la interacción disminuye con la separación de glóbulos, y las interacciones de rango es bastante largo.
3. La interacción se vuelve más fuerte a medida que aumenta el tamaño del glóbulo.
4. La fuerza de la interacción depende de las propiedades físicas de los glóbulos y el líquido circundante.
5. La fuerza de la interacción depende de la composición y espesor de la capa de emulsionante adsorbida .
6. La fuerza de las interacciones disminuye a medida que la concentración del electrolito en una emulsión de aceite en agua aumenta a causa de blindaje electrostático. Los glóbulos de una emulsión en la mayoría de los alimentos tienen una carga eléctrica apreciable, y por lo tanto las interacciones electrostáticas pueden desempeñar un papel importante en la determinación de su estabilidad general y propiedades fisicoquímicas. La magnitud y el signo de esta carga dependerá del tipo de emulsionante usado para estabilizar la emulsión, la concentración del emulsionante en la interfase, y las condiciones ambientales prevalecientes (pH, temperatura y fuerza iónica). Todos los glóbulos en una emulsión generalmente se estabilizan por el mismo tipo de emulsionante y por lo tanto tienen la misma carga electrostática.La interacción electrostática entre glóbulos cargados de manera similar es repulsivo, y las interacciones electrostáticas juegan un papel importante en la prevención de los glóbulos de estar lo suficientemente cercanos para agregarse.

1. Las interacciones electrostáticas tal vez sean atractivas o repulsivas dependiendo del signo de las cargas de los glóbulos. La interacción es repulsiva cuando los glóbulos tienen cargas similares (que suele ser el caso), pero es atractivo cuando tienen cargas opuestas.
2. La fuerza de las interacciones decrece con la separación de los glóbulos, y puede ser largo o corto alcance en función de la fuerza iónica y la constante dieléctrica de la solución de electrolito que rodea los glóbulos.
3. La fuerza de las interacciones es proporcional al tamaño de los glóbulos de la emulsión.
4. La fuerza de las interacciones depende de las características eléctricas de las superficies de el glóbulo, es decir, el número de moléculas de emulsionantes adsorbidos por unidad de superficie y el número de grupos ionizados por molécula emulsionante.
5. La interacción se vuelve más difícil de predecir cuando la regulación de carga se produce (debido a la asociación-disociación de grupos ionizables o adsorción-desorción de emulsionante iónico), especialmente en las separaciones de glóbulos. Los glóbulos en emulsiones de la mayoría de los alimentos están recubiertos por una fina capa de moléculas de emulsionantes, tales como agentes tensioactivos, fosfolípidos, proteínas o polisacáridos. Cuando dos glóbulos se aproximan entre sí lo suficientemente cerca, entonces sus capas emulsionantes comienzan a solaparse e interactúan unos con otros. Interacciones estéricas son el resultado de la mezcla y / o compresión de las capas interfaciales. 1.Las interacciones estéricas son siempre fuertemente repulsiva a separaciones cortas, pero puede ser atractiva o repulsiva en separaciones intermedias, dependiendo de la calidad del disolvente.
2. La gama de interacciones estéricas aumenta con el espesor de la capa adsorbida.
3. La fuerza de las interacciones estéricas aumenta con el tamaño del glóbulo.
4. La fuerza de las interacciones estéricas depende de precisas características moleculares de la capa interfacial, por ejemplo, el embalaje, la flexibilidad, la reología, las interacciones moleculares. La emulsión de muchos alimentos contienen pequeñas partículas coloidales que se dispersan en la fase continua que rodea el glóbulo. Estas partículas coloidales puede ser micelas de tensioactivo que se forman cuando la concentración de tensioactivo libre excede un valor crítico, las moléculas individuales de polímero o polímeros agregados. La presencia de estas partículas coloidales provoca una interacción atractiva entre glóbulos que es a menudo suficientemente grande para promover la inestabilidad de la emulsión. El origen de esta interacción es la exclusión de partículas coloidales a partir de una región estrecha que rodea cada glóbulo. Esta región se extiende una distancia aproximadamente igual al radio de una partícula coloidal lejos de la superficie de la gota. La concentración de partículas coloidales en esta zona de deplecion es efectivamente cero, mientras que es finito en la fase continua circundante.
1. La fuerza máxima de interacción por depleción incrementa el tamaño de las glóbulos de la emulsión.
2. La resistencia máxima de la interacción por depleción aumenta a medida que la concentración de partículas coloidales no adsorbentes incrementa en la fase continua.
3. La resistencia máxima de la interacción o bien puede aumentar o disminuir con el peso molecular creciente de las párticulas coloidales no adsorbentes en función de su relación de volumen.
4. El rango de la interacción por depleción aumenta a medida que el radio de las partículas coloidales aumenta. Las interacciones hidrofóbicas se cree que juegan un papel importante en la determinación de la estabilidad y las propiedades fisicoquímicas de un gran número de emulsiones de alimentos.
Por ejemplo, se ha propuesto que este mecanismo es responsable de promover la floculación de glóbulos en emulsiones tratadas térmicamente estabilizadas por proteínas globulares.
Las interacciones hidrófobas son importantes cuando las superficies del glóbulo tienen algún carácter no polar, ya sea porque no están completamente cubiertos por emulsionante. INTERACCIONES
HIDROFÓBICAS Así, las interacciones hidrófobas entre los glóbulos de la emulsión debe ser más importante a temperaturas más altas. Debido a que la fuerza de las interacciones hidrófobas depende de la magnitud de la tensión interfacial, cualquier cambio en las propiedades del disolvente que aumente la tensión interfacial, se aumenta la atracción hidrófoba o viceversa. Las interacciones de hidratación surgen de la estructuración de moléculas de agua alrededor de y grupos iónicos (en contraste con las interacciones hidrofóbicas que surgen de estructuración del agua alrededor de los grupos no polares). La mayoría de los emulsionantes alimentarios, naturalmente, tienen grupos dipolares o iónicos que son hidratado (-OH,-COO ¯,-NH3 ), y por lo tanto también son capaces de unirse a iones hidratados. Como dos globulos se aproximan uno al otro los enlaces entre los grupos polares y las moléculas de agua en su proximidad inmediata debe ser interrumpida, lo que resulta en una interacción repulsiva. La magnitud y el alcance de la interacción de hidratación dependera del número y la fuerza de los enlaces formados entre los grupos polares y las moléculas de agua: mayor será el grado de hidratación,más repulsivo y alcance de interacción.
A concentraciones altas de electrolitos, es posible que los grupos iónicos superficiales se unan específicamente iones hidratados a sus superficies. Algunos de estos iones tienen grandes cantidades de agua asociados con ellos y por lo tanto pueden proporcionar fuertes interacciones repulsivas de hidratación.
Como regla general, la capacidad de adsorción de los iones de agua puede ser descrita por la serie liotrópica: I ¯> Br ¯> Cl ¯> F ¯ para iones monovalentes y K > Na > Li para cationes monovalentes (en orden decreciente de capacidad de adsorción).
Las interacciones de hidratacion suelen ser lo suficientemente fuerte como para evitar que los globulos se agreguen. Por lo tanto, emulsiones aceite en agua deben contener electrolitos suficientes para provocar la floculación de globulos a través del blindaje electrostático para ser estables debido a la unión específica de iones. Este efecto depende del pH de la fase acuosa debido a que los electrolitos tienen que competir con iones H+ o OH- en el agua. Características generales de las interacciones de hidratación Característica general de las
interacciones por depleción Los glóbulos de la emulsión pueden ser considerados para ser rodeados por las nubes de contra iones, cuyo espesor está determinado por la distancia que tiene que ser movido en una solución de electrolitos antes de que la carga de los contra iones completamente neutraliza cargue sobre la superficie de el glóbulo. Característica general de
las interacciones electrostáticas. Interacciones estéricas entre glóbulos de la emulsión se puede dividir en contribuciones elásticas que implica la compresión de las capas de polímero y una contribución de mezcla que implica la interpenetración de las cadenas de polímero. Una interacción por depleción surge entre glóbulos de la emulsión cuando están rodeados de pequeños partículas coloidales no adsorbidas. Características generales de interacciones
de van der Waals. Características generales de las
interacciones estéricas
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