La ciencia de los aliños: las emulsiones.

Respondiendo a la petición solicitada y dada la gran acogida del repaso a la esferificación, hoy en el blog, toca hablar de emulsiones. Si tienes cualquier excusa para acompañar tus platos con mayonesa, te gusta hacer vinagretas para aliñar tus ensaladas o eres de los que no concibe una tostada sin mantequilla, éste es tu post. A través de conceptos químicos y físicos principalmente (añadiendo algún que otro concepto biológico, que para eso estamos aquí), repasaré todo aquello que permite que, con aceite, huevo y vinagre (o vinagre, aceite y especias varias) puedas crear una mayonesa (y/o vinagreta) rica, rica y con fundamento que diría Arguiñano. Si quieres saberlo…sigue leyendo!

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Las emulsiones son dispersiones de un líquido (agua, aceite o cualquier zumo o líquido diverso) denominado como fase dispersa o interna, en otro líquido (agua, vinagre o aceite) denominado fase continua o externa; en el caso de las espumas, se trataría de una emulsión dónde la fase dispersa es un gas, mientras que la fase continua es el líquido (zumo, aceite, concentrado, etc) del producto que dará nombre a la espuma. Desde el punto de vista químico, las emulsiones son dispersiones coloidales de dos líquidos no miscibles entre sí, dónde uno de ellos, el de la fase dispersa, queda fragmentado en minúsculas gotas que se ven rodeadas por el otro componente (fase continua) y todos ellos se fusionan, por medio de una agitación constante y por la presencia de un componente estabilizador. El hecho de que sean no miscibles entre sí, tiene que ver con dos conceptos físico-químicos: la polaridad y la densidad. El agua (o el vinagre), actúa como una molécula polar (las moléculas se unen entre sí o con otras moléculas, por diferencias presentes entre sus cargas eléctricas) mientras que el aceite es apolar (no presenta diferencia de cargas eléctricas ni entre sus moléculas ni con el agua), por lo tanto, el aceite al no presentar afinidad eléctrica con el agua, no se diluirá, manteniéndose “aislado” de la misma. Por otra parte, el aceite es menos denso que el agua (es decir, es más “ligero” con respecto al mismo volumen), lo que provoca que el aceite flote sobre el agua. Por ambas razones, al mezclar aceite y agua (por mucha agitación a la que se les someta), se observaran siempre dos capas totalmente diferenciadas: abajo, la capa de agua y arriba, la capa de aceite.

Densidad agua-aceite

¿Cómo se consigue entonces, una mezcla homogénea de estos compuestos tan inmiscibles? Pues, a través de la presencia de una agente emulgente o emulsionante,  molécula anfilílica o anfipática que consta de una cabeza polar o hidrofílica (con afinidad de unión por el agua) y una cola apolar, lipofílica o hidrofóbica (con afinidad de unión por el aceite). Estos emulsionantes, se disponen formando una capa en la interfase (zona de contacto directo con ambas fases), evitando la coalescencia (fusión de gotas de la fase dispersa y separación de las mismas, de la fase continua) y disminuyendo la tensión superficial entre las fases dispersa y continua (se minimiza la relación superficie/volumen, manteniendo la forma de las micelas o gotas), así como la diferencia de sus densidades (por la presencia de diferentes componentes en la fase continua y del emulgente en la interfaz).Emulsión doble

Según su composición y/o carga, los emulsionantes pueden ser:                                                                                                                                                     Tipos de emulsificadoresA) Monofuncionales monoméricos (un sólo grupo hidrófilo o lipófilo) o multifuncionales poliméricos (varios grupos hidrófilos o lipófilos).                                       B) Aniónicos/Catiónicos (con carga negativa o positiva respectivamente), no iónicos (cargas neutras) o anfotéricos (actuación como ácido o base).                  Además de esta clasificación, los emulgentes pueden clasificarse según el valor de su BHL o balance hidrófilo-lipófilo, que determina el grado de solubilidad del emulsionante con la fase dispersa y la fase continua; sus valores van desde el 0 al 20, variando según sus diferencias químico-estructurales. Este valor de BHL sigue la regla de Bancroft, que determina que: “La fase en la que un emulsionante es más soluble constituye la fase continua“. Según esta regla, será el tipo de emulgente/emulsionante el que realmente determine qué tipo de emulsión se realizará, en lugar de considerarlo en función de la cantidad de fases empleadas o el modo en el que se dispersa una en la otra. Así tendremos que:

– Valores de BHL inferiores a 7, indican que el emulsionante es óptimo para emulsiones de auga en aceite (más cantidad de grupos lipófilos).                       – Valores BHL superiores a 9, indican que el emulsionante es óptimo para emulsiones de aceite en agua (más cantidad de grupos hidrófilos).

Se considera un buen emulgente a aquel que tiene un valor BHL entre 7 y 9. Aunque no figuren en la tabla, la fosfatidilcolina (fosfolípidos presentes en la yema del huevo, al igual que en la membrana plasmática de las células) o la fosfatidiletanolamina también conocidos como lecitina (E322) es uno de los BHL emulgenteprincipales emulgentes empleados en la elaboración de mayonesas y/o cremas holandesas, ambas emulsiones de aceite en agua, por lo que por su carácter de emulsionante hidrófilico, su valor de BHL se encontrará por encima del 9. No obstante, es necesario indicar que, ante fases continuas con elevada cantidad de calcio y/o magnesio (ej: aguas calcáreas o productos lácteos de origen animal y vegetal), la fosfatidilcolina pierde su función como emulsionante hidrofílico. Otro buen emulgente/emulsionante de emulsiones de aceite en agua, es la caseína, proteína de la leche con carácter de emulsionante hidrofílico, por presentar en su estructura una mayor cantidad de grupos lipófilos o hidrofóbicos. Para las mantequillas por ejemplo, al tratarse de una emulsión de agua en aceite, el emulsionante más empleado será aquel con carácter lipófilico, cuyo valor de BHL se encuentre por debajo de 7.

Tipos de emulsiones

Aunque el emulgente/emulsionante es el principal protagonista en la estabilización de la emulsión, es necesario indicar que no es el único protagonista. Cuanto menor sea el tamaño de las micelas originadas (menor tamaño, cuanta mayor agitación se le someta, rango entre 100 nm y 100 micras), mayor sea la viscosidad de la fase continua (a más viscosidad, más dificultad para agregación de flóculos), menor sea la diferencia de las densidades (aplicación de la ley de Stokes) y volúmenes (a misma cantidad de emulsionante, si hay poca cantidad de fase dispersante con respecto a la cantidad de fase continua, se observará coalescencia) entre las fases, mayor será la estabilización en la emulsión (puede persistir, durante largos períodos de tiempo, sin presencia de coalescencia), afectando también a su textura (más estable, textura más de “crema”). Floculación y coalescenciaCuando se agita muy velozmente y bruscamente (si se ha añadido el aceite de una sola vez), se añade el aceite de golpe (una vez se ha empezado a agitar) o existe un cambio brusco de temperatura entre ambas fases (las altas temperaturas favorecen la floculación), la mayonesa se corta o experimenta lo que se conoce como floculación (las gotas de la fase dispersa se agregan por aproximación y colisión entre ellas). Para evitar esto, es necesario o bien, evitar subir y bajar la batidora hasta que no se hayan mezclado ambas fases o bien, añadir una pequeña cantidad de la mayonesa cortada (incluyendo el líquido de la fase continua) a un poco de aceite o una yema de huevo o agua hasta que emulsione de nuevo y posteriormente, sin dejar de batir, añadir la restante mayonesa cortada. Por su parte, en el caso de las vinagretas, para evitar su característica coalescencia (son emulsiones no estables) se requiere el uso de espesantes o estabilizadores para favorecer la estabilización.

No sólo observamos emulsiones en la mayonesa, la crema holandesa, la leche o las vinagretas. También el helado es una emulsión; en realidad, es una emulsión y una espuma a la vez. Las gotas de grasa, además de encontrarse rodeadas por una fase continua líquida, se encuentran a su vez formando una capa alrededor de burbujas de gas (formadas en la aireación producida durante la rotación propia de su elaboración), unidas a partículas de hielo, aportando en conjunto, la consistencia semisólida cremosa del helado. En este caso, el grado de cristalización de las gotas de grasa juega un papel muy importante en la estabilidad de esta forma especial de emulsión, junto con los emulgentes, quienes debido a la complejidad de sustancias presentes en este tipo de emulsión, se disponen en la interfase a modo de multicapa, uniéndose unos con otros y con las diversas fases.

Emulsión múltiple

También me gustaría nombrar a las emulsiones múltiples, agua-aceite-agua (W-O-W) o aceite-agua-aceite (O-W-O), en dónde se juega con combinaciones de emulgentes hidrófilos y lipófilos, con múltiples y muy destacables fines: encapsular diversos aromas, compuestos bioactivos, nutricionales (alimentos funcionales) o compuestos alimenticios sensibles al procesado o la digestión (control en su liberación), enmascarar sabores desagradables, modificar la percepción del gusto (modificando el grado en el que actúan las fases acuosas sobre las papilas gustativas, por su efecto sobre la palatabilidad) o propiciar la producción de alimentos con reducción de sal o más bajos en grasa (con el fin de reducir el porcentaje de aceite empleado en una emulsión aceite en agua).

Todo un mundo el de las emulsiones. Ya no sólo por el tema de las mayonesas o las espumas, sino por las múltiples opciones que pueden ofrecer.

– NOTA AL LECTOR –  A modo de curiosidad y sin que encaje en el esquema de la entrada, aquí os dejo la explicación sobre el color amarillo/blanquecino de la mayonesa y la mantequilla así como el blanco/azulado de la leche. Parece ser que el color de la emulsión, se debe fundamentalmente a las propiedades coloidales de fase dispersa que, por medio del efecto Tyndall, desvían los rayos de luz de su trayectoria hacia el ojo, originándose como resultado ese tipo de coloración. Si la emulsión es muy diluida (ej: leche desnatada), se dispersarán los rayos de luz de menor longitud de onda y la emulsión tendrá un color más tirando hacia el azul; si por el contrario, es una emulsión muy concentrada (ej: mantequilla o mayonesa), se dispersarán haces de luz de longitud de honda mayor y por eso, la emulsión se verá de color más amarillo. Si hablamos de microemulsiones o nanoemulsiones, éstas se verían translúcidas, por no haber dispersión, al no existir equivalencia entre los tamaños de las gotas de la fase dispersa y la longitud de onda de los haces de luz.

Espero que hayáis aprendido algo diferente. ¡Nos “leemos” en la próxima entrada!

Tatiana DC.

Fuentes

Serdaroğlu et al. “An Overview of Food Emulsions: Description, Classification and Recent Potential” Applications Turkish Journal of Agriculture – Food Science and Technology (2015)   ;   Jiménez-Colmenero, F. “Emulsiones múltiples; compuestos bioactivos y alimentos funcionales” Nutrición Hospitalaria (2013)  ;   Kosegarten-Conde, C. E.  et. al. “Factores principales que intervienen en la estabilidad de una emulsión” Temas selectos de Ingeniería de Alimentos (2012)  ;   Castells,P. “El alioli llega a Harvard” Investigación y Ciencia nº 420 Septiembre (2011) ; Gaonkar, G et. al. “Emulsifying functionality of enzyme-modified milk proteins in O/W and mayonnaise-like emulsions” African Journal of Food Science Vol 4 (2010) ; Raikos, V. “Effect of heat treatment on milk protein functionality at emulsion interfaces. A review” Food Hydrocolloids 24 (2010) ; Chiralt, A. “Food Emulsions” Food Ingeneering  vol. II  ;  Bello Gutiérrez, J. “Ciencia bromatológica. Principios generales de los alimentos” Ed. Díaz de Santos ; http://www.lamargaritaseagita.com/blog/2007/01/02/herramientas-de-la-nueva-cocina-xi-emulsiones-recuperado/                                       http://en.wikipedia.org/wiki/Emulsion                                                     http://www.ift.org/food-technology/past-issues/2013/august/columns/processing-1.aspx                     http://gastromolecular.wordpress.com/category/tecnicas/emulsificacion/ http://www.nzifst.org.nz/unitoperations/sizereduction2.htm   http://www.cocinoaconciencia.com/mayonesa/   http://ciencianet.com/mayonesa.html

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3 pensamientos en “La ciencia de los aliños: las emulsiones.

  1. Pingback: Historia y ciencia de la mayonesa. | Mayonesa

    • Hola Ángel,

      Muchísimas gracias por tus palabras y por tu visita a este pequeño espacio “intento-de-blog-de-divulgación”. Siento no haberte contestado antes, llevo una temporada que no consigo coordinar vida offline y online :((.

      Espero que no te defraude con las futuras entradas.

      Un saludo,
      TatianaDC

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