B. SISTEMAS POLIDISPERSOS.

1. TIPOS DE SISTEMAS POLIDISPERSOS.

Los coloides formados por solo dos fases se llaman simples y en alimentos los más comunes son los soles, las espumas, los geles y las emulsiones.

Los sistemas constituidos por macropartículas de diámetros superiores a 500nm se llaman “soles groseros” o suspensiones”.

B.1.a. SOL.

Dispersión de partículas. Cuando el estado de sus fases se encuentra en la fase continua de manera líquida y en fase dispersa en sólido tendremos un SOL, por ejemplo las pinturas y la tinta china, Y si en la fase continua se tiene un sólido y en la dispersa también se obtendrá un SOL SÓLIDO, tendremos como ejemplo el diamante negro, piedras preciosas (rubí, topacio, esmeralda), etc.

Las soluciones coloidales con un medio de dispersión líquido se dividen en dos clases: soles liófobos (que repelen los líquidos), y soles liófilos (que atraen a los líquidos). Si el agua es el medio, se emplean los términos hidrófobo o hidrofílico. Los soles liófobos son relativamente inestables (o metaestables); a menudo basta una pequeña cantidad de electrólito o una elevación de la temperatura para producir la coagulación y la precipitación de las partículas dispersadas. Los liofílicos tienen una estabilidad considerable. Al evaporar un sistema liófobo, se obtiene un sólido que no puede convertirse de nuevo en sol por adición del disolvente; pero los soles liofílicos siguen siendo en esencia sistemas moleculares dispersados, son reversibles en este respecto. Son ejemplos típicos de soles liófobos los de metales, azufre, sulfuros metálicos y otras sales. Los soles de gomas, almidones, proteínas y muchos polímeros sintéticos elevados son de índice liófila.

No es posible trazar una línea de separación entre los soles liófilos y liófobos, así por ejemplo, las soluciones coloidales de varios hidróxidos metálicos y sílice hidratada (sólidos de ácido sílico) poseen propiedades intermedias. En esos casos, la fase dispersa tiene probablemente una estructura molecular análoga a la de un polímero elevado.

 De algunos soles liófilos o liófobos puede obtenerse un gel, sistema que tiene ciertas propiedades elásticas o incluso rígidas. 

B.1.b. GEL.

   La sustancia dispersa forma una estructura en red. Está integrado por dos fases entremezcladas y mantenidas de forma estable mediante mecanismos generalmente de tipo físico-químico. En este tipo de coloides su fase continua se encontrará en estado sólido y su fase dispersa será en estado líquido. Los geles poseen diversos grados de rigidez, elasticidad y fragilidad, que dependen del tipo y concentración del agente gelificante, el contenido salino, el pH de la fase acuosa y la temperatura. Los agentes gelificantes, presentes a concentración del 10% o inferiores pueden ser polisacáridos, proteínas o partículas coloidales complejas, como micelas o caseinatos.

Ejemplo de geles: la gelatina, gominola y el queso.

      Hay geles de muchos tipos y no es posible una clasificación sencilla. En general, se dividen en: elásticos o no elásticos o rígidos. En realidad, todos los geles poseen elasticidad apreciable, y la división citada se refiere más particularmente a la propiedad del producto obtenido cuando se seca el gel. La deshidratación parcial de un gel elástico, como un gel de gelatina, conduce a la formación de un sólido elástico, por medio del cual puede regenerarse el sol original añadiéndole el disolvente éstos sólidos secos o semisecos se llaman xerogeles.

    Los precipitados gelatinosos de los óxidos metálicos hidratados no tienen en realidad una estructura diferente de la de los geles no elásticos correspondientes. La diferencia esencial es en que éstos tienen todo el líquido de dispersión incluido en la estructura semisólida, lo cual no ocurre en el precipitado gelatinoso. Si las condiciones son tales que las partículas coloidales se juntan lentamente, es posible que se forme un gel, pero la coagulación rápida irá acompañada por la formación de un precipitado.

    Se ha propuesto otra clasificación de los geles basados en el efecto del calor. Si el cambio producido calentando es invertido por enfriamiento se dice que el gel es térmicamente reversible; en el caso contrario, el gel es térmicamente irreversible. Pertenecen al primer grupo la nitrocelulosa en diversos líquidos orgánicos y la gelatina en agua; en el segundo están los sistemas albúmina de huevo y sílice hidratada en agua. La diferencia entre los dos tipos se debe indudablemente a cambios químicos, como la formación del enlace de hidrógeno que se produce cuando se calientan geles térmicamente irreversibles.

 

B.1.c. EMULSIÓN.

Es un sistema heterogéneo constituido de dos líquidos no miscibles entre sí, en el que la fase dispersa está compuesta de pequeños glóbulos distribuidos en el vehículo en el cual son inmiscibles, pueden presentarse como semisólidos o líquidos, los principios activos y aditivos pueden estar en la fase externa o en la fase interna, su modo de administración es oral o tópico.

OTRA DEFINICIÓN

  Una emulsión es una dispersión coloidal de un líquido dentro de otro, en el cual es normalmente inmiscible. La fase dispersa se obtiene al romper uno de los líquidos por medios mecánicos en pequeñas gotas, entre 0.1 y 10µm, que se distribuyen en la fase continua o dispersante. Sin embargo, esta emulsión es termodinámicamente inestable y al dejarla reposar por algún tiempo, las gotas se agregan pasando primero por el estado conocido como floculación para luego producir la coalescencia y, por último, la separación de dos fases inmiscibles y diferenciables. La floculación es la unión de las gotas pequeñas de fase dispersa con sus bordes distintivos, y la coalescencia es la formación de una gota mayor sin los bordes de las gotas individuales que han floculado. La figura A muestra esquemáticamente el proceso de floculación, coalescencia y separación de fases. 

 La estabilidad de una emulsión sólo se logra si se incorpora una tercera sustancia que actúa  en la interfase de los líquidos y se denomina emulsionante. Por lo tanto, toda emulsión estable debe estar formada por tres sustancias, dos líquidos inmiscibles entre sí y un agente emulsionante apropiado que se adiciona a una de las fases antes de la formación de la emulsión. Por lo general, los emulsionantes son sustancias cuyas moléculas contienen una parte no polar y otra polar, por lo que es posible que se diluyan tanto en agua o en disoluciones acuosas como disolventes orgánicos y aceites.

En las emulsiones siempre hay dos fases presentes, una la forma el aceite, que se simbolizará con O, y la otra el agua, que se simbolizará con W. Estas dos fases,  al dispersarse una en la otra, dan lugar a la formación de 2 tipos de emulsiones: 1) las de aceite en agua (O/W) que consisten en pequeñas gotas de aceite como fase dispersa contenidas en el agua como fase continua o dispersante; y 2) las de agua en aceite (W/O) donde las gotas pequeñas de la fase dispersa son de agua y la fase continua es aceite.

En la industria de alimentos son más comunes las emulsiones tipo O/W. Ejemplos de emulsiones tipo O/W son la mayonesa, aderezos para ensaladas, leche, crema, base para helados y sustitutos de crema para café; mientras que ejemplos de emulsiones W/O son más escasos y los alimentos representativos son la mantequilla y la margarina. Se ha observado que los agentes emulsionantes naturalmente solubles en aceite, tales como el oleato de calcio y colesterol, favorecen emulsiones tipo W/O, mientras que sustancias naturalmente en agua, tales como proteínas, dextrinas y lecitina favorecen las emulsiones tipo O/W.

B.1.d. SUSPENSIÓN.

Conformada por una fase sólida insoluble en la fase dispersante líquida, por lo cual tiene un aspecto opaco. Las partículas dispersas son relativamente grandes. Ejemplo: Arcilla, tinta china (negro de humo y agua), pinturas al agua, cemento, etc.

OTRA DEFINICIÓN

       Una suspensión está constituida por macropartículas de diámetros superiores a 0.5µm. Las macropartículas de las suspensiones pueden ser cristales, agregados semi-cristalinos (por ejemplo, fragmentos de paredes celulares) o copos amorfos.

Las suspensiones, tales como los shortening, manteca de cacahuate, compota de manzana, catsup y pasta de azúcar, tienen macropartículas que, a concentraciones moderadamente altas, contribuyen a la plasticidad y al carácter opaco del producto final. La estabilidad de estas suspensiones viene determinada por la diferencia de densidad entre las fases, la viscosidad de la fase continua, el tamaño de la partícula y, en menor grado, por las fuerzas de interface. Si la diferencia de densidad es pequeña, entonces puede ser importante la fuerza de interface. A igualdad de otros factores, las suspensiones suelen ser mucho menos estables que los soles coloidales, puesto que las partículas mayores que 4µm no muestran movimiento browniano. Puede atribuirse el alto grado de plasticidad de las suspensiones al amplio contacto partícula- partícula y a la inmovilización capilar de la fase continua en las superficies de las macropartículas.

B.1.e. ESPUMA.

   Cuando la fase dispersa es gaseosa y, además ocupa fracciones del volumen muy variables dentro de una escala mucho mayor a lo que ocurre con los sistemas emulsión, aparece el sistema bifásico conocido como espuma, que con frecuencia resulta más inestable, porque posee una mayor superficie en la interfase.

Por lo común, las espumas están presentes en productos que corresponden a batidos alimenticios formados por dispersiones de micelas de gas en una fase, líquida o semisólida, estabilizadas por la presencia de agentes surfactantes solubles. En el comercio alimentario existe una gran variedad de estos productos con las más diversas consistencias: merengues, cremas batidas, helados, souflés, cervezas, etc.

OTRA DEFINICIÓN: Las espumas son dispersiones coloidales de un gas o mezcla de gases suspendidos en una fase dispersante formada por un líquido viscoso o un semisólido. En la mayoría de las espumas alimenticias el gas es aire. El aire que rodea a las burbujas de aire y las separa una de otra. Esta barrera o pared líquida recibe el nombre de lamela. Existe una gran área superficial en las burbujas de una espuma, lo que aumenta su energía libre de Gibbs. Si la espuma es estable, debe existir una disminución  de la tensión superficial entre la lamela y el aire que la rodea. Las espumas tienden a ser inestables por razones termodinámicas, es decir, pasar a un estado de menor energía libre de Gibbs. Para lograr estabilidad en las espumas, es necesario que el tamaño de las lamelas esté en el rango de 0.2 a 1µm; cuando ésta es menor de 0.05µm, el sistema se vuelve muy inestable debido a que existe una difusión  de gas a través de las paredes de las burbujas, lo que ocasiona su ruptura. Las lamelas además deben de presentar una rigidez y elasticidad adecuada para no fracturarse al colisionar entre sí. En la siguiente figura se muestra esquemáticamente la estructura de una espuma.