Formación de la espuma ESPUMAS Definición: Dispersión de burbujas de gas de un líquido. Espuma líquida Espuma sólida Espuma esférica Espuma polihédrica Facultad de Agronomía y Agroindustrias -Universidad Nacional de Santiago del Estero Formación de la espuma Proceso Incorporación de gas a una solución (proteica) Creación de un área interfacial ( ΔG) Formación de película interfacial (proteica)

Estructura de una espuma Facultad de Agronomía y Agroindustrias -Universidad Nacional de Santiago del Estero

Maneras de incorporar aire (gas) a un alimento Por sobresaturación de un líquido (o sólido) con gas Generación interna de vapor por calentamiento: humedad  vapor (popcorn, productos fritos) Fermentación de levaduras  CO2 (pan) Reacción química: polvos de hornear  CO2 (galletas) Sobresaturación de gas bajo presión (cerveza, gaseosas). Por medios mecánicos Batiendo o agitando (merengues, helados, etc) Por inyección de gas a través de un orificio angosto (burbujeo) (usado en la industria). Expansión bajo vacío (barras de chocolate) Facultad de Agronomía y Agroindustrias -Universidad Nacional de Santiago del Estero

Comparación con las emulsiones En la espuma el volumen de una burbuja de gas es 5 órdenes de magnitud que el de las gotas de aceite de una emulsión. s en una espuma ~ 30mN/m; i en una emulsión ~ 0,1 mN/m. (Las emulsiones son más estables que las espumas). La diferencia de densidad entre fase continua y fase dispersa es 103 Kg/m3 para la espuma y 102 Kg/m3 como máximo para las emulsiones. Facultad de Agronomía y Agroindustrias -Universidad Nacional de Santiago del Estero

Espumas alimentarias Facultad de Agronomía y Agroindustrias -Universidad Nacional de Santiago del Estero

¿Porque introducir aire en los alimentos? Aire (gases): Es barato y se vende caro No tiene calorías No hay que rotularlo Aumenta el volumen y reduce la densidad Cambia la textura y reología (hace más ligero/suave a los alimentos) Modifica y favorece la digestibilidad Posibilidad de que el alimento se impregnen con salsas, jugos o recubrimientos. Oportunidad para introducir aromas Facultad de Agronomía y Agroindustrias -Universidad Nacional de Santiago del Estero

Propiedades de alimentos aireados Facultad de Agronomía y Agroindustrias -Universidad Nacional de Santiago del Estero

PROTEINAS COMO AGENTES ESPUMANTES 1) Primer efecto: bajar la tensión superficial 2) Segundo efecto: formar un film estable Paradoja: Para (1) la proteína tiene que ser adsorbida: difundir, penetrar y reordenarse Para ello: Molécula de bajo PM Anfifílica, buen balance hidrofobicidad superficial/carga) Soluble Flexible (unfolding en interfase) Para (2) la proteína debe formar un film estable que rodee al gas, con determinadas propiedades reológicas: rigidez y viscoelasticidad Interacción inmediata con moléculas adyacentes Reacciones de asociación o polimerización (por interacciones hidrofóbicas o intercambio (SH/SS) Proteínas estructuradas de alto PM Mínima carga superficial Capacidad de absorción de agua

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Concentración proteica Solubilidad pH Sales Presencia de surfactantes FACTORES QUE AFECTAN LAS PROPIEDADES SUPERFICIALES Y ESPUMANTES DE LAS PROTEINAS Todos los factores que afectan las propiedades de superficie, afectan las propiedades espumantes de las proteínas Del medio Concentración proteica Solubilidad pH Sales Presencia de surfactantes Factores intrínsecos Hidrofobicidad Carga Flexibilidad molecular Tamaño y forma molecular Facultad de Agronomía y Agroindustrias -Universidad Nacional de Santiago del Estero

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ESTABILIDAD DE LA ESPUMA Es difícil separar formación de desestabilización de espuma A- Proceso de desestabilización: La fase gaseosa discontinua tiende a formar una fase continua por aproximación y fusión de burbujas para alcanzar un área superficial mínima (mínima G). Facultad de Agronomía y Agroindustrias -Universidad Nacional de Santiago del Estero B- Proceso de estabilización Film superficial se opone a A como barrera mecánica. Se favorece con el aumento de la viscosidad y rigidez del film.

1- Distribución del tamaño de burbuja FACTORES QUE DETERMINAN LA ESTABILIDAD DE UNA ESPUMA 1- Distribución del tamaño de burbuja 2- Viscosidad de la fase continua 3- Temperatura 4- Naturaleza de la fase gaseosa dispersa 5- Movimiento 6- Propiedades del film interfacial Facultad de Agronomía y Agroindustrias -Universidad Nacional de Santiago del Estero

Facultad de Agronomía y Agroindustrias -Universidad Nacional de Santiago del Estero Representación esquemática de los mecanismos de desestabilización de una espuma y vista amplificada de la película interburbujas.

MECANISMOS DE DESESTABILIZACIÓN 1- Drenaje de líquido Por gravedad Pasaje de líquido de lamela a borde de Plateau (ΔP= 2/R) Pasaje de líquido de borde de Plateau a fase continua 2- Cremado o flotación de las burbujas, causando una acumulación en la parte superior (Ley de Stokes) v = 2gΔρ.r2/9η. 3- Desproporción o maduración (Ostwald): pequeñas burbujas desaparecen mientras que las grandes burbujas crecen por DIFUSION DE GAS a través de la lamela. ΔP= 2/R 4- Formación de espuma polihédrica: por deformación de burbujas por compresión de unas contra otras. Cambio de forma de las burbujas, de tri o tetragonales a hexagonales (estructura panel de abejas) mas estables. 5- Colapso por ruptura de las lamelas por disminución de su espesor Presencia de partículas Evaporación Hay simultaneidad de mecanismos y sinergismos En espumas jóvenes y diluidas: predominan 1 y 2. En espumas polihédricas: predominan 3, 4 y 5. Facultad de Agronomía y Agroindustrias -Universidad Nacional de Santiago del Estero

Burbujas Po r Consecuencias: Gas difunde del interior hacia fuera Líquido Facultad de Agronomía y Agroindustrias -Universidad Nacional de Santiago del Estero Consecuencias: Gas difunde del interior hacia fuera Burbujas chicas tienden a desaparecer primero

La física del pop corn (Pochoclo) Al calentar, la humedad del grano (6.3-14%) pasa a vapor. El almidón se “funde” La presión interna excede la resistencia de la cáscara. Esta explota y el almidón fluye. Al enfriarse, se pone sólido. Facultad de Agronomía y Agroindustrias -Universidad Nacional de Santiago del Estero

MEDIDA DE LA CAPACIDAD ESPUMANTE Facultad de Agronomía y Agroindustrias -Universidad Nacional de Santiago del Estero

MEDIDA DE LA ESTABILIDAD ESPUMANTE Facultad de Agronomía y Agroindustrias -Universidad Nacional de Santiago del Estero Esquema de las distintas etapas en el estudio de la formación y desestabilización de una espuma. Se representan los tiempos de inicio (t0) y fin del burbujeo (t1) y ejemplos de drenado (t2) y colapso (t4) de espuma.

Facultad de Agronomía y Agroindustrias -Universidad Nacional de Santiago del Estero Curvas experimentales de la conductividad del líquido del VLE resultante (volumen de líquido en la espuma) y del VE (volumen de la espuma) en función del tiempo, obtenidas con el método por burbujeo de Loisel y col. (1993). Los tiempos t0, t1, t2 y t3 son los correspondientes a la figura 9.

Solución proteica → batido → Alícuota (10 ml en pipeta) → CINETICA DE DRENAJE DE ESPUMAS ESTABILIZADAS POR PROTEINAS Cuando el método de formación de espuma es el batido (y no por burbujeo) es posible estudiar la cinética de drenaje de un modo sencillo Solución proteica → batido → Alícuota (10 ml en pipeta) → Medición VL drenado vs t (T cte) A [P] < 2% VL = VLmax t / (t1/2 + t ) (hipérbola rectangular) Kdr = 1/ (VL max . t1/2) A [P] > 2% VL = VLmax tn/ (c+tn) n: da comp. sigmoideo t1/2 = c1/n kdr = n / (VLmax c1/n) Facultad de Agronomía y Agroindustrias -Universidad Nacional de Santiago del Estero