Emulsionantes Surfactantes

Definición

Los emulsionantes forman un vasto grupo de sustancias cuya función es la de estabilizar las mezclas de dos líquidos inmiscibles. En el contexto de alimentación, los líquidos inmiscibles son normalmente el aceite (grasa) y el agua , y se comprenderá que el efecto de cualquier tipo de emulsionante variará según la proporción de aceite y agua y que estén implicados otros ingredientes tales como almidón, proteína y aire. Algunos de los compuestos que funcionan como emulsionantes en alimentación, tienen también propiedades acomplejantes sobre el almidón y las proteínas. Por eso, el término emulsionante no es el más adecuado, y quizás describan mejor las propiedades de estos compuestos los términos surfactantes o «agentes tensoactivos». Todos estos surfactantes actúan a niveles muy bajos (menos de 2 % en peso del producto) y por esto se clasifican como ingredientes menores o aditivos de alimentación.

Hay pocos emulsionantes naturales, y solamente la lecitina, obtenida principalmente de la semilla de soja, ha sido empleada corrientemente. Sin embargo, desde hace unos 40 años se conoce la utilidad de monoglicéridos de glicerol especialmente preparados, o compuestos relacionados, y mucho más recientemente se ha producido un rápido desarrollo de otros compuestos, cada uno: con sus características particulares tensoactivas y acomplejantes en la industria de alimentación.

Los emulsionantes en alimentación, pueden actuar de modos diferentes, entre los que se encuentran:

  1. Estabilizando emulsiones de aceite en agua.
  2. Estabilizando emulsiones de agua en aceite.
  3. Modificando la cristalización de la grasa.
  4. Alterando la consistencia de la masa, adhesividad y gelificación del almidón por la formación de complejos con el almidón, proteína y azúcares.
  5. Lubricando las masas pobres en grasa.

Tipos de Compuestos

La característica importante de los surfactantes es que reducen las fuerzas de tensión superficial en la capa límite de dos sustancias por disolución, formación de complejo, o por ambos. Se cree que la físico-química es complicada, pero su acción es simple, en el caso del agua y aceite se produce con moléculas que tienen partes polares y no-polares. La parte polar tiene afinidad por el agua (se dice que es hidrófila) y la parte no-polar tiene afinidad por la grasa (se llama lipófila). La función de un emulsionante en situaciones ricas en grasa o en agua es diferente y depende del tamaño y naturaleza de las fracciones polares y no-polares de la molécula. Por tanto hay que seleccionar la sustancia más eficaz para cada aplicación.

Ciertas sustancias manifiestan propiedades acomplejantes con 1a fracción amilosa del almidón. Las sustancias con una sola cadena saturada de ácido graso parecen formar estructuras helicoidales con la amilosa que afectan a la reacción de gelificación del almidón y reducen la tendencia de la amilosa a difundirse separándose del almidón en presencia de agua caliente. Este complejo afecta a la propiedad de retención gaseosa de la masa, retrasa el endurecimiento del pan y reduce la pastosidad de la pasta, reconstituye el puré instantáneo de patata, etc., en presencia de agua caliente.

Se puede demostrar otro tipo de interacción con la proteína de la harina que produce alteraciones en las propiedades viscoelásticas del gluten, mejorando la tolerancia de la masa para el mezclado y maquinado. No está completamente comprendido el mecanismo de acción, pero es probable que tenga que ver con uniones iónicas con las proteínas de la harina.

Se puede aplicar a las grasas el efecto de modificar los cristales, que tienen algunos surfactantes, para retrasar los cambios polimórficos hacia tipos de cristal menos interesantes. Así, las formas α y β ’ presentan aptitudes mejores para las cremas, que las formas β más estables a las cuales tienden con el tiempo.

La tecnología de la emulsión es tan vasta y complicada que constituye hoy día una industria de por sí.

Lecitina

Es una sustancia natural, que se encuentra en la mantequilla, leche, yema de huevo y en diversos granos, frutos secos y semillas. Como es un producto natural, está exento de control por la legislación y queda en un apartado respecto de otras sustancias que se describirán más adelante. La lecitina comercial, proviene casi en su totalidad de la soja, se extrae de la semilla con disolventes, pero su composición es variable y siempre contiene un porcentaje apreciable de aceite de soja. Minifie da la composición media siguiente:

Aceite de semilla de soja35 %
Lecitina química (fosfatidil colina)18 %
Cefalina (fosfatidil etanolamina)15 %
Fosfoinositol11 %
Otros fosfolípidos y lípidos polares09 %
Carbohidratos (esterol, glucósidos)12 %

Los componentes eficaces como emulsionantes son los fosfolípidos, los cuales poseen fuertes afinidades polares. Las cantidades varían con las muestras, pero normalmente se especifican como «insolubles en acetona». La lecitina comercial es un fluido o pasta plástica que, si se utiliza con exceso, comunica sabor desagradable. Las proporciones útiles se encuentran normalmente entre 0,5-2,0 % de la grasa y se disuelve convenientemente en ella antes de añadirla a los componentes de la receta. También se puede adquirir lecitina purificada en forma de polvo. Esta es una mezcla al 50 % con leche en polvo desengrasada. En este estado se puede dispersar directamente en agua.

En un trabajo de Hughes se presenta una buena relación de los diferentes tipos de emulsionantes sintéticos, y en ella está basada la sección que sigue.

Mono/diglicéridos

Las grasas y los aceites son ésteres del glicerol con ácidos grasos. La esterificación es completa, por tanto, los tres grupos -OH estásn unidos a los ácidos grasos produciendo triglicéridos. Bajo condiciones de esterificación parcial, se forman mono y diglicéridos (ver Fig. 6.1)


Figura 6.1 - Esterificación progresiva del glicerol.
a) GLicerol-OH : Grupo Hidróxilo
b) 1-monoglicéridoR1,R2,R3: radicales de ácidos grasos
c) 2-monoglicérido
d) Diglicérido
e) Triglicérido (grasa)

Hay dos tipos de monoglicéridos: 1- y 2- monoglicérido, y, por supuesto, los ácidos grasos pueden ser de diferentes longitudes de cadena y diferentes grados de saturación. La parte alcohólica de la molécula es hidrófila, la par te de ácido graso es lipófila. Los monoglicéridos son emulsionantes mucho más eficaces que los diglicéridos, y como se producen algunos diglicéridos (y triglicéridos) en la síntesis de los monoglicéridos, se tiene que recurrir a las técnicas de destilación molecular para separar y concentrar los monoglicéridos.

Esteres poliglicéricos

Encadenando moléculas de glicerol (polimerización), se puede alargar la parte polar de los glicéridos, haciéndoles más hidrófilos (ver Fig. 6.2). Aunque teóricamente sea posible producir polímeros muy largos de glicerol, en la legislación alimentaria del Reino Unido, solo son permitidos en la actualidad los que contienen hasta seis moléculas de glicerol.


Figura 6.2 - Ester poliglicérido.

Derivados ácidos de los monoglicéridos

La parte polar de la molécula monoglicérica, se puede ampliar también haciéndola más eficaz si se la hace reaccionar con un ácido tal como el láctico, cítrico, acético y tartárico diacetilado.

Esteres del propilenglicol

Son ésteres, no del glicerol, sino del propilenglicol, sustancia muy próxima. En algunas aplicaciones, este aparentemente pequeño cambio molecular tiene un efecto muy diferente de su contraparte del glicerol.

Estearil lactatos

Al esterificar un ácido graso, tal como el ácido esteárico, con ácido láctico polimerizado, se obtiene un ácido cuya sal sódica es estearil lactato sódico. Esta y la sal cálcica son surfactantes particularmente útiles por sus complejos con el almidón.