Abstracto
El valor HLB (equilibrio hidrófilo-lipófilo) es uno de los parámetros citados con más frecuencia en la selección de emulsionantes alimentarios. Utilizando una escala de 0 a 20, comprime la cuestión de si un emulsionante es más hidrófilo o más lipófilo en un número que se puede comparar entre los candidatos, lo que ayuda a los formuladores a reducir rápidamente el campo. Pero el HLB también tiene una clara limitación: indica hacia qué fase tiende un emulsionante, pero nolo que realmente haceen esa fase. GMS, PGMS y PGPR ilustran bien este problema. Todos sus valores de HLB se encuentran en el rango lipófilo y, según la regla más simple de HLB, podrían parecer intercambiables; sin embargo, en la práctica intervienen en puntos completamente diferentes a lo largo de la cadena del sistema graso, desde el "flujo" hasta la "cristalización" y la "formación de redes". Elegir el incorrecto no sólo produce un efecto ligeramente más débil; aplica la fuerza completamente equivocada.
La primera proyección de HLB: te dice "de qué lado estar", no "qué hacer"
La lógica básica del HLB es clara. Como regla general, los emulsionantes con HLB entre 3 y 6 son relativamente lipófilos y tienden a estabilizar los sistemas de agua en aceite (W/O); aquellos con HLB entre 8 y 18 son relativamente hidrófilos y tienden a estabilizar los sistemas de aceite en agua (O/W). El GMS generalmente se informa en HLB 3,6–4,2; PGMS es más bajo, aproximadamente en el rango de 2 a 3,4; Los valores de PGPR están más dispersos: la literatura cita entre 1 y 2,5, alrededor de 3 o incluso más. Sólo con estos números, los tres caen en el cajón de las "preferencias lipófilas/W/O" y no parecen diferir mucho.
Pero el HLB es esencialmente uníndice sumado del equilibrio hidrofílico-lipofílico general de la molécula. Tiene poco poder de resolución sobre cómo se organizan las moléculas en una interfaz, cómo se comportan en forma cristalina o cómo interactúan físicamente con partículas dispersas. Diferentes emulsionantes cercanos al mismo valor de HLB pueden seguir rutas funcionales completamente diferentes en el mismo sistema debido a diferencias en la geometría de los grupos de cabeza polares y en la saturación y longitud de las cadenas de ácidos grasos. Las investigaciones han señalado explícitamente que incluso con el mismo valor de HLB, los tensioactivos con colas hidrofóbicas más cortas pueden estabilizar gotas de menor tamaño; La propia estructura de la cadena transporta información más allá del número HLB. Las verdaderas diferencias entre GMS, PGMS y PGPR residen precisamente en esta región "más allá del número".
GMS: La lipofilicidad no es sólo "preferir la fase petrolera", sino que funciona en el punto inicial de la cristalización
GMS tiene un HLB de aproximadamente 3,8, lo que lo empuja hacia la fase petrolera; No hay duda sobre eso. Pero sus funciones alimentarias más importantes (por ejemplo, en grasas para recubrir, cremas para batir y sistemas de panadería)no se logran principalmente mediante emulsificación interfacial, pero a travésnucleación heterogéneaque interviene en la cristalización de las grasas. Las cadenas saturadas C16-C18 de GMS tienden a formar cristales interconectados al enfriarse. Estos cristales constituyen el "andamio" de la red de grasa, dando al sistema un límite elástico inicial para que pueda "soportarse", al tiempo que retrasa la floración y mantiene el brillo de la superficie.
He aquí un parámetro tan crítico como el HLB pero que normalmente no aparece en una cita:forma de cristal. La actividad interfacial de GMS depende en gran medida de la forma; una vez que la forma se convierte en la forma, sus funciones emulsionantes y aireadoras disminuyen notablemente. En los sistemas de masa para pasteles, los monoglicéridos en forma b son la forma ideal para la formación de espuma, mientras que un sistema GMS puro puede sufrir una agregación irreversible de cristales durante un enfriamiento o almacenamiento prolongado, lo que lleva a una pérdida funcional. Esto significa que al seleccionar GMS, HLB solo completa la primera capa de detección;si puede mantener la formaEs la pregunta de la segunda capa que determina el éxito o el fracaso.
Otro límite de GMS merece atención: una red GMS pura tiene más rigidez que flexibilidad. En las grasas de recubrimiento, un sistema GMS puro puede alcanzar un límite elástico relativamente alto y ofrece una excelente resistencia a la floración, pero durante el recubrimiento tiende a "fracturarse" en lugar de fluir uniformemente. Si una aplicación requiere tanto resistencia al almacenamiento como capacidad de recubrimiento, el uso de GMS solo obliga a un equilibrio entre "resistencia" y "procesabilidad".
PGMS: el HLB más bajo, pero no un "GMS más fuerte"; más bien, evita que el GMS sea tan frágil
PGMS tiene un HLB más bajo que GMS y superficialmente puede parecer una versión "más lipófila", pero la lógica de la aplicación no es esa. El PGMS por sí solo no tiene una fuerte actividad emulsionante y rara vez se utiliza como emulsionante primario; a menudo se combina con monoglicéridos y diglicéridos para lograr efectos sinérgicos. Su valor real radica en una propiedad de forma cristalina que GMS no proporciona:una fuerte tendencia hacia la -forma. PGMS puede estabilizar la forma de GMS y retrasar su conversión a la forma, ayudando así a GMS a mantener una buena estabilidad emulsionante. En sistemas donde coexisten GMS y PGMS, PGMS primero forma núcleos cristalinos estables, y las moléculas de GMS son "capturadas" por estos núcleos durante el enfriamiento, manteniéndose así en el estado cristalino funcional.
En otras palabras, PGMS actúa más como unmodulador de redque otro emulsionante primario. A través del ablandamiento por cocristalización y defectos de la red, cambia una red dominada por GMS de "alta rigidez, alta fragilidad" a "rigidez moderada, deformación plástica". En las grasas para recubrimiento, ajustar la proporción de GMS a PGMS puede reducir sistemáticamente el límite elástico y cambiar la capacidad de recubrimiento de "fácilmente fracturable" a "uniformemente esparcible". En los sistemas de masa para pasteles aireados, las proporciones apropiadas de GMS a PGMS pueden lograr un buen equilibrio entre el rendimiento de la aireación y la estabilidad de la espuma.
Por lo tanto, la elección de la aplicación de PGMS no puede basarse únicamente en si su HLB es "lo suficientemente bajo". Si el problema es que el sistema no funciona, usar PGMS solo dará lugar a una red floja; la dirección es incorrecta. Su uso correcto es, después de que GMS haya proporcionado el andamio, para responder a la pregunta de si ese andamio se fractura frágilmente o se dobla plásticamente.
PGPR: El que tiene el HLB más bajo es precisamente el menos seleccionado por el HLB
El HLB de PGPR se informa de manera inconsistente en la literatura, con valores de 1 a 2,5, aproximadamente 3 o incluso 7 a 9. Esta dispersión en sí misma sugiere que el HLB no puede captar completamente la lógica funcional de la PGPR. Su función clásica en el chocolate es la de adsorberse en las superficies de las partículas de cacao y de azúcar, proporcionando una barrera estérica y una capa lubricante que reduce la fricción directa entre las partículas, logrando asíReducir el límite elástico de la masa de chocolate fundido.para que pueda fluir, moldearse y formar recubrimientos finos y uniformes. A niveles de adición relativamente bajos, el límite elástico se puede reducir significativamente; cuando se combina con lecitina en una proporción adecuada, la humectación interfacial y la lubricación de partículas se suman, dando mejores resultados que cualquiera de los dos por separado.
El límite clave de PGPR es queno logra la cristalización. Es bueno para hacer que un sistema aún no cristalizado "fluya", pero tiene poco que decir sobre la estructura de la red cristalina que, después de que comienza la cristalización de la grasa, determina el brillo de la superficie, la resistencia a la floración y la resistencia al rompimiento. Esto explica por qué la PGPR y la lecitina son sinérgicas en lugar de sustitutivas en el chocolate: la lecitina actúa más sobre la humectación interfacial y la regulación de la forma de los cristales, mientras que la PGPR actúa sobre la lubricación de partículas y el control de la reología; los dos cubren diferentes capas del sistema graso.
Cualquiera que sea el valor de HLB informado que se tome, es insuficiente por sí solo para guiar la dosis y la proporción de mezcla de PGPR en el chocolate. La base para elegir PGPR no es "si es lo suficientemente lipófilo", sino "si el problema central es el flujo restringido en estado fundido, mientras que la cristalización y la estabilidad en el almacenamiento no son las principales contradicciones". Si el problema es una floración o una capa quebradiza, agregar más PGPR no lo resolverá, porque esa es la capa de la cual GMS o PGMS es responsable.
Comience desde HLB, pero no se detenga en HLB
Cuando GMS, PGMS y PGPR se colocan en el mismo marco de selección, el enfoque más eficaz no es clasificarlos por HLB de menor a mayor y "elegir uno", sino localizar primero dónde ocurre el problema a lo largo de la cadena de transformación del sistema graso.
La PGPR se ocupa deflujo antes de la cristalización: si las partículas pueden deslizarse unas sobre otras, si la masa se puede moldear, si el recubrimiento se puede adelgazar. GMS se ocupa deconstrucción estructural durante la cristalización: a qué temperatura se inician los cristales, en qué forma crecen y si la red puede "soportarse". PGMS se ocupa deComportamiento mecánico después de la formación de la red.: si la red existente se fractura frágilmente o puede sufrir deformación plástica, y si su forma puede mantenerse durante el almacenamiento.
El papel del HLB en esta cadena es ayudar a excluir opciones claramente no coincidentes. Por ejemplo, utilizar un emulsionante hidrófilo con un HLB superior a 10 para provocar un problema de cristalización puramente en fase oleosa sería una dirección equivocada. Pero una vez que todos los candidatos caen en el rango lipófilo, el HLB ha completado su misión y el juicio posterior debe entregarse a parámetros comocomportamiento de la forma cristalina, temperatura de nucleación y modo específico de interacción con las interfaces grasa/partícula. Los casos de GMS, PGMS y PGPR muestran que HLB es un mapa de entrada útil, pero no un dibujo de construcción. La verdadera selección ocurre después del número.
