EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL MUCÍLAGO DE

CHÍA (SALVIA HISPANICA L.) SOBRE LA ESTABILIDAD DE

EMULSIONES O/W

M.I. Capitani 1,2, S.M. Nolasco 2 y M.C. Tomás 1 1- Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos (CIDCA)

(UNLP-CCT-CONICET), 47 y 116 S/Nº, La Plata (B1900AJJ), Buenos Aires, Argentina.

2- Facultad de Ingeniería, Dto. de Ing. Química (TECSE), UNCPBA, Avda del Valle 5737 Olavarría (B7400JWI), Buenos Aires, Argentina.

E-mail: marianelacapitani411@hotmail.com

Resumen. El objetivo del presente trabajo fue estudiar las propiedades del mucílago de chía sobre la estabilidad de emulsiones aceite en agua (O/W) en función del tiempo de almacenamiento refrigerado. Se prepararon emulsiones O/W (20:80 p/p) con aceite refinado de maíz, diferentes dispersiones de mucílago (0,25; 0,50; 0,75 y 1,00% con respecto a la emulsión) y 0,1% de Tween 80, las cuales fueron almacenadas durante 28 días a 4ºC. Se evaluó la estabilidad de las emulsiones en función del tiempo de almacenamiento mediante un analizador vertical de barrido. Además, se determinó la distribución y tamaño de partículas y se realizó la observación microscópica de las mismas. Las emulsiones con una concentración de hidrocoloide ≥ 0,75% fueron las más estables durante el periodo analizado (back scattering -BS- ≈ 78%), mientras que las de menor concentración (0,25%) presentaron la mayor inestabilidad, registrando una notable disminución del %BS al cabo de 7 días de almacenamiento. La distribución del tamaño de partículas no mostró variaciones importantes en función del tiempo y de la concentración de mucílago, presentando un comportamiento monomodal. El análisis de las micrografías ópticas evidenció una mayor desestabilización de las emulsiones con menor concentración de mucílago. Estos resultados sugieren que la incorporación del mucílago de chía (≥ 0,75%) en emulsiones O/W mejora su estabilidad. Este hecho estaría relacionado con su rol de agente espesante, mediante el cual incrementaría la viscosidad, reduciendo la movilidad de las gotas de la emulsión y proporcionaría el tiempo suficiente al agente emulsificante para migrar a la interfase aceite-agua y estabilizar la emulsión. Palabras clave: Emulsiones, Chía, Mucílago

1. Introducción

Una emulsión es un sistema formado al menos por dos fases, las cuales por su

composición son inmiscibles (generalmente aceite y agua). Una de las fases se

encuentra dispersa en la otra en forma de pequeñas gotas esféricas (0,1–100 µm). Las

emulsiones pueden clasificarse según la distribución de las fases acuosa y oleosa. Así,

un sistema donde las gotas de aceite se encuentran dispersas en una fase continua

acuosa se denomina emulsión aceite en agua O/W (leche, mayonesa, crema), mientras

que un sistema donde las gotas de agua se encuentran dispersas en una fase continua de

aceite se llama emulsión agua en aceite W/O (manteca, margarina). Las emulsiones son

termodinámicamente inestables debido a su estructura física, la cual evoluciona en

función del tiempo a través de diferentes mecanismos, tales como cremado, floculación

y coalescencia, hacia la separación de fases. A fin de obtener emulsiones cinéticamente

estables por un periodo de tiempo, se requiere el uso de dos tipos de ingredientes tales

como agentes emulsificantes y espesantes. Los emulsificantes se ubican en la interfase

aceite-agua formando una membrana protectora previniendo la agregación de las gotas.

Los agentes espesantes estabilizan la emulsión incrementando la viscosidad de la fase

continua y de este modo retardan el movimiento de las gotas, siendo los polisacáridos

los más empleados en la industria alimentaria (McClements, 1999).

Los polisacáridos forman parte de los hidrocoloides, biopolímeros hidrofilicos de

alto peso molecular, usados como ingredientes funcionales en la industria alimentaria

para el control de la microestructura, textura, sabor y vida útil de los alimentos. Los

polisacáridos son extraídos de las plantas, algas y fuentes microbianas, así como

también de exudados de plantas (gomas, mucílagos) (Dickinson, 2003).

Muchos hidrocoloides tienen propiedades estructurantes, espesantes y gelificantes

sobre la fase acuosa de emulsiones O/W y por lo tanto, se considera que previenen la

separación de fases por modificación de la reología de la fase continua. Este mecanismo

es más efectivo a bajas fracciones volumétricas de aceite, donde las gotas individuales

se encuentran separadas e inmovilizadas en una red tridimensional del biopolímero. La

presencia de partículas coloidales no absorbidas (proteínas, polisacáridos) en la fase

continua de una emulsión causa un incremento de las fuerzas atractivas entre las gotas,

debido a un efecto osmótico asociado a la exclusión de estas partículas por una estrecha

región que rodea a cada gota, causando floculación por agotamiento. Sin embargo,

cuando la concentración de estas partículas excede cierto límite, la velocidad de

floculación puede disminuir debido al incremento de la viscosidad de la fase continua,

produciendo un movimiento retardado de las gotas (Dickinson, 2009).

La chía (Salvia hispanica L.) es una planta herbácea anual de cultivo estival perteneciente

a la familia de la Lamiaceae, nativa del sur de México y norte de Guatemala (Ayerza y Coates,

1999). El mucílago de chía es un polisacárido de alto peso molecular, que emerge de la

semilla cuando la misma entra en contacto con el agua. La información existente en

cuanto a sus propiedades funcionales es reciente e indica que se trata de un polímero

con acción espesante (Lin et al., 1994). Sin embargo, no se registran estudios en cuanto

a sus usos potenciales en la industria alimentaria como agente estabilizante y

emulsificante.

El objetivo del presente trabajo fue estudiar las propiedades del mucílago de chía

sobre la estabilidad de emulsiones aceite en agua (O/W) en función del tiempo de

almacenamiento refrigerado.

2. Materiales y Métodos

2.1. Extracción del Mucílago y Preparación de las Dispersiones

Se utilizaron semillas de chía procedentes de la provincia de Salta (Argentina). Las

semillas se remojaron en agua (1:10), durante 4 h a temperatura ambiente a fin de

inducir la exudación del mucílago. Posteriormente, esta mezcla se distribuyó en

bandejas en capa delgada y se cubrieron con papel de aluminio. Las mismas se

congelaron a -80oC y liofilizaron, separando posteriormente el mucílago por tamizado.

Las dispersiones fueron preparadas según el método de Betancur-Ancona et al.,

(2002). Para ello, se pesaron 0,25; 0,50; 0,75 y 1,00 g de mucílago liofilizado,

adicionando 80 g de agua destilada y se agitaron a 60ºC durante 30 min. Las

dispersiones fueron enfriadas a temperatura ambiente y mantenidas toda la noche a 4ºC

(para lograr una completa hidratación) como etapa previa a la preparación de las

emulsiones.

2.2. Preparación de las Emulsiones

Se prepararon emulsiones O/W (20:80 p/p) con aceite refinado de maíz y diferentes

dispersiones de mucílago (0,25; 0,50; 0,75 y 1,00%) con 0,1% de Tween 80, usando un

homogeneizador Ultraturrax T25 a 9500 rpm, 1 min y seguidamente, un procesador

ultrasónico a su máxima potencia (750 W, 3,5 min) empleando un baño de agua-hielo a

fin mantener la preparación a temperatura ambiente. Las emulsiones fueron

almacenadas durante 28 días a 4ºC con el agregado de 0,01% (p/p) de azida sódica para

prevenir el crecimiento bacteriano.

2.3. Estabilidad de la Emulsión

La estabilidad global de las diferentes emulsiones estudiadas en función del tiempo

de almacenamiento fue determinada a través de medidas de dispersión de la luz

mediante un analizador óptico vertical de barrido QuickScan (Beckman Coulter,

Fullerton, USA). Este equipo permite detectar los diferentes procesos de

desestabilización que afectan a una emulsión (Pan et al., 2002). La muestra se colocó en

una celda de vidrio, situada cerca de una cabeza lectora móvil compuesta por una fuente

de luz IR-cercano (λ = 850nm) y dos detectores sincrónicos a 0 y 135º, respectivamente.

La cabeza lectora móvil realiza un barrido a lo largo de toda la altura del tubo que

contiene la muestra (65 mm, aproximadamente), adquiriendo los datos de transmisión y

“back scattering” o luz dispersada (%BS).

2.4. Distribución y Tamaño de Partículas

Se determinó la distribución y tamaño de partículas con un equipo Malvern

Mastersizer 2000E (Malvern Instruments Ltd., UK) con un sistema de dispersión Hydro

2000MU. Alícuotas de cada emulsión se colocaron en un recipiente con agua y

agitación a 2000 rpm, donde un haz de radiación láser incide sobre una celda interna

transparente por donde recircula la emulsión diluida. La luz dispersada en distintos

ángulos, por las gotas de diferente tamaño, pasa por un complejo sistema óptico e incide

posteriormente sobre detectores obteniendo un patrón angular de luz dispersada. El

software incorporado en el equipo permite traducir este patrón en la correspondiente

distribución de tamaño de partículas (McClements, 1999).

Se analizó el índice de dispersión para determinar variaciones en la distribución del

tamaño de las gotas (Palazolo et al., 2004), según la Ecuación (1).

Span = [d (v,90) - d (v,10)] (1) d (v,50)

donde: d (v,10), d (v,50) y d (v,90) son los diámetros de las partículas

correspondientes al 10%, 50% y 90% del volumen acumulado.

2.5. Observación Microscópica

Una pequeña gota de la emulsión se colocó directamente sobre un portaobjeto de

vidrio, se cubrió y observó a 63x mediante un microscopio óptico Leica DMLB.

3. Resultados y Discusión

3.1. Estabilidad de las Emulsiones

El análisis del perfil de las emulsiones se realizó en dos zonas de la celda: Zona I

(10-20 mm) donde puede visualizarse el proceso de desestabilización producido por la

migración de las gotas desde la parte inferior del tubo hacia la parte superior (cremado)

y la Zona II (40-50 mm) caracterizada por la acumulación de las gotas de aceite en la

parte superior del tubo luego del proceso de separación gravitacional (Fase crema). En

las emulsiones formuladas con una menor concentración de mucílago (0,25 y 0,50%),

los perfiles del QuickScan permitieron detectar la presencia de luz transmitida y de

procesos de desestabilización que involucran la migración de partículas (cremado). En

la Figura 1 se muestra el perfil típico del QuickScan correspondiente a una emulsión

O/W formulada con 0,25% de mucílago. En la Zona I puede observarse un incremento

en el perfil de la transmisión debido a la clarificación de la muestra en la parte inferior

del tubo, como consecuencia de la migración de las gotas hacia la parte superior del

mismo, acompañado simultáneamente por el desplazamiento de los perfiles del BS por

la disminución de la luz dispersada en dicha zona.

Por otra parte, las emulsiones con una concentración de hidrocoloide ≥ 0,75% se

mantuvieron estables durante el periodo de almacenamiento analizado. En la Figura 2

se muestra el perfil típico brindado por el QuickScan para una emulsión O/W con

0,75% de mucílago. En este caso, los perfiles de BS permanecieron constantes, sin

desplazarse en función de la longitud de la celda ni del tiempo, indicando de esta

manera una mayor estabilidad de las emulsiones mencionadas.

Fig. 1. Perfil de transmisión y back scattering correspondiente a una emulsión O/W con 0,25% de mucílago

Fig. 2. Perfil de back scattering correspondiente a una emulsión O/W con 0,75% de mucílago

0mm 20mm 40mm 60mm0

20

40

60

80

100

%Back Scattering

0mm 20mm 40mm 60mm0

20

40

60

80

100

0

7

14 ­ ­

21●●●

28●●●

1

Zona II Zona I

0mm 20mm 40mm 60mm 0

20

40

60

80

100

%Back Scattering

0mm 20mm 40mm 60mm 0

20

40

60

80

100

0

7

14 ­ ­

21●●●

28●●●

t (días)

Zona II

Zona I

tiempo

1

%Transmission

%Transmission t (días)

En la Figura 3 se presentan los perfiles de back scattering de las emulsiones

formuladas con mayor concentración de mucílago (0,75 y 1,00%), correspondientes a la

Zona I del tubo. Se puede observar que estas emulsiones presentaron una alta

estabilidad frente al proceso de cremado al cabo de todo el periodo de almacenamiento

analizado (nivel BS aproximadamente 78%). Este hecho puede atribuirse al incremento

de la viscosidad de la fase continua dada la alta concentración de goma, la cual reduce

la movilidad de las gotas de aceite (Koocheki et al., 2009). Similares resultados fueron

informados para emulsiones O/W formuladas con diferentes concentraciones de goma

de Alyssum homolocarpum (Koocheki et al., 2009), goma guar, metilcelulosa, goma de

fenugreek, locust bean, lino, avena (Huang et al., 2001) y para goma xantan (Sun et al.,

2007).

Por otra parte, las emulsiones con menor concentración de mucílago fueron las más

inestables. La emulsión formulada con 0,25% de mucílago exhibió un notorio descenso

del %BS a los 7 días de almacenamiento con el consecuente incremento de la

transmitancia, mientras que con una concentración de 0,50% dicho fenómeno comenzó

a producirse a un periodo de almacenamiento de 21 días (Figura 4).

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

0 7 14 21 28

tiempo (días)

%B

S (z

ona

10-2

0mm

)

0,75% 1,00%

Fig. 3. Cinética de backscattering de las emulsiones con 0,75 y 1,00% de mucílago correspondientes a la Zona I

(10-20 mm)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 7 14 21 28

tiempo (días)

% T

rans

mis

ión

(zon

a 10

-20m

m) Blanco

0,25%0,50%

Fig. 4. Cinética de transmisión para emulsiones O/W con bajas concentraciones de mucílago correspondientes a

la Zona I (10-20 mm)

En la Figura 5 puede observarse que en la Zona II del tubo, todas las emulsiones

exhibieron valores altos de BS. En el caso particular de la emulsión formulada con

0,25% de mucílago se observa un incremento del 2,6% en este parámetro, desde t = 0 a

28 días, relacionado con la concentración de partículas en la parte superior del tubo. Por

otra parte, si bien las emulsiones con 0,50% de hidrocoloide exhibieron cremado, en la

zona II del tubo la concentración de partículas se incrementó sólo un 0,9% a lo largo del

tiempo analizado. En tanto, las emulsiones formuladas con una concentración de

mucílago ≥0,75% registraron valores constantes de BS.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 7 14 21 28

tiempo (días)

% B

S (z

ona

40-5

0 m

m)

Blanco 0,25% 0,50% 0,75% 1,00%

Fig. 5. Cinética de desestabilización de las emulsiones con diferente concentración de mucílago correspondientes a la Zona I (40-50 mm)

3.2. Distribución y Tamaño de Partículas

En la Figura 6 se muestra la distribución del tamaño de partículas de todas las

emulsiones estudiadas. En todos los casos se registró un comportamiento monomodal,

lo que implica una única población de partículas con tamaño comprendido entre 1 y 10

µm. Este hecho puede atribuirse a las características del tipo de homogeneizador

empleado (McClements, 1999).

En la Figura 6e puede observarse que la emulsión con 0,25% de mucílago, presenta

una segunda población de partículas de mayor tamaño (50-500 µm) asociado con la

desestabilización de la emulsión por la agregación de gotas de aceite. Si bien, esta

población no contribuyó al volumen total de la fase dispersa (pico muy pequeño),

favoreció al proceso de separación gravitacional (cremado) observado mediante el

QuickScan, debido a que el comportamiento de las emulsiones, en lo que respecta al

cremado y a la coalescencia, está gobernado por la presencia de gotas más grandes, aún

cuando estas representan un pequeño porcentaje de la totalidad de las mismas (Palazolo,

2006).

En la Tabla 1 puede observarse la polidispersidad de las emulsiones para las

diferentes concentraciones de mucílago y los distintos periodos de almacenamiento

refrigerado. Los menores valores de span corresponden a las emulsiones formuladas en

un rango de 0,25-0,75% de mucílago, mientras que la emulsión con 1,00% exhibió los

mayores valores de este parámetro, indicando una mayor polidispersidad de las

partículas, lo que puede asociarse a una pequeña población de partículas de mayor

tamaño registrada en las curvas de distribución en volumen (Figura 6). Este efecto

puede estar asociado con la viscosidad de la emulsión, lo cual puede interferir en el

proceso de homogeneización sin que pueda lograrse una completa ruptura y distribución

de las gotas de la misma. Por otra parte, los valores de span se incrementaron a mayores

tiempos de almacenamiento, relacionándose este hecho con el aumento de la

inestabilidad de las emulsiones, a excepción de las formuladas con 0,50 y 0,75% de

mucílago, en las que dichos valores permanecieron constantes.

Tabla 1. Cambios en los valores de span para las emulsiones preparadas con diferentes concentraciones de mucílago almacenadas a 4ºC.

Concentración (%) tiempo de

almacenamiento

(días) 0,25 0,50 0,75 1,00

0 1,81 ± 0,02 1,49 ± 0,02 1,76 ± 0,35 2,37 ± 0,21

7 1,88 ± 0,00 1,49 ± 0,05 1,65 ± 0,16 3,00 ± 1,65

14 1,77 ± 0,14 1,47 ± 0,02 1,56 ± 0,01 6,21 ± 0,44

21 1,89 ± 0,02 1,50 ± 0,01 1,52 ± 0,06 6,10 ± 0,01

28 2,44 ± 0,02 1,50 ± 0,00 1,42 ± 0,01 5,68 ± 0,67

a)

0

2

4

6

8

10

12

0,1 1 10 100 1000 10000

Tamaño de gota (mm)

% V

olum

enBlanco

0,25%

0,50%

0,75%

1,00%

c)

0

2

4

6

8

10

12

0,1 1 10 100 1000 10000

Tamaño de gota (mm)

% V

olum

en

Blanco0,25%0,50%0,75%1,00%

b)

0

2

4

6

8

10

12

0,1 1 10 100 1000 10000

Tamaño de gota (mm)

% V

olum

en

Blanco0,25%0,50%0,75%1,00%

d)

0

2

4

6

8

10

12

0,1 1 10 100 1000 10000

Tamaño de gota (mm)

% V

olum

enBlanco0,25%0,50%0,75%1,00%

e)

0

2

4

6

8

10

12

0,1 1 10 100 1000 10000

Tamaño de gota (mm)

% V

olum

en

Blanco0,25%0,50%0,75%1,00%

Fig. 6. Distribución de tamaño de gota para los diferentes periodos de almacenamiento (días) a 4ºC de emulsiones O/W con diferentes concentraciones de mucílago. a) t=0; b) t=7; c) t=14; d) t=21; e) t=28

3.3. Observación Microscópica

En la Figura 7 se muestran las microestructuras correspondientes a las emulsiones

inmediatamente después de su preparación (t = 0). Puede observarse que al

incrementarse la concentración de mucílago se reduce el tamaño de las gotas y la

estructura presenta un aspecto más compacto, pudiendo asociarse este efecto al

aumento de la viscosidad, lo que mantiene a las gotas en una estructura

tridimensional. Estructuras similares a las de mayor concentración de mucílago

fueron informadas por Huang et al. (2001) en emulsiones con 0,50% de goma de

fenugreek.

a) b)

c) d)

Fig. 7. Micrografías correspondientes a emulsiones con diferentes concentraciones de mucílago de chía (t=0)

a) 0,25%; b) 0,50%; c) 0,75% y d) 1,00%

Las micrografías correspondientes a 4 semanas de almacenamiento refrigerado indican

un aumento en el tamaño de las gotas en función del tiempo de almacenamiento (Figura

8), siendo el mismo más evidente en las emulsiones formuladas con una menor

concentración de mucílago. Este hecho se debe principalmente al fenómeno de

coalescencia entre las gotas. Similares resultados han sido informados para emulsiones

O/W formuladas con diferentes concentraciones de goma de Alyssum

homolocarpum (Koocheki et al., 2009).

a) b)

c) d)

Fig. 8. Micrografías correspondientes a emulsiones con diferentes concentraciones de mucílago de chía (t = 28 días).

a) 0,25%; b) 0,50%; c) 0,75% y d) 1,00%

4. Conclusiones

Estos resultados sugieren que la incorporación del mucílago de chía en emulsiones

O/W mejora la estabilidad frente a la coalescencia y la separación de fases

gravitacional, contribuyendo además a la obtención de emulsiones con distribuciones

uniformes y tamaños de gotas más pequeños. Concentraciones de mucílago de chía

≥ 0,75% demostraron ser las más eficaces. El mucílago -en su rol de agente espesante-

incrementa la viscosidad, reduciendo así la movilidad de las gotas de la emulsión y

proporciona el tiempo suficiente para que el agente emulsificante pueda migrar hacia a

la interfase aceite-agua y estabilizar la emulsión, lo cual está asociado con la

concentración de hidrocoloide.

Reconocimientos

Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET).

Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires, Universidad

Nacional de La Plata y Universidad Nacional de Quilmes Dr. Jorge Wagner.

Referencias

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