4. Resultados y discusiones
4.2. Efecto de los para´metros tecnolo´gicos de la emulsificacio´n conven cional
4.2.1.
I´ndice de cremado
Los datos obtenidos mediante la experimentacio´n al día 67 se muestran en el Cuadro 27. El co´digo fuente y los resultados de la l´ınea de comandos del software estadístico se presentan en el Ape´ndice 4. De los datos obtenidos, se aprecio´ que
Cuadro 26: Valor de pH de las emulsiones preparadas con diferentes para´metros del procesamiento ultraso´nico
Tiempo (s) Potencia (W) Dia´metro de sonotrodo (mm) pH promedio Desviacio´n esta´ndar 60 300 10 5.03 1.48 60 350 8 4.58 1.63 60 350 12 4.80 0.74 60 400 10 5.69 0.64 180 300 8 4.81 1.28 180 300 12 5.35 0.74 180 350 10 5.30 0.29 180 400 8 5.26 0.30 180 400 12 5.53 0.45 300 300 10 5.54 0.65 300 350 8 5.37 0.02 300 350 12 4.97 0.93 300 400 10 5.61 0.01
las velocidades baja y media (15000 y 20000 RPM) y los tiempos de 60 y 180 se- gundos se obtuvieron las emulsiones con ´ındice de cremado ma´s bajo y por lo tanto ma´s estables. Sin embargo estos resultados fueron superiores (menos estabilidad) que los reportados con anterioridad (Noro et al., 1979), que agitando a una veloci- dad menor (812 RPM por 60 minutos) y diversos emulsionantes del grupo Tween al 5 % empleando aceite mineral (45 % v/v) para obtener un ´ındice de cremado de aproximadamente 45 % luego de 5 horas, aunque siguiendo una tendencia exponen- cial.
En concordancia con los resultados de esta tesis, se ha sen˜alado (Einhorn-Stoll et al., 2002) que luego de 24 horas todas las emulsiones de aceite de girasol o do- decano preparadas por agitacio´n a alta velocidad (de 15000 a 20000 RPM por 1 o 2 minutos) usando Tween 20 (0.1 a 1 %) o caseinato (0.5 a 2.0 %) como emulsifican- tes estuvieron desestabilizadas, alcanzando el cremado total en los siguientes días mostrando incluso una fase de aceite libre en la parte superior.
Cuando se graficaron los valores del ´ındice de cremado de las emulsiones obte- nidas con agitacio´n a alta velocidad (Figura 16) no se verifica una tendencia clara
Cuadro 27: ´Indice de cremado de las emulsiones preparadas con diferentes para´me- tros del procesamiento convencional
Velocidad Tiempo (s) Media del ´ındice de cremado ( %) Desviacio´n esta´ndar
Baja 180 82.45 1.20 Baja 300 81.05 0.49 Baja 60 79.30 0.28 Media 180 78.75 1.06 Media 300 80.85 0.64 Media 60 86.30 1.41 Alta 180 84.25 2.62 Alta 300 82.90 0.00 Alta 60 83.15 0.49
en la distribucio´n de los datos medidos.
Cuando se ajustaron los datos a modelos de primer orden y segundo orden, no se obtuvo bondad de ajuste dado que la carencia de ajuste resulto´ significativa (p< 0.003065 y p< 0.001217, para los modelos de primer y segundo orden respectiva- mente).
Cuando se graficaron las medias de los resultados de los tratamientos (Figura 17) se pudo apreciar que la heterokedasticidad (varianza heteroge´nea) de los resul- tados podría ser la causa de la falta de ajuste de los modelos. Cuando se realizo´ la prueba de Lilliefors (correccio´n de Kolmogorov - Smirnov) se confirmo´
homogeneidad de varianzas (p<0.01)
la no
Un ana´lisis ANOVA se realizo´ pese a estas condiciones, dado que la gra´fica de interacciones (Figura 18) parecía mostrar una leve tendencia. Sin embargo, no se encontro´ diferencia significativa, salvo un leve efecto de la interaccio´n de la variable tiempo con la velocidad (p<0.1). Por lo tanto, se estimo como o´ptimo el tratamiento a nivel de velocidad medio por 180 segundos, ya que obtuvo el menor valor del ´ındice de cremado a partir de ese u´ltimo gra´fico, aunque no se haya podido obtener una confirmacio´n estad´ıstica.
Figura 16: Gra´fica de distribucio´n de valores de ´ındice de cremado para la emulsifi- cacio´n convencional
Figura 17: Gra´fica de cajas de la estabilidad de las emulsiones obtenidas por agita- cio´n
Figura 18: Gra´fica de interacciones de los para´metros tecnolo´gicos del procesa- miento convencional
4.2.2.
Taman˜ o de partícula
A los 19 días se midio´ el taman˜o de partícula (gotas de aceite) de las emulsiones preparadas por el me´todo convenciona. El ana´lisis estadístico (Ape´ndice 4) indica que las distribuciones de taman˜o presentaron un comportamiento no normal y de- sigualdad de varianzas. Por ello se empleo la te´cnica de bootstrapping para estimar los intervalos de confianza de la mediana (D50). La Figura 19 muestra la mediana y los intervalos de confianza al 95 % de las muestras. El Cuadro 28 muestra los valores nume´ricos. Se aprecia que los valores ma´s altos de potencia produjeron las emul- siones con taman˜o de partícula ma´s pequen˜o, como era de esperar. En comparacio´n, otros estudios (Branch, 2001) produjeron aderezos para ensalada con hasta 50 % de aceite de soya y yemas de huevo y polisorbato 60 como emulsionantes, empleando mezclado lento a 113 RPM y usando un equipo de cizalla hidra´ulica (140 - 220 psi), obteniendo un taman˜o de partícula mucho ma´s grande (5.17 µm a 6.50 µm), que sin embargo no se desestabilizaron como en la presente investigacio´n, debido a que emplearon en la formulacio´n otros aditivos como gomas y estabilizadores que tuvieron un efecto mayor sobre la viscosidad que la yema de huevo (emulsificante).
Figura 19: Mediana e intervalos de confianza al 95 % del dia´metro (D50) de las partículas de las emulsiones obtenidas por el me´todo convencional
Cuadro 28: Dia´metro (D50) de las partículas de aceite en las emulsiones obtenidas con diferentes para´metros del procesamiento convencional
Velocidad Tiempo (s) Dia´metro D50 de partículas (µm) Intervalo de confianza inferior (µm) Intervalo de confianza superior (µm) Baja 60 2.45 2.37 2.55 Baja 180 2.41 2.32 2.47 Baja 300 1.86 1.82 1.92 Media 60 1.74 1.65 1.83 Media 180 1.94 1.85 2.00 Media 300 1.99 1.88 1.99 Alta 60 1.92 1.90 1.95 Alta 180 1.86 1.77 1.86 Alta 300 1.98 1.91 2.00
·
Cuadro 29: ´Indice de pero´xidos de las emulsiones preparadas con diferentes para´metros del procesamiento convencional
Velocidad Tiempo (s) ´Indice de pero´xido (mEq-O2 kg−1)
Baja 180 9.8 Baja 300 1.1 Baja 60 6.3 Media 180 1.1 Media 300 2.2 Media 60 4.0 Alta 180 1.2 Alta 300 3.5 Alta 60 2.9
4.2.3.
I´ndice de pero´xido
A los 32 días del experimento se realizo´ la determinacio´n del ´ındice de pero´xido de las muestras. Los resultados se muestran en el Cuadro 29. El nivel de tiempo de 180 s produjo las emulsiones con menor ´ındice de pero´xido cuando se emplearon los niveles de velocidad medio y alto (20000 y 25000 RPM). Previamente (Mihov et al., 2012) se reportaron valores del ´ındice de pero´xidos mucho ma´s altos, de entre 14.53 a 15.21 mEq-O2·kg−1 para aderezos de ensalada preparados con 25 % de aceite de oliva con y sin la adicio´n de extractos de hierbas, empleando el me´todo convencional (3900 RPM, 90 + 60 segundos), luego de 20 días de almacenamiento a 20◦C. Es probable que la mayor proporcio´n de aceite usado por dichos autores, junto a otros ingredientes empleados, hayan contribuido a que el ´ındice de pero´xidos sea mayor al que se reporta en la presente investigacio´n.
4.2.4.
Acidez
A los 45 días se realizo´ la determinacio´n de la acidez de las muestras. El Cua- dro 30 muestra los valores obtenidos para cada tratamiento expresados como a´cido oleico. Las emulsiones obtenidas con los niveles de velocidad medio y alto a nive- les de tiempo de 60 y 180 s presentaron una menor acidez que las obtenidas con el
·
Cuadro 30: Acidez de las emulsiones preparadas con diferentes para´metros del pro- cesamiento convencional
Velocidad Tiempo (s) Acidez (g 100g−1)
Baja 180 16.67 Baja 300 29.40 Baja 60 14.70 Media 180 10.44 Media 300 33.62 Media 60 15.93 Alta 180 14.58 Alta 300 20.16 Alta 60 15.23
mayor tiempo de procesamiento o velocidad baja. En otro estudio, luego de 20 días de almacenamiento a 20◦C, se reporto´ que los aderezos de ensalada elaborados a base de aceite de oliva (25 %) con o sin adicio´n de extractos de hierbas, preparados segu´n el me´todo convencional (3900 RPM, 90 + 60 segundos), tuvieron una acidez de 0.4 a 0.7 g·100g−1 de a´cido oleico (Mihov et al., 2012). Los resultados ma´s altos que se obtuvieron en la presente investigacio´n pueden deberse al mayor tiempo de almacenamiento empleado.
4.2.5.
pH
A los 30 días se realizo´ la medicio´n del pH de la muestras. Luego del ana´li- sis estadístico (Ape´ndice 4) no se ha encontrado diferencia significativo entre los tratamiento ni significancia de los efectos de los factores (para´metros tecnolo´gi- cos). Los resultados se presentan en el Cuadro 31. Comparativamente, se determino´ (Mirhosseini et al., 2008) que en una bebida emulsificada (goma ara´biga, goma xan- tana, 10-14 % p/p de aceite de naranja) obtenida por emulsificacio´n a alta velocidad (1 minuto) y emulsificacio´n a alta presio´n (30, 28 y 25 MPa), el pH vario´ poco para todas las corridas que emplearon (pH 3.83 a 4.04), y los autores indican que so´lo la concentracio´n de goma ara´bica tuvo un efecto sobre el valor del pH. Debido a que para el presente experimento no se emplearon gomas, se justificaría que el valor de
Cuadro 31: Valor de pH de las emulsiones preparadas con diferentes para´metros del procesamiento convencional
Velocidad Tiempo (s) pH Desviacio´n esta´ndar
Baja 180 6.08 0.04 Baja 300 6.12 0.02 Baja 60 5.97 0.27 Media 180 6.10 0.02 Media 300 6.06 0.18 Media 60 6.03 0.11 Alta 180 6.17 0.01 Alta 300 6.12 0.04 Alta 60 6.02 0.09
pH var´ıe poco para todas las corridas ensayadas.
4.3.
Efecto de los para´metros de formulacio´n de la
emulsio´n
4.3.1.
I´ndice de cremado
Luego de 60 días se observo´ que ninguna de las muestras preparadas presento´ coalescencia o inestabilidad, por lo que no se evidencio´ cremado ni separacio´n. Así, todas las emulsiones presentaron estabilidad visual. Un comportamiento similar se observo´ durante la obtencio´n de nanoemulsiones de aceite de mostaza en agua (al 10 %) sin otros aditivos empleando mayores tiempos de sonicacio´n y potencia, que fueron estables incluso luego de 90 días (Carpenter y Saharan, 2017).
4.3.2.
Taman˜ o de partícula
A los 65 días se realizo´ la medicio´n del taman˜o de partícula, estimada por el valor de la mediana del dia´metro (D50). Los datos fueron no normales y se realizo´ el bootstrapping para estimar los intervalos de confianza (Ape´ndice 5). La Figura 20 muestra el valor de la mediana D50 mientras que el Cuadro 32 muestra los valores
nume´ricos.
Las muestras con el taman˜o de partícula (D50) ma´s pequen˜o fueron mayormen- te las que se prepararon con Tween 20 en el nivel de concentracio´n ma´s alto (3 %) y empleando aceite de sacha inchi o coco en los niveles probados, con la excepcio´n de la muestra preparada con lecitina al 1 % y aceite de coco al 10 % que no se corres- ponde con esta tendencia. Empleando aceite de mostaza como fase dispersa y una mezcla de Tween 80 y Span 80 (HLB de la mezcla = 10), se observo´ que los meno- res taman˜os de partícula se corresponden con los niveles ma´s altos de emulsificante (Carpenter y Saharan, 2017), lo que confirma parcialmente lo observado.
Los mismos autores evaluaron el efecto de la concentracio´n de la fase oleosa sobre el taman˜o de las partículas obtenidas por emulsificacio´n ultraso´nica (8 % de emulsificante), encontrando que los menores niveles de concentracio´n de aceite ob- tiene los menores taman˜os de partícula. Igualmente, empleando aceite de parafina y 9 % de emulsificante, se encontro´ que la menor concentracio´n de la fase oleosa produce las emulsiones con menor dia´metro (Shekar et al., 2011). Para la prepara- cio´n de nanoemulsiones de aceite de oliva usando Tween 80 como emulsificante, la mejor estabilidad (taman˜o de partícula de 151.68 nm) se obtuvo a los 3 minu- tos de tiempo de ultrasonido (750 W, 20 kHz), 4 % de aceite de oliva y 2.08 % de Tween 80 (Mehmood et al., 2017). Sin embargo para ello emplearon previamente un pre-tratamiento con el emulsificador a alta velocidad (15000 RPM por 10 minu- tos). Los resultados de esta tesis confirman esta tendencia para los aceites de sacha inchi y coco, que al nivel inferior (10 %) presentaron menores taman˜os de partícula en comparacio´n al nivel superior (15 %), sin embargo las emulsiones con aceite de oliva no mostraron esa relacio´n con el taman˜o de partícula.
Empleando Tween 20 como emulsificante, el incremento de la concentracio´n de Tween 20 (de 0.1 a 1.0 %) en emulsiones con 40 % de aceite de girasol produce una disminucio´n del taman˜o de partícula (Einhorn-Stoll et al., 2002). Los datos de esta tesis confirman parcialmente esta tendencia, que varia dependiendo del aceite usado
Figura 20: Mediana e intervalos de confianza al 95 % del dia´metro (D50) de las partículas de las emulsiones obtenidas empleando diferentes formulaciones
en la emulsio´n.
4.3.3.
Acidez
A los 47 días se realizo´ la determinacio´n de la acidez de las muestras. No se encontro´ diferencia significativa entre los tratamientos (Ape´ndice 5). El Cuadro 33 muestra los resultados nume´ricos expresado como a´cido oleico. No se espera que el tratamiento ultraso´nico haya tenido un efecto sobre la acidez de las emulsiones diferente al esperable en las mismas condiciones pero sin emplear ultrasonido. Así, para la emulsio´n obtenida por el me´todo convencional (aderezo para ensalada con 25 % de aceite de oliva), los niveles de acidez estuvieron entre 0.4 a 0.7 g·100g−1 de a´cido oleico, luego de 20 días a 20◦C (Mihov et al., 2012). La acidez que se reporta en la presente tesis para este experimento se encuentra en el rango, e incluso es inferior, a los de la emulsio´n del autor citado.
Cuadro 32: Dia´metro (D50) de las partículas de aceite en las emulsiones obtenidas con diferentes formulaciones
Emulsionante % Aceite % Dia´metro D50 de partículas Intervalo de confianza inferior (µm) Intervalo de confianza superior (µm) (µm) Lecitina 1 Oliva 10 3.18 3.02 3.35
Lecitina 1 Sacha inchi 10 2.95 2.86 3.23
Lecitina 1 Coco 10 1.48 1.38 1.53
Lecitina 1 Oliva 15 2.38 2.32 2.43
Lecitina 1 Sacha inchi 15 3.05 2.99 3.09
Lecitina 1 Coco 15 3.23 3.14 3.33
Lecitina 3 Oliva 10 4.64 4.42 4.87
Lecitina 3 Sacha inchi 10 2.57 2.49 2.60
Lecitina 3 Coco 10 3.09 2.98 3.14
Lecitina 3 Oliva 15 3.05 2.89 3.16
Lecitina 3 Sacha inchi 15 2.81 2.70 2.93
Lecitina 3 Coco 15 2.42 2.28 2.49
Tween 20 1 Oliva 10 2.53 2.24 2.65
Tween 20 1 Sacha inchi 10 3.34 3.23 3.47
Tween 20 1 Coco 10 5.04 4.37 5.04
Tween 20 1 Oliva 15 2.45 2.27 2.57
Tween 20 1 Sacha inchi 15 2.57 2.47 2.57
Tween 20 1 Coco 15 2.37 2.17 2.53
Tween 20 3 Oliva 10 3.52 3.27 3.65
Tween 20 3 Sacha inchi 10 1.96 1.86 2.05
Tween 20 3 Coco 10 2.69 2.57 2.78
Tween 20 3 Oliva 15 2.93 2.71 3.05
Tween 20 3 Sacha inchi 15 2.14 2.05 2.23
·
Cuadro 33: Acidez de las emulsiones obtenidas con diferentes formulaciones
Emulsionante % Aceite % Acidez (g 100g−1)
Lecitina 1 Coco 10 0.53
Lecitina 1 Oliva 10 0.28
Lecitina 1 Sacha inchi 10 0.15
Lecitina 1 Coco 15 0.10
Lecitina 1 Oliva 15 0.09
Lecitina 1 Sacha inchi 15 0.51
Lecitina 3 Coco 10 0.38
Lecitina 3 Oliva 10 0.10
Lecitina 3 Sacha inchi 10 0.31
Lecitina 3 Coco 15 0.21
Lecitina 3 Oliva 15 0.17
Lecitina 3 Sacha inchi 15 0.17
Tween 20 1 Coco 10 0.17
Tween 20 1 Oliva 10 0.14
Tween 20 1 Sacha inchi 10 0.18
Tween 20 1 Coco 15 0.18
Tween 20 1 Oliva 15 0.20
Tween 20 1 Sacha inchi 15 0.79
Tween 20 3 Coco 10 0.15
Tween 20 3 Oliva 10 0.48
Tween 20 3 Sacha inchi 10 0.34
Tween 20 3 Coco 15 0.20
Tween 20 3 Oliva 15 0.19
Cuadro 34: Acidez de las emulsiones obtenidas con diferentes formulaciones
Emulsionante % Aceite % pH Lecitina 1 Coco 10 4.55 Lecitina 1 Oliva 10 5.60 Lecitina 1 Sacha inchi 10 5.17 Lecitina 1 Coco 15 5.20 Lecitina 1 Oliva 15 5.34 Lecitina 1 Sacha inchi 15 4.63 Lecitina 3 Coco 10 4.99 Lecitina 3 Oliva 10 4.83 Lecitina 3 Sacha inchi 10 5.19 Lecitina 3 Coco 15 4.35 Lecitina 3 Oliva 15 4.77 Lecitina 3 Sacha inchi 15 5.06 Tween 20 1 Coco 10 5.39 Tween 20 1 Oliva 10 5.04 Tween 20 1 Sacha inchi 10 4.82 Tween 20 1 Coco 15 4.30 Tween 20 1 Oliva 15 4.24 Tween 20 1 Sacha inchi 15 4.16 Tween 20 3 Coco 10 5.68 Tween 20 3 Oliva 10 4.84 Tween 20 3 Sacha inchi 10 5.29 Tween 20 3 Coco 15 4.93 Tween 20 3 Oliva 15 4.98 Tween 20 3 Sacha inchi 15 5.26
4.3.4. pH
Luego de 47 días se midio´ el pH de las muestras. No hubo diferencia significa- tiva entre los tratamiento ni efecto de los para´metros de formulacio´n (Ape´ndice 5). El Cuadro 34 muestra los valores nume´ricos. Los valores fueron un poco inferiores a los reportados previamente (Guay y Bisaillon, 1979) para las emulsiones de aceite de soya, man´ı, colza y algodo´n obtenidas por ultrasonido y empleando 5 % de emul- sionante Pluronic F-68 y L-62. Los valores que reportaron estos autores estuvieron entre 4.7 y 5.3.