Emulsionantes

RESUMEN
Avances en la formulación de emulsiones
Esta revisión destaca que la formulación, junto con el
procesado, definen la microestructura de las emulsiones, y
por tanto sus propiedades funcionales. Se describen los
componentes de las fases oleosa y acuosa, así como sus
principales propiedades en relación con las emulsiones. Se
estudian los emulsionantes, que ocupan básicamente la in-
terfase aceite-agua, distinguiendo entre los de bajo y alto pe-
so molecular, así como entre sintéticos derivados del petró-
leo, otros que se pueden obtener a partir de materias primas
comestibles y de origen biotecnológico. Se resumen las eta-
pas claves que sufren las proteínas como emulsionantes y
las condiciones en que polímeros sintéticos y polisacáridos
actúan cono estabilizantes. Se aborda también la formación
de complejos proteína-polisacáridos como una vía de opti-
mización de formulaciones. Se finaliza destacando que los
progresos en formulación de emulsiones deben basarse en
la ingeniería del producto y en metodologías multidisciplina-
res.
PALABRAS-CLAVE: Emulsiones - Emulsionantes - Esta-
bilizantes - Polisacáridos - Proteínas - Tensioactivos.
SUMMARY
Progress in emulsion formulation
This review emphasizes that formulation, along with
processing, defines the microstructure of emulsions and
therefore their functional properties. Possible components of
both the oil and aqueous phases are described as well as
their relevant properties concerning emulsions. The general
characteristics of low molecular and high molecular weight
emulsifiers, which essentially are adsorbed on the oil/water
interfaces, are described. Synthetic emulsifiers derived from
the oil industry, as well as those stemming from edible raw
materials and biotechnological sources are considered. The
main steps of the emulsifying mechanism using proteins and
the role of synthetic polymers as well as polysaccharides as
stabilizers are discussed. In addition, the formation of
protein-polysaccharide complexes as a way of optimizing
emulsion formulations is analyzed. Finally, this review points
out that the progress in emulsion formulation must rely on the
product engineering approach, which involves a
multidisciplinary methodology.
KEY-WORDS: Emulsions - Emulsifiers - Polysaccharides
- Proteins - Stabilisers - Surfactants.
Avances en la formulación de emulsiones
Por, José Muñoz*, María del Carmen Alfaro e Isabel Zapata
Departamento de Ingeniería Química. Facultad de Química.
Universidad de Sevilla. c/ P. García González, 1, 41012 Sevilla.
1. INTRODUCCIÓN
Una emulsión es una dispersión termodinámica-
mente inestable de dos líquidos inmiscibles, nor-
malmente de naturaleza apolar y polar, en la que
uno de ellos forma gotas de pequeño tamaño (de
0,1 a 100 micras) que se denomina fase dispersa o
interna y el otro, fase continua o externa. En la
práctica debe contener un tercer componente, un
emulsionante, sustancia anfifílica que facilita la for-
mación de la emulsión disminuyendo la tensión in-
terfacial entre la fase apolar (oleosa) y la polar
(acuosa) y además aporta al menos una cierta es-
tabilidad física durante un tiempo, que puede ser
más o menos largo, dependiendo de la composi-
ción, características de procesado y condiciones
externas durante el envejecimiento.
Las emulsiones encuentran aplicaciones en di-
versos campos: alimentación, cosmética, farmacia,
química agrícola, detergencia, industria de la pintu-
ra y polímeros, pretratamientos de crudos de petró-
leo en refinerías, tratamiento de mareas negras, re-
cuperación terciaria de petróleo, asfaltos, etc. No
obstante, esta revisión hace especial énfasis en las
emulsiones alimentarias.
Dependiendo de la naturaleza de las fases disper-
sa y continua, las emulsiones se clasifican como O/W,
W/O o múltiples tipo W/O/W y O/W/O (Becher, 1985).
Una emulsión O/W, se denomina emulsión acei-
te en agua. En este tipo de emulsiones la fase dis-
persa consiste en pequeñas gotas de un líquido de
naturaleza oleosa, por tanto hidrófoba, y una fase
continua dominada por un medio normalmente
acuoso. Como ejemplos de emulsiones O/W se
pueden citar: leche, mayonesa, nata, abonos, fito-
sanitarios y herbicidas emulsionados, algunas sal-
sas y emulsiones de algunos tipos de petróleo.
Lógicamente en una emulsión agua en aceite
(W/O), la fase dispersa es de naturaleza acuosa y
la continua oleosa. Ejemplos: mantequilla, margari-
na, emulsiones para protección solar, algunas
emulsiones de petróleo.
La posibilidad de que se formen emulsiones
O/W o W/O con petróleos depende de si se trata de
crudo de petróleo y del tipo que sea o si se trata de
fracciones refinadas del mismo. Además, es clave
el tipo de emulsionante utilizado (Sjöblom, 2001).
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GRASAS Y ACEITES, 58 (1),
ENERO-MARZO, 64-73, 2007,
ISSN: 0017-3495
REVISIÓNREVISIÓN

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AVANCES EN LA FORMULACIÓN DE EMULSIONES
La mayoría de las emulsiones múltiples: O/W/O
y W/O/W encuentran aplicaciones en cosmética y
farmacia, constituyendo la medicina y tecnología de
alimentos campos claros de aplicaciones potencia-
les (Garti y Benochou, 2003).
Es de destacar que esta nomenclatura no hace
referencia a la presencia de componentes funda-
mentales, los emulsionantes.
Dada la diferente naturaleza de las fases orgáni-
cas/oleosas y acuosas, son esperables diferencias
significativas de densidad, que conduzcan tarde o
temprano a una separación de fases, que en la prác-
tica supone la rotura de la emulsión y, por tanto, el fin
de su vida útil. Esto será un problema serio a no ser
que se compense la inestabilidad termodinámica de
estos sistemas mediante lo que se puede denominar
estabilidad cinética. Es decir, a no ser que se consi-
ga mantener prácticamente constantes el tamaño
medio de gota, la distribución espacial de las mismas
y sus propiedades funcionales a lo largo del tiempo
de vida útil para la aplicación prevista de la emulsión.
Por tanto, una de las propiedades más importantes
de una emulsión es su estabilidad. Dependiendo del
tipo de emulsión considerado, fundamentalmente de
su composición, el término estabilidad no sólo inclu-
ye los aspectos físicos que controlan principalmente
la separación de fases, sino también químicos (oxi-
dación, hidrólisis) y microbiológicos (crecimiento bac-
teriano y de otros microorganismos). No obstante, en
ocasiones, la clave del éxito de un proceso es justo
la contraria, poder controlar la desestabilización de
emulsiones. A título de ejemplo, los pretratamientos
de crudo de petróleo en refinerías.
En cualquier caso, la investigación, desarrollo e
innovación (I+D+I) de productos emulsionados
abarca las siguientes etapas comunes a los distin-
tos campos de aplicación:
1. Análisis de mercado para el producto emul-
sionado que se pretende desarrollar.
2. Formulación, incluyendo la caracterización fí-
sica y química de las materias primas, ade-
más del estudio de las interacciones entre
componentes.
3. Procesado, incluyendo la selección de los
equipos más adecuados y las condiciones de
operación óptimas.
4. Caracterización microestructural de las
emulsiones.
5. Análisis de la estabilidad de las emulsiones.
6. Comercialización con énfasis en el valor aña-
dido real del producto.
Una visión global de estas etapas indica que las
propiedades funcionales, incluyendo la estabilidad
de las emulsiones, están principalmente controla-
das por la microestructura de las mismas y en su
evolución bajo las condiciones termo-mecánicas
existentes durante su vida útil. La correlación entre
una propiedad específica de la emulsión y su mi-
croestructura se denomina función de propiedad
(Schubert et al, 2003). En este sentido es impor-
tante reparar en que la formulación, tanto desde el
punto de vista cualitativo, como cuantitativo, junto
con las condiciones de procesado condicionan la
formación de una microestructura determinada de
la emulsión y, por tanto, indirectamente sus propie-
dades funcionales. La relación entre las condicio-
nes de procesado y la microestructura de la emul-
sión se ha denominado función de proceso (Borho
et al, 1991, Schubert et al, 2003).
La formulación de emulsiones se basa en un co-
nocimiento lo más profundo posible de sus compo-
nentes básicos y de sus interrelaciones: la fase ole-
osa, la fase acuosa y el o los emulsionantes. En
algunos casos para que la emulsión presente unas
propiedades funcionales aceptables es también fun-
damental utilizar algún tipo de estabilizante o estabi-
lizador. La estabilidad física de una emulsión está
condicionada por el resultado de un balance com-
plejo de fuerzas de atracción y repulsión entre las
gotas de fase dispersa, condicionado por las condi-
ciones fisicoquímicas del medio continuo (Evans y
Wennerström, 1994). Finalmente, señalar que la in-
clusión de algún principio activo, alimento funcional o
componente esencial para garantizar el valor añadi-
do de la emulsión, dependerá de su compatibilidad
con el medio donde se incorpore fundamentalmente:
la fase oleosa (O), la fase acuosa (W) o la interfase.
2. LA FASE OLEOSA (O) DE LAS EMULSIONES
La fase oleosa de una emulsión puede estar
constituida por un producto químico orgánico de sín-
tesis, como por ejemplo: hidrocarburos, o grasas y
aceites procedentes de materias primas apenas ma-
nipuladas, por tanto próximos a productos naturales
de naturaleza orgánica, como por ejemplo, aceites
vegetales. No obstante, también se utilizan fases ole-
osas basadas en lípidos naturales químicamente
modificados, como por ejemplo grasas hidrogena-
das. Entre los componentes más importantes de las
fases oleosas de las emulsiones alimentarias se
pueden citar los ácidos grasos y sobre todo los trigli-
céridos. Un resumen interesante sobre las estructu-
ras químicas de los ácidos grasos y los lípidos, así
como de las diferentes materias primas a partir de
las cuales se obtienen se puede consultar en las
obras de Gunstone (1997 a y b), Sikorski y Kola-
kowska (2003) y O´Brien (2004). El resto de com-
puestos liposolubles presentes en la emulsión se
concentrarán en la fase oleosa. Como ejemplos se
pueden citar: vitaminas, colorantes liposolubles (ca-
rotenos), y esteroles. Los carotenos en la práctica se
utilizan en forma cristalizada, siendo su solubilidad
en fase oleosa bastante baja. Los carotenos como
aditivos de emulsiones alimentarias se usan en for-
ma emulsionada, consiguiéndose una mayor solubi-
lidad que en fase oleosa (Schubert y Ax, 2003).
Entre las propiedades más importantes de las
fases oleosas utilizadas en emulsiones alimenta-
rias se encuentran, además de sus características
organolépticas, la densidad, punto de fusión, visco-
sidad y tensión superficial (Mc Clements, 2004a).
Todas estas propiedades son dependientes de la

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JOSÉ MUÑOZ, MARÍA DEL CARMEN ALFARO E ISABEL ZAPATA
estructura química concreta de los lípidos utiliza-
dos. Es también importante el carácter apolar de la
fase oleosa ya que influye en las propiedades inter-
faciales de los emulsionantes. Por ejemplo, afecta a
la intensidad de los cambios conformacionales de
las proteínas adsorbidas en la interfase (Rampon et
al, 2004 y Mc Clements, 2004b).
Merece atención especial, citar la importancia en
el campo de las emulsiones alimentarias de los pro-
cesos de cristalización de lípidos, que deben ser
analizados en profundidad incluyendo conceptos co-
mo el de líquidos subenfriados, procesos de nuclea-
ción de cristales, de cinética de crecimiento cristalino
y el polimorfismo asociado a las distintas estructuras
cristalinas que se pueden formar (Larsson, 1997).
En emulsiones W/O la cristalización de los lípi-
dos del medio continuo puede favorecer la consis-
tencia y propiedades de flujo de la emulsión, así
como su estabilidad física. Por el contrario, en
emulsiones O/W puede ser un problema debido a
que la interpenetración de cristales de gotas cer-
canas puede favorecer la desestabilización de la
emulsión mediante el mecanismo conocido como
coalescencia parcial de gotas. Otro aspecto a con-
siderar son las reacciones químicas que pueden
sufrir las fases oleosas, fundamentalmente reac-
ciones de hidrólisis de lípidos (ataque enzimático,
tratamientos térmicos, contacto con humedad) y
reacciones de oxidación, que provocan serios pro-
blemas organolépticos (Mc Clements, 2004a; Ala-
med et al, 2006).
La fase oleosa de las emulsiones constituye uno
de los puntos de progreso en lo que respecta a for-
mulaciones innovadoras. En el campo de las emul-
siones alimentarias es de prever un interés crecien-
te en el uso de aceites con propiedades funcionales,
como por ejemplo: aceites de girasol alto oleico,
aceites de oliva (refinado y virgen) y aceites vegeta-
les enriquecidos en ácidos grasos poliinsaturados.
3. LA FASE ACUOSA (W) DE LAS
EMULSIONES
La fase acuosa de las emulsiones raramente
consiste en agua pura, lo normal es que además se
encuentren varios productos de naturaleza hidrófi-
la. Entre los componentes solubles en medio acuo-
so se encuentran: sales, ácidos, bases, azúcares,
tensioactivos, proteínas (en los dos últimos casos
puede ser por exceso respecto a las cantidades
presentes en la interfase O/W, por incompatibilidad
con la interfase o material desplazado de la misma
durante el procesado), estabilizantes (polisacári-
dos, polímeros), conservantes y algunos colorantes
(ejemplo: extracto de pimentón).
Desde un punto de vista químico es interesante
distinguir entre las diferentes interacciones de las
moléculas de agua con solutos iónicos, dipolares e
hidrófobos, constituyendo la obra de Israelachvili
(1992) una referencia clave para profundizar en es-
tos aspectos. Respecto al agua en sí, debe pres-
tarse atención al efecto de la cristalización en las
emulsiones sometidas a bajas temperaturas, sobre
todo teniendo en cuenta la expansión de volumen
que representa, reflejada en un claro descenso de
densidad.
En algunas emulsiones O/W es decisivo el pa-
pel de los estabilizantes en la fase acuosa, papel
que en emulsiones no alimentarias lo desempeñan
principalmente polímeros sintéticos y en alimenta-
rias, polímeros de naturaleza polisacarídica. Estos
polisacáridos pueden llegar a controlar las propie-
dades de la fase acuosa en una emulsión.
Un factor decisivo para el éxito de una formula-
ción es la correcta hidratación de biopolímeros, hi-
drocoloides tales como proteínas y polisacáridos
en las emulsiones alimentarias y de polímeros sin-
téticos en otras emulsiones, que a su vez está con-
dicionada por una dispersión previa eficaz de los
componentes sólidos y de la presencia del resto de
solutos en la fase acuosa (sales, ácidos, bases,
azúcares, etc.) (Clark, 2004).
4. EMULSIONANTES
Un emulsionante es una molécula anfifílica, de
bajo o alto peso molecular, que tiende a migrar y
adsorberse rápidamente en la interfase aceite-
agua, favoreciendo la formación de gotas con un
menor consumo de energía, y por tanto la forma-
ción de la emulsión, al reducir la tensión interfacial.
Un emulsionante no es igual a un estabilizante,
aunque estos términos se confunden en ocasiones.
Lo que a veces se identifica como emulgente o
emulsificante no es tal, sino un estabilizante, que a
efectos prácticos no presenta actividad interfacial
significativa. Sin embargo, los emulsionantes, ade-
más de facilitar la formación de las emulsiones,
aportan desde la interfase una cierta estabilidad fí-
sica, aunque puede ser durante un corto período
de tiempo. En ciertos casos, son responsables de
que la estabilidad física se prolongue durante un
tiempo prolongado. Por ejemplo, las mayonesas sin
polisacáridos añadidos y con un porcentaje en pe-
so de aceite mayor o igual al 78% se mantienen es-
tables durante un tiempo de vida comercial de al
menos 1 año.
Como ejemplos de emulsionantes de bajo peso
molecular se pueden citar los tensioactivos, lípidos
polares y glicolípidos. Entre los emulsionantes de
alto peso molecular, se pueden citar las proteínas,
lipoproteínas, copolímeros de bloque (sintéticos) y
algunos polisacáridos exudados como la goma ará-
biga. En este último caso la eficacia es sensible-
mente inferior a los ejemplos anteriores y además
se atribuye a la presencia de un pequeño porcen-
taje de proteínas enlazadas de forma covalente a
una fracción de alto peso molecular del polisacári-
do (Dickinson, 2003).
4.1. Emulsionantes de bajo peso molecular
Entre los tensioactivos podemos distinguir los
aniónicos, catiónicos, anfóteros (o zwitteriónicos) y

los no iónicos. Pueden utilizarse sintéticos, deriva-
dos de la industria del petróleo. Por ejemplo; dode-
cil sulfato de sodio, alcoholes grasos polietoxilados,
sales alquílicas de amonio cuaternarias, alquil-be-
taínas (Tadros, 2005) o bien de materias primas al-
ternativas, como los fosfolípidos (lecitinas de soja y
de huevo), monoglicéridos obtenidos a partir de
grasas y aceites mediante interesterificación con
glicerol, ésteres de sacarosa, ésteres de sorbitano,
polisorbatos, etc (Krog, 1997 a, b). Se utilizan tam-
bién ésteres de monoglicéridos con ácidos orgáni-
cos del tipo: acético, láctico, diacetiltartárico y cítri-
co, con lo que se logran emulsionantes con
propiedades anfifílicas diferentes a los monoglicéri-
dos (Faergemand y Krog, 2003).
En fase acuosa pueden formar diversas estruc-
turas de asociación, que pueden ser de naturaleza
micelar e incluso líquido-cristalina (Muñoz y Alfaro,
2000). Se han llegado a establecer interesantes re-
laciones entre los diagramas de fase de tensioacti-
vos y la estabilidad de las correspondientes emul-
siones (Friberg, 2001). En la interfase, forman
capas monomoleculares, aunque en ciertas condi-
ciones pueden formar multicapas de naturaleza lí-
quido-cristalina, que aumenta la viscoelasticidad de
la interfase, favoreciendo el procesado y estabilidad
de las emulsiones. Un ejemplo interesante es el de
salsas finas que contienen lecitina de huevo, en las
que se han podido observar láminas líquido-crista-
linas mediante microscopía con luz polarizada
(Krog, 1997a)
Otra fuente de emulsionantes interesantes es la
biotecnología, constituyendo el emulsan un ejem-
plo interesante al ser un tensioactivo de naturaleza
macromolecular obtenido por fermentación micro-
biana (Kim et al, 2000).
Un concepto importante para la selección de un
emulsionante o una mezcla óptima de emulsionan-
tes, al menos para los de baja masa molecular, es
el balance hidrófilo lipófilo, HLB. Los emulsionantes
son de naturaleza anfifílica, pero pueden tener una
mayor o menor tendencia a solubilizarse en medio
oleoso o acuoso, dependiendo de la importancia
relativa de sus grupos hidrófilos (cabezas polares o
grupos etoxilados) e hidrófobos (cadenas largas hi-
drocarbonadas, C ≥ 12). Si el emulsionante tiende
a ser soluble en agua será útil para formar emul-
siones O/W. Por el contrario, si su parte apolar es
dominante se disolverá preferentemente en un me-
dio oleoso y, como consecuencia, será más útil pa-
ra la formación de emulsiones W/O. Desde un pun-
to de vista cuantitativo, se distinguen en la literatura
tres conceptos con denominaciones similares pero
definiciones diferentes: HLB, número HLB y la tem-
peratura HLB, o PIT (temperatura de inversión de
fases) (Shinoda y Friberg, 1986).
El HLB indica la tendencia dominante, hidrófila o
lipófila, de un emulsionante en una formulación y
condiciones externas concretas. Es decir, es sensi-
ble al tipo de la fase oleosa de la emulsión, a los ti-
pos y concentraciones de aditivos presentes tanto
en la fase acuosa como en la oleosa y también a la
temperatura.
El número HLB se asocia a la estructura quími-
ca de cada emulsionante, independientemente de
las condiciones específicas de su aplicación. Es
uno de los criterios principales para la selección de
los tensioactivos a emplear en emulsiones. Existen
diversos métodos para calcularlo, recomendándose
el libro de Shinoda y Friberg (1986) para un estudio
detallado de los mismos. La Tabla 1 presenta una
selección de tensioactivos y sus correspondientes
HLB. Los emulsionantes con número HLB com-
prendido entre 8 y 18 se recomiendan para formar
emulsiones O/W. En el caso de las emulsiones
W/O, los intervalos varían ligeramente según la
fuente consultada: entre 4y 6 (St. Angelo, 1989) o
entre 3 y 6 (Friberg, 1997).
La temperatura HLB (o PIT), temperatura de in-
versión de fases es una propiedad de la emulsión
en sí y no del emulsionante. Es la temperatura a la
que las propiedades hidrófilas y lipófilas de un ten-
sioactivo no iónico se equilibran. En el caso de los
tensioactivos iónicos, el HLB no varía significativa-
mente con la temperatura pero si es sensible a la
presencia de cotensioactivos.
4.2. Emulsionantes de alto peso molecular
Los polímeros sintéticos de naturaleza muy hi-
drófila o muy hidrófoba no son útiles como emul-
sionantes al no ser suficientes sus propiedades
anfifílicas. Una de las soluciones utilizadas para
emulsiones no alimentarias consiste en el uso de
copolímeros de bloque. Un ejemplo lo constituye el
Synperonic PEF 127, un copolímero de bloque ti-
Tabla 1
Números HLB de tensioactivos comerciales
usados como emulsionantes
Span 851
Trioleato de sorbitano 1,8
Monestriol GE2
Monoestearato 3,8
de glicerina
Span 801
Monooleato de sorbitano 4,3
Span 601
Monoestearato de sorbitano 4,7
Brij 521
Hexadecil eter dietoxilado 5,3
Span 401
Monopalmitato de sorbitano 6,7
Span 201
Monolaurato de sorbitano 8,6
Brij 301
Lauril eter polietoxilado 9,7
Brij 971
Oleil eter polietoxilado 12,4
Triton X-1003
Octilfenol polietoxilado 13,5
Tween 601
Monoestearato de sorbitano 14,9
polietoxilado
Tween 801
Monooleato de sorbitano 15
polietoxilado
Tween 201
Monolaurato de sorbitano 16,7
polietoxilado
Los tensioactivos de la tabla son comercializados respectivamente por
1
Uniqema Inc,(ICI), 2
Union Deriva, S.A., 3
Dow Chemical Company.

po A-B-A formado por grupos óxido de polietileno
(100 unidades de media por macromolécula) y
grupos óxido de propileno (55 unidades de media
por macromolécula) (Tadros, 2004). La diferencia
en el número de grupos EO y PO, que permiten el
establecimiento de puentes de hidrógeno con
agua, y su distinta naturaleza, justifica el carácter
anfifílico de estos emulsionantes. Otros copolíme-
ros de bloque interesantes son los denominados
“de estrella”, habiéndose comprobado sus aplica-
ciones en emulsiones tanto O/W como W/O (Fri-
berg y Yang, 1996).
Otra de las soluciones utilizadas para compen-
sar las propiedades hidrófilas de ciertos polímeros,
es vía preparación de polímeros modificados hidro-
fóbicamente (hidroxicelulosa y ácido poliacrílico
modificados, HMHEC y HMPAA).
En el campo de las emulsiones alimentarias es
evidente el predominio de las proteínas como emul-
sionantes macromoleculares, debido a que están
presentes en cantidades significativas en materias
primas naturales comestibles. Si bien las materias
primas más conocidas de proteínas para uso como
emulsionantes son de origen animal (huevo y le-
che), las de origen vegetal se están usando cada
vez más (soja, guisantes, altramuces, gluten de tri-
go) (Franco et al, 2000; Raymundo et al, 2001, Ben-
goechea et al, 2005).
Las proteínas para ejercer su función emulsio-
nante siguen un mecanismo en tres etapas. La pri-
mera consiste en su transporte convectivo desde
la fase continua a la interfase, la segunda en su
adsorción en la interfase y la tercera en una reor-
ganización de su estructura en la interfase, que re-
cibe el nombre de desnaturalización superficial
(Hill, 1998).
En muchos productos alimentarios están pre-
sentes varios emulsionantes simultáneamente, por
ejemplo en el huevo y la leche. En estos casos se
han descrito tres tipos de mecanismos de adsor-
ción en la interfase (Bergenstahl y Claesson, 1997).
a) Competitiva: la interfase consiste en una mo-
nocapa homogénea formada por el emulsio-
nante que rebaja en mayor medida la tensión
interfacial, siendo capaz de desplazar a otros
con propiedades interfaciales más pobres.
Una de las consecuencias evidentes de la ad-
sorción competitiva es que la composición de
la capa de emulsionante en la interfase es di-
ferente a la existente en la fase continua (Dic-
kinson y Stainsby, 1987). La siguiente secuen-
cia muestra la actividad interfacial comparada
de algunos emulsionantes alimentarios de re-
ferencia: emulsionantes de baja masa mole-
cular (tensioactivos) >> proteínas flexibles y
grandes (β-caseína) > proteínas globulares
pequeñas (lactoglobulina) > polisacáridos.
b) Asociativa: la interfase está formada por una
monocapa compuesta por varios emulsio-
nantes, que por tanto es de naturaleza hete-
rogénea. Las forman frecuentemente mez-
clas de emulsionantes naturales y técnicos.
Otro ejemplo es el de emulsionantes natura-
les, como el huevo, donde existen mezclas
de lipoproteínas y fosfolípidos.
c) Secuencial: se forman multicapas por adsor-
ción de una capa de emulsionante sobre otra
de un emulsionante distinto. Este sería el ca-
so de la adsorción de polisacáridos sobre la
interfase de gotas de aceite recubiertas de
emulsionante.
La etapa de desnaturalización superficial de las
proteínas recién adsorbidas en la interfase O/W
consiste en la existencia de cambios conformacio-
nales para optimizar las interacciones hidrófobas e
hidrófilas en la interfase. La disposición de las prote-
ínas en la interfase depende de su concentración en
la interfase y de su naturaleza química, que provoca
a su vez la formación de estructuras flexibles o glo-
bulares. A baja concentración, las proteínas flexibles
se pueden colocar a lo largo de la interfase O/W fa-
voreciendo el contacto interfase-polímero y desfavo-
reciendo los contactos polímero-fase continua e in-
terfase-fase continua (estructura denominada en
inglés “trains”). Otras disposiciones son conocidas
como “colas”, que implica la extensión de cadenas
largas hidrófilas hacia la fase acuosa y “lazos”, con
cadenas que se extienden parcialmente hacia la fa-
se acuosa pero que retornan para permitir que algu-
nos segmentos entren en contacto con la interfase.
La cinética de la desnaturalización superficial
depende de la flexibilidad de la molécula y de su
estructuración en la interfase. Es rápida para las
proteínas flexibles (Ej.: caseínas) y más lenta para
proteínas rígidas (Ej.: β-lactoglobulina), que puede
llegar a escala de tiempos del orden de días (Freer
et al, 2004, McClements, 2004b). Esto significa que
son esperables cambios en las propiedades de al-
gunas emulsiones en días (Muñoz et al., 2004a). La
desnaturalización superficial de un buen número de
proteínas globulares implica la exposición de gru-
pos hidrófobos no sólo hacia el medio oleoso sino
que también hacia la fase acuosa. También se ex-
ponen aminoácidos con grupos sulfridilo. Conjunta-
mente, esto puede favorecer interacciones atracti-
vas entre proteínas adsorbidas en gotas cercanas,
mediante interacciones hidrófobas y puentes disul-
furo. La aplicación de tratamientos térmicos por en-
cima de la temperatura de desnaturalización de las
proteínas globulares puede producir un efecto simi-
lar al anteriormente descrito (Moros et al, 2003). Al-
go parecido puede ocurrir tras tratamientos a alta
presión (Dickinson y James, 2000).
Una alternativa interesante es la formación de
multicapas de proteínas alrededor de la interfase ya
que una elevada concentración de proteínas en la
interfase y en las cercanías de la misma, puede
mejorar las propiedades mecánicas de la interfase
y por tanto favorecer la estabilidad física de la
emulsión (Hill, 1998).
Un exceso de concentración de proteína provo-
cará una acumulación de la misma en la fase conti-
nua. Dichas proteínas pueden interaccionar con las
adsorbidas en la interfase, provocando problemas de

desestabilización o, por el contrario, haciendo posi-
ble la estabilización de la emulsión (Zapata, 2005)
5. ESTABILIZANTES
Un estabilizante o estabilizador es un compues-
to químico normalmente de naturaleza macromole-
cular que hidratado en la fase acuosa confiere a
una emulsión O/W una estabilidad física durante un
tiempo prolongado. La estabilización de la emulsión
se consigue restringiendo la movilidad de las gotas
de la fase dispersa, gracias al aumento de viscosi-
dad y, en ocasiones de la viscoelasticidad, de la fa-
se continua.
Los estabilizantes contribuyen a la estabilidad
de la emulsión favoreciendo principalmente las
interacciones estéricas entre las gotas, si bien tam-
bién pueden ser significativas las electrostáticas.
Como ejemplos de estabilizantes se pueden ci-
tar: polímeros sintéticos hidrófilos y polisacáridos:
goma xantana, galactomananos, almidones, etc.
Los polímeros estabilizantes pueden realizar su
función si se alcanza una concentración superior a
la crítica (C*) para la transición de un comporta-
miento típico de disolución diluída a disolución con-
centrada. En ocasiones la concentración límite no
es tan clara y se ha definido una zona de transición,
entre dos concentraciones críticas, C* y C** (Ross-
Murphy, 1995 a). A concentraciones superiores a C*
o C** las interacciones entre polímeros son mucho
más importantes que las polímero-disolvente. Es
decir, o hay una fuerte competencia por agua entre
macromoléculas de polímeros cercanas y por tanto
tienden a moverse como una unidad estructural so-
lidaria (típica situación entre C* y C**) o a concen-
traciones más altas se produce una estructura ba-
sada en entrelazamientos físicos temporales entre
las macromoléculas, que ocupan todo el volumen
ocupado por la fase acuosa (zona semidiluída o
concentrada). En estas condiciones consiguen geli-
ficar la fase continua de las emulsiones O/W (Fri-
berg, 1997). Es decir no sólo aumentan su viscosi-
dad sino que son responsables de la manifestación
de propiedades viscoelásticas suficientemente im-
portantes como para que se puedan determinar,
cuantitativamente con la tecnología actual. En la
práctica, debe distinguirse entre la formación de una
estructura denominada de gel débil de la formada
por un gel fuerte ya que la consistencia de la emul-
sión y sus propiedades reológicas serían completa-
mente distintas. La diferenciación entre el compor-
tamiento de una disolución macromolecular
concentrada, un gel débil y un gel fuerte es bastan-
te clara mediante ensayos viscoelásticos dinámicos
en cizalla oscilatoria de baja amplitud y curvas de
flujo en estado estacionario (Ross-Murphy, 1995 b)
A concentraciones inferiores a C*, los polímeros
pueden estabilizar las emulsiones cuando son de
naturaleza aniónica, catiónica o anfótera, mediante
interacciones electrostáticas.
En emulsiones cosméticas el mecanismo de es-
tabilización puede estar basado en la formación de
complejos polímero-tensioactivo, que facilitan la for-
mación de una matriz estructural con propiedades
mecánicas adecuadas (Bais y Lapasin, 2003).
Los polímeros usados para estabilizar emulsio-
nes alimentarias O/W son mayoritariamente hidro-
coloides de naturaleza polisacarídica (gomas ali-
mentarias). Se pueden clasificar en naturales,
semisintéticos y sintéticos. Ejemplos de las prime-
ras pueden ser: carragenatos, goma de garrofín,
pectinas, gomas xantana y gelana, y almidones ob-
tenidos a partir de cereales. Entre los semisintéti-
cos, se pueden destacar los almidones modificados
(Thomas y Atwell, 1999) y el propilenglicol alginato.
Los polímeros de tipo polioxietilados se pueden ci-
tar ente los sintéticos (Da Silva, 1992). La Tabla 2
presenta una lista con hidrocoloides seleccionados
de entre los que encuentran aplicaciones como es-
tabilizantes y espesantes en emulsiones, incluyen-
do su número E. Para más información se puede
consultar el trabajo de Sworn (2004).
Para terminar esta sección es importante desta-
car que las concentraciones de aplicación de los bio-
polímeros a usar como estabilizantes deben ser
ajustadas convenientemente para evitar problemas
de desestabilización por floculación inducida por
puentes entre macromoléculas adsorbidas en gotas
cercanas o por expulsión de macromoléculas del
medio continuo de gotas también cercanas, fenóme-
no que ha sido estudiado por muchos autores tanto
desde un punto de vista tanto teórico como aplicado
(Waltz, 2000, Vélez et al, 2003, Dickinson, 2004).
Además deben tenerse en cuenta variables tales co-
mo fuerza iónica, pH, temperatura y etapa del pro-
cesado en el que se van a incorporar a las emulsio-
nes. No es lo mismo adicionarlos antes que después
del proceso de formación de las emulsiones.
La inclusión voluntaria o no de partículas sólidas
en la interfase pueden favorecer la estabilidad de las
emulsiones, al formarse una barrera de protección
mecánica en torno a las gotas de fase dispersa. Por
ejemplo, monoglicéridos cristalizados y asfaltenos
Tabla 2
Hidrocoloides utilizados como estabilizantes
de emulsiones
Hidrocoloide Número E Origen
Goma de garrofín E 410 Semilla
Goma guar E 412 Semilla
Goma tara E 417 Semilla
Goma xantana E 415 Microbiano
Propilen glicol alginato E 405 Algas
Pectinas E 440, E440ii Piel de cítricos,
remolacha
Adipato acetilado E 1422 Maiz
de dialmidón
Fosfato de dialmidón E 1442 Maiz
hidroxipropilado

en emulsiones de crudo de petróleo. La clave está
en las propiedades de mojado de las fases oleosa y
acuosa en relación con las partículas sólidas, sien-
do un ángulo de contacto de 90º la situación más fa-
vorable para la estabilidad de la emulsión.
6. INTERACCIONES PROTEÍNA-
POLISACÁRIDOS
La composición de muchas emulsiones alimen-
tarias incluye proteínas (emulsionantes) y polisacá-
ridos (estabilizantes), biopolímeros que conjunta-
mente controlan la consistencia y textura del
producto. Son de hecho, los compuestos responsa-
bles de la estructura de las emulsiones, junto con
las gotas de la fase dispersa.
Las proteínas y polisacáridos presentes en una
formulación pueden interaccionar de formas dife-
rentes según sus respectivas estructuras químicas,
temperatura y el resto de la composición (Dickin-
son, 1995). Estas interacciones pueden ser atracti-
vas o repulsivas, débiles o fuertes y específicas o
no específicas. La formación de complejos proteí-
na-polisacárido estables frente a diferentes condi-
ciones del medio (pH, contenido en sales, azúcar,
etc) requiere la formación de enlaces covalentes,
normalmente tras tratamiento térmico controlado
bajo condiciones de actividad de agua baja. Es fre-
cuente que los sistemas proteína-polisacárido pre-
senten separación de fases a nivel macroscópico e
incluso a nivel microscópico. Los mecanismos de
separación de fases identificados en sistemas pro-
teína-polisacáridos son dos (Tolstoguzov, 1998).
a) coacervación compleja, consistente en la se-
paración espontánea del sistema en una fa-
se constituida por un coprecipitado de los
dos biopolímeros y la otra en una fase enri-
quecida en el disolvente. Este mecanismo es
esperable cuando las interacciones proteína-
polisacárido son de naturaleza atractiva.
b) incompatibilidad termodinámica, cuando se
produce la separación de dos fases ricas en
disolvente, concentrándose casi todas las
proteínas en una y casi todos los polisacári-
dos en la otra fase. La existencia de incom-
patibilidad termodinámica en emulsiones se
está comprobando con eficacia mediante mi-
croscopía láser confocal de barrido (CSLM)
(Moschakis el al 2005)
Si se consideran los casos en que las interaccio-
nes proteína-polisacárido son débiles o inexistentes
habrá que concluir que no se puede aceptar la exis-
tencia de complejos estables, incluyendo los casos
en que el tiempo de vida de dichos sistemas es des-
preciable frente al de la emulsión. Un ejemplo lo
constituyen las interacciones repulsivas entre biopo-
límeros, que son no específicas y transitorias.Se pro-
ducen a partir de efectos de exclusión de volumen (el
concepto consiste en que el volumen ocupado por
uno de los biopolímeros no puede ser ocupado por el
otro, que se encontrará “concentrado” en el resto de
volumen disponible) (Grosberg y Khokhlov, 1997) e
interacciones electrostáticas. Son esperables en
mezclas proteína-polisacárido no iónico o proteína
polisacárido aniónico a pH superior al punto isoeléc-
trico (pI) de la proteína, cuando está cargada negati-
vamente. Un ejemplo concreto de sistema proteínas-
polisacárido sin interacciones específicas es el
formado por dispersiones acuosas de yema de hue-
vo deshidratada por atomización y goma xantana. Se
ha demostrado mediante técnicas reológicas que el
control lo ejerce la goma xantana, desempeñando la
yema de huevo el papel de una carga (“filler”) que no
modifica significativamente la viscoelasticidad de es-
tos sistemas (Muñoz et al, 2001).
La existencia de interacciones proteína-polisa-
cárido fuertes requiere la existencia de enlaces co-
valentes o interacciones electrostáticas atractivas.
Estas se dan entre proteínas cargadas positiva-
mente (a pH<pI) y polisacáridos aniónicos, sobre
todo cuando la fuerza iónica es baja, provocando la
formación de coprecipitados insolubles de ambos
biopolímeros (coacervación compleja). Las claves
de la formación de complejos solubles no están su-
ficientemente resueltas. Un ejemplo: un polisacári-
do sulfatado altamente cargado (dextrano) puede
formar un complejo soluble con la proteína globular
BSA a pH>pI, pero esta situación no se puede ge-
neralizar a polisacáridos con grupos carboxilato a
pH>pI (Dickinson, 1995).
Los complejos proteína-polisacárido covalen-
tes se pueden incorporar al sistema a emulsionar
antes de la homogeneización (emulsificación) en
sí. Actúan como emulsionantes que forman mem-
branas interfaciales gruesas, en las que las ma-
cromoléculas del polisacárido se extienden hacia
la fase continua de emulsiones O/W, impartiendo
estabilidad mediante fuertes repulsiones estéri-
cas. Estas emulsiones requieren una menor con-
centración total de biopolímeros y presentan un
comportamiento mejorado frente a variables como
cambios de temperatura, presión, pH, etc (Mc Cle-
ments, 2004c).
Alternativamente se pueden aprovechar las
interacciones electrostáticas atractivas entre una
proteína (o un emulsionante de baja masa molecu-
lar, como la lecitina) y un polisacárido para utilizar
el emulsionante en una primera etapa de la homo-
geneización y formar una emulsión grosera. En una
segunda etapa, se añade el polisacárido para rea-
lizar una homogeneización secundaria que permite
la formación de una bicapa de biopolímeros en la
interfase. Siguiendo este método se pueden formar
emulsiones con multicapas de emulsionante y poli-
sacáridos (McClements, 2004c).
7. FORMULACIÓN DE EMULSIONES O/W CON
BAJO CONTENIDO EN FASE OLEOSA.
ESTUDIO DEL CASO DE LAS SALSAS FINAS
Las salsas finas son emulsiones O/W similares
a las mayonesas, llevan yema de huevo en su for-

mulación como emulsionante, pero con un conteni-
do en aceite del orden del 35% en peso o inferior.
Se trata de un ejemplo de emulsiones con fase con-
tinua semisólida donde las gotas de aceite pueden
reforzar o debilitar la estructura del gel previamen-
te formado. Si las gotas de fase dispersa son de
mayor tamaño que los poros de la estructura gelifi-
cada, la consistencia disminuye como consecuen-
cia de la distorsión creada en la estructura inicial.
Por el contrario, si las gotas son de menor tamaño
que los poros del gel, el aceite se podrá insertar
bien en la estructura de la fase continua gelificada
y por tanto la estructura final resulta reforzada por
las gotas de la fase dispersa (McClements, 2004a).
En el primero de los casos, la expulsión de aceite
de la fase gelificada, provoca la rotura de la emul-
sión tras un tiempo de envejecimiento inferior al es-
perable para la concentración de biopolímeros utili-
zada. El segundo, da lugar a una estabilidad física
plenamente aceptable.
Se ha comprobado mediante ensayos reológi-
cos y comparación de las distribuciones de tama-
ños de gotas de aceite que la utilización de mez-
clas de almidón modificado, gelificado en presencia
de goma xantana permite la producción de emul-
siones tipo salsas finas de estabilidad física com-
probada de al menos once meses (Pascual et al,
1999). La reología de estas emulsiones no está
controlada por la totalidad de la fase continua. De
hecho, el sistema que controla la consistencia y re-
ología de estas emulsiones es un sistema más sen-
cillo, el gel formado por el almidón. Esto significa
que, aparentemente, la contribución de la goma
xantana no es tan decisiva respecto a la consisten-
cia de la emulsión, como podría esperarse. La in-
corporación de la yema de huevo (emulsionante),
de los compuestos complementarios de la fase
continua (ácidos, azúcar, sales) y de la fase disper-
sa no influye decisivamente en la reología controla-
da por el gel de almidón (Vélez et al, 2000).
Los almidones no se usan directamente en las
formulaciones de emulsiones ligeras, deben ser ge-
lificados previamente bajo condiciones controladas
de temperatura final, tiempo de tratamiento y aplica-
ción de energía mecánica (Martínez et al, 2003). De
hecho, los almidones modificados gelificados con-
sisten en una pasta formada por gránulos hincha-
dos tras la incorporación de agua y algo de material
macromolecular (fundamentalmente amilosa) lixi-
viado al medio continuo acuoso. Las mezclas de al-
midón con polisacáridos como pectinas de alto me-
toxilo (Fernández et al, 2002, Cabeza et al 2005),
goma xantana (G.Vélez, 2002), goma gellan (Cabe-
za et al, 2002), goma tara (Muñoz, 2004b) tienen co-
mo objetivo conseguir efectos de sinergia positiva
respecto al poder espesante de la mezcla de poli-
sacáridos y por ende en las correspondientes emul-
siones. Otro punto a tener en cuenta, respecto a la
formulación de estos sistemas es la cuestión del or-
den de hidratación de los polisacáridos, obteniéndo-
se productos diferentes si se hidratan mezclas almi-
dón-goma directamente o se establece un orden
determinado (Conde-Petit et al, 1997).
8. TENDENCIAS EN LA FORMULACIÓN DE
EMULSIONES
La tecnología asociada a las emulsiones debe
tender a establecer formulaciones basadas en la
ingeniería del producto en detrimento de estrate-
gias basadas en el ensayo y error. Para ello, se de-
be aplicar una metodología multidisciplinar que
abarque tanto un profundo conocimiento de la quí-
mica de los ingredientes utilizados (diseño de
emulsiones con multicapas y de emulsiones múlti-
ples), como aspectos físicos (Ej.: separaciones gra-
vitacionales), de la ingeniería química (búsqueda
de nuevas materias primas con propiedades emul-
sionantes, producción de emulsiones monomoda-
les y nanoemulsiones) y de procesos (equipos di-
señados bajo el principio de la integración de
operaciones: homogeneizadores que incorporen la
capacidad de aplicar los tratamientos térmicos ne-
cesarios dentro de la misma máquina), de la inge-
niería de materiales, para cubrir aspectos de la ca-
racterización microestructural de las emulsiones.
Además, dependiendo del tipo de emulsiones pue-
den ser relevantes estudios de factores biológicos
con énfasis en la microbiología (conservación de
productos), sensoriales, farmacológicos y médicos.
La aplicación de la ingeniería del producto implica
el conocimiento de las interacciones existentes en-
tre las distintas disciplinas. A título de ejemplo, un
cambio en la naturaleza química de un polímero
podría repercutir en una mejora o no de la estabili-
dad física de una emulsión, pero al mismo tiempo
puede condicionar tanto el equipo óptimo para la
homogeneización como las condiciones de opera-
ción (Ej.: historia termo-mecánica previa a produc-
ción) y percepción sensorial de la emulsión. Final-
mente, parece claro que un pequeño cambio en la
química de los ingredientes claves puede dar lugar
a cambios significativos en la microestructura de la
emulsión.
Otro aspecto que tendrá una importancia cre-
ciente en la formulación de emulsiones son los as-
pectos medio ambientales (pinturas emulsionadas
de base acuosa y no orgánica), de efectos toxicoló-
gicos y secundarios en los campos cosmético, far-
macéutico y médico. En el campo de las emulsio-
nes alimentarias la tendencia clara es hacia
productos nutracéuticos de gran valor añadido y
uso de ingredientes (productos naturales) en detri-
mento de aditivos (productos obtenidos tras trata-
mientos químicos). En este sentido es de esperar
progresos en el uso de tratamientos físicos para
acondicionar adecuadamente ciertas materias pri-
mas (tratamientos térmicos, mecánicos y a alta pre-
sión). Un factor adicional importante cuando se
tiende a usar productos naturales o “casi naturales”
es la consistencia de los lotes de producción, so-
metidos a inevitables cambios en las propiedades
de las materias primas.
Finalmente, destacar que los objetivos de I+D+I
en el campo de la formulación de emulsiones de-
ben cubrir la actual distancia entre los estudios so-
bre emulsiones modelo y emulsiones comerciales,

lo que reitera la necesidad de fomentar equipos de
trabajo multidisciplinares que con una sinergia po-
sitiva contribuyan a un avance significativo en el
campo de la formulación de emulsiones.
AGRADECIMIENTOS
Los autores quieren expresar su agradecimien-
to al Ministerio de Educación y Ciencia, la Comisión
Europea y Corporación Alimentaria Peñasanta,
S.A. por la financiación recibida (Proyectos
AGL2002-03898 y PETRI95-0774-OP.03.01).
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Recibido: Noviembre 2005
Aceptado: Septiembre 2006

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