UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN MARTÍNFACULTAD DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL

Asignatura : Química y Bioquímica

Agroindustrial

Practica : 04

Tema : Sistemas Coloidales

Docente : Ing. Epifanio Efraín Martínez Mena

(G-1)Alumno : Mario Sergio Arce Apagüeño

Código : 092102

Fecha de Entrega: 03 – 10 - 2012

TARAPOTO – PERÚ

“SI STEMAS COLOIDALES”

I. INTRODUCCIÓN:

El término coloide deriva de la palabra griega que significa goma o cola, fue aplicada alrededor de 1850 por el químico ingles Thomas Graham a polipéptidos como la albúmina y la gelatina, a las gomas vegetales acacia, almidón y dextrina, y los compuestos inorgánicos como los hidróxidos metálicos gelatinosos. Estos compuestos no cristalizaban y se difundían muy lentamente cuando se disolvían o se dispersaban en agua.

El estudio de los coloides es importante porque es necesario entender a nivel molecular su comportamiento físico y químico. Para formar un coloide hay que estabilizarlo; ésto se hace para que las partículas no se peguen unas con otras (coagulen o floculen) y el coloide se mantenga estable. La propensión de los coloides a coagular es debida a las fuerzas atractivas de van der Waals.

 LOS SISTEMAS COLOIDALES son sistemas formados por partículas de tamaños entre 1 nanometro y 1 micrometro. Normalmente se encuentran formando una disolución en un medio con partículas de tamaño más pequeño. Tienen una gran importancia científica y tecnológica. Coloides son muchos de los productos de nuestra vida cotidiana: la leche, las pinturas y tintes, la sangre, etc.

Las soluciones coloidales en realidad son seudo-soluciones porque son dispersiones de partículas que tienen un tamaño entre la décima y milésima de micrón, macromoléculas, que están dispersas en un vehículo o fase continua.

OBJETIVOS:

Observar las diferencias entre los sistemas coloidales importantes en alimentos; emulsiones, espumas y geles.

II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA:

Los sistemas coloidales son sistemas formados por partículas de tamaños entre 1 manómetro y 1 micrómetro. Normalmente se encuentran formando una disolución en un medio con partículas de tamaño más pequeño.

Tienen una gran importancia científica y tecnológica. Coloides son muchos de los productos de nuestra vida cotidiana: la leche, las pinturas y tintes, la sangre, etc.

El estudio de los coloides es importante porque es necesario entender a nivel molecular su comportamiento físico y químico. Para formar un coloide hay que estabilizarlo; esto se hace para que las partículas no se peguen unas con otras (coagulen o floculen) y el coloide se mantenga estable. La propensión de los coloides a coagular es debida a las fuerzas atractivas de van der Waals.

Clasificación de los Sistemas Coloidales

Los sistemas coloidales se pueden agrupar dentro de tres clasificaciones generales:

1. Dispersiones coloidales.- Son termodinámicamente inestables debido a su gran energía libre de superficie y son sistemas irreversibles en el sentido de que no se pueden reconstruir fácilmente después de que haya una separación de fases.

2. Disoluciones Verdaderas de sustancias Macromoleculares.- Son termodinámicamente estables y reversibles en el sentido de que se pueden reconstituir fácilmente después de separar el soluto del disolvente.

3. Coloides de Asociación.- Son termodinámicamente estables. Las partículas en una dispersión coloidal son lo suficientemente grandes para que existan superficies de separación definidas entre las partículas y el medio en el que están dispersadas. Las dispersiones coloidales sencillas son, por tanto, sistemas bifásicos. A estas fases se las conoce con los nombres de fase dispersa y medio de dispersión.

La naturaleza física de la dispersión depende, desde luego de los papeles que desempeñan las fases constituyentes; por ejemplo, una emulsión de aceite en agua y otra de agua en aceite pueden tener casi la misma composición, pero sus propiedades son claramente diferentes.

Los soles y las emulsiones son los tipos más importantes de dispersión coloidal. El término sol se utiliza para distinguir las suspensiones coloidales de las suspensiones macroscópicas, aunque, desde luego, no existe un límite claro de separación. Cuando el medio de dispersión es acuoso, generalmente se utiliza el nombre de hidrosol.

Una espuma es una dispersión grosera de gas en líquido en la que pueden distinguirse dos situaciones estructurales extremas. El primer tipo está constituido por burbujas casi esféricas separadas por películas bastante espesas de líquido algo viscoso. El otro tipo es casi fase gaseosa y consiste en células gaseosas poliédricas separadas pro películas líquidas delgadas.

Estas pueden proceder de espumas más diluidas como consecuencia de una eliminación de líquido o directamente a partir de un líquido de viscosidad relativamente baja la naturaleza de las películas líquidas delgadas, como las que se encuentran en estas espumas concentradas, es actualmente un tema de gran interés en investigación fundamental.

Fuente: DUNCAN J: SHAW. 1977

TIPOS DE SISTEMAS COLOIDALES:

En la actualidad se sabe que cualquier sustancia, puede alcanzar el estado coloidal, ya que la fase dispersante como la fase dispersa, pueden ser una gas, un líquido o un sólido, excepto que ambos no pueden estar en estado gaseoso; son posibles 8 sistemas coloidales:

Medio de dispersión

Fase dispersa Nombre Ejemplos

Gas

Líquido

Sólido

Aerosol líquido

Aerosol sólido

Niebla, nubes,

Polvo, humo.

Líquido

Gas

Líquido

Sólido

Espuma

Emulsión

Sol

Espumas (de jabón, cerveza, etc.), nata batida.

Leche, mayonesa.

Pinturas, tinta china, goma arábiga, jaleas

Sólido

Gas

Líquido

Sólido

Espuma sólida

Emulsión sólida

Sol sólido

Piedra pómez.

Mantequilla, queso.

Algunas aleaciones, piedras preciosas coloreadas

PROPIEDADES DE LOS SISTEMAS COLOIDALES:

El efecto Tyndall es el fenómeno por el que se pone de manifiesto la presencia de partículas coloidales, al parecer, como puntos luminosos debido a la luz que dispersan.

Este efecto es utilizado para diferenciar las dispersiones coloidales de las diluciones verdaderas. No se pueden verse las micelas, pero si el movimiento que describen, que es desordenado describiendo complicadas trayectorias en forma de zigzag, y el movimiento que describen es el movimiento Browniano.

El movimiento Browniano se da debido a los choques de las moléculas de disolvente con las micelas coloidales, dificultando que estas se depositen en el fondo. El estudio detallado de este movimiento permitió a Jean Perrin calcular uno de los primeros valores del número de Avogadro. El color tan llamativo de muchos coloides se debe a la dispersión selectiva de la luz por las micelas coloidales.

ESTABILIDAD DE LOS SISTEMAS COLOIDALES:

Al agitar en un vaso, una mezcla de aceite y agua, se obtiene una emulsión, pero esta inestable, ya que al dejar de agitarla, se distinguen perfectamente dos capas, una la de agua, en el fondo del vaso, y otra la de aceite, que queda en la superficie.

Los soles metálicos, también son dispersiones coloidales inestables. Estos coloides se pueden estabilizar mediante una sustancia que se llama estabilizador, impidiendo la tendencia de estas partículas a unirse entre si para formar otras mayores, coloides hidrófobos.

Hay algunas sustancias que forman directamente dispersiones coloidales estables. Estos coloides auto estables, se denominan hidrófilos.

Coloides hidrófilos: Las sustancias que forman estos coloides son de naturaleza orgánica cuyas moléculas están constituidas por la larga cadena hidrocarbonada con un grupo polar en uno de los extremos.

Estas sustancias se disuelven en agua, ya que se forman enlaces de hidrógeno entre el grupo polar y las moléculas de agua, pero no son solubles cuando la parte hidrocarbonada es larga, ya que esta no es atraída por las moléculas de agua.

Estas dos fuerzas opuestas, hacen que las moléculas se agrupen en pequeñas partículas, de tal forma que los grupos polares se orientan hacia la superficie y las partes hidrocarbonadas, hacia el interior de las partículas.

Coloides hidrófobos: En las dispersiones estables de coloides hidrófilos, por ejemplo jabón y agua, existe un perfecto equilibrio entre moléculas iguales y las fuerzas atractivas entre moléculas distintas. Cuando las últimas son mayores que las primeras se forma una disolución verdadera.

Sin embargo, cuando las fuerzas de atracción entre moléculas iguales es mayor que entre moléculas no se forma la dispersión, a no ser, que se añada una sustancia estabilizadora.La estabilización se consigue en dos formas:

Coloides Protectores: Son coloides hidrófilos y su acción estabilizadora se debe a ala formación de una capa monomolecular que rodea a las gotitas de coloide hidrófobo.

La parte hidrocarbonada esta dirigida hacia dentro atraídas por las moléculas del aceite y los grupos polares, están dirigidos hacia la superficie atraídos por el conjunto de moléculas de agua.

Por absorción de iones: tiene lugar en coloides hidrófobos de naturaleza inorgánica. Al formarse las partículas coloidales, éstas, adsorben iones, presentes en el medio dispersivo. Esta adsorción es selectiva, las partículas solo adsorben una especie de iones. Como resultado de esta adsorción selectiva, las partículas coloidales, se cargan eléctricamente.

Esta carga es variable de unas micelas a otras, aunque siempre del mismo signo, entonces las micelas se repelenentre si, evitando que se unan unas con otras.

Fuente: Vicente Campo. 2004

III. MATERIALES Y MÉTODOS:

Producción de emulsiones: identificación de la clase de emulsiones.

El fundamento de está prueba es la siguiente:

El emulgente de la probeta 1 es el oleato sódico y el de probeta 2 es el oleato cálcico. El uno forma una emulsión ag/Ac. Y el otro una emulsión Ac/Ag. El color producido en la superficie de la emulsión por la mezcla de colorantes, Indica la clase de emulsión que se ha formado (AC/ Ag. ó Ag/Ac.). El azul de metileno es un colorante soluble en agua. El colorante se disuelve difícilmente en las gotas dispersas de la emulsión cuando se encuentran rodeadas por el emulgente. De esta manera el único colorante que puede teñir es el que se disuelve en la fase continua o medio de dispersión.

Materiales

-2 probetas de 100 cm3 previstos de tapón-Aceite de cocina, leche, nata, margarina, mantequilla, mayonesa.-Agua destilada-Agua de cal-Hidróxido sódico-Acido Oleico-Pipetas de 20, y 5 cm. -3 placas petri-Azul de metilo y Sudán III en proporción de 50/50 en polvo.-Espátula-Vidrio de reloj.

Procedimiento

a) Tomar 2 probetas de 100 cm3 provistos de tapón.

En la probeta 1 colocar 20 cm3 de aceite de cocina, 18 cm3 de agua destilada, 2 cm de hidróxido de sodio y 0.5 cm3 de acido oleico. En la probeta 2. Colocar 20 cm3 de aceite de cocina 20 cm3 de cal y 0.5 cm3 de acido oleico.

Agitar ambas probetas tapadas, vigorosamente, durante el mismo tiempo, verter el contenido de cada una en una placa petri, y espolvorear la superficie, haciendo uso de la espátula un poco de la mezcla de los colorantes azul de metileno y Sudán III. Observar el color de las emulsiones es aceite/agua y cual agua/aceite, en base de la coloración que tomen las fases continuas.

Estabilidad de la espuma de clara de huevo.

Determinar el tiempo óptimo de batido, lograr una mayor estabilidad de las espumas de clara de huevo. Está prueba se basa en utilizar la cantidad de goteo producida por la muestra de espuma, como una valoración de su estabilidad.

Un mayor volumen de goteo, es la prueba de una menor estabilidad de la espuma.

Materiales

-6 vasos de precipitación de 150 cm3, cloruro sódico.-6 huevos-Batidora.

Procedimiento

-Poner 6 muestras de clara de huevo de 25 gr. Dentro de pequeños vasos de precipitación

Muestra 1: Batir durante 2 minutos a la máxima velocidad y trasladar a un embudo.

-Repetir el paso anterior con cada una de las muestras restantes haciendo solo el tiempo de batido a 3, 4, 5,7 y 10 respectivamente.

-Dejar gotear durante 30 minutos y anotar el volumen de goteo producido por cada muestra trasladando el líquido liberado a una probeta de 10 cm y leer el nivel alcanzado.

Graficar, Volumen de goteo vs tiempo de batido para sacar resultados y determinar el menor tiempo de batido para conseguir una espuma mas estable.

Producción de un gel de almidón y afecto sobre la solidez del gel de distintas sustancias añadidas (NO SE REALIZO ESTE PROCEDIMIENTO DEBIDO A QUE NO TRAJIMOS LA MUESTRA).

IV. RESULTADOS:

Emulsiones: (Probeta 1 – Probeta 2)

Luego de batir bien las probetas y después de verterlas en las placas petri; añadimos la mezcla de los colorantes (Sudan III y azul de metileno) y obtuvimos los siguientes resultados:

Probeta 1: Muestra : Aceite + Agua + NaOH + Ac. Oleico

Tinción : AzulEmulsión : Ac/Ag (fase dispersa aceite)Observación: Textura cremosa

En este caso el agente emulsionante Oleato de Sodio

Probeta 2: Muestra : Aceite + Agua de Cal + Ac. Oleico

MUESTRA SIN COLORANTE

MUESTRA CON COLORANTE

Tinción : RojoEmulsión : Ag/Ac (fase dispersa agua)Observación: Tacto graso

En este caso el agente emulsionante Oleato de Calcio

Emulsiones: (Diferentes placas de cada muestra)

MUESTRA SIN COLORANTE

MUESTRA CON COLORANTE

MUESTRA COLORANTE TINCIÓN EMULSIÓN

Leche Fresca

Sudan III y Azul de Metileno

AC/AG

Leche Gloria

Sudan III y Azul de Metileno

AC/AG

Aceite

Sudan III y Azul de Metileno AG/AC

Mantequilla

Sudan III y Azul de Metileno

AG/AC

Mayonesa

Sudan III y Azul de Metileno

AG/AC

Clara de Huevo

Sudan III y Azul de Metileno

AC/AG

Yema de HuevoSudan III y Azul de Metileno MEZCLA

Espumas:

Después de batir los huevos por un tiempo determinado, cada uno de ellos se deja gotear a través de un embudo por un tiempo de 30 minutos y obtuvimos los siguientes resultados.

N° PROBETATIEMPO DE

BATIDOHORA DE LECTURA

VOLUMEN DE GOTEO

2 30 6 mL

3 30 4.6 mL

4 30 6.4 mL

5 30 7.2 mL

7 30 7.8 mL

10 30 8.2 mL

1

2

3

4

5

6

V. DISCUSIONES:

En la prueba de Emulsiones en el caso de las probetas, al agregar la mezcla de colorantes conformada por Sudan III y Azul de metileno; la primera se tiño de azul porque el azul de metileno es soluble en aceite, por tal motivo la emulsión es Ac/Ag. La segunda se tiño de rojo porque el Sudan III es soluble en agua por eso su emulsión de Ag/Ac.

Se podría decir que la prueba que se realizó con la leche y la mantequilla fue una prueba confirmativa, ya que la leche es una emulsión Ac/Ag y por eso se tiño de azul, por lo contrario la mantequilla es una emulsión Ag/Ac y por tal motivo se tiño de rojo.

En la prueba de espumas, notamos que el goteo es importante para determinar la estabilidad de las espumas, y que gracias a ello podemos conocer la función coloidal.

VI. CONCLUSIONES:

La emulsión de la yema de huevo, sirve para incorporar medios de cultivos para múltiples propósitos, permitiendo la identificación de Clostridium spp., Bacillus spp. y Staphylococcus spp. por su actividad lecitinásica.

La espuma de clara de huevo es muy importante en el mundo de las espumas alimentarias debido a que se pueden elaborar merengues, bizcochos, tartas, mousses o souffles son algunos de los platos que basan su peculiar textura y su ligereza en la asombrosa capacidad espumante de las claras de huevo.

Las soluciones coloidales en realidad son seudo-soluciones porque son dispersiones de partículas que tienen un tamaño entre la décima y

milésima de micrón, macromoléculas, que están dispersas en un vehículo o fase continua.

Concluimos diciendo que pude observar una gran diferencia entre los sistemas coloidales importantes en alimentos:

FASE DISPERSA MEDIO DE DISPERSIÓN NOMBRE

Líquido Líquido Emulsión

Gas Líquido Espuma

Líquido Sólido Gel

Aparte se pude decir que hay varios métodos para identificar el tipo de emulsión:

1. La emulsión se mezcla fácilmente con líquidos que son miscibles con el medio de dispersión.

2. Las emulsiones se colorean con facilidad con tintes que son solubles en el medio de dispersión.

3. La conductividad eléctrica generalmente es mucho mayor en las emulsiones Ac/Ag que en las Ag/Ac.

Finalizando que los coloides juegan un papel importante en nuestra vida como en la industria. Muchos de los alimentos que ingerimos son coloides: la leche, la mayonesa, las sopas claras, las jaleas, las cremas batidas, etc.; gran parte de las medicinas son también dispersiones coloidales, especialmente emulsiones; el jabón es un electrolito coloidal, cuya acción detergente se debe a su habilidad para emulsionar la mugre con el agua. Muchas sustancias más, de uso frecuente por el hombre, pertenecen al grupo de los coloides.

VII. RECOMENDACIONES

Hay que tener mucho cuidado con los datos, al anotar debemos estar seguro que no va a variar, y decir a los compañeros que el resultado que sacamos debe ser estándar y ninguno debe de ser diferente al del otro.

Debemos de leer la guía de práctica y estar organizados para traer los materiales que se piden en dicha practica que se desarrolla.

VIII. BIBLIOGRAFÍA:

DUNCAN J. SHAW. “Introducción a la Química de Superficies y Coloides”. 1977. segunda edición. Editorial ALAMBRA S.A.

Vicente Campano. 2004. “Coloides o Dispersiones Coloidales” http://apuntes.rincondelvago.com/trabajos_global/quimica/4/

FENNEMA Owen. 2003. “Química de los Alimentos”.Editorial ACRIBIA S.A. Zaragoza – España.

BADUI Bergal S. 1981. “Química de los Alimentos”.Editorial ALBAMBRA S.A. México.

Autor: Mario Sergio Arce Apagüeño