1-¿Qué es una emulsión y cómo se forma?
Cuando mezclamos agua, aceite
y emulsionante, se produce una emulsión. El emulsionante, se coloca en la interfase:
su parte lipófila se orienta hacia el aceite y la hidrófila hacia el agua. Con
la agitación, el aceite se rompe en gotas pequeñas que quedan recubiertas por
emulsionante, y así se forma la estructura interfacial que evita que se
unan.
Si hay presencia de emulsionantes lamelares y coemulsionantes (alcoholes grasos) se organiza una red lamelar que aumenta la estabilización del sistema. El resultado: una emulsión estable:
- Gotas de aceite dispersas en agua (o al revés), mantenidas separadas y estables gracias a la red lamelar y a la protección interfacial.
2-Conceptos clave: interfase,
estructura interfacial y red lamelar.
Interfase
- Qué
es: frontera física natural entre agua y aceite cuando
están en contacto, donde ambos se tocan pero no se mezclan. Esta frontera,
existe siempre, incluso si no hay emulsionante (ej. en un vaso con agua y
aceite). Si intentamos mezclar agua y aceite, la frontera es inestable por
sí sola (sin emulsionante) por eso el agua y el aceite se separan
volviendo a la estabilidad de las capas separadas.
- Ejemplo:
cuando pones vinagre (agua) y aceite en una ensalada, se forma una línea
clara que los separa. Esa línea es la interfase.
Estructura interfacial
- Qué
es: la interfase ocupada y estabilizada por el
emulsionante.
Nota: lo que hace el emulsionante es colonizar la interfase: se
coloca justo en su frontera, bajando la tensión entre agua y aceite y la
convierte en una capa estable que mantiene las gotas dispersas.
- La
estructura interfacial (capa de emulsionante),
rodea a cada gota de aceite dispersa en el agua: con su parte lipófila
hacia el aceite y su parte hidrófila hacia el agua. Es decir cada gota
necesita estar rodeada de emulsionante para la estabilidad, protegiendo a
cada gota individualmente. Reduce la tensión superficial del agua,
haciendo que el aceite se disperse menos e impedir que las gotas de aceite
se fusionen (coalescencia)
- Su
función: proteger la gota e impedir que se fusione
con otras (evita coalescencia).
- Ejemplo:
imagina que cada gota de aceite es una canica. El emulsionante es como un
grupo de “chalecos salvavidas” alrededor de cada canica, impidiendo que se
peguen unas a otras.
Red lamelar
- Qué
es: organización mayor que se forma alrededor y entre
gotas, aportando más cuerpo y estabilidad. Son capas alternas de lípidos y
agua que forman ciertos emulsionantes (ej. Olivem, GSC, Lanette). Es una
estructura más robusta que sostiene la emulsión en el tiempo.
- Para
su formación, hace falta la presencia de emulsionantes lamelares, es
decir los que contienen en su composición alcoholes grasos (Lanette,
Protelan ENS..etc). Por tanto, podemos concluir que los alcoholes
grasos (los que forman parte del emulsionante lamelar o los añadidos,
son básicos para la formación de la red. Las grasas sólidas (karité,
kokum, manteca cacao, y las ceras) aportan soporte y cuerpo, aunque
estrictamente no participan en la red lamelar.
Por
tanto, no se forma en todas las emulsiones, a la presencia de emulsionantes
lamelares y coemulsionantes grasos, hay que añadir una buena formación de la
emulsión para producir la red lamelar.
- Ejemplo:
piensa en un ladrillo (aceite), luego cemento (agua), luego
otro ladrillo, y así sucesivamente. Esa pared de capas es la red
lamelar, que da cuerpo y estabilidad a la emulsión.
Síntesis:
- La
interfase es la frontera natural agua-aceite.
- La
estructura interfacial es cómo el emulsionante protege cada gota en
esa frontera.
- La
red lamelar es un refuerzo extra, una pared de capas de agua y
lípidos que hace la emulsión más estable y cremosa.
Aclaración Importante:
La interfase, estructura
interfacial y la red lamelar, son conceptos propios de emulsiones.
En champús/gel micelares no
hay interfase aceite-agua, sino micelas dispersas en una sola fase aparente. Lo
que se forman son micelas en solución acuosa. Allí no hablamos de interfase,
sino de agregados coloidales.
3-Requisitos para formación de la red lamelar.
Como ya he mencionado antes, para la formación de la red lamelar, es indispensable:
- Emulsionante lamelar: Imprescindible, (aquel que contiene alcoholes grasos). Si es muy rico en alcoholes grasos, puede que por sí solo, sea suficiente para construir una red lamelar consistente (ej, cera Lanette)
Nota: Un emulsionante no lamelar, si forma la estructura interfacial (micelas), pero no la red lamelar (mayor inestabilidad).
- Alcoholes grasos: “Los ladrillos” de la red lamelar, indispensables para su formación, se insertan en la red lamelar junto el emulsionante. Puede ser suficiente con los que contenga el emulsionante lamelar, o se pueden añadir para reforzar todavía más esa red lamelar, o en busca de aumento de cremosidad o viscosidad de la fase oleosa, y en definitiva de la emulsión.
- Grasas sólidas: no se insertan en la red lamelar. Realmente no participan en la construcción de la red lamelar, pero ayudan al aumentar la viscosidad o cremosidad y dureza de la fase oleosa (ceras, mantecas…)
4-¿Por qué no toda la emulsión es lamelar?
En la fase continua aparecen estructuras lamelares, es decir no ocupan toda la emulsión, sino que coexisten con las gotas emulsionadas, coexistiendo con el agua libre (en una emulsión O/W):
- Todas las gotas de aceite están rodeadas por su estructura interfacial (esto es imprescindible).
- Además, en la fase continua (agua + parte del emulsionante + alcoholes grasos), se forman zonas lamelares organizadas en capa
- No ocupan todo el agua, pero sí se distribuyen por la fase continua.
- Suelen generarse alrededor de los co-emulsionantes (alcoholes grasos, ésteres) cuando se organizan con el emulsionante y el agua.
- Las redes lamelares están distribuidas en la fase continua en forma de dominios, no en un punto fijo, y conviven con el agua libre y con las gotas de aceite
La red lamelar no se extiende
por toda la emulsión porque, solo se forma cuando las condiciones locales
(relación agua/lípido/emulsionante y tipo de lípido) lo permiten.
4.1.Razón científica: por qué
no toda la emulsión es lamelar
A-Limitaciones termodinámicas
· La organización lamelar es energéticamente favorable, pero
- solo cuando la relación agua/lípido/emulsionante es la correcta
Es decir:
- Si hay exceso de agua: el sistema forma micelas o gotas dispersas.
- Si hay exceso de lípido sólido: las capas no se ordenan, se cristalizan de forma amorfa.
B-Concentración local de emulsionante
- El emulsionante lamelar tiene afinidad por organizar capas, pero en la emulsión total está distribuido.
- Solo allí donde se alcanza la proporción correcta (emulsionante + alcohol graso + agua) se forma la red.
- En otras zonas, las moléculas actúan como emulsionantes “normales” y estabilizan micelas clásicas.
C-Compatibilidad de fases
- No todos los lípidos de la fase oleosa son compatibles con la red lamelar.
- Los aceites muy fluidos tienden a quedar en gotas micelares dentro de la emulsión.
- Los lípidos lineales (alcoholes grasos, ácidos grasos sólidos) son los que anclan la red lamelar.
De forma genérica el emulsionante estable una conexión “a modo de puente” entre el agua y el aceite, que sin su presencia no sería posible.
Sería como un puente colgante que une dos orillas opuestas (fase oleosa y fase acuosa). Sin el puente, cada orilla quedaría aislada y no habría paso entre ambas. El emulsionante mantiene ese enlace, aunque lo haga de manera puntual y sin necesidad de formar una estructura interna extensa, como si hace la red lamelar.
El emulsionante lamelar, se distribuye de la siguiente forma:
- Protegiendo la gotas de la fase dispersa (interfase)
- Organizando capas (red lamelar) junto con los alcoholes grasos.
Para ayudar a la comprensión
tenemos el ejemplo de una mayonesa como la formación de una emulsión
estabilizada por la lecitina de la yema del huevo, pero sin estructura lamelar:
- La
lecitina solo forma la estructura interfacial alrededor de las gotas de
aceite.
- No
aporta alcoholes grasos que permitan organizar capas alternas, por eso no se forma red lamelar.
En resumen: la mayonesa sí es
una emulsión, pero sin red lamelar porque le faltan alcoholes grasos o emulsionantes
lamelares.
El emulsionante, tal y
como se puede observar en la imagen, cumple su función únicamente en el punto
de contacto entre la fase acuosa y la oleosa. Se coloca en esa frontera y reduce
la tensión superficial, permitiendo que las gotas de aceite se dispersen en
agua (o al revés). Es algo local y puntual, no genera por sí mismo una
red tridimensional dentro de toda la emulsión.
La red lamelar es
una estructura interna extensa, organizada en capas repetidas de
lípido–agua–lípido que se extienden a lo largo del sistema. Los ladrillos
serían las capas de lípidos y el cemento el agua atrapada entre ellas. Esta
disposición en capas repetidas crea una estructura sólida y continua, que no
solo une, sino que además aporta estabilidad mecánica, viscosidad y
retención de agua a toda la emulsión.
Estructura interna de una red
lamelar.y
La
capa lipídica está formada por mezcla de lípidos + alcoholes grasos + parte
lipofílica del emulsionante. Los alcoholes grasos refuerzan esa capa aportando
rigidez, grosor y capacidad de organizar la estructura lamelar. Por eso en la
representación, el alcohol graso se indica como parte de la capa lipídica.
Esta
estructura laminar imita la organización natural de los lípidos del estrato
córneo, lo que aporta mayor estabilidad, viscosidad y afinidad cutánea a la
emulsión.
6-Como afecta a la
sensorialidad la red lamelar.
A-Emulsiones sin red lamelar:
Se perciben más ligeras,
acuosas, con menos cuerpo. Su afinidad cutánea es menor, al no imitar la
estructura lamelar del estrato córneo, su bio-mimetismo es menor. Es
decir, la integración es menos “natural”. Pueden necesitar más emolientes
adicionales para compensar la pérdida de agua transepidérmica (TEWL).
B-Emulsiones con red lamelar:
Se perciben con más cremosa y
nutritiva “textura rica”. Al imitar la organización del estrato córneo, se
integran mejor en la barrera lipídica, suelen mejorar la hidratación a largo
plazo y la resistencia cutánea.
7- Tabla de procesos que se producen en las
emulsiones:
Representación fotográfica de: Coalescencia y Creaming:
En la coalescencia se
observa una capa de aceite libre, señal inequívoca de rotura irreversible: las
gotas de aceite se han unido y ha habido una separación de fases y por tanto la
emulsión se ha desestabilizado por coalescencia
En el creaming,
aunque no lo parezca todo es emulsión. Las gotas de aceite son más ligeras que el agua. Si la emulsión no está
suficientemente estructurada, suben por diferencia de densidad y se agrupan.
No aparece esa capa de aceite,
porque lo que se agrupan son gotas emulsionadas (todavía protegidas por
emulsionante), que suben y bajan por densidad. La emulsión no está rota y el
proceso es reversible: con agitación vuelve a homogeneizarse.
La parte “más acuosa” no es
agua pura separada, sino agua continua con muy pocas gotas, por eso visualmente
parece “agua separada”. La parte “blanquecina” con aspecto de emulsión, es
donde más gotas emulsionadas se acumulan.
Representación de los 3
procesos de inestabilidad emulsiones:
8-Cantidad mínima de agua.
En una emulsión limpiadora, como hemos visto
hay varios factores que puede producir inestabilidad, otro y no menos
importante es la cantidad de agua.
En general, en las emulsiones bajar por debajo
de 55% de agua no es aconsejable y en todo caso si bajamos de este porcentaje tendría
que estar muy bien balanceado con coemulsionantes (cetílico, xantana…).
Pero en emulsiones limpiadoras, que como ya
sabemos son mas “delicadas”, al añadir los tensioactivos a la emulsión, debe
haber una fase acuosa suficiente para que estos se puedan disolver en la fase
acuosa. Valores debajo de 50% de fase acuosa en este tipo de emulsiones produciría
inestabilidad.
Los activos tensioactivos tienen mayor afinidad por la fase acuosa.
- Si la fase acuosa es amplia: el tensioactivo se disuelve bien, se reparte homogéneamente y la emulsión lo vehiculiza sin problema.
- Si la fase acuosa es muy pequeña: la capacidad de solubilización puede no ser suficiente. En ese caso, la sustancia puede quedar:
- parcialmente disuelta
- saturada y precipitar
- migrar a la interfase, desestabilizando la emulsión.
9-Estabilidad de la emulsión,
gomas espesantes.
Dos funciones muy relacionadas:
- Aumentar la viscosidad de la fase acuosa:
- Puede interesarnos desde el punto de vista sensorial. Mejoran textura
- Nos intersa ya que genera más estabilidad en la emulsión
- Dificultan el desplazamiento de las gotas de aceite evitando procesos de inestabilidad (creaming). No refuerzan la red lamelar (no evita coalescencia)
Cuando una emulsión se rompe, lo que ocurre realmente es una desestabilización.
- La fase continua es la oleosa, y las gotas dispersas son el agua. La interfase se define como la frontera entre esas gotas de agua y el medio lipídico; allí el emulsionante se coloca, con su parte hidrófila hacia el agua interna y la lipófila hacia el aceite externo. La estructura interfacial es, por tanto, la capa de emulsionante que rodea cada gota de agua y asegura su estabilidad en un entorno oleoso.La red lamelar, cuando se forma en W/O, está compuesta por capas alternas de lípidos y agua, pero organizadas principalmente en la fase oleosa continua, aportando más cohesión grasa y protección frente a la pérdida de agua, a diferencia de las O/W donde predomina el refuerzo de la fase acuosa.