Espesantes – gelificantes, I juegos olímpicos de reología. 1ª parte.

Son varias las sustancias que empleamos para espesar líquidos o emulsiones, ya estemos hablando de alimentación o de cosmética casera, la característica principal es su disolución en agua y aumento de la viscosidad. Al conjunto de estas sustancias se les conoce como gelificantes o espesantes. Son polímeros, es decir sus moléculas se repiten una y otra vez para formar, filamentos muy largos o redes intrincadas. Son hidrófilos, es decir se disuelven (y se hinchan)  en agua. El estudio de todas aquellas propiedades que tienen los espesantes – geles es una parte de la física que se conoce como reología.

europa

Diario de la UE

En Europa, la normativa que regula las empleadas en alimentación vienen recogidas en el REGLAMENTO (UE) No 1129/2011 DE LA COMISIÓN EUROPEA de 11 de noviembre de 2011 por el que se modifica el anexo II del Reglamento (CE) no 1333/2008 del Parlamento Europeo y del Consejo para establecer una lista de aditivos alimentarios de la Unión. En América a falta de una reglamentación comunitaria estarán recogidas en la normativa de cada país, en Estados Unidos están recogidas en la US Food & Drug Administration (FDA)

Además de éstas, en Farmacia se emplean otras muchas cuando el medicamento no es suministrado por vía oral sino tópica y son en su mayoría derivados del petróleo o variaciones químicas de los aquí considerados, entre ellos están la Hidroxietilcelulosa, Hidroxipropil guar, Sepigel, Carbómero, Fitalite…También descartaremos la gelatina para solidarizarme algo con los veganos.

¿Cual de ellas es la mejor? Primero tendríamos que ponernos de acuerdo en cuales son las características que buscamos a la hora de realizar nuestro gel y/o nuestra crema y siguiendo las enseñanzas del Dr. Enrique Alía , (farmacéutico especialista en formulación magistral) cogeremos unas cuantas características que deben ser contempladas para las emulsiones y las llevaremos al terreno de los geles.

Esas características van a ser en las que competirán nuestros espesantes (espero que el que utilizas tú normalmente esté entre ellos 🙂 ) de los cuales vamos a hablar un poco, en líneas generales y gracias al CSIC exponemos:

Copyright (c) 2001 Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)

“Estos aditivos se suelen agrupar bajo la denominación de hidrocoloides, que alude a su estado físico en disolución acuosa. Son moléculas grandes, polímeros de moléculas más pequeñas…la goma Guar procede de semillas, el Agar, el Alginato y el Carragenato de algas, la celulosa (CMC) de ciertos vegetales y la Xantana de origen microbiano”

tabla gelificantes

Empleados en alimentación con su número identificador

Los participantes en nuestro campeonato son: Alginato de Sodio, Goma Guar, Agar-agar, Carragenato, Carboximetilcelulosa (CMC), Goma Xantana y Carbopol 940. Son 5 de tipo vegetal, uno microbiano y el último plástico. Vamos a verlos un poco y los ponemos a competir.

Alginato de sodio: 

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Laminaria hyperborea

Los alginatos son los polisacáridos más abundantes presentes en las algas marinas. Comprenden hasta 40% de su peso seco. Son los componentes estructurales de la pared celular de las algas, cuya función principal es dar rigidez, elasticidad, flexibilidad y capacidad de enlazar agua (Hernández et al., 2005). Los alginatos son extraídos principalmente de tres especies de algas marrones. Éstas incluyen Laminaria hyperborea, Ascophyllum nodosum y Macrocystis pyrifera. Están unidos a cationes (iones positivos) de Sodio, Magnesio, Calcio que son los que se encuentran normalmente en el mar. El alginato de sodio tiene el código E-401 y su denominación INCI es ALGIN. 

Goma Guar:

Guar

Vainas con semillas de Cyamopsis Tetragonoloba

La goma Guar se extrae de las semillas de la planta Cyamopsis Tetragonoloba originaria de India y Pakistán aunque en la actualidad también se cultiva en otras regiones del globo por su valor terapéutico pues es empleada para reducir el colesterol, pues la harina de esta semilla aumenta mucho su volumen y retrasa la absorción por parte del organismo de glúcidos y grasas. Su identificador es el E-412 y su INCI Cyamopsis Tetragonolobus Gum.

Agar – Agar

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Gracilaria

El Agar o Agar-Agar (palabra malaya que significa gelatina) proviene de varias algas rojas como algunas de los géneros Gelidium o Gracilaria. Como los anteriores son polisacáridos y su identificador es el E-406 siendo el INCI Agar. Mención especial merece el hecho de que este gelificante es muy empleado en biología para conformar caldos de cultivo para el desarrollo microbiano.

Carragenano

chondrus-crispus

Chondrus crispus

La goma carragenana, carragenato, carragenano, carragenina,… son varios los nombres que se emplean para el INCI Carrageenan con ID E-407. Es un polímero sulfatado, constituido de unidades de galactosa y anhidrogalactosa, extraída de algas rojas donde destaca la Chondrus crispus, también conocida como “musgo irlandés”. Towle (1973) citado por (Dziezak, 1991) indica que el extracto del “musgo irlandés”, es usado hace casi 600 años en la elaboración de alimentos, remedios y fertilizantes, en el municipio de Carragheen (en la costa noroeste de Irlanda) que da origen al nombre de esta goma.

Carbometilcelulosa (CMC) sódica

carboximetilcelulosa

Elaboración de un gel Carboximetilcelulosa en la UPV

Son varias sustancias con el nombre de celulosa que se emplean tanto en alimentación como en farmacia y cosmética, con usos como es evidente diferentes. En nuestro caso el espesante es el INCI Celulose Gum con id E-466. La carboximetilceluosa sódica, comúnmente conocida como goma celulósica o CMC, es generalmente utilizada como espesante, estabilizante, gel, y modificador de las características de flujo de soluciones acuosas o suspensiones. Se comporta de manera contraria al resto de gelificantes: con calor gelifica y con frío fluidifica. En su preparación es conveniente un periodo  previo de hidratación de varias horas, en alimentación a veces se le conoce como metil.

Goma Xantana

Xanthomonas

Xanthomonas cultivadas en una placa

Este producto fue buscado en laboratorio, concretamente en USA en el NRRL . Se conocía que una bacteria similar producía una sustancia espesante y como la Xanthomonas Campestris es muy conocida por que fastidia muchísimos cultivos, la estudiaron y consiguieron, alimentándola, que fermentara azúcares y produjera Xantana cuyo INCI es Xanthan Gum y su ID es el E 415. Muy empleada también en alimentación, hay que decir que presentada en forma de polvo y preparada igual que las anteriores, no es sin embargo un espesante del mismo tipo que aquellas, los y las que queráis indagar, poned en vuestro buscador preferido pseudoplásticos y líquidos Newtonianos.

Carbopol 

carbopol

Carbopol o carbómero o gel carbómero

El carbopol es un compuesto químico elaborado a partir del ácido acrílico, también es un polímero  del tipo hidrófilo (que le gusta el agua). Al contrario que los anteriores no tiene un origen natural sino que proviene del propileno que se saca del petroleo. Se emplea muchísimo en farmacia por sus propiedades reostáticas (es lo que vamos a ver en nuestro campeonato) puede haber de varios tipos y NO se emplea en alimentación (de hecho si quieres elaborar productos cosméticos que pudieran ser ingeridos tendrás que asegurarte que adquieres un tipo de carbómero con la letra P, por ejemplo, carbopol 934-P) . Nosotros vamos a emplear el carbopol 940 que como la celulosa requiere de una hidratación previa de al menos 12 horas. A la hora de elaborarlo hay que tener en cuenta que NO es la temperatura sino el PH lo que hace variar su estado de espesor y en su conservación no se puede emplear el benzoato sódico.

olimpiadasComienzas las pruebas

La competición comprenderá una lucha en seis diferentes pruebas:

Densidad:

jeringuilla

Si nosotros pesamos  un litro de agua nos dará 1000 gramos. Un litro cabe en 1000 centímetros cúbicos es por eso que la densidad del agua será 1000/1000= 1. Vamos a ver la densidad de nuestros participantes que sin duda será similar. Para ello lo que haremos será obtener un mililitro del gel y pesarlo, Lo haremos de manera bastante precisa con jeringuillas de insulina que contienen 1 mililitro dividido en 50 indicaciones y con una balanza de precisión que pesa miligramos. El proceso se repetirá 5 veces y descartaremos los valores con mayor desviación para promediar los otros tres.

Extensibilidad:

extensibilidad.jpg Una característica tanto de geles como de emulsiones es la sensación que produce cuando es repartida por la piel. ¿Cómo podríamos ingeniárnoslas para medir esa extensibilidad?

Está claro que cuando aplastamos con la mano la porción de crema o de gel estamos ejerciendo una fuerza perpendicular a ella para luego lo que se escampa repartirlo por la zona adyacente. Vamos pues a emplear una superficie controlable y pequeña como son los portas y cubres  de microscopio, papel milimetrado, unas pesas calibradas y un software de diseño gráfico. Intentaremos averiguar cuanto se expande dicha porción si ejercemos una fuerza.

Evaporación:

evaporador

elaboración de una caja para evaporación

Si sometemos nuestros geles a una elevación de temperatura está claro que se comportarán de manera diferente en cuanto a su fluidez, pero al final se evaporarán ¿en qué orden? Para dilucidarlo emplearemos una barra de aluminio que es un material que conduce el calor extraordinariamente bien y utilizaremos unos halógenos para calentar.

Con una aplicación (Framelapse) y teléfono Android vamos a efectuar un seguimiento de un proceso que llevará varias horas y que al grabar un frame cada 10 segundo se quedará en unos minutos que nos dará suficiente amplitud para seleccionar momentos consecutivos y determinar en cuales no se produce variación de imagen, pues el secado acaba cuando no existe líquido y permanece un residuo.

Por supuesto es una competición ficticia, no va haber un ganador ni un perdedor puesto que no vamos a indicar que valor de cada característica es mejor o peor. Unas veces necesitaremos que nuestro gel sea de una manera y otras veces de otra. Simplemente vamos a compararlas siguiendo el método de elaboración que nos da el fabricante pero siempre se efectuará una disolución para todos del 1% y se trabajará a temperatura ambiente.

Lo que se pretende es comparar esas características y hacerlo de manera lúdica. Aquí tenéis un vídeo con la primera jornada de la competición.

En el próximo artículo veremos las otras tres pruebas que hemos diseñado para formarnos una opinión, junto con éstas, de cual puede ser nuestro espesante favorito.

Bibliografía: