Tecnología limpia y estable: ¿por qué las emulsiones pickering son clave para la industria alimentaria?

Las emulsiones pickering representan un avance fascinante en el mundo de la ciencia de las emulsiones. Al aprovechar las propiedades únicas de las partículas sólidas, estas emulsiones estabilizadas ofrecen una mayor estabilidad y una amplia gama de aplicaciones en diversas industrias.

Son sistemas de aceite y agua estabilizados por partículas sólidas de origen alimentario que están saliendo del laboratorio para resolver problemas reales de formulación:

• estabilidad físico-químico

• liberación controlada de bioactivos

• reducción de emulsificantes “E-number”

• texturas con impacto directo en clean label, plant-based y nutracéuticos

El pickering es una plataforma tecnológica lista para pilotos industriales en bebidas, lácteos y análogos vegetales, salsas, aderezos y matrices funcionales de liberación dirigida.

A diferencia de las emulsiones convencionales, donde la estabilidad proviene de tensoactivos moleculares, las pickering se estabilizan por partículas sólidas insolubles que se adsorben irreversiblemente en la interfaz aceite/agua, formando una armadura que eleva la barrera energética a la coalescencia.

¿Por qué son una alternativa “natural” y estable para la industria?

• Clean label y sostenibilidad. Al sustituir parcial o totalmente tensoactivos sintéticos por partículas de origen alimentario, el pickering alinea formulaciones con expectativas etiqueta limpia y, en muchos casos, con insumos de subproductos agroindustriales. Esto se traduce en narrativas ESG para compras y marketing técnico sin sacrificar desempeño tecnológico.

• Robustez funcional. La adsorción casi irreversible de las partículas confiere alta estabilidad frente a coalescencia y Ostwald ripening, mayor resiliencia al cizallamiento y a ciclos térmicos, y plataformas pH-responsivas con desestabilización controlada. Para I+D, esto significa menos reformulaciones por inestabilidad y ventanas de proceso más amplias.

• Contexto regulatorio que empuja el cambio. La UE prohibió el dióxido de titanio (E171) como aditivo alimentario en 2022 tras la opinión de EFSA, lo que aceleró la búsqueda de estabilizadores alternativos; en contraste, sílice amorfa (E551) ha sido re-evaluada y no presenta preocupación de seguridad a niveles de uso reportados. Estos movimientos reguladores favorecen rutas pickering plant-based o con partículas GRAS.

¿Qué ventajas ofrecen las emulsiones de Pickering?

Estas emulsiones tienen varias ventajas como las siguientes:

Las emulsiones de pickering utilizan partículas sólidas como emulsionantes para estabilizar la emulsión, que pueden adsorberse irreversiblemente en la interfaz aceite-agua para formar una película para evitar la agregación de gotas de aceite.

La emulsión de pickering no es susceptible al entorno externo, como cambiar el pH, la fuerza iónica, la temperatura y la composición de la fase oleosa del sistema.

En comparación con las emulsiones estabilizadas con surfactantes convencionales, las emulsiones de pickering requieren menos cantidades de estabilizadores durante el proceso de preparación.

Además, dado que los materiales particulados sólidos utilizados como estabilizadores son en su mayoría sustancias naturales comestibles, las emulsiones de Pickering tienen buena biocompatibilidad y pueden usarse como portadores para el suministro de sustancias bioactivas.

Las partículas sólidas comúnmente utilizadas para estabilizar emulsiones de pickering son: materiales orgánicos de grado alimenticio, como partículas de polisacáridos, partículas de proteínas, partículas lipídicas, y partículas inorgánicas seguras como sílice, carbonato de calcio e hidroxiapatita.

Por lo tanto, la emulsión de pickering se ha convertido en un método muy importante y se ha utilizado ampliamente en el procesamiento de productos alimenticios en los últimos años.

Con el aumento de los requisitos de seguridad y salud alimentaria, los investigadores comenzaron gradualmente a centrarse en el uso de partículas sólidas de grado alimenticio para estabilizar las emulsiones de pickering.

Composición de las emulsiones de Pickering

De acuerdo con un estudio realizado por Xue Mei Ge y When Shen destacan:

Fase oleosa y fase acuosa

Las gotitas de una fase líquida dispersadas en la otra fase a través de agitación mecánica y añadiendo emulsionantes se llaman emulsiones, que pueden formar emulsiones de aceite en agua.

Los componentes importantes de la emulsión de pickering son la fase oleosa y la fase acuosa, que son incompatibles entre sí. Es habitual referirse al agua o solución acuosa como la fase acuosa, y los líquidos orgánicos insolubles en agua como el benceno y el queroseno se denominan colectivamente la fase oleosa.

Las dos fases pueden formar un sistema de dispersión inestable mediante agitación mecánica, que requiere un emulsionante para mantener la estabilidad.

Partículas sólidas

Recientemente, la inseguridad de las moléculas surfactantes en emulsionantes convencionales ha causado cada vez más preocupaciones. Las micro o nanopartículas sólidas que reemplazan al surfactante convencional, como emulsionante de la emulsión, juegan un papel clave en la preparación de emulsiones de pickering.

Estas partículas sólidas deben cumplir ciertas condiciones para actuar como estabilizadores para emulsiones de pickering: En primer lugar, las partículas deben tener un cierto grado de mojabilidad, lo que las hace tener suficiente eficiencia de adsorción de interfaz, en ambas fases pero insolubles en cualquier fase.

En segundo lugar, el tamaño de las partículas debe ser menor que la gota de la emulsión al menos un orden de magnitud. Además, la concentración, mojabilidad y carga superficial de las partículas sólidas afectarán la estabilidad de la emulsión de pickering.

Las partículas sólidas comúnmente utilizadas para estabilizar emulsiones de pickering son partículas de polisacáridos, partículas de proteínas, partículas lipídicas y partículas inorgánicas.

Partículas de Jano

Las emulsiones de pickering que usan partículas sólidas de mojabilidad homogénea no fueron termodinámicamente estables. Las partículas Janus en la emulsión de pickering podrían proporcionar una viabilidad para evitar la formación con mojabilidad homogénea de partículas sólidas esféricas.

Las partículas Janus podrían usarse como emulsionantes para estabilizar las emulsiones de pickering. Se encontró que el ángulo de contacto de las partículas en la interfaz aceite/agua podría ajustarse optimizando la relación de tamaño del dominio hidrófilo/hidrófobo.

La emulsión de pickering podría estabilizarse usando partículas Janus con una arquitectura de partículas adecuada.

Métodos de preparación de emulsiones de pickering

Preparación de partículas sólidas

Obviamente, las partículas sólidas, estabilizadoras de las emulsiones de pickering debido a su cierto grado de adsorción en ambas fases, desempeñan un papel vital en su preparación.

El tamaño de las partículas sólidas de la emulsión de pickering suele ser al menos un orden de magnitud menor que el de la emulsión. Además, la concentración de partículas sólidas, la carga superficial y la mojabilidad también pueden afectar la estabilidad de las emulsiones de pickering.

En resumen, los tamaños, las propiedades y los métodos de preparación varían debido a la diversidad de partículas sólidas utilizadas en la preparación de emulsiones de pickering.

Métodos de descomposición mecánica o química

Los especialistas chinos señalan que la seguridad de los alimentos se ha convertido en una gran preocupación en los últimos años, la investigación sobre partículas sólidas de grado alimenticio en la emulsión de pickering se ha vuelto más importante para ser investigada en profundidad.

Las partículas sólidas de grado alimenticio son principalmente organismos naturales con tamaños grandes, como el almidón natural y la celulosa, su tamaño se puede reducir a través de métodos mecánicos o químicos.

Los métodos mecánicos comúnmente utilizados son la molienda criogénica, la molienda húmeda y el homogeneizador de alta presión y alto cizallamiento

La hidrólisis ácida, un método químico, puede reducir el tamaño de partículas insolubles en agua y la mayoría de los disolventes orgánicos debido a la presencia de estructuras cristalinas.

Los ácidos fuertes, como el H₂SO₄ y el HCl, pueden eliminar las regiones amorfas susceptibles de los materiales y conservar la estructura cristalina. Se ha demostrado que la hidrólisis ácida con ultrasonido puede producir nanocristales de almidón.

Método de precipitación con antidisolventes

El método de precipitación con antisolventes presenta varias ventajas, como su bajo coste y su fácil manejo, siendo especialmente adecuado para materiales alimenticios insolubles en agua. El primer paso de esta técnica consiste en disolver el material en un buen disolvente.

A continuación, el disolvente con los materiales se añade a otra fase no disolvente, generalmente acuosa, bajo agitación, con o sin estabilizador.

Finalmente, se utiliza un rotavapor para eliminar el disolvente orgánico disperso en la fase acuosa a presión reducida, y los materiales alcanzan rápidamente la saturación y cristalizan formando nanopartículas/micropartículas.

La premisa de esta técnica de preparación es que la solubilidad de las moléculas del material en el buen disolvente y el antisolvente debe ser diversa, de modo que ambos puedan ser mutuamente solubles.

En el siguiente video los especialistas explican cómo la microencapsulación consiste en el atrapamiento de determinados compuestos activos en micropartículas para su inmovilización, protección, liberación controlada, estructuración o funcionalización.

Aplicaciones de la emulsión pickering en el sector alimentario

Actualmente, a medida que la obesidad, la urbanización y el envejecimiento poblacional se convierten en desafíos globales clave, la creciente demanda de seguridad alimentaria y salud obliga a los investigadores en alimentación a explorar posibilidades en más áreas para abordar los desafíos pendientes en el diseño de alimentos.

La emulsión de pickering tiene una amplia gama de aplicaciones en la industria alimentaria. A continuación, se presenta un resumen de diversas aplicaciones de la emulsión de pickering en los últimos tres años.

Productos lácteos

Los productos lácteos incluyen productos líquidos y productos lácteos sólidos. Estos productos lácteos eran inestables debido a la influencia de las condiciones externas durante el proceso de producción y almacenamiento, lo que podía provocar cambios en el sabor y la calidad de los alimentos.

Por lo cual, resulta necesario añadir estabilizantes o emulsionantes para estabilizar el sistema de emulsión.

La leche pasteurizada o esterilizada contiene un 4% de grasa láctea, que puede formar pequeñas bolas y dispersarse bien en la emulsión en estado emulsionado.

También contiene proteínas, de las cuales el 80% es caseína y el 12% es proteína de suero. La caseína es resistente al calor y puede combinarse con calcio y fósforo para formar partículas de caseína, que se suspenden en la leche con una suspensión coloidal y actúan como surfactante.

Debido al fino tamaño de las partículas de caseína, puede mantener la emulsión de leche natural con una estabilidad física mejorada. Además, las micelas de caseína son coloides funcionales que pueden considerarse sistemas naturales y sofisticados de administración de micronutrientes, como el calcio y el fosfato.

Encapsulación de ingredientes alimentarios funcionales

Los alimentos funcionales se refieren a alimentos que contienen algunos ingredientes funcionales especiales e ingredientes activos como vitaminas, fibra dietética, oligosacáridos, proteínas y sustancias bioactivas. Pueden regular las funciones corporales y prevenir enfermedades, como las capacidades anticancerígenas y antiinflamatorias.

Sin embargo, estos ingredientes pueden no ser fácilmente solubles en agua e inestables en el entorno externo.

Por lo que se pueden usar las características de la emulsión de pickering para encapsular estos ingredientes activos para mejorar la estabilidad del proceso y la bioaccesibilidad para la administración dirigida y la liberación controlada, y luego pueden ser absorbidos efectivamente por el cuerpo.

Recientemente, cada vez más investigaciones han encontrado que la complexación entre biopolímeros con carga opuesta puede ser beneficiosa para construir sistemas de administración de ingredientes activos, que tienen mejor bioseguridad y biocompatibilidad.

Actualmente existen varias investigaciones sobre complejos hechos de proteínas con cargas opuestas que utilizaron la formación de complejos heteroproteicos de ovotransferrina y lisozima como emulsionante pickering de grado alimenticio, que tiene buena biocompatibilidad y puede reducir la deficiencia de hierro y la anemia.

Sustituto de grasa

La obesidad es un problema de salud actual que afecta a todo el mundo, lo que aumenta los requisitos de salubridad y seguridad alimentaria. Como es bien sabido, la ingesta excesiva de grasas trans (GT), derivadas de aceites parcialmente hidrogenados (APH) en alimentos procesados, puede causar un alto riesgo de enfermedades cardiovasculares.

Sin APH, la preparación de aceites vegetales comestibles en grasas sólidas se ha convertido en un desafío técnico para los fabricantes de alimentos.

Las emulsiones de alta fase interna (HIPE), un enfoque alternativo prometedor, pueden transformar aceites líquidos en sólidos para producir sustitutos de los APH.

Además, las grasas sólidas de triacilglicerol cristalino (TAG), que es la forma más común de formar aceite líquido, contienen altas cantidades de ácidos grasos saturados (SAFA), lo que aumenta el riesgo de enfermedades cardiovasculares.

En ese sentido, diversos estudios han demostrado que las emulsiones de pickering pueden utilizarse en lugar de las grasas sólidas de triacilglicerol cristalino (TAG) para reducir la ingesta de grasa y beneficiar la salud de los consumidores.

Principales desafíos

Las emulsiones de Pickering se caracterizan por contener partículas sólidas que pueden estabilizar su estructura. Las partículas sólidas de grado alimenticio tienen un alto factor de seguridad, y la aplicación de materiales inorgánicos en alimentos ha sido limitada.

Además, la nanotecnología está en la etapa de desarrollo. Es necesario estudiar los efectos secundarios tóxicos de las nanopartículas preparadas en el cuerpo humano y si pueden biodegradarse.

Generalmente, las partículas sólidas preparadas no tienen buena humectabilidad en la fase oleosa y la fase acuosa, y necesitan ser modificadas por adsorción física compleja o injerto químico para mejorar la humectabilidad de las partículas.

Las emulsiones de pickering estabilizadas por una sola partícula no son muy estables, y con el tiempo, la emulsión se degradará. La introducción de partículas compuestas puede mejorar con esto.

Sin embargo, estas partículas aumentan la dificultad y complejidad de la preparación de emulsiones de pickering. La mayoría de los trabajos de investigación aún están en el laboratorio sin una comprensión completa de la formación de la emulsión de pickering y el mecanismo de acción.

Además, la emulsificación por membrana y los métodos microfluídicos son métodos eficientes para la preparación de emulsiones, pero aún es necesario investigar más a fondo la ampliación de la emulsión de pickering.

Con el desarrollo de las tecnologías de preparación y la nanotecnología, las posibilidades de aplicación de la emulsión de pickering serán cada vez más populares y amplias en el sector alimentario.

Finalmente, debido a la importancia de la seguridad alimentaria y la salud, la aplicación de la emulsión de pickering en alimentos funcionales también se ha convertido en un foco de investigación.