A. Dois líquidos imiscíveis. B. Gotículas da fase II dispersas na fase I. C. As fases voltam a separar-se numa emulsão instável. D. Um tensoativo ocupa a interface e retarda a separação.
Uma emulsão é uma mistura em que gotículas de um líquido ficam dispersas em outro líquido com o qual ele normalmente não se mistura. O líquido em gotículas é a fase dispersa; o que o rodeia é a fase contínua. Leite, maionese, manteiga e muitos cremes são exemplos familiares. Emulsões pertencem à família dos coloides, mas o nome é usado especificamente quando as duas fases são líquidas.
Água e óleo podem formar uma emulsão de óleo em água, indicada por O/A, ou de água em óleo, A/O. Existem ainda emulsões múltiplas, como água em óleo em água e óleo em água em óleo. A distribuição de gotículas pode mudar com o tempo: uma emulsão aparentemente uniforme pode separar-se quando elas sobem, descem ou se juntam. Um emulsificante dificulta essa separação, embora não transforme necessariamente a mistura num sistema estável em termos termodinâmicos.
Nome e estrutura
O termo chegou ao português pelo francês émulsion, que remonta ao latim emulsio, relacionado com emulgere, "ordenhar". O leite contém gotículas de gordura dispersas em água e micelas de caseína, o que ajuda a explicar a associação antiga entre a palavra e esse alimento.
A separação entre as fases forma uma interface. Uma emulsão não tem uma estrutura interna imóvel: as gotículas se deslocam, colidem e podem mudar de tamanho. Sua aparência costuma ser turva porque muitas interfaces espalham a luz. Se o espalhamento abrange aproximadamente todas as cores visíveis, a mistura parece branca; em algumas dispersões diluídas, a luz espalhada pode parecer azulada, fenômeno relacionado ao efeito Tyndall.
Gotículas muito pequenas podem dar aspecto translúcido à mistura. Microemulsões e nanoemulsões podem parecer semelhantes, mas não são a mesma coisa: as primeiras podem formar-se espontaneamente em certas composições de água, óleo e tensoativos, enquanto as segundas costumam exigir energia de preparo e são estabilizadas cineticamente. A faixa de tamanho atribuída a uma nanoemulsão varia entre publicações; valores da ordem de 100 nm são comuns. A transparência não tem um limite universal de diâmetro, pois depende também da concentração e dos índices de refração das fases.
Emulsão também é empregado noutras áreas com sentido próprio. Na fotografia, a emulsão fotográfica contém partículas de haletos de prata dispersas numa matriz de gelatina; emulsões nucleares semelhantes permitem detectar partículas de alta energia. Nesses usos, a designação tradicional não exige que as duas fases sejam líquidos.
Estabilidade
Misturar dois líquidos imiscíveis por agitação, homogeneização ou ultrassom fornece a energia necessária para criar muitas gotículas. A área total entre as fases cresce nesse processo. Com o tempo, grande parte das emulsões comuns tende a separar-se novamente. Microemulsões são uma exceção: em certas composições, podem ser termodinamicamente estáveis; nanoemulsões podem persistir por sua estabilidade cinética.
Formas de separação
A estabilidade física diminui por processos diferentes, que podem ocorrer ao mesmo tempo:
Floculação: gotículas se aproximam e formam grupos, mas continuam separadas por suas interfaces. Em condições controladas, isso também pode ser usado para ajustar o escoamento da emulsão.
Coalescência: duas ou mais gotículas se fundem, aumentando o tamanho médio da fase dispersa.
Cremação: gotículas menos densas que a fase contínua sobem. Isso pode ocorrer em bebidas lácteas ou vegetais sem que cada gotícula aumente de tamanho.
Sedimentação: gotículas mais densas descem. A diferença entre as densidades e o tamanho das gotículas afetam o movimento, que pode ser tratado pela lei de Stokes.
Maturação de Ostwald: material passa de gotículas menores para maiores por diferenças de pressão e solubilidade.
Tensoativos podem reduzir a tensão interfacial e criar uma barreira contra a reunião das gotículas. Repulsão elétrica, resistência do filme interfacial, viscosidade mais alta do meio e gotículas menores também podem retardar a separação. O potencial zeta é uma das medidas usadas para examinar a repulsão entre partículas ou gotículas. Esses fatores não garantem estabilidade em qualquer formulação: volume das fases, temperatura e composição continuam a importar.
A fase em que um emulsificante se dissolve melhor tende a tornar-se contínua, uma generalização conhecida como regra de Bancroft. Os volumes relativos das fases também influem no resultado. Sabões de metais alcalinos tendem a favorecer emulsões O/A, enquanto certos sabões de metais pesados podem favorecer A/O. O efeito depende da composição completa, e não apenas da família do sabão.
Como se acompanha a estabilidade
Medidas de espalhamento da luz, tamanho de gotículas, reologia, centrifugação e reflexão por feixe focalizado mostram mudanças ao longo do armazenamento. Um ensaio acelerado pode elevar a temperatura ou submeter a amostra a ciclos térmicos e centrifugação; o resultado precisa ser interpretado à luz das condições normais de uso, porque o teste pode desencadear processos que não ocorreriam da mesma maneira no produto armazenado.
Emulsificantes e preparo
Um emulsificante aumenta a resistência de uma emulsão à separação. Muitos são tensoativos: moléculas com uma parte que interage melhor com água e outra que interage melhor com óleo. Elas se acumulam na interface e podem diminuir a tensão entre os líquidos. Um emulsificante mais solúvel em água geralmente favorece emulsões O/A; um mais solúvel em óleo pode favorecer A/O.
Na alimentação, a lecitina da gema de ovo, a lecitina de soja, proteínas como a caseína, mono e diglicerídeos, estearoil-lactilato de sódio e DATEM podem exercer essa função. Componentes da mostarda e algumas partículas sólidas finas também ajudam a estabilizar emulsões; quando são partículas que ocupam a interface, fala-se em emulsão de Pickering. Em queijo processado, fosfatos podem libertar a caseína ligada ao cálcio, permitindo que ela participe da emulsificação. Puré de maçã é usado em certas receitas como substituto culinário de ovo ou gordura, embora não seja quimicamente equivalente a ambos.
O tipo de emulsificante também muda a organização das gotículas durante a digestão e sua exposição às lipases. Um estudo em seres humanos examinou como o desenho da interface de uma emulsão lipídica alterava a digestão e a resposta de hormônios ligados à saciedade.
Detergentes e sabões também são tensoativos: interagem com água e gordura e facilitam a remoção desta em processos de limpeza. Formulações farmacêuticas e cosméticas usam ainda cera emulsificante, polissorbato 20 e ceteareth-20.
Uma mistura pode ficar turva mesmo sem um emulsificante adicionado. Ao juntar água a uma bebida alcoólica com compostos de anis, como ouzo, pastis, absinto, arak ou raki, esses compostos deixam de permanecer dissolvidos e formam gotículas muito pequenas. A bebida adquire aspecto branco leitoso; o fenômeno é conhecido como efeito ouzo.
Mecanismos de estabilização
Reduzir a tensão interfacial facilita a criação de gotículas. Uma película em torno delas pode impedir a coalescência por repulsão elétrica ou por uma barreira mecânica. Aumentar a viscosidade da fase contínua, por exemplo com goma arábica, tragacanto, polietilenoglicol, glicerina ou carboximetilcelulose, pode diminuir a velocidade com que as gotículas se encontram ou se deslocam. Essas vias podem atuar juntas numa mesma formulação.
Usos
Alimentos
Na maionese, o óleo é disperso numa fase aquosa e componentes da gema ajudam a manter as gotículas separadas.
Maionese e molho holandês são emulsões O/A estabilizadas pela gema ou por outros emulsificantes. O leite homogeneizado contém gotículas de gordura dispersas na fase aquosa, e suas proteínas participam da estabilidade. Um vinagrete feito apenas com óleo e vinagre separa-se depressa se não for agitada. Na manteiga e em certas margarinas, a água forma a fase dispersa dentro da gordura. Produtos chamados emulsões de carne podem conter sólidos de carne em líquido e, por isso, não são necessariamente emulsões de dois líquidos no sentido estrito.
Saúde e formulações farmacêuticas
Emulsões são usadas em cremes, loções, pomadas, linimentos, pastas e outras formas farmacêuticas. A fase contínua, os demais componentes e a via de administração variam conforme o produto. Há formulações de aplicação cutânea, ocular, retal ou vaginal, bem como preparações orais e algumas injetáveis.
Algumas pesquisas investigam emulsões e microemulsões para transportar fármacos pouco solúveis por via oral, melhorar a distribuição de ingredientes em cremes e prolongar a permanência de medicamentos na superfície ocular. Formulações para administração nasal e pulmonar também são estudadas. Essas possibilidades não significam que qualquer emulsão aumente a absorção ou a eficácia de qualquer medicamento; cada produto requer testes próprios.
Emulsões lipídicas podem transportar substâncias em preparações parenterais e são usadas na nutrição por essa via; o propofol é um exemplo de medicamento formulado numa emulsão. Outras formulações buscam mascarar sabores desagradáveis ou combinar ingredientes em cosméticos com finalidade farmacêutica. São aplicações distintas, sujeitas a requisitos de composição, esterilidade e estabilidade. Em vacinas, certas emulsões óleo em água são adjuvantes que aumentam a resposta ao antígeno. A Organização Mundial da Saúde lista formulações como MF59 e AS03 entre os exemplos estudados ou usados.
Uma linha de pesquisa relatada pela Universidade de Michigan examinou nanoemulsões de óleo de soja como adjuvantes e agentes antimicrobianos em superfícies. Os relatos iniciais citavam gotículas de 400 a 600 nm e investigavam sua interação com membranas de microrganismos; isso não demonstra, por si só, eficácia clínica, segurança intravenosa ou ação universal contra vírus e bactérias.
Combate a incêndios
Em derramamentos pequenos e pouco profundos de líquidos inflamáveis, agentes emulsificantes podem dispersar o combustível numa fase aquosa e diminuir a libertação de vapores inflamáveis. Um jacto sob pressão pode criar a emulsão no local. A técnica exige contacto com o volume do combustível e não substitui automaticamente os métodos de cobertura da superfície usados em incêndios maiores.
Na polimerização em emulsão, os reagentes são dispersos num meio líquido para produzir polímeros. O processo permite controlar a formação e a coagulação das partículas. Os produtos incluem dispersões usadas em tintas e colas e certos látex sintéticos.
Ver também
Coloide, classe de dispersões a que pertencem as emulsões
Tensoativo, substância que pode estabilizar a interface
Homogeneização, processo que reduz o tamanho das gotículas
Microemulsão, sistema com comportamento termodinâmico próprio
↑Khan, A. Y.; Talegaonkar, S.; Iqbal, Z.; Ahmed, F. J.; Khar, R. K. (2006). «Multiple emulsions: An overview». Current Drug Delivery (em inglês). 3 (4): 429–443. PMID17076645. doi:10.2174/156720106778559056
↑Hong, Xin; Zhao, Qiaoli; Liu, Yuanfa; Li, Jinwei (2021). «Recent advances on food-grade water-in-oil emulsions: Instability mechanism, fabrication, characterization, application, and research trends». Critical Reviews in Food Science and Nutrition (em inglês). 63 (10): 1406–1436. PMID34387517. doi:10.1080/10408398.2021.1964063
↑Leong, T. (2016). «High-Power Ultrasonication for the Manufacture of Nanoemulsions and Nanodispersions». Innovative Food Processing Technologies (em inglês). [S.l.: s.n.] pp.413–428. doi:10.1016/B978-0-08-100294-0.00016-X
↑Kentish, S.; Wooster, T. J.; Ashokkumar, M.; Balachandran, S.; Mawson, R.; Simons, L. (2008). «The use of ultrasonics for nanoemulsion preparation». Innovative Food Science & Emerging Technologies (em inglês). 9 (2): 170–175. doi:10.1016/j.ifset.2007.07.005
↑Correa, Marcos Antonio (2012). Cosmetologia: Ciência e Técnica. [S.l.]: Medfarma
12McClements, David Julian (2007). «Critical Review of Techniques and Methodologies for Characterization of Emulsion Stability». Critical Reviews in Food Science and Nutrition (em inglês). 47 (7): 611–649. PMID17943495. doi:10.1080/10408390701289292
↑Fuhrmann, Philipp L.; Sala, Guido; Stieger, Markus; Scholten, Elke (2019). «Clustering of oil droplets in o/w emulsions: Controlling cluster size and interaction strength». Food Research International (em inglês). 122: 537–547. PMID31229109. doi:10.1016/j.foodres.2019.04.027
↑Loi, Chia Chun; Eyres, Graham T.; Birch, E. John (2019). «Effect of mono- and diglycerides on physical properties and stability of a protein-stabilised oil-in-water emulsion». Journal of Food Engineering (em inglês). 240: 56–64. doi:10.1016/j.jfoodeng.2018.07.016
↑Silvestre, M. P. C.; Decker, E. A.; McClements, D. J. (1999). «Influence of copper on the stability of whey protein stabilized emulsions». Food Hydrocolloids (em inglês). 13 (5): 419. doi:10.1016/S0268-005X(99)00027-2
↑Cittadini, Aurora; Munekata, Paulo Eduardo Sichetti; Pateiro, Mirian; Sarriés, María V.; Domínguez, Rubén; Lorenzo, José M. (2022). «Encapsulation techniques to increase lipid stability». Food Lipids (em inglês). [S.l.: s.n.] pp.413–459. ISBN9780128233719. doi:10.1016/B978-0-12-823371-9.00010-1
↑Dowding, Peter J.; Goodwin, James W.; Vincent, Brian (2001). «Factors governing emulsion droplet and solid particle size measurements performed using the focused beam reflectance technique». Colloids and Surfaces A (em inglês). 192 (1): 5–13. doi:10.1016/S0927-7757(01)00711-7
↑Masmoudi, H.; Le Dréau, Y.; Piccerelle, P.; Kister, J. (2005). «The evaluation of cosmetic and pharmaceutical emulsions aging process using classical techniques and a new method: FTIR». International Journal of Pharmaceutics (em inglês). 289 (1): 117–131. PMID15652205. doi:10.1016/j.ijpharm.2004.10.020
123Aulton, Michael E., ed. (2007). Aulton's Pharmaceutics: The Design and Manufacture of Medicines (em inglês) 3.ª ed. [S.l.]: Churchill Livingstone. pp.92–97, 384, 390–405, 566–569, 573–574, 589–596, 609–611. ISBN9780443101083
12Troy, David A.; Remington, Joseph P.; Beringer, Paul (2006). Remington: The Science and Practice of Pharmacy (em inglês) 21.ª ed. [S.l.]: Lippincott Williams & Wilkins. pp.325–336, 886–887. ISBN9780781746731
↑Hazt, Bianca; Parchen, Gabriela Pereira (2023). «Unconventional and conventional Pickering emulsions: Perspectives and challenges in skin applications». International Journal of Pharmaceutics (em inglês). 636: 122817. PMID36905974. doi:10.1016/j.ijpharm.2023.122817
12«Microemulsions for enhancing drug delivery of hydrophilic drugs: Exploring various routes of administration». Medicine in Drug Discovery (em inglês). 20: 100162. 2023. doi:10.1016/j.medidd.2023.100162
Nalwa, H. S., ed. (2000). Handbook of Nanostructured Materials and Nanotechnology (em inglês). 5. [S.l.]: Academic Press. pp.501–575
McClements, David Julian (2004). Food Emulsions: Principles, Practices, and Techniques (em inglês). [S.l.]: Taylor & Francis. ISBN9780849320231
«Nanoemulsification Technology in Improving Bioavailability of Lipophilic Functional Food-Grade Ingredients and Quality of Food Products». Nanotechnology Applications in Food (em inglês). [S.l.: s.n.] 2017. pp.203–221. doi:10.1016/B978-0-12-811942-6.00010-8
Gupta, Ankur; Eral, H. Burak; Hatton, T. Alan; Doyle, Patrick S. (2016). «Nanoemulsions: formation, properties and applications». Soft Matter (em inglês). 12: 2826–2841. doi:10.1039/C5SM02958A
