Comportamiento-de-flujo-de-hidrocoloides-bajo-diferentes-condiciones-de-medio-acuoso-concentracion-y-adicion-de-un-soluto-de-bajo-peso-molecular

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE 
MÉXICO 
 
FACULTAD DE QUÍMICA 
 
 
Comportamiento de flujo de hidrocoloides bajo diferentes 
condiciones de medio acuoso, concentración y adición 
de un soluto de bajo peso molecular 
 
TESIS 
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: 
QUÍMICA DE ALIMENTOS 
 
 
PRESENTA 
GIOVANA DANIELA CATALÁN SALCIDO 
 
 
 CD. MX. 2019 
 
 
 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
Restricciones de uso 
 
DERECHOS RESERVADOS © 
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mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, 
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respectivo titular de los Derechos de Autor. 
 
 
 
 
JURADO ASIGNADO: 
 
PRESIDENTE: ARGELIA SÁNCHEZ CHINCHILLAS 
VOCAL: JESÚS ANTONIO BEAZ RIVERA 
SECRETARIO: TANIA GÓMEZ SIERRA 
1er SUPLENTE: ROEB GARCÍA ARRAZOLA 
2do SUPLENTE: JEANETTE ADRIANA AGUILAR NAVARRO 
 
 
 
 
SITIO DONDE SE DESARROLLÓ EL TEMA: 
LABORATORIO 4C, EDIFICIO A, FACULTAD DE QUÍMICA, UNAM 
 
 
 
 
ASESOR DEL TEMA: 
Q.A. JESÚS ANTONIO BEAZ RIVERA 
SUPERVISOR TÉCNICO: 
M. en C. JEANETTE ADRIANA AGUILAR NAVARRO 
SUSTENTANTE: 
GIOVANA DANIELA CATALÁN SALCIDO 
 
AGRADECIMIENTOS 
Agradezco a la Universidad Nacional Autónoma de México y a la Facultad de 
Química, por brindarme la oportunidad de ser profesionista y desarrollarme como 
persona. 
Agradezco a la Dirección General de Asuntos del Personal Académico, UNAM, mi 
participación en el proyecto PAPIME PE204816 “Desarrollo de protocolos 
experimentales con enfoque fisicoquímico para la asignatura Laboratorio de 
Alimentos II de la licenciatura en Química de Alimentos”. 
De forma especial agradezco al Q.A. Jesús Antonio Beaz Rivera y a la M. en C. 
Jeanette Adriana Aguilar Navarro por brindarme su apoyo, tiempo, confianza y por 
los conocimientos que lograron transmitirme en todo este tiempo. 
Finalmente agradezco a los miembros del jurado: 
Argelia Sánchez Chinchillas 
Tania Gómez Sierra 
Roeb García Arrazola 
Por sus sugerencias durante la revisión de este trabajo, las cuales contribuyeron a 
su mejoramiento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
ÍNDICE 
Introducción………………………………………………………………………….1 
Capítulo 1. Hidrocoloides………………………………………………………….2 
1.1 Goma guar………………………………………………………………………..3 
1.1.1 Propiedades fisicoquímicas 
1.1.2 Aplicaciones en la industria alimentaria 
 
1.2 Goma xantana……………………………………………………………………6 
1.2.1 Propiedades fisicoquímicas 
1.2.2 Aplicaciones en la industria alimentaria 
 
1.3 Goma arábiga……………………………………………………………………9 
1.3.1 Propiedades fisicoquímicas 
1.3.2 Aplicaciones en la industria alimentaria 
Capítulo 2. Conceptos básicos de reología……………………………………11 
2.1 Pruebas estacionarias…………………………………………………………..12 
2.2 Pruebas dinámicas………………………………………………………………14 
2.3 Fluidos newtonianos…………………………………………………………….14 
2.4 Fluidos no newtonianos…………………………………………………………15 
2.5 Viscosimetría……………………………………………………………………..20 
2.5.1 Modelos empíricos 
Hipótesis……………………………………………………………………………..26 
Objetivos……………………………………………………………………………..26 
Capítulo 3. Materiales y métodos………………………………………………..27 
3.1 Reactivos y equipos……………………………………………………………..27 
3.2 Diseño general experimental……………………………………………………29 
Capítulo 4. Resultados y discusión……………………………………………..31 
Conclusiones…………………………………………………………………..52 
Referencias……………………………………………………………………..53 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ÍNDICE DE FIGURAS 
Figura 1. Clasificación general de hidrocoloides……………………………………………….2 
Figura 2. Segmento representativo de una molécula de galactomanano………………….4 
Figura 3. Estructura de la unidad pentasacarídica de repetición de la goma 
xantana y sitios de unión para cationes (M+)……………………….………………………...7 
Figura 4. Estructura química de goma arábiga……………………………………………..…10 
Figura 5. Flujo de cizalla entre placas paralelas………………………………………….…..12 
Figura 6. Representación de un reograma para un fluido no newtoniano…………………16 
Figura 7. Comportamiento reológico de fluidos independientes del tiempo……………….18 
Figura 8. Comportamiento reológico de fluidos dependientes del tiempo…………………20 
Figura 9. Viscosímetro de cilindros concéntricos……………………………………………..22 
Figura 10. Viscosímetro de cono y placa………………………………………………………22 
Figura 11. Diseño general experimental……………………………………………………….28 
Figura 12. Cambios en la viscosidad de las disoluciones de goma 
guar a distintas concentraciones (%), a pH 6.2 y 24 h (azul) y 
48 h (anaranjado) de almacenamiento………………………………………………………..33 
Figura 13. Cambios en la viscosidad de las disoluciones de goma 
guar con respecto al contenido de sacarosa (%) en el medio acuoso, 
a distinto tiempo de almacenamiento y a distintos valores de pH………………..………...38 
Figura 14. Cambios en la viscosidad de las disoluciones de goma 
arábiga a distintas concentraciones (%), a pH 4.9 y 24 h (azul) 
y 48 h (anaranjado) de almacenamiento………………………………………………………41 
Figura 15. Cambios en la viscosidad de las disoluciones de goma 
arábiga con respecto al contenido de sacarosa (% m/v) en el medio 
acuoso, a distinto tiempo de almacenamiento y a distintos valores de pH……….……….44 
 
 
Figura 16. Cambios en la viscosidad de las disoluciones de 
goma xantana a distintas concentraciones (%), a pH 5.7 y 24 
horas (azul) y 48 horas (anaranjado) de almacenamiento…………………………...……..47 
Figura 17. Cambios en la viscosidad de las disoluciones de goma 
xantana con respecto al contenido de sacarosa (% m/v) en el 
medio acuoso, a distinto tiempo de almacenamiento y a distintos valores de pH……….50 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ÍNDICE DE TABLAS 
Tabla 1. Usos de la goma guar en productos alimenticios…………………………………..6 
Tabla 2. Usos de la goma xantana en productos alimenticios………………………………8 
Tabla 3. Usos de la goma arábiga en productos alimenticios……………………………….11 
Tabla 4. Clasificación general básica de los fluidos no newtonianos……………………….17 
Tabla 5. Resultados de humedad y pH de los hidrocoloides………………………………..31 
Tabla 6. Parámetros del modelo de ley de potencia de las disoluciones de 
goma guar a pH 6.2 y a distintas concentraciones (24 y 48 h)…………………………..….32 
Tabla 7. Parámetros del modelo de ley de potencia de las disoluciones 
de goma guar al 0.5% a distintas concentraciones de sacarosa (24 y 48 h)………..…….34 
Tabla 8. Parámetros del modelo de ley de potencia de las disoluciones 
de goma guar al 0.5%, a distintas concentraciones de sacarosa y distintos 
valores de pH (24 y 48 h)…………………………………………………………………..…..36 
Tabla 9. Parámetros del modelo newtoniano de las disoluciones de goma 
arábiga a pH 4.9 y a distintas concentraciones (24 y 48 h)………………………….…….39 
Tabla 10. Parámetros del modelo newtoniano de las disoluciones de 
goma arábiga al 0.5% a distintas concentraciones de sacarosa (24 y 48 h)……………42 
Tabla 11. Parámetros del modelo newtoniano de las disoluciones de 
goma arábiga al 0.5%, a distintas concentraciones de sacarosa y 
distintos valores de pH (24 y 48 h)…………………………………………………………...43 
Tabla 12. Parámetros del modelo de ley de potencia de las disoluciones 
de goma xantana a pH 5.7 y a distintas concentraciones (24 y 48 h)……………………45 
Tabla 13. Parámetros del modelo de Casson de las disoluciones de 
goma xantana al 0.5% a distintas concentraciones de sacarosa (24 y 48 h)…………...48 
Tabla 14. Parámetros del modelo de Casson de las disoluciones de 
goma xantana al 0.5%, a distintas concentraciones de sacarosa y 
distintosvalores de pH (24 y 48 h)……………………………………………………….….49
 
1 
INTRODUCCIÓN 
Los hidrocoloides se utilizan ampliamente por las características particulares 
texturales, estructurales y funcionales que imparten a los alimentos, 
proporcionando estabilidad a emulsiones, suspensiones y espumas así como por 
sus propiedades espesantes en general (Fennema, 2010). 
En la industria alimentaria, en particular, ha aumentado el uso de estos materiales 
en los últimos años. Aunque a menudo sólo están presentes en concentraciones 
inferiores al 1%, pueden tener una influencia significativa en las propiedades 
texturales y sensoriales de los productos alimenticios. 
La selección de hidrocoloides depende de las características funcionales 
requeridas en el producto a elaborar, puesto que sus propiedades reológicas se 
pueden modificar por distintos factores: los intrínsecos (propios de la molécula) 
como el peso molecular, concentración, carga eléctrica y grado de ramificación; y 
los extrínsecos (propios del sistema) como el pH, la fuerza iónica, la temperatura, 
contenido de sólidos, presencia de electrolitos, mezclas con otros hidrocoloides y 
el tiempo de almacenamiento de la disolución/dispersión (Marcotte et al., 2001; 
Fennema 2010). 
El estudio de los efectos individuales o combinados de estos factores sobre las 
propiedades reológicas de estos sistemas es el punto de partida para su estudio. 
Además, con los resultados obtenidos se elaborará una base de datos para 
consulta. 
 
 
 
 
 
 
 
2 
Capítulo 1. Hidrocoloides 
El término hidrocoloide hace referencia a una sustancia natural polimérica soluble 
o dispersable en agua. Se aplica de forma general a sustancias de composición 
polisacárida (generalmente gomas) y a algunas proteínas (como la grenetina). Son 
moléculas altamente hidrofílicas que actúan en bajas concentraciones reduciendo 
la movilidad del agua y aumentando la viscosidad (Silva, 2010). 
Los polisacáridos son solubles en agua debido a que poseen cadenas de 
unidades glucosídicas compuestas por pentosas y hexosas. Cada una de estas 
unidades tiene varios átomos de oxígeno o hidrógeno capaces de unirse a una 
molécula de agua y contribuir así a la solubilidad de la molécula. 
La clasificación general de los hidrocoloides se ha establecido como se muestra 
en la Figura 1: 
 
Figura 1. Clasificación general de hidrocoloides 
 
Los hidrocoloides naturales se obtienen de fuentes vegetales, esencialmente de 
naturaleza glucídica y; de fuentes animales de naturaleza proteica (caseínatos y 
grenetina). Las gomas semisintéticas se elaboran a partir de un polímero natural 
que se somete a alguna transformación física o química; en esta categoría están 
Hidrocoloides
Naturales
Vegetal
Animal
Semisintéticos Sintéticos
 
3 
los almidones modificados, al igual que los distintos derivados celulósicos. Las 
gomas sintéticas son polímeros vinílicos y acrílicos que hasta la fecha no están 
aprobadas para el consumo humano, aunque presentan muchas propiedades 
similares a las que poseen las gomas naturales (Badui, 2006). 
Las propiedades reológicas de los hidrocoloides en disolución dependen de dos 
tipos de factores: los intrínsecos (propios de la molécula) como el peso molecular, 
concentración, carga eléctrica y grado de ramificación; y los extrínsecos (propios 
del sistema) como el pH, la fuerza iónica, la temperatura, contenido de sólidos, 
presencia de electrolitos, mezclas con otros hidrocoloides y el tiempo de 
almacenamiento de la disolución/dispersión (Marcotte et al., 2001; Fennema 
2010). 
El interés en los hidrocoloides se basa en que, permiten modificar o controlar las 
propiedades de flujo de alimentos fluidos y las propiedades de deformación de 
alimentos semisólidos. Además ofrecen otras funciones como estabilizantes, 
emulsionantes, agentes de suspensión, espumantes, agentes de control de la 
cristalización, aglutinación, recubrimiento, encapsulación e inhibidores de la 
sinéresis (Fennema, 2010; Silva, 2010). 
1.1 Goma guar 
1.1.1 Propiedades fisicoquímicas 
La goma guar es un galactomanano que se obtiene del endospermo de la semilla 
leguminosa Cyamopsis tetragonolobus. Las semillas están contenidas en vainas 
de 2.54 cm a 5.08 cm de largo (Surendra y Malay, 2013). 
En la India y Pakistán, este cultivo ha sido utilizado por siglos como alimento para 
los seres humanos y para los animales. Su producción se basa en separar el 
endospermo del embrión y de la cáscara, para posteriormente realizar las 
operaciones de molienda y cribado. Los procesos de molienda generalmente se 
combinan con remojos en agua acidificada y tratamientos térmicos para eliminar 
las impurezas de embrión. El polvo resultante que se comercializa como goma 
guar es estable a la temperatura, altamente higroscópico, de color blanco a blanco 
 
4 
amarillento, inodoro y está disponible en diferentes granulometrías (Ganal, 1994; 
Silva, 2010; Surendra y Malay, 2013). 
Su estructura química consiste en unidades de β-D-manopiranosas unidas por un 
enlace β-(1,4), a la cual se le añaden ramas de α-D-galactopiranosas por enlaces 
α (1,6) (Figura 2). La relación de monosacáridos es de 2:1; es decir, en cada tercer 
D-manosa se localiza una D-galactosa. El rango de peso molecular promedio 
encontrado en la literatura es amplio (2.5×105 a 5.0 ×106 Da) dependiendo el 
método de determinación. Además de manosa y galactosa, están presentes otros 
monosacáridos como la glucosa y la arabinosa en una concentración aproximada 
de 3 a 5% (base seca) de los polisacáridos totales (Silva, 2010). 
Carece de grupos ionizables, lo cual la hace prácticamente inalterable a los 
cambios de pH, siendo estable en el intervalo 4.0 a 10.5. La presencia de sales 
(como el cloruro de sodio) aumenta la viscosidad de las disoluciones de goma 
guar (Ganal, 1998; Surendra y Malay, 2013). 
 
Figura 2. Segmento representativo de una molécula de galactomanano (Fennema, 2010) 
 
Con respecto a su solubilidad es soluble en agua e insoluble en hidrocarburos, 
grasas, alcoholes, ésteres y cetonas. La goma guar se hidrata rápidamente 
cuando se dispersa en agua caliente o fría para formar una solución coloidal 
viscosa incluso, a una concentración baja. La solubilidad es proporcional al 
contenido de galactosa y depende, junto con la velocidad de hidratación, del 
tamaño de partícula, pH, fuerza iónica, temperatura, presencia de solutos y los 
 
5 
métodos empleados para la agitación. Su velocidad óptima de hidratación se 
encuentra a pH de 7.5 y 9.0 (Silva, 2010; Msagati, 2013). 
Las disoluciones que forma son turbias debido a la presencia de porciones 
insolubles del endospermo. Cuando el hidrocoloide se encuentra a una 
concentración del 1%, sus dispersiones coloidales presentan características 
tixotrópicas (Surendra y Malay, 2013). 
Es compatible con la mayoría de hidrocoloides (tragacanto, karaya, arábiga, agar, 
alginato, carragenina, garrofín, pectina, metilcelulosa y carboximetilcelulosa). 
También es compatible con la mayoría de almidones nativos y químicamente 
modificados, celulosa modificada, polímeros sintéticos y proteínas solubles en 
agua. Es incompatible con taninos, ácidos fuertes y álcalis (Silva, 2010). 
1.1.2 Aplicaciones en la industria alimentaria 
La importancia de esta goma en la aplicación de alimentos (Tabla 1) se debe a sus 
propiedades funcionales únicas como la capacidad de retención de agua, la 
reducción de la velocidad de evaporación, la modificación de la velocidad de 
congelación, la modificación de la formación de cristales de hielo y la regulación 
de las propiedades reológicas. 
La Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA, por sus 
siglas en inglés) regula el uso de gomas y las clasifica como sustancias 
generalmente reconocidas como seguras (GRAS, por sus siglas en inglés), su 
aplicación en alimentos se permite a una concentración menor o igual al 2% (Foodand Drug Administration, 2016). 
En México, La Comisión Federal para la Protección contra Riesgos Sanitarios 
(COFEPRIS) regula el uso de gomas bajo el “Acuerdo por el que se determinan 
los aditivos y coadyuvantes en alimentos, bebidas y suplementos alimenticios, su 
uso y disposiciones sanitarias”. Según lo establecido en dicho documento, la goma 
guar (E412) se clasifica como un aditivo que puede ser utilizado de acuerdo con 
buenas prácticas de fabricación (BPF) (COFEPRIS, 2012). 
 
 
6 
Tabla 1. Usos de la goma guar en productos alimenticios 
Producto alimenticio Función 
Productos horneados Aumentar rendimiento de masas 
Rellenos de pastelería Evitar la sinéresis en el relleno 
Lácteos Espesar yogur 
Aderezos y salsas Estabilidad y espesante 
Bebidas Espesante 
 Fuente: Surendra y Malay, 2013 
 
1.2 Goma xantana 
1.2.1 Propiedades fisicoquímicas 
Heteropolisacárido ramificado sintetizado por diferentes especies de bacterias 
Xanthomonas, principalmente X. campestris, que produce la goma como una 
cobertura de protección. 
El microorganismo es cultivado en un medio bien aireado que contiene hidratos de 
carbono, fuente de nitrógeno y trazas de elementos indispensables. El cultivo es 
rigurosamente controlado en sus diferentes etapas de fermentación, el caldo se 
esteriliza para prevenir la contaminación bacteriana, y la goma se recupera 
mediante precipitación con alcohol, secado y su posterior molienda hasta 
convertirla en polvo fino (Habibi y Khosravi, 2017). 
La goma xantana está formada por residuos de D-glucosa, D-manosa y ácido D-
glucurónico (Figura 3); también contiene grupos acetilo y ácido pirúvico (Milani y 
Maleki, 2012). 
 
7 
 
Figura 3. Estructura de la unidad pentasacarídica de repetición de la goma xantana y 
sitios de unión para cationes (M+) (Hublik, 2012). 
 
Es un polisacárido aniónico por lo que sus soluciones son estables en un rango de 
pH de 2 a 12 (Kelco, 2008) así como a la presencia de diversas sales en el medio. 
Sin embargo, el efecto de la sal sobre las propiedades de la goma depende de la 
concentración de goma en los alimentos. Cuando el hidrocoloide se encuentra en 
concentración igual o inferior a 0.25% (m/v), las sales monovalentes, tales como el 
cloruro de sodio, provocan una ligera disminución de la viscosidad. A 
concentraciones más altas, la viscosidad aumenta con la sal añadida. 
Las sales metálicas divalentes (como calcio y magnesio) tienen un impacto similar 
sobre la viscosidad. Los iones trivalentes promueven la gelificación de la goma 
xantana (Habibi y Khosravi, 2017). 
 
Es soluble en glicerol o etilen-glicol a temperaturas mayores a 65 °C. Es soluble 
en agua fría o caliente y produce soluciones traslúcidas aún a altas 
concentraciones. Las soluciones acuosas de goma xantana tienen alta viscosidad 
y alta pseudoplasticidad con un valor de rendimiento significativo (Pastor, Costell, 
Izquierdo y Dunin, 1994). 
Cadena principal: 
β1, 4-glucano 
D-manosa-
piruvato-cetal 
D-ácido 
glucorónico 
D-manosa-acetil 
éster 
 
8 
Es compatible con otras gomas y presenta sinergia con los galactomananos 
(Fennema, 2010). 
1.2.2 Aplicaciones en la industria alimentaria 
Es un aditivo permitido en Estados Unidos, Europa y México. Su aplicación en 
México (E415), debe darse bajo las “buenas prácticas de fabricación” (BPF) 
(COFEPRIS, 2012). 
Tiene más aplicaciones que la goma guar y goma arábiga en productos 
alimenticios, debido a que sus disoluciones poseen estabilidad en un amplio rango 
de valores de pH (Tabla 2). 
 
Tabla 2. Usos de la goma xantana en productos alimenticios 
Producto alimenticio Función 
Bebidas Mejorar palatabilidad y estabilizar turbidez 
Enlatados Espesante 
Rellenos de frutas Disminuir sinéresis 
Salsas con altos niveles de 
sales 
Espesante 
Fuente: Hublik, 2012 
 
Como muchas otras gomas no es digerible por las enzimas del tracto 
gastrointestinal del ser humano por lo que forma parte de la fibra dietética y se 
emplea para disminuir el contenido energético de los alimentos (Katzbauer, 1998). 
 
 
 
 
9 
1.3 Goma arábiga 
1.3.1 Propiedades fisicoquímicas 
Es el exudado que se obtiene de la corteza de árboles como Acacia senegal, y 
otros del mismo género. 
El exudado bruto de goma arábiga se procesa de manera diferente de acuerdo 
con la calidad final requerida para su comercialización. El secado al aire es el 
método más fácil de aplicar que, junto con la molienda mecánica, se utilizan para 
producir un material granular que es más soluble que el producto crudo. Otros 
métodos de procesamiento son: secado por pulverización y secado por rodillo. 
Estos procedimientos implican disolver el exudado en agua bajo condiciones de 
calentamiento controladas y agitación constante. Después de retirar el material 
insoluble por decantación o filtración, la solución se pasteuriza y se somete a 
rociado o secado por rodillo. 
La goma arábiga producida con estos métodos tiene una ventaja sobre la goma 
cruda puesto que están virtualmente libres de contaminación microbiana y se 
disuelven de manera más rápida (Montenegro et al., 2012). 
Es un heteropolisacárido muy ramificado perteneciente a la familia de las 
arabinogalactomananas, formado por una cadena principal de unidades de β -
galactopiranosas a la cual se le unen residuos de L-ramnopiranosas, de L-
arabinofuranosas y de ácido glucurónico (Figura 4); su peso molecular varía entre 
300 a 800 kDa (Milani y Maleki, 2012). 
La influencia de sus grupos ácidos hace que la viscosidad de sus dispersiones se 
vea afectada por la adición de ácidos o de álcalis, y por la presencia de cationes. 
Es una sustancia que posee afinidades hidrófilas e hidrófobas. Sus propiedades 
fisicoquímicas dependen del balance de las interacciones hidrofílicas e 
hidrofóbicas. 
 
10 
 
Figura 4. Estructura química de goma arábiga (Dauqan y Abdullah, 2013) 
 
Presenta alta solubilidad en agua, hasta en una concentración de 50% (m/v) y, sus 
dispersiones se caracterizan por la baja viscosidad que desarrolla; a diferencia del 
resto de las gomas, las disoluciones de este hidrocoloide tienen un 
comportamiento newtoniano en concentraciones hasta de 40% (m/v), pero al 
incrementarse ésta, presenta un comportamiento no newtoniano al igual que la 
mayoría de las gomas (Sánchez et al. 2002). Su estructura altamente ramificada 
da lugar a moléculas compactas con un volumen hidrodinámico relativamente 
pequeño y, como consecuencia, sus disoluciones sólo se vuelven viscosas cuando 
la goma es dosificada en altas concentraciones (Williams y Phillips, 2009). 
Las disoluciones de goma arábiga son de color amarillo muy pálido y con un valor 
de pH de aproximadamente 4.5. 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 
1.3.2 Aplicaciones en la industria alimentaria 
Algunos de los usos que se le ha dado a la goma arábiga en la industria 
alimentaria se presentan en la Tabla 3. 
 
Tabla 3. Usos de la goma arábiga en productos alimenticios 
Productos alimenticios Función 
Dulces y chocolates Retardar cristalización del azúcar y emulsionar la grasa 
Productos horneados Reducir endurecimiento 
Bebidas Emulsionante 
Fuente: Montenegro et al., 2012; Dauqan y Abdullah, 2013 
 
 
Capítulo 2. Conceptos básicos de reología 
El término reología fue inventado por el profesor Bingham Lafayette, significa “el 
estudio de la deformación y el comportamiento de flujo de la materia”. Una 
definición más completa la define como la ciencia que estudia la relación entre el 
esfuerzo y la deformación a través de relaciones matemáticas constitutivas 
reológicas de estado (“Revista Iberoamericana de Polímeros”, 2002; Núñez et al., 
2013). 
La utilización de la reología en el análisis y caracterización del comportamiento de 
productos alimenticios cuando se les aplica una fuerza es relativamente reciente; 
para alimentos líquidos se inicia en 1960 y los primeros estudios sobre reología de 
sólidosson posteriores a 1970. Algunas de las principales causas son la 
diversidad de sustancias existentes, la dificultad en adaptar y utilizar ecuaciones 
matemáticas para explicar diferentes comportamientos reológicos y, el distinto 
comportamiento que cualquier sustancia presenta al variar las condiciones en que 
se estudia (Núñez et al., 2013). 
La determinación de las propiedades reológicas de un material implica la medición 
de la relación entre su deformación y los esfuerzos que actúan sobre él en función 
del tiempo. Una distinción entre los métodos se puede realizar implicando la 
aplicación de un esfuerzo (σ), una deformación (γ) o una velocidad de 
 
12 
deformación (γ̇) en estado estacionario y métodos en los que la variable aplicada 
se modifica con el tiempo (a menudo sinusoidalmente); denominados ensayos 
dinámicos (Núñez et al, 2013). 
2.1 Pruebas estacionarias 
El ejemplo más sencillo para estas pruebas se describe usando dos placas 
paralelas con un fluido en el espacio entre ellos (Figura 5). 
 
Figura 5. Flujo de cizalla entre placas paralelas (Rojas et al., 2012) 
 
La placa inferior está fija y la placa superior se mueve a una velocidad constante. 
La velocidad de la placa es suficientemente lenta por lo que se puede suponer que 
el fluido se mueve en delgadas capas planas hipotéticas que se deslizan una 
sobre otra. Si la placa superior se desplaza, ésta ejercerá una fuerza sobre la capa 
de fluido más cercana. Dependiendo de la fuerza que se aplique por unidad de 
área (𝐹 𝐴⁄ ), se producirá una deformación paralela a las capas del fluido. Siendo 
así, la capa más alta del fluido se moverá con la velocidad de la placa superior, 
mientras que la capa inferior permanecerá esencialmente inmóvil (debido a la 
condición de no deslizamiento). Las capas intermedias tendrán velocidades 
intermedias. Por lo tanto, existirá una diferencia de velocidades entre las capas 
adyacentes. Por lo tanto, se creará una diferencia de velocidades entre las capas 
adyacentes (Morrison, 2001; Núñez et al., 2013). 
 Si 𝑑𝑦 es la distancia entre las capas y 𝑑𝑉 su diferencia de velocidades, entonces 
podemos hablar de un gradiente de velocidades 𝑑𝑉/ 𝑑𝑦. Dicho gradiente surge de 
 
13 
la competencia entre la fuerza aplicada por unidad de área (𝐹 𝐴⁄ ) y la resistencia 
interna que presenta el fluido. Esta resistencia es altamente dependiente de la 
naturaleza del fluido. La ley de viscosidad de Newton establece que: 
𝐹/𝐴 ∝ 𝑑𝑉/𝑑𝑦 (Ecuación 1) 
Esta ecuación se puede escribir como 
𝐹/𝐴 = 𝜂 𝑑𝑉/𝑑𝑦 (Ecuación 2) 
Donde 𝜂 es la viscosidad y representa la resistencia del fluido al deslizamiento de 
la placa. El primer término de la ecuación 2 (fuerza entre área) se denomina 
esfuerzo de cizalla (σ). El área sobre la que actúa el esfuerzo de cizalla, es 
paralela a las placas. El desplazamiento de una capa plana sobre la separación 
entre las placas (𝑑𝑥/𝑑𝑦), es la deformación de cizalla que actúa en el fluido (Ibarz y 
Barbosa, 2003). Como 
𝑑𝑉 = 𝑑 (𝑑𝑥/𝑑𝑡) (Ecuación 3) 
Entonces 
𝑑𝑉/𝑑𝑦 = 𝑑 (𝑑𝑥⁄𝑑𝑦) / 𝑑𝑡 (Ecuación 4) 
La derivada 𝑑𝑉⁄𝑑𝑦 es llamada velocidad de cizalla (γ̇), también es conocida como 
gradiente de velocidad o velocidad de deformación. Sustituyendo la velocidad de 
cizalla y el esfuerzo de cizalla en la ecuación 2, se obtiene 
σ = 𝜂 γ̇ (Ecuación 5) 
Para determinar las unidades que tiene la viscosidad (𝜂) se retoma la Ecuación 5 
(Rojas et al., 2012): 
𝜂 = 
𝜎
γ̇
 = 
𝑃𝑎
𝑠−1
= 𝑃𝑎 𝑠 
 
 
 
 
14 
2.2 Pruebas dinámicas 
En las pruebas dinámicas el material se somete a una deformación o esfuerzo 
oscilatorio sinusoidal. A través de dicho material se transmite una frecuencia 
(rad/s) y una amplitud de onda determinada (Barnes, 2000). Pueden realizarse 
empleando geometría de placas paralelas, cono-placa o cilindros concéntricos. 
Las pruebas oscilatorias de baja amplitud son el método dinámico más común que 
se utiliza para estudiar la viscoelasticidad de los alimentos (Steffe, 1996; 
Rosenthal, 2001). En ellas, el material se somete a pequeñas deformaciones para 
que éstos no modifiquen significativamente su estructura de tal manera que se 
pueda mantener un comportamiento viscoelástico lineal. Proporcionan información 
a tiempos cortos de observación (0.1-100 s). 
Las funciones materiales medidas son el módulo de almacenamiento (G’) y el 
módulo de pérdida (G’’). La unidad para ambos módulos es el Pascal (Pa) (Steffe, 
1996; Ibarz y Barbosa, 2003). 
 
2.3 Fluidos newtonianos 
Un fluido newtoniano se define como aquel que cumple con la ecuación de 
Newton (Ecuación 5). La representación del esfuerzo de cizalla en función de la 
velocidad de deformación es una línea recta. La pendiente de dicha recta 
representa la viscosidad del líquido y es dependiente de la temperatura y la 
presión (Barnes, 2000; Rojas et al., 2012; Núñez et al., 2013). 
El término newtoniano se usa en memoria de Isaac Newton, quien fue el primero 
en definir el flujo viscoso en estos términos: la resistencia ocasionada por la “no 
deslizabilidad” de un líquido es proporcional, siempre que los demás factores se 
mantengan constantes, a la velocidad a que se separan las distintas partes del 
fluido. 
El fluido newtoniano carece de elasticidad, es incompresible, isótropo y, como el 
sólido de Hooke, irreal. Muchos fluidos reales ofrecen sin embargo 
 
15 
comportamiento newtoniano dentro de un amplio intervalo de esfuerzos de corte y 
el reólogo los considera como líquidos newtonianos (Núñez et al., 2013). 
 
2.4 Fluidos no newtonianos 
Son los que no cumplen con la Ley de Newton, siendo que la representación del 
esfuerzo de cizalla en función de la velocidad de deformación no es lineal, el 
coeficiente de viscosidad deja de ser una constante y se usa frecuentemente un 
coeficiente de viscosidad aparente (𝜂𝑎𝑝), que se define como la tensión tangencial 
dividida por la velocidad de deformación (“Revista Iberoamericana de Polímeros”, 
2002; Rojas et al., 2012; Núñez et al., 2013). Por esta razón los fluidos no-
newtonianos se caracterizan por los reogramas, que son un gráfico de una 
relación reológica (“Revista Iberoamericana de Polímeros”, 2002), o bien por sus 
parámetros reológicos, que son las constantes de las ecuaciones que definen el 
comportamiento reológico respectivo (Rojas et al., 2012). 
Tanto los reogramas como los parámetros reológicos se obtienen a partir de datos 
experimentales. En general se traza primero el reograma, buscando un sistema de 
escalas que permita la linealización y, a partir de los datos gráficos, se calculan los 
parámetros reológicos. En muchos casos se utilizan solamente reogramas. 
Una vez que se ha establecido el comportamiento de un fluido en particular, es 
importante considerar que se visualiza una sección del comportamiento general. 
Esto significa que al observar la curva de flujo completa, se vería un 
comportamiento como el de la Figura 6. 
 
16 
 
Figura 6. Representación de un reograma para un fluido no newtoniano (Núñez et al., 
2013) 
 
Como se observa en la Figura 6, la curva se divide en tres segmentos: dos 
regiones donde la viscosidad permanece constante, y una región donde ésta 
desciende rápidamente conforme aumenta la velocidad de deformación. 
Una de las regiones donde la viscosidad permanece constante es cuando la 
deformación es pequeña, de tal manera que las interacciones intermoleculares del 
fluido no se afectan por el movimiento impuesto, esta región se conoce como 
platea newtoniana, misma que también existe para valores grandes de 
deformación. Algunos autores han considerado que dicho comportamiento a bajas 
velocidades refleja la viscosidad del soluto, mientras que a altas velocidades, es la 
viscosidad del disolvente. 
La reología de un sistema disperso depende de las propiedades de la fase 
continua o dispersante, las de la fase discontinua o dispersa y la interacciónentre 
ambas. En la fase continua, son de interés la viscosidad, la composición química, 
el pH y la concentración de electrolitos. En la fase dispersa, que puede ser líquida 
o solida (emulsiones y suspensiones respectivamente), es de interés la 
concentración, el volumen, la viscosidad, el tamaño de partícula, la forma y la 
composición química. 
 
17 
Para obtener una gráfica completa del comportamiento de un fluido, se tendría que 
recurrir a varios sistemas de medición de la viscosidad, debido a que no existe en 
la práctica ningún instrumento de medición capaz de registrar velocidades de 
deformación en un intervalo tan amplia (Núñez et al., 2013). 
Existen cuatro tipos de comportamiento no newtoniano: fluidificante por cizalla, 
espesante por cizalla, tixotrópico y reopéctico, como se muestra en la Tabla 4. 
 Independiente del 
tiempo 
Dependiente del tiempo 
Dilución Fluidificante Tixotrópico 
Espesamiento Espesante Reopéctico 
Tabla 4. Clasificación general básica de los fluidos no newtonianos (Quintáns, 2008) 
 
a) Fluidificantes por cizalla 
Presentan una disminución de la viscosidad por acción de cizalla, independiente 
del tiempo y sin esfuerzo de fluencia (“Revista Iberoamericana de Polímeros”, 
2002). Éstos son menos espesos cuando se someten a altas velocidades de 
deformación que cuando se cizallan lentamente. A cada valor de σ le corresponde 
otro de γ, y a la inversa (Quintáns, 2008). 
Este tipo de comportamiento de flujo se denomina "estado estacionario" o “flujo 
independiente del tiempo” y no presentan un límite de elasticidad; por lo tanto, 
pueden llamarse líquidos (Ibarz y Barbosa, 2003). 
 
b) Espesantes por cizalla 
Es un fenómeno de espesamiento independiente del tiempo, que se da a altas 
velocidades de deformación; se trata del fenómeno opuesto a la fluidez por cizalla. 
(Quintáns, 2008). 
 
18 
Al igual que los fluidificantes por cizalla son independientes del tiempo y no 
presentan límite de elasticidad, por lo que pueden ser llamados líquidos (Ibarz y 
Barbosa, 2003). 
 
 
Figura 7. Comportamiento reológico de fluidos independientes del tiempo (Ibarz y 
Barbosa, 2003) 
 
c) Tixotrópicos 
La tixotropía se define como una disminución en la viscosidad aparente, por la 
acción de esfuerzos de cizalla, seguida de una recuperación gradual cuando se 
retira el esfuerzo. El efecto es función del tiempo (“Revista Iberoamericana de 
Polímeros”, 2002). 
La tixotropía se debe a la dependencia del tiempo, similar a la dependencia del 
cizallamiento, y resulta de la reorganización estructural en una disminución de la 
resistencia al flujo. La representación gráfica que le corresponde es una curva 
similar a la de los fluidificados por cizalla, en cuanto que 𝜂𝑎𝑝 desciende a medida 
que aumenta la velocidad de deformación. Difiere, sin embargo, de ella en que el 
a) Newtoniano 
b) Espesante 
Fluidificante 
c) Plástico de Bingham 
d) Fluidos pseudoplásticos 
con límite de elasticidad 
 
19 
descenso de 𝜂𝑎𝑝 no está relacionado exclusivamente con la velocidad de 
deformación, sino también con el tiempo (Ibarz y Barbosa, 2003; Quintáns, 2008). 
Si las representaciones de σ en función de �̇� son dependientes del tiempo 
terminan formando ciclo de histéresis (Figura 8), la cual está definida como la 
propiedad de un material de tomar valores distintos de respuesta a partir del valor 
del estímulo en el que se invierte el sentido del mismo. En reología se aplica, en 
general, a funciones esfuerzo/deformación o esfuerzo/velocidad de deformación y 
en su representación gráfica aparece un punto de retroceso. 
Una consecuencia importante de esta dependencia del tiempo es la necesidad de 
que las medidas rutinarias se efectúen a intervalos de tiempo cuidadosamente 
elegidos y estrictamente respetados. No basta con controlar las condiciones en 
que las determinaciones se efectúan, sino también la historia previa de la muestra; 
así por ejemplo, tanto el muestreo como el procedimiento de llenado del recipiente 
del viscosímetro se deben realizar siempre de la manera más similar posible 
(Quintáns, 2008). 
 
d) Reopécticos 
La definición de reopexía se dio en 1936 como: la aceleración de la solidificación 
de una sustancia tixotrópica por movimientos suaves y regulares. Pero desde 
1955 ha prevalecido su definición como tixotropía negativa, es decir, un aumento 
de la viscosidad aparente bajo esfuerzo de cizalla, seguido de una recuperación 
gradual cuando se retira el esfuerzo (Figura 8). El efecto es función del tiempo 
(“Revista Iberoamericana de Polímeros”, 2002). 
El comportamiento reopéctico (Figura 8) implica la formación o reorganización de 
la estructura que conlleva una resistencia creciente al flujo. La reopexía es el 
fenómeno inverso de la tixotropía, por lo que es igualmente necesario un riguroso 
control del tiempo en las determinaciones (Ibarz y Barbosa, 2003; Quintáns, 2008). 
 
20 
 
Figura 8. Comportamiento reológico de fluidos dependientes del tiempo (Ibarz y Barbosa, 
2003) 
 
2.5 Viscosimetría 
El objetivo de la viscosimetría es establecer relaciones entre entidades medibles 
(torque, fuerza, desplazamiento, velocidad angular) y la función material de la 
viscosidad con el fin de caracterizar el comportamiento de los fluidos. 
Existen numerosos tipos de reómetros, con mecanismos de funcionamiento muy 
diversos y que miden distintas variables en rangos de deformación o velocidad de 
cizalla muy diferentes. Suelen clasificarse acorde a la geometría utilizada: 
viscosímetros capilares, de cono-placa, de caída de bola y de cilindros coaxiales 
(Ibarz y Barbosa, 2003; Núñez et al., 2013). 
a) Viscosímetros de tubo 
Son muy útiles en la toma de datos reológicos, este tipo de viscosímetros 
implican la existencia de una diferencia de presión para crear el flujo. Para 
líquidos diluidos, el flujo se debe a la gravedad, principalmente. 
La viscosimetría de tubo es un método muy exacto para la determinación de la 
viscosidad de líquidos newtonianos. Para líquidos no newtonianos, es menos 
adecuada debido a que la medición no se puede dar a una velocidad de 
deformación constante, ya que varía a lo largo del diámetro del tubo. 
Tixotrópico Reopéctico 
 
21 
Los viscosímetros de tubo son populares debido a que son económicos y 
fáciles de utilizar (Rosenthal, 2001; Quintáns, 2008). 
b) Viscosímetros de caída de bola 
Este tipo de reómetros se basa en la caída libre de una esfera a través de un 
fluido en estado de reposo. Sobre la esfera actúan dos fuerzas de sentido 
opuesto: la fuerza gravitatoria que hace que la bola descienda, la resistencia 
viscosa del fluido, que se opone al movimiento y viene dada por la ley de 
Stokes. La velocidad de caída tiende hacia un valor límite, valor que se 
alcanza cuando se igualan la fuerza gravitatoria y la resistencia viscosa. 
Los viscosímetros de bola descendente no se pueden usar con líquidos no 
newtonianos si se pretende obtener resultados expresables en unidades 
fundamentales, porque aún no se han resuelto los problemas matemáticos 
implicados (Quintáns, 2008). 
c) Viscosímetros de cilindros concéntricos y de cono - placa 
Los viscosímetros más adecuados para efectuar determinaciones con los 
líquidos no newtonianos son los de cilindros concéntricos (Figura 9) y los de 
cono-placa (Figura 10). En éstos, la velocidad de deformación es idéntica en 
toda la muestra, siempre y cuando se minimicen todos los efectos de extremo; 
permiten modificar, de modo controlado, la velocidad de deformación 
tangencial variando la velocidad de giro y el tiempo que a cada una de ellas se 
está operando. 
En el viscosímetro de cilindros concéntricos, la pieza de ensayo se confina 
entre dos superficies cilíndricas en las que una puede girar. Un cilindro de radio 
Rb está suspendido en una muestra de fluido en un recipiente de radio Rc. El 
líquido cubre el cilindro interno hasta la altura h. La parte inferiordel cilindro 
interno, o rotor, está separada del fondo del recipiente por una distancia l. Se 
ha utilizado para caracterizar el comportamiento de flujo de los fluidos no 
newtonianos (Steffe, 1996). 
 
22 
 
Figura 9. Viscosímetro de cilindros concéntricos (Morrison, 2001) 
 
Por otro lado el de geometría cono - placa consta de un plato fijo y un cono 
móvil, que forma un ángulo α con el plato fijo. La muestra se coloca entre 
ambos y el cono gira sobre su eje para someter la muestra a cizalla 
(Rosenthal, 2001; Quintáns, 2008). 
 
 
Figura 10. Viscosímetro de cono y placa (Quintáns, 2008) 
 
 
 
Cilindros 
Rotor 
Fluido 
Ángulo del 
cono 
 
23 
2.5.1 Modelos empíricos 
Un modelo es una representación idealizada de la conducta de cualquier sistema 
expresada en términos matemáticos. Se han propuesto en la bibliografía 
numerosas ecuaciones empíricas para describir el comportamiento reológico de 
fluidos no newtonianos. Dichos modelos son aplicables al comportamiento de flujo 
de los hidrocoloides en disolución puesto que resultan ser convenientes y precisos 
para ajustar y correlacionar datos experimentales. 
Algunos de los modelos reológicos que se han definido son: Bingham, Burgess, 
Green-Rivlin, Hooke, Kelvin, Maxwell, fluido Newtoniano, fluido según la ley de la 
potencia, fluido Reiner-Rivlin, fluido simple, sólido lineal estándar, Voigt (“Revista 
Iberoamericana de Polímeros”, 2002; Quintáns, 2008). 
A continuación se describen algunos de los modelos más utilizados. 
 
a) Modelo de fluido newtoniano 
Es un modelo caracterizado por un valor constante del cociente del esfuerzo de 
cizalla entre la velocidad de cizalla. Según la definición de un fluido newtoniano, el 
esfuerzo de cizalla y la velocidad de cizallamiento son proporcionales entre sí, y 
un solo parámetro (la viscosidad) caracteriza los datos (“Revista Iberoamericana 
de Polímeros”, 2002; Rao, 2014) 
Su comportamiento queda descrito bajo la siguiente ecuación 
 σ = η �̇� (Ecuación 5) 
 
b) Modelo de la ley de la potencia 
Es el que considera el flujo de cizalla simple por una relación lineal entre el 
logaritmo del esfuerzo de cizalla y el logaritmo de la velocidad de cizalla. Es uno 
de los más utilizados pudiendo explicar el comportamiento newtoniano, espesante 
y fluidificante. Está descrito por las siguientes ecuaciones: 
 
24 
 σ = k �̇�𝑛 (Ecuación 6) 
 log σ = log k + n log �̇� (Ecuación 7) 
El índice de consistencia (k) es una medida de la viscosidad aparente con 
unidades Pa sn y, el índice de comportamiento al flujo (n) es adimensional, que 
constituye una medida del grado de desviación del comportamiento newtoniano. Si 
n = 1, el fluido es newtoniano; si n < 1, es fluidificado por cizalla y si n > 1, es 
espesado por cizalla (Rosenthal, 2001; “Revista Iberoamericana de Polímeros”, 
2002; García, 2008; Rojas et al., 2012; Núñez et al., 2013). 
Aunque el modelo de la ley de la potencia es popular y útil, debe tenerse en 
cuenta su naturaleza empírica. Una razón para su popularidad parece ser su 
aplicabilidad sobre el rango de velocidad de cizallamiento: 101-104 s-1 que se 
puede obtener con los viscosímetros comerciales. A menudo, las magnitudes de la 
consistencia y los índices de comportamiento de flujo de una muestra de alimento 
dependen del intervalo de velocidad de cizallamiento específico que se utiliza, de 
modo que al comparar las propiedades de diferentes muestras se debe intentar 
determinarlas sobre un intervalo específico de velocidades de cizallamiento 
(Barnes, 2000; Rao, 2014). 
 
c) Modelo de Casson 
El modelo de Casson se basa en la estructura que, aunque se desarrolló para 
caracterizar las tintas de impresión originalmente, se ha utilizado para caracterizar 
una serie de dispersiones alimenticias. 
 (𝜎)0.5 = (𝜎0𝑐)0.5 + (𝑘𝑐 �̇� )0.5 (Ecuación 8) 
Para un alimento cuyo comportamiento de flujo sigue el modelo de Casson, se 
obtiene una línea recta cuando la raíz cuadrada de la velocidad de cizallamiento 
(�̇�0.5), se representa frente a la raíz cuadrada del esfuerzo de cizalla (σ0.5). De la 
ecuación lineal se obtienen la pendiente (kc) y la intersección (σ0c). El límite de 
elasticidad de Casson se calcula elevando al cuadrado el valor numérico de la 
 
25 
intersección, σ0c = (σ0c)2 y la viscosidad del plástico de Casson con la elevación al 
cuadrado de la pendiente, ηca = (kc)2 (Rao, 2014). 
El límite de elasticidad se considera, en la práctica, como el mínimo necesario 
para considerar un producto como plástico cuando la medición se lleva a cabo con 
un viscosímetro de cilindros concéntricos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
26 
HIPÓTESIS 
La goma guar, goma arábiga y goma xantana tienen propiedades espesantes que 
están en función de la concentración en que se encuentren, pH del medio y 
concentración de solutos de bajo peso molecular, por lo que su comportamiento 
reológico será diferente al modificar estas variables. 
OBJETIVOS 
GENERAL 
Estudiar el comportamiento de flujo de hidrocoloides (goma guar, goma xantana y 
goma arábiga) por medio de pruebas de cizalla estacionaria angular para conocer 
su comportamiento en medios acuosos y sugerir alguna aplicación como aditivos 
alimentarios (modificadores de textura). 
PARTICULARES 
Mediante pruebas de cizalla: 
1. Evaluar el efecto de la concentración de los hidrocoloides sobre las 
propiedades de flujo estacionario, en medio acuoso como modificador de las 
capacidades espesantes. 
 
2. Evaluar el efecto de la concentración de solutos de bajo peso molecular 
(sacarosa) en la disolución del hidrocoloide, sobre la capacidad espesante. 
 
 
3. Evaluar el efecto del pH de la disolución del hidrocoloide, sobre su estabilidad. 
 
4. Determinar el efecto del tiempo de almacenamiento de la disolución del 
hidrocoloide sobre sus propiedades de flujo estacionario. 
 
 
 
 
27 
Capítulo 3. Materiales y Métodos 
3.1 Reactivos y Equipos 
 Goma guar (DVA Mexicana SA de CV) 
 Goma xantana (DVA Mexicana SA de CV) 
 Goma arábiga (Química Barsa S. de R.L.) 
 Ácido cítrico (Reactivo Analítico) 
 Citrato de sodio (Reactivo Analítico) 
 Sacarosa (comercial). 
 Balanza analítica Sartorius de 210 g de capacidad y división de 0.1 mg. 
 Termobalanza marca OHAUS, modelo MB35 de 35 g de capacidad con 
sensibilidad de 0.001 g. 
 Potenciómetro marca OAKTON, modelo ION510 con sensibilidad 0.1 pH. 
 Viscosímetro rotacional marca Anton Paar, modelo Rheolab MC 1 de 
geometría de cilindros concéntricos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
28 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 11. Diseño general experimental 
 
 
Hidrocoloide Sacarosa 
Dispersión (1200 rpm, 1h) 
 
Almacenamiento 24 h en refrigeración 
Evaluación de propiedades de flujo, cizalla estacionaria 
(0 a 500 s-1) 
 
Análisis con los modelos: 
-Newtoniano 
-Ley de la potencia 
-Casson 
 
 Análisis estadístico 
 
 
Agua destilada 
 
Determinación de 
humedad 
 
Medición de pH 
 
Amortiguador de 
citratos (pH 3.5) 
 
Amortiguador de 
citratos pH (5.0) 
 
Almacenamiento 48 h en refrigeración 
 
29 
3.2 Diseño general experimental 
a) Humedad y pH 
Se determinó la humedad de los hidrocoloides (por triplicado) por el método de 
secado en termobalanza (Nielsen, 2003). Se determinó el pH de los hidrocoloides 
disueltos en agua destilada en potenciómetro. 
b) Dispersiones hidrocoloide - agua 
Las gomas guar y xantana se pesaron en cantidad suficiente para obtener 
disoluciones de concentración 0.5%, 0.75% y 1% (m/v); la goma arábiga se pesó 
la cantidad necesaria para obtener disoluciones de concentración 0.5%, 1% y 3% 
(m/v). Esta cantidad fue agregada en forma de lluviafina al agua destilada a 
temperatura ambiente y con agitación (1200 rpm) por una hora. 
c) Dispersiones hidrocoloide – sacarosa – agua 
Las disoluciones con sacarosa fueron preparadas mezclando las respectivas 
cantidades de hidrocoloide y sacarosa para posteriormente agregarlas al agua 
destilada, bajo las mismas condiciones antes mencionadas, obteniendo 
disoluciones a concentración constante del hidrocoloide 0.5%, 20 y 40% (m/v) de 
sacarosa. Se midió el pH de cada disolución. 
d) Dispersiones hidrocoloide – sacarosa – amortiguador 
Siguiendo la misma metodología, se prepararon disoluciones de concentración 
0.5% (m/v) del hidrocoloide sin y con adición de sacarosa a 20 y 40% (m/v), 
utilizando como disolventes amortiguadores de citratos a pH 3.5 y 5. 
Las disoluciones, preparadas por triplicado, se almacenaron en refrigeración por 
24 y 48 horas y, cada una se examinó en el viscosímetro. 
Las pruebas reológicas se realizaron utilizando la geometría Z2 para todas las 
disoluciones de goma arábiga, geometría Z3 para disoluciones de goma guar y 
goma xantana al 0.75% y al 0.5% con/sin adición de sacarosa, y geometría Z4 
para disoluciones de goma xantana y goma guar al 1%. El comportamiento de flujo 
 
30 
de las muestras se evaluó a una velocidad de deformación de 0 a 500 s-1 con un 
incremento lineal durante 5 minutos. 
Con los resultados obtenidos se elaboraron reogramas (intervalo de 17.6 a 500 s-
1) a los cuales, para las disoluciones de goma guar, se les aplicó el modelo de la 
ley de potencia a fin de determinar el tipo de comportamiento al flujo y el índice de 
consistencia que presenta el hidrocoloide en solución acuosa. Para las 
disoluciones de goma arábiga, los reogramas (intervalo de 62.5 a 500 s-1) fueron 
estudiados usando el modelo newtoniano. Los reogramas (intervalo de 17.6 a 500 
s-1) de las disoluciones de goma xantana con concentración de 0.5, 0.75 y 1% 
(m/v) fueron estudiados bajo el modelo de la ley de la pontencia; para las 
disoluciones de éste hidrocoloide con adición de sacarosa y con amortiguadores 
de citratos, los reogramas (intervalo de 17.6 a 500 s-1) se estudiaron usando el 
modelo de Casson. 
Con los parámetros obtenidos de dichos modelos se realizó el análisis estadístico 
de diferencia mínima significativa, DMS (Gutiérrez et al., 2009), a fin de determinar 
si existe diferencia significativa entre los tratamientos realizados para cada 
hidrocoloide. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
31 
Capítulo 4. Resultados y discusión 
Determinación de humedad y medición de pH 
Se realizaron las determinaciones de humedad y pH para caracterizar cada uno de 
los hidrocoloides usados en la experimentación. Los resultados obtenidos se 
muestran en la Tabla 5. 
Hidrocoloide Humedad (%) ± DE pH ± DE* 
Goma guar 10.2 ± 20×10-3 6.2 ± 100×10-3 
Goma xantana 13.8 ± 500×10-3 5.7 ± 200×10-3 
Goma arábiga 10.2 ± 100×10-3 4.9 ± 100×10-3 
Tabla 5. Resultados de humedad y pH de los hidrocoloides. Valores promedio (n=3 y CV ≤ 5 %). 
*Las mediciones del pH se realizaron en las dispersiones de cada hidrocoloide con agua destilada. 
 
4.1 Goma guar 
4.1.1 Efecto de la concentración del hidrocoloide 
En la Tabla 6 se muestra el comportamiento de las disoluciones de goma guar con 
diferente concentración del hidrocoloide. Para describir su comportamiento de 
flujo, los resultados se estudiaron usando el modelo newtoniano y el modelo de la 
Ley de la Potencia. Éste último fue el que mejor se ajustó a los datos 
experimentales, por ello fue el que se consideró para el análisis. 
 
 
 
 
 
 
32 
 24 horas de reposo 48 horas de reposo 
Tratamiento Índice de 
consistencia (Pa sn) 
± DE 
Índice de 
comportamiento 
al flujo 
Índice de 
consistencia (Pa sn) 
± DE 
Índice de 
comportamiento 
al flujo 
1.0% 
 
0.75% 
 
0.50% 
14.8 ± 574×10-3 A 
 
5.94 ± 129×10-3 B 
 
1.53± 3.63×10-3 C 
 
0.240 
 
0.302 
 
0.382 
16.0 ± 724×10-3 * 
 
6.10 ± 142×10-3 
 
1.18 ± 24.2×10-3 
0.229 
 
0.304 
 
0.432 
 
Tabla 6. Parámetros del modelo de ley de potencia de las disoluciones de goma guar a pH 6.2 y a 
distintas concentraciones (24 y 48 h). Valores promedio (n=3, CV ≤ 5%, r2 > 0.99). A, B, C letra 
diferente indica que existe diferencia significativa entre los tratamientos al 95%. * indica que existe 
diferencia significativa con su homóloga (24 h de reposo) al 95%. 
 
Las disoluciones del hidrocoloide con 24 horas de reposo mostraron un 
incremento significativo en el índice de consistencia al aumentar su concentración. 
Al duplicar la concentración de goma guar, el índice de consistencia aumenta 
aproximadamente 9 veces; por lo tanto el incremento del índice de consistencia no 
es proporcional al aumento de la concentración del hidrocoloide. 
El índice de comportamiento al flujo es menor a una unidad, por lo que a las 
concentraciones usadas presentan comportamiento de tipo fluidificante; este tipo 
de fluido experimenta una reducción de viscosidad con el incremento del esfuerzo 
o de la velocidad de corte (Rojas et al., 2012). El comportamiento de 
adelgazamiento puede considerarse como modificaciones en la organización 
macromolecular en la solución a medida que cambia la velocidad de cizallamiento 
(Chenlo et al., 2010). Un comportamiento de este tipo se debe a la presencia de 
cadenas poliméricas en la disolución las cuales al ser deformadas por cizalla se 
 
33 
orientan en capas las cuales pueden fluir fácilmente causando la reducción de la 
viscosidad al aumentar la velocidad de deformación (Rojas et al., 2012). 
Las moléculas de los hidrocoloides en disolución pueden girar y flexionarse, a 
menudo colisionan entre sí, creando fricciones, consumiendo energía y cambiando 
la viscosidad. Por tanto que, al aumentar su concentración hay mayores 
interacciones de este tipo y, se aumenta la viscosidad de la disolución (Fennema, 
2010). 
Otros autores han descrito de igual manera, que la goma guar tiene 
comportamiento de flujo de tipo fluidificante y que al incrementar su concentración 
se incrementa de manera significativa la viscosidad aparente de sus disoluciones 
(Chenlo et al., 2010; Mudgil, Barak y Singh, 2011; Torres et al., 2014). 
La tendencia de los cambios en la viscosidad de las disoluciones de goma guar a 
las concentraciones y tiempos de almacenamiento usados se observa en la Figura 
12. 
 
Figura 12. Cambios en la viscosidad de las disoluciones de goma guar a distintas concentraciones 
porcentuales, a pH 6.2 y 24 h (azul) y 48 h (anaranjado) de almacenamiento. Se consideró la 
viscosidad a una velocidad de cizalla de 62.5 s-1. 
 
 
0.000
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
0.700
0.800
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1
V
is
co
si
d
ad
 (
P
a 
s)
Concentración de goma guar (% m/v)
 
34 
4.1.2 Efecto de la adición de un soluto de bajo peso molecular (sacarosa) 
La Tabla 7 muestra el comportamiento de las disoluciones de goma guar (a 
concentración constante del hidrocoloide), con distinta concentración de sacarosa, 
a pH 6.2 y con 24 horas de reposo. Al comparar estos resultados con los del 
hidrocoloide a la misma concentración 0.5% m/v sin adición de sacarosa, se 
presenta una disminución significativa en el índice de consistencia al adicionar 
sacarosa. Además se puede observar que este parámetro no cambia 
significativamente al aumentar la concentración de sacarosa a 40%. 
 24 horas de reposo 48 horas de reposo 
Tratamiento Índice de 
consistencia (Pa 
sn) ± DE 
Índice de 
comportamiento 
al flujo 
Índice de 
consistencia (Pa sn) 
± DE 
Índice de 
comportamiento 
al flujo 
pH 6.2, 
0% Sac 
 
pH 6.2, 
20% Sac 
 
pH 6.2, 
40% Sac 
 
1.53±3.63×10-3 A 
 
 
1.03 ± 33.3×10-3 B 
 
 
1.08 ± 43.0×10-3 B 
 
0.382 
 
 
0.435 
 
 
 0.452 
 
1.18 ± 24.2×10-3 
 
 
1.19 ± 26.4×10-3 * 
 
 
1.16 ± 14.1×10-3 * 
 
0.432 
 
 
0.430 
 
 
0.458 
 
Tabla 7. Parámetros delmodelo de ley de potencia de las disoluciones de goma guar al 0.5% a 
distintas concentraciones de sacarosa (24 y 48 h). Valores promedio (n=3, CV ≤ 5%, r2 > 0.99). A, B, 
C letra diferente indica que existe diferencia significativa entre los tratamientos al 95%. * indica que 
existe diferencia significativa con su homóloga (24 h de reposo) al 95%. 
 
Estos resultados se asocian a un estado de competencia entre la sacarosa y el 
hidrocoloide por el agua de hidratación, y a concentraciones altas (mayores al 
10%) provoca que la goma se hidrate más lento. Por lo tanto, la viscosidad de las 
 
35 
disoluciones de goma guar decrece en proporción directa a la concentración de 
sacarosa (Ganal, 1998; Silva, 2010). 
A las concentraciones de sacarosa e hidrocoloide usadas, el comportamiento al 
flujo no cambia, por lo que las disoluciones siguen siendo de tipo fluidificante. 
4.1.3 Efecto del pH 
En la Tabla 8 se muestra el comportamiento de las disoluciones de goma guar (a 
concentración constante del hidrocoloide), con diferente concentración de 
sacarosa y con diferentes valores de pH. Al comparar los resultados de pH 5 con 
24 horas de reposo, se puede observar que el índice de consistencia aumenta 
significativamente al adicionar sacarosa (20% m/v) y, posteriormente disminuye de 
manera significativa al aumentar la concentración del soluto (40% m/v), tendiendo 
un valor menor al de la disolución donde únicamente se encuentra el hidrocoloide. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
36 
 24 horas de reposo 48 horas de reposo 
Tratamiento Índice de 
consistencia (Pa 
sn) ± DE 
Índice de 
comportamiento 
al flujo 
Índice de 
consistencia (Pa sn) 
± DE 
Índice de 
comportamiento 
al flujo 
pH 5, 0% 
Sac 
 
pH 5, 20% 
Sac 
 
pH 5, 40% 
Sac 
 
0.827±10.0×10-3 A 
 
 
1.14±45.0×10-3 B 
 
 
0.597 ± 14.0×10-3 C 
 
0.477 
 
 
0.451 
 
 
0.535 
 
0.740 ± 33.3×10-3 * 
 
 
1.31 ± 12.6×10-3 * 
 
 
0.833 ± 30.4×10-3 * 
 
0.485 
 
 
0.431 
 
 
0.502 
 
pH 3.5, 0% 
Sac 
 
pH 3.5, 
20% Sac 
 
pH 3.5, 
40% Sac 
1.02 ± 39.0×10-3 A 
 
 
1.29 ± 56.0×10-3 B 
 
 
0.928 ± 15.0×10-3 C 
0.447 
 
 
0.443 
 
 
0.483 
1.06 ± 24.2×10-3 
 
 
1.30 ± 31.1×10-3 
 
 
0.982 ± 9.80×10-3 * 
0.454 
 
 
0.438 
 
 
0.481 
Tabla 8. Parámetros del modelo de ley de potencia de las disoluciones de goma guar al 0.5% m/v, 
a distintas concentraciones de sacarosa y distintos valores de pH (24 y 48 h). Valores promedio 
(n=3, CV ≤ 5%, r2 > 0.99). A, B, C letra diferente indica que existe diferencia significativa entre los 
tratamientos al 95%. * indica que existe diferencia significativa con su homóloga (24 h de reposo) al 
95%. 
 
 
37 
El aumento en el índice de consistencia al adicionar sacarosa con concentración 
del 20% (m/v), se asocia a que ésta ejerce un efecto protector sobre la goma guar, 
retardando su hidrólisis por el efecto del pH (Ganal, 1998). 
Por otra parte, el decremento en el índice de consistencia puede ser originado por 
el estado de competencia entre la sacarosa y el hidrocoloide, retardando la 
hidratación de éste. También puede ocurrir que a este valor de pH se esté 
presentando un encogimiento de las cadenas de la goma guar, ya que en medio 
ácido se puede generar una mayor repulsión entre cadenas poliméricas debido a 
un efecto de “escudamiento” de cargas positivas alrededor del hidrocoloide 
haciendo que éste se contraiga aún más y con ello la viscosidad disminuya. 
Los resultados de pH 3.5 (con 24 horas de reposo) muestran el mismo 
comportamiento (Tabla 8), el índice de consistencia aumenta al adicionar sacarosa 
al 20% (m/v) y posteriormente disminuye al incrementar su concentración al 40% 
(m/v). 
Se ha establecido que la ligera disminución de la viscosidad de la solución 
observada en todos los niveles de pH por debajo del neutro probablemente no se 
deba a la degradación del hidrocoloide, sino más probablemente a que se afecta 
la interacción entre las moléculas agua-hidrocoloide e hidrocoloide-hidrocoloide. 
La débil protonación de los grupos hidroxilo en el hidrocoloide y las moléculas de 
agua causadas por la alta concentración de iones H+, puede reducir el enlace de 
hidrógeno inter e intra-molecular. Es posible que las moléculas de goma guar 
estén menos expandidas en medio ácido porque el enlace de hidrógeno entre el 
agua y el hidrocoloide es menos frecuente. La interacción entre las moléculas del 
hidrocoloide también puede reducirse, lo que resulta en una menor asociación de 
las moléculas. Ambos efectos tienden a conducir a una reducción de la viscosidad 
(Wang et al., 2000). 
El comportamiento al flujo a las concentraciones del hidrocoloide, sacarosa y 
valores de pH usados en las disoluciones se mantiene de tipo fluidificante. 
 
38 
La tendencia de los cambios en la viscosidad de las disoluciones de goma guar a 
los valores de pH, concentración de sacarosa y tiempos de almacenamiento 
usados se presenta en la Figura 13. 
 
Figura 13. Cambios en la viscosidad de las disoluciones de goma guar con respecto al contenido 
de sacarosa en el medio acuoso, a distinto tiempo de almacenamiento y a distintos valores de pH. 
Se consideró la viscosidad a una velocidad de cizalla de 62.5 s-1. 
 
4.1.4 Efecto del almacenamiento 
En el caso de la goma guar, en las Tablas 6, 7 y 8, se observa que en general el 
índice de consistencia se modifica significativamente en cada disolución al 
incrementar el tiempo de almacenamiento en refrigeración a 48 horas. 
El incremento en el índice de consistencia que presenta la disolución del 
hidrocoloide a concentración del 1% (Tabla 6) se asocia a que las moléculas se 
estabilizan, adoptando una conformación distinta a la que tenían con 24 horas de 
reposo (Fennema, 2010). 
El aumento en el índice de consistencia también se refleja en las disoluciones del 
hidrocoloide con pH de 3.5 y 5 y, que contienen sacarosa. Esto se debe a que la 
presencia de sacarosa ejerce un efecto protector de la hidrólisis del hidrocoloide a 
bajos valores de pH (Ganal, 1998). 
0.070
0.080
0.090
0.100
0.110
0.120
0.130
0.140
0.150
0 10 20 30 40 50
V
is
co
si
d
ad
 (
P
a 
s)
Concentración de sacarosa (% m/v)
pH 3.5, 24 h
pH 5.0, 24 h
pH 6.0, 24 h
pH 3.5, 48 h
pH 5.0, 48 h
pH 6.0, 48 h
 
39 
El decremento en el índice de consistencia se presentó únicamente en la 
disolución con concentración del hidrocoloide de 0.5% m/v, sin adición de 
sacarosa y a pH 5. Esto se debe a la influencia del pH ácido de la disolución, que 
se encuentra descrito en el apartado anterior (efecto del pH). 
El comportamiento al flujo de las disoluciones con 48 horas de reposo en 
refrigeración, se mantiene de tipo fluidificante. 
4.2 Goma arábiga 
4.2.1 Efecto de la concentración del hidrocoloide 
La Tabla 9 muestra el comportamiento de las disoluciones de goma arábiga con 
diferente concentración del hidrocoloide con 24 horas de reposo. Para describir su 
comportamiento al flujo, los resultados se estudiaron usando el modelo 
newtoniano y el modelo de la ley de la potencia, sin embargo, con el primero se 
obtuvo mejor correlación. Por ello fue el que se consideró para el análisis. 
 24 horas de reposo 48 horas de reposo 
Tratamiento Viscosidad (Pa s) ± DE Ordenada al 
origen (Pa) 
Viscosidad (Pa s) ± 
DE 
Ordenada al 
origen (Pa) 
3.0% 
 
1.0% 
 
0.5% 
7.85×10-3±1.73×10-4 A 
 
6.10×10-3 ± 0.00 A 
 
5.87×10-3±1.15×10-4 A 
 
-0.612 
 
-0.381 
 
-0.385 
8.03×10-3 ± 1.53×10-4 
 
6.23×10-3 ± 2.31×10-4 
 
6.07×10-3 ± 0.00 
 
-0.593 
 
-0.369 
 
-0.373 
 
Tabla 9. Parámetros del modelo newtoniano de las disoluciones de goma arábiga a pH 4.9 y a 
distintas concentraciones (24 y 48 h). Valores promedio (n=3, CV ≤ 5%, r2 > 0.99). A, B, C letra 
diferente indica que existe diferencia significativa entre los tratamientos al 95%. * indica que existe 
diferencia significativa con su homóloga(24 h de reposo) al 95%. 
 
 
40 
Las disoluciones no presentaron cambio significativo de viscosidad al aumentar la 
concentración de la goma. Se ha observado que en sistemas binarios 
(hidrocoloide-agua) con concentraciones diluidas las interacciones moleculares 
son prácticamente nulas (Silva, 2010). 
En la literatura se ha reportado que los cambios en la concentración de la goma 
arábiga pueden modificar significativamente la viscosidad del medio en el que se 
encuentre, sin embargo, para dicho estudio se evaluaron distintas concentraciones 
más altas del hidrocoloide (Nakauma et al., 2008). 
La baja viscosidad que presentan las disoluciones de goma arábiga, es debida a 
que ésta tiene una estructura altamente ramificada que conduce a un volumen 
hidrodinámico relativamente pequeño y compacto y, por consiguiente, este 
hidrocoloide sólo se convertirá en una solución viscosa a altas concentraciones 
(Phillips y Williams, 2009; Sheikh, 2014). 
El comportamiento de flujo de la goma arábiga a las concentraciones usadas, es 
de tipo newtoniano en el que la viscosidad es constante para cualquier valor de 
esfuerzo o velocidad de corte (Rojas et al., 2012). En la literatura se ha reportado 
que disoluciones con concentración menor al 10% de goma arábiga presenta 
comportamiento al flujo de tipo newtoniano (Sheikh, 2014). 
La tendencia de los cambios en la viscosidad de las disoluciones de goma arábiga 
a las concentraciones y tiempos de almacenamiento usados se observa en la 
Figura 14. 
 
41 
 
Figura 14. Cambios en la viscosidad de las disoluciones de goma arábiga a distintas 
concentraciones porcentuales, a pH 4.9 y 24 h (azul) y 48 h (anaranjado) de almacenamiento. Se 
consideró la viscosidad a una velocidad de cizalla de 62.5 s-1. 
 
4.2.2 Efecto de la adición de un soluto de bajo peso molecular (sacarosa) 
La Tabla 10 muestra el comportamiento de flujo de las disoluciones de goma 
arábiga (a concentración constante), con 24 horas de reposo y, con diferente 
concentración de sacarosa. Al comparar estos resultados con los del hidrocoloide 
a la misma concentración 0.5% (m/v), sin adición de sacarosa, la viscosidad 
aumenta significativamente al aumentar la concentración del soluto. 
 
 
 
 
 
 
0.0000
0.0010
0.0020
0.0030
0.0040
0.4 0.9 1.4 1.9 2.4 2.9 3.4
V
is
co
si
d
ad
 (
P
a 
s)
Concentración de goma arábiga (% m/v)
 
42 
 24 horas de reposo 48 horas de reposo 
Tratamiento Viscosidad (Pa s) ± 
DE 
Ordenada al 
origen (Pa) 
Viscosidad (Pa s) ± 
DE 
Ordenada al 
origen (Pa) 
pH 4.9, 0% Sac 
 
pH 4.9, 20% Sac 
 
pH 4.9, 40% Sac 
 
5.87×10-3±1.15×10-4 A 
 
8.10×10-3±4.00×10-4 B 
 
11.2×10-3±1.00×10-4 C 
 
-0.385 
 
-0.532 
 
-0.862 
 
6.07×10-3± 0.00 
 
810×10-3±1.00×10-4 
 
11.3×10-3±3.00×10-4 
 
-0.373 
 
-0.591 
 
-0.868 
 
Tabla 10. Parámetros del modelo newtoniano de las disoluciones de goma arábiga al 0.5% a 
distintas concentraciones de sacarosa (24 y 48 h). Valores promedio (n=3, CV ≤ 5%, r2 > 0.99). A, B, 
C letra diferente indica que existe diferencia significativa entre los tratamientos al 95%. * indica que 
existe diferencia significativa con su homóloga (24 h de reposo) al 95%. 
 
Estos resultados se asocian a que la sacarosa compite por el agua de hidratación 
y reduce la solvatación de las cadenas del hidrocoloide, permitiéndoles tener una 
mayor interacción entre ellas y por tanto, aumentar la viscosidad del medio (Sahin, 
Hamamci y Garayev, 2016). 
El comportamiento al flujo a las concentraciones del hidrocoloide y sacarosa 
usadas en las disoluciones se mantiene de tipo newtoniano. 
4.2.3 Efecto del pH 
En las disoluciones de goma arábiga a pH 3.5 y 5 con 24 horas de reposo (Tabla 
11), aumentan la viscosidad al adicionar sacarosa en concentraciones de 20 y 
40% (m/v). Este comportamiento es el mismo al que presentan las disoluciones a 
pH 4.9 (Tabla 10), por lo que el cambio de pH del medio no está modificando sus 
propiedades reológicas. Por tanto, se puede seguir asociando este 
comportamiento a la presencia de sacarosa. 
 
 
43 
 24 horas de reposo 48 horas de reposo 
Tratamiento Viscosidad (Pa s) ± 
DE 
Ordenada al 
origen (Pa) 
Viscosidad (Pa s) ± 
DE 
Ordenada al 
origen (Pa) 
pH 5, 0% Sac 
 
pH 5, 20% Sac 
 
pH 5, 40% Sac 
 
6.00×10-3±2.00×10-4 A 
 
8.60×10-3±3.00×10-4 B 
 
12.6×10-3±1.00×10-4 C 
 
-0.533 
 
-0.591 
 
-1.00 
 
6.00×10-3±1.00×10-4 
 
8.90×10-3±1.00×10-4 
 
12.5×10-3±2.00×10-4 
 
-0.547 
 
-0.661 
 
-1.01 
 
pH 3.5, 0% Sac 
 
pH 3.5, 20% Sac 
 
pH 3.5, 40% Sac 
5.90×10-3±2.00×10-4 A 
 
9.00×10-3±4.00×10-4 B 
 
12.7×10-3±4.00×10-4 C 
-0.514 
 
-0.664 
 
-1.00 
6.10×10-3±2.00×10-4 
 
9.10×10-3±1.00×10-4 
 
13.0×10-3±6.00×10-4 
-0.528 
 
-0.680 
 
-1.02 
Tabla 11. Parámetros del modelo newtoniano de las disoluciones de goma arábiga al 0.5%, a 
distintas concentraciones de sacarosa y distintos valores de pH (24 y 48 h). Valores promedio (n=3, 
CV ≤ 5%, r2 > 0.99). A, B, C letra diferente indica que existe diferencia significativa entre los 
tratamientos al 95%. * indica que existe diferencia significativa con su homóloga (24 h de reposo) al 
95%. 
 
Los resultados obtenidos concuerdan con lo reportado por otro autor, donde se 
evaluó el comportamiento de flujo de la goma arábiga a distintos valores de pH, 
concluyendo que la viscosidad del medio en el que se encuentra no presenta 
cambios por efecto del pH (Sibaja et al., 2015). La viscosidad de las soluciones de 
este hidrocoloide puede modificarse mediante la adición de ácidos o bases, ya que 
éstas alteran la carga electrostática de la macromolécula. En soluciones muy 
ácidas, los grupos ácidos se neutralizan lo que induce una conformación más 
compacta del polímero que conduce a una viscosidad disminuida; en soluciones 
 
44 
muy básicas, el incremento de fuerza iónica reduce la repulsión electrostática 
entre las moléculas del hidrocoloide, produciendo una conformación más 
compacta del biopolímero y reduciendo así la viscosidad de la solución 
(Montenegro et al., 2012). 
El comportamiento al flujo de las disoluciones se mantiene de tipo newtoniano. La 
tendencia de los cambios en la viscosidad de las disoluciones de goma arábiga a 
los valores de pH, concentración de sacarosa y tiempos de almacenamiento 
usados se observa en la Figura 15. 
 
Figura 15. Cambios en la viscosidad de las disoluciones de goma arábiga con respecto al 
contenido de sacarosa (% m/v) en el medio acuoso, a distinto tiempo de almacenamiento y a 
distintos valores de pH. Se consideró la viscosidad a una velocidad de cizalla de 62.5 s-1. 
 
4.2.4 Efecto del almacenamiento 
Para las disoluciones de goma arábiga, la viscosidad no se modifica por los 
tiempos de almacenamiento evaluados. 
El comportamiento al flujo de las disoluciones con 48 horas de reposo en 
refrigeración, se mantiene de tipo newtoniano. 
 
0.00280
0.00300
0.00320
0.00340
0.00360
0.00380
0.00400
0.00420
0 10 20 30 40 50
V
is
co
si
d
ad
 (
P
a 
s)
Concentración de sacarosa (% m/v)
pH 3.5, 24 h
pH 5.0, 24 h
pH 4,9, 24 h
pH 3.5, 48 h
pH 5.0, 48 h
pH 4.9, 48 h
 
45 
4.3 Goma xantana 
4.3.1 Efecto de la concentración del hidrocoloide 
La Tabla 12 muestra el comportamiento de las disoluciones de goma xantana con 
diferente concentración del hidrocoloide. Para describir su comportamiento de 
flujo, los resultados se estudiaron usando el modelo newtoniano y el modelo de la 
ley de la potencia, sin embargo, con este último se obtuvo mejor correlación. Por 
ello fue el que se consideró para el análisis. 
 24 horas de reposo 48 horas de reposo 
Tratamiento Índice de 
consistencia (Pa 
sn) ± DE 
Índice de 
comportamiento 
al flujo 
Índice de 
consistencia (Pa 
sn) ± DE 
Índice de 
comportamiento 
al flujo 
1.0% 
 
0.75% 
 
0.50% 
19.0 ± 799×10-3A 
 
8.99 ± 147×10-3B 
 
3.18 ± 146×10-3C 
 
0.1320.193 
 
0.242 
16.6 ± 430×10-3* 
 
9.77 ± 169×10-3 
 
3.47 ± 109×10-3 
 
0.160 
 
0.173 
 
0.238 
 
Tabla 12. Parámetros del modelo de ley de potencia de las disoluciones de goma xantana a pH 
5.7 y a distintas concentraciones (24 y 48 h). Valores promedio (n=3, CV ≤ 5%, r2 > 0.99). A, B, C letra 
diferente indica que existe diferencia significativa entre los tratamientos al 95%. * indica que existe 
diferencia significativa con su homóloga (24 h de reposo) al 95%. 
 
Las disoluciones con 24 horas de reposo mostraron un incremento significativo en 
el índice de consistencia al aumentar la concentración del hidrocoloide. Al duplicar 
la concentración de goma xantana, el índice de consistencia aumenta 
aproximadamente 6 veces. Por lo tanto el incremento del índice de consistencia no 
es proporcional al aumento de la concentración del hidrocoloide. 
 
46 
El índice de comportamiento al flujo es menor a una unidad, por lo que a las 
concentraciones usadas tienen comportamiento de tipo fluidificante. Cuando se 
aumenta el esfuerzo o la velocidad de cizallamiento, la viscosidad se reduce 
progresivamente. Este comportamiento es el resultado de la capacidad de las 
moléculas de xantana, en disolución, de formar agregados intermoleculares 
mediante enlaces de hidrógeno y enmarañamientos poliméricos. Esta red 
altamente ordenada de moléculas rígidas enmarañadas da como resultado una 
alta viscosidad a bajas velocidades de cizallamiento y, en términos prácticos, 
explica las excelentes propiedades de suspensión de las soluciones de goma 
xantana. Estos agregados se rompen progresivamente bajo la influencia del 
cizallamiento aplicado, de ahí las características de flujo de las soluciones de 
goma xantana (Phillips y Williams, 2009). 
Otros autores han descrito de igual manera, que la goma xantana tienen 
comportamiento de flujo de tipo fluidificante y que al incrementar su concentración 
se incrementa de manera significativa la viscosidad aparente de sus disoluciones 
(Pastor et al., 1994; García et al., 2000; Hublik, 2012). 
La tendencia de los cambios en la viscosidad de las disoluciones de goma xantana 
a las concentraciones y tiempos de almacenamiento usados se observa en la 
Figura 16. 
 
 
 
47 
 
Figura 16. Cambios en la viscosidad de las disoluciones de goma xantana a distintas 
concentraciones porcentuales, a pH 5.7 y 24 horas (azul) y 48 horas (anaranjado) de 
almacenamiento. Se consideró la viscosidad a una velocidad de cizalla de 62.5 s-1. 
 
4.3.2 Efecto de la adición de un soluto de bajo peso molecular (sacarosa) 
La Tabla 13 muestra el comportamiento de las disoluciones de goma xantana a 
concentración constante (0.5%) y con distinta concentración de sacarosa (20 y 
40%). Para describir su comportamiento de flujo, los resultados se estudiaron 
usando el modelo de la ley de la potencia y el modelo de Casson, sin embargo, 
con este último se obtuvo mejor correlación. Por ello fue el que se consideró para 
el análisis. 
 
 
 
 
 
 
0.000
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
0.700
0.800
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1
V
is
co
si
d
ad
 (
P
a 
s)
Concentración de goma xantana (% m/v)
 
48 
 24 horas de reposo 48 horas de reposo 
Tratamiento Viscosidad plástica 
(Pa s) ± DE 
Límite de 
elasticidad 
(Pa) 
Viscosidad plástica 
(Pa s) ± DE 
Límite de 
elasticidad 
(Pa) 
pH 5.7, 0% Sac 
 
pH 5.7, 20% Sac 
 
pH 5.7, 40% Sac 
 
3.98×10-3±9.50×10-5 A 
 
7.01×10-3±9.50×10-5 B 
 
9.51×10-3±7.80×10-5 C 
 
5.77 
 
5.02 
 
4.67 
 
4.23×10-3±13.1×10-4 
 
6.18×10-3±12.8×10-4* 
 
9.24×10-3±23.8×10-4 
 
6.40 
 
4.54 
 
5.30 
 
Tabla 13. Parámetros del modelo de Casson de las disoluciones de goma xantana al 0.5% m/v a 
distintas concentraciones de sacarosa (24 y 48 h). Valores promedio (n=3, CV ≤ 5%, r2 > 0.99). A, B, 
C letra diferente indica que existe diferencia significativa entre los tratamientos al 95%. * indica que 
existe diferencia significativa con su homóloga (24 h de reposo) al 95%. 
 
Las inconsistencias que se presentaron al estudiar los resultados bajo el modelo 
de la Ley de la Potencia se deben a que éste no da información sobre la 
plasticidad del flujo, una característica directamente relacionada con el poder de la 
goma para estabilizar suspensiones y emulsiones (Pastor et al., 1994). 
Al comparar los resultados, se observa un aumento significativo en la viscosidad 
plástica al adicionar sacarosa. Esto podría explicarse por un efecto de 
competencia entre las moléculas del hidrocoloide y las moléculas de la sacarosa 
por el agua disponible, lo que ocasiona un aumento en el número de interacciones 
intermoleculares del hidrocoloide que finalmente conlleva a un aumento de la 
viscosidad del medio (Sato y Miyawaki, 2012; Ranalli et al., 2016). 
El modelo de Casson permitió detectar la plasticidad del flujo de estas 
disoluciones. 
 
 
49 
4.3.3 Efecto del pH 
En la Tabla 14 se muestra el comportamiento de las disoluciones de goma 
xantana a pH 3.5 y 5 con 24 horas de reposo. Para ambos valores de pH se 
observa un aumento de la viscosidad al adicionar sacarosa en concentraciones de 
20 y 40% m/v. Este comportamiento es el mismo al que presentan las disoluciones 
a pH 5.7 (Tabla 13), por tanto se puede deducir que el cambio de pH del medio no 
está modificando sus propiedades reológicas y, este comportamiento, se puede 
seguir asociando a la presencia de sacarosa. 
 24 horas de reposo 48 horas de reposo 
Tratamiento Viscosidad plástica 
(Pa s) ± DE 
Límite de 
elasticidad 
(Pa) 
Viscosidad plástica 
(Pa s) ± DE 
Límite de 
elasticidad 
(Pa) 
pH 5, 0% Sac 
 
pH 5, 20% Sac 
 
pH 5, 40% Sac 
 
3.84×10-3±7.60×10-5 A 
 
6.60×10-3±1.93×10-4 B 
 
9.39×10-3±2.52×10-4 C 
 
7.04 
 
7.17 
 
3.91 
 
4.04×10-3±1.07×10-4 
 
5.52×10-3±2.33×10-4* 
 
7.98×10-3±2.24×10-4* 
 
5.89 
 
6.07 
 
4.96 
 
pH 3.5, 0% Sac 
 
pH 3.5, 20% Sac 
 
pH 3.5, 40% Sac 
4.03×10-3±5.87×10-5 A 
 
5.72×10-3±2.76×10-4 B 
 
1.11×10-2±4.39×10-5 C 
5.12 
 
3.63 
 
4.59 
3.99×10-3±1.07×10-4 
 
5.70×10-3±1.83×10-4 
 
1.03×10-2±1.47×10-4 
5.12 
 
3.75 
 
4.23 
Tabla 14. Parámetros del modelo de Casson de las disoluciones de goma xantana al 0.5% m/v, a 
distintas concentraciones de sacarosa y distintos valores de pH (24 y 48 h). Valores promedio (n=3, 
CV ≤ 5%, r2 > 0.99). A, B, C letra diferente indica que existe diferencia significativa entre los 
tratamientos al 95%. * indica que existe diferencia significativa con su homóloga (24 h de reposo) al 
95%. 
 
50 
 
Esta estabilidad a los cambios de pH del medio se asemeja a lo descrito por 
diversos autores. Ellos han establecido que las moléculas de xantana poseen 
sensibilidad al pH, ya que los cambios en éste darán lugar a cambios en la 
densidad de carga de xantana que a su vez influirá en las asociaciones 
moleculares entre sus moléculas. Sin embargo la viscosidad de las disoluciones 
de xantana es estable a valores de pH entre 1 y 13 (Pastor et al., 1994; Phillips y 
Williams, 2009). 
La tendencia de los cambios en la viscosidad de las disoluciones de goma xantana 
a los valores de pH, concentración de sacarosa y tiempos de almacenamiento 
usados se observa en la Figura 17. 
 
Figura 17. Cambios en la viscosidad de las disoluciones de goma xantana con respecto al 
contenido de sacarosa (% m/v) en el medio acuoso, a distinto tiempo de almacenamiento y a 
distintos valores de pH. Se consideró la viscosidad a una velocidad de cizalla de 62.5 s-1. 
 
4.3.4 Efecto del almacenamiento 
Para las disoluciones de goma xantana, en general, la viscosidad se modifica por 
los tiempos de almacenamiento evaluados. El decremento en la viscosidad 
plástica que presenta la disolución del hidrocoloide a concentración del 1% (Tabla 
0.130
0.140
0.150
0.160
0.170
0.180
0.190
0.200
0 10 20 30 40 50
V
is
co
si
d
ad
 (
P
a 
s)
Concentración de sacarosa