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Neste guia:
- O que é o sistema HLB e por que ele é a ferramenta mais prática para formuladores.
- O espectro Span/Tween HLB — de Span 65 (HLB 2,1) a Tween 20 (HLB 16,7)
- Como calcular o HLB efetivo de um sistema emulsificante misto
- Valores HLB necessários para fases comuns de óleos alimentares (gordura do leite, manteiga de cacau, óleos vegetais)
- Método de seleção de emulsificantes baseado em HLB passo a passo
- Exemplos práticos de formulação com relações Span/Tween
- O que o sistema HLB NÃO informa — e o que verificar além do HLB
1. O que é o sistema HLB — e por que ele funciona
O sistema de Equilíbrio Hidrofílico-Lipofílico (HLB), desenvolvido por William C. Griffin para surfactantes não iônicos, atribui a cada emulsificante um número de 0 a 20 com base na proporção do peso molecular da porção hidrofílica em relação à molécula total. Um HLB de 0 representa uma molécula totalmente lipofílica (solúvel em óleo); 20 representa uma molécula totalmente hidrofílica (solúvel em água) (Hu et al., 2011).
O número HLB prevê diretamente o comportamento do emulsificante:
| Faixa HLB | Comportamento | Tipo de emulsão | Exemplos de Span/Tween |
|---|---|---|---|
| 0-3 | Altamente lipofílico | Agentes antiespumantes | Extensão 65 (2.1) |
| 3-6 | Lipofílico | Emulsões A/O (margarina, gordura vegetal) | Vão 60 (4,7), Vão 80 (4,3) |
| 6-9 | Equilibrado | Transicional — a estrutura cristalina da gordura importa mais do que o HLB | Span 20 (8,6), Lecitina (4-7) |
| 9-12 | Moderadamente hidrofílico | Emulsões O/A em geral (molhos, cremes) | Misturas equilibradas de Span/Tween |
| 12-15 | Hidrofílico | Emulsões O/A fortes (bebidas, sorvetes) | Tween 60 (14,9), Tween 80 (15,0) |
| 15-18 | Fortemente hidrofílico | Emulsões finas óleo/água, aromatizantes, bebidas transparentes | Pré-adolescente 20 (16,7) |
| 18-20 | Quase totalmente hidrofílico | Solubilização, detergentes | Não é típico para alimentos. |
A utilidade prática do sistema HLB é simples: em vez de tentar adivinhar qual emulsificante usar, você calcula o HLB necessário para a sua fase oleosa e o ajusta. Se você é iniciante no uso de emulsificantes alimentícios, comece com o nosso. Guia para funções e aplicações de emulsificantes alimentares.
2. O Espectro HLB Span/Tween
As famílias Span (ésteres de sorbitano) e Tween (polissorbatos) juntas abrangem toda a gama prática de HLB para aplicações alimentares — de Span 65 a 2,1 até Tween 20 a 16,7. Isso as torna um conjunto de emulsificantes excepcionalmente completo.
| Emulsificante | Nome químico | HLB | Número E | Uso principal |
|---|---|---|---|---|
| Extensão 65 | Triestearato de Sorbitana | 2.1 | E492 | HLB ultrabaixo: chocolate, sistemas com alto teor de gordura |
| Extensão 80 | Monooleato de Sorbitana | 4.3 | E494 | Sem: pastas, molhos, doces |
| Extensão 60 | Monoestearato de Sorbitana | 4.7 | E491 | Sem: margarina, gordura vegetal, geleia para bolo |
| Extensão 40 | Monopalmitato de Sorbitana | 6.7 | E495 | Transição: misturas de emulsificantes |
| Extensão 20 | Monolaurato de Sorbitana | 8.6 | E493 | Baixo teor de óleo/água: molhos para salada, molhos para salada |
| Pré-adolescente 80 | Polissorbato 80 | 15.0 | E433 | Outros: bebidas, sorvetes, em geral |
| Pré-adolescente 60 | Polissorbato 60 | 14.9 | E435 | Outros: bolos, chantilly, cremes |
| Pré-adolescente 40 | Polissorbato 40 | 15.6 | E434 | O/W: bebidas proteicas, sistemas com baixo teor de gordura |
| Pré-adolescente 20 | Polissorbato 20 | 16.7 | E432 | O/A: emulsões de sabor, solubilização |
Para especificações detalhadas do vão, consulte nosso Guia de formulação de ésteres de sorbitano. Para especificações de interpolação, consulte nosso Guia completo de polissorbato.
3. O princípio aditivo HLB — Como funciona a mistura
A propriedade mais útil do sistema HLB é que os valores HLB são aditivo por peso. Ao misturar dois emulsificantes, o HLB efetivo da mistura é a média ponderada dos valores HLB individuais:
HLB_efetivo = (Fração_A × HLB_A) + (Fração_B × HLB_B)
Exemplo prático: Como atingir um HLB de 10 para uma massa de bolo
Para a fase oleosa de um bolo esponjoso (gordura vegetal hidrogenada + gordura de ovo), você precisa de um HLB efetivo de 10. Você usará Span 60 (HLB 4,7) e Tween 60 (HLB 14,9).
Seja X = fração de Tween 60, então (1 – X) = fração de Span 60.
HLB_alvo = X × 14,9 + (1 – X) × 4,7 = 10
X × 14,9 + 4,7 – X × 4,7 = 10
X × 10,2 = 5,3
X = 0,52
Resultado: 52% Tween 60 + 48% Span 60 → HLB efetivo 10,0. Proporção prática: Span 60 : Tween 60 ≈ 1 : 1,1.
Uma mistura ternária incluindo GMS (HLB ~4) exigiria um recálculo com uma equação de três termos. Nossa Guia de emulsificantes compostos Aborda em detalhes o projeto de misturas ternárias.
4. Valores HLB necessários para óleos alimentares comuns
Cada fase oleosa possui um HLB específico necessário — o valor de HLB no qual um sistema emulsificante produz a emulsão mais estável. Esses valores foram determinados experimentalmente e servem como pontos de partida para a formulação:
| Fase oleosa/gordurosa | HLB necessário (emulsão O/A) | HLB necessário (emulsão A/O) |
|---|---|---|
| Gordura de manteiga | 9-10 | 4-5 |
| Óleo de soja | 7 | 5-6 |
| Óleo de milho | 8-10 | 4-6 |
| Óleo de semente de algodão | 10 | 5 |
| óleo de palma | 7-8 | 4-5 |
| Manteiga de cacau | 6-7 | 3-4 |
| Óleo de coco | 8-10 | 5-6 |
| Banha | 5-6 | 4 |
| Óleo mineral (parafina) | 10-12 | 4-6 |
| Óleos essenciais (aroma) | 12-15 | — |
| Ácido oleico | 14-16 | — |
Para fases de óleo misto — que a maioria dos produtos alimentícios contém — calcule o HLB necessário pelo mesmo método da média ponderada. Se a sua fase de gordura for óleo de palma 60% (HLB necessário 7,5) e gordura de manteiga 40% (HLB necessário 9,5), o HLB necessário da mistura será = 0,6 × 7,5 + 0,4 × 9,5 = 8,3.
5. Seleção passo a passo de emulsificantes à base de HLB
Etapa 1: Caracterizar a fase oleosa
Liste todas as gorduras e óleos presentes no produto, suas porcentagens em peso e os valores HLB individuais exigidos. Calcule a média ponderada.
Passo 2: Selecione um par Span/Tween
Combine a cadeia de ácido graxo do emulsificante com a gordura predominante no sistema:
– Gorduras esteáricas (C18:0) (gordura vegetal hidrogenada, estearina de palma) → Span 60 / Tween 60
– Gorduras oleicas (C18:1) (óleos líquidos, gordura do leite, banha) → Span 80 / Tween 80
– Gorduras láuricas (C12:0) (coco, palmiste) → Span 20 / Tween 20
Etapa 3: Calcule a proporção
Utilize a equação aditiva HLB para encontrar a relação Span:Tween que atinge o valor desejado.
Etapa 4: Teste 3 variantes
Prepare emulsões na proporção calculada, 10% mais Span e 10% mais Tween. Avalie por centrifugação (3.000 rpm, 15 min) e inspeção visual após 24 horas.
Etapa 5: Otimize com coemulsificantes
Adicione 5-10% de propilenoglicol ou glicerol à fase emulsificante. Teste misturas ternárias com GMS (3-5% em peso de emulsificante) para complexação de amido em produtos de panificação.
Nosso Guia de formulação para Span & Tween Inclui a metodologia completa de formulação.
6. Exemplos práticos de formulação
| Produto | Fase oleosa | HLB obrigatório | Sistema Span/Tween | HLB eficaz | Proporção Span:Tween |
|---|---|---|---|---|---|
| massa de bolo | Gordura vegetal + gordura de ovo | 9-10 | Span 60 + Tween 60 | 10.0 | ~1:1.1 |
| Mistura para sorvete | Gordura de manteiga | 9-12 | Span 80 + Tween 80 | 10.5 | 1:2 |
| Massa de pão | Gordura vegetal hidrogenada (gordura sólida) | 4-6 (Dominante sem O) | Span 60 + Tween 60 | 5.5 | 2.5:1 |
| emulsão aromatizante para bebidas | Óleos essenciais | 14-16 | Span 20 + Tween 20 | 15.0 | 1:6 |
| Margarina | Óleo vegetal hidrogenado | 3-6 (S/O) | Span 60 + Tween 60 | 4.8 | 6:1 |
| molho para salada | Óleo de soja | 8-10 | Span 80 + Tween 80 | 9.0 | 1:1.5 |
| Cobertura batida | óleo de palmiste hidrogenado | 8-12 | Span 60 + Tween 60 | 10.0 | 1:2 |
7. O que o sistema HLB NÃO lhe diz
O sistema HLB é um ponto de partida, não uma solução completa para formulação. Ele possui limitações conhecidas que os formuladores devem compreender:
7.1 A compatibilidade molecular não é capturada pelo HLB
Dois emulsificantes com valores HLB semelhantes, mas estruturas moleculares diferentes (por exemplo, Span 60 com HLB 4,7 e GMS com HLB 4,0) produzem filmes interfaciais mistos diferentes. O HLB indica o grau de hidrofilicidade de um emulsificante; ele não indica a eficiência com que duas moléculas de emulsificante se empacotam na interface. É por isso que "estrutura molecular semelhante" é um princípio de formulação separado — abordado em nosso [link para o artigo/artigo/etc.] Guia de emulsificantes compostos.
7.2 HLB ignora condições de processamento
O cálculo do HLB pressupõe equilíbrio estático à temperatura ambiente. O processamento real de alimentos introduz calor, cisalhamento, alterações de pH e mudanças na força iônica que alteram o comportamento efetivo dos emulsificantes. O DATEM (E472e), por exemplo, comporta-se de maneira diferente a 4 °C em comparação com 40 °C, e o HLB não consegue capturar essa diferença.
7.3 A escala de Griffin foi projetada para emulsificantes não iônicos.
Os emulsificantes iônicos (SSL, CSL, DATEM) têm valores HLB atribuídos por analogia aos emulsificantes não iônicos, mas seus mecanismos de estabilização baseados em carga operam de maneira diferente da estabilização estérica que o sistema HLB foi projetado para prever. Os emulsificantes iônicos frequentemente requerem otimização experimental além do que os cálculos de HLB sugerem.
7.4 Os valores de HLB necessários são aproximados.
Os valores de HLB necessários para as fases oleosas (seção 4) são médias determinadas experimentalmente — não constantes físicas. Diferentes fontes reportam valores diferentes. O HLB realmente necessário para o seu óleo específico depende do perfil de ácidos graxos do óleo, do grau de insaturação e da presença de componentes minoritários, como ácidos graxos livres e mono e diglicerídeos.
8. Principais conclusões
- O sistema HLB é a maneira mais rápida de se chegar a uma formulação funcional. Isso reduz o espaço de busca de "testar todos os emulsificantes" para "testar 3 proporções em torno do valor calculado".“
- A família Span/Tween abrange os tamanhos de corpo inteiro de 2,1 a 16,7 anos. — um portfólio de fornecedores únicos que oferece soluções para tudo, desde margarina A/O com alto teor de gordura até emulsões transparentes O/A para bebidas.
- Os valores HLB são aditivos em relação ao peso. O HLB efetivo de uma mistura é a média ponderada. Isso significa que um Span e um Tween podem produzir qualquer valor de HLB entre seus valores individuais.
- Compare a cadeia de ácidos graxos, não apenas o número HLB. Span 60/Tween 60 (ácido esteárico, C18:0) para gorduras de panificação; Span 80/Tween 80 (ácido oleico, C18:1) para laticínios e óleos líquidos.
- O HLB te aproxima do objetivo. Os testes te levam lá. Execute sempre 3 variantes da proporção em torno do valor calculado.
- O HLB é uma ferramenta inicial, não uma garantia de estabilidade. A compatibilidade molecular, as condições de processamento e os efeitos do coemulsificante contribuem para o resultado final.
Para obter orientações detalhadas sobre formulações que combinem HLB com os princípios mais amplos do design de emulsificantes, consulte nossos guias sobre Emulsificantes compostos e Emulsões O/A vs. A/O.
