Estudio de las propiedades emulsionantes y encapsulantes de mezclas de goma de mezquite – mucílago como material de pared para microencapsular aceite esencial de limón

Los científicos que trabajan en el desarrollo de alimentos se enfrentan a constantes fluctuaciones en los costos de aditivos dependiendo de su origen y biodisponibilidad, es por ello que se encuentran en una búsqueda constante de nuevos aditivos obtenidos de fuentes alternativas, con propiedades funcionales específicas, biodisponibles y de bajo costo. En ese sentido, los mucílagos surgen como alternativas a gomas ampliamente usadas por la industria alimentaria (e.g. goma arábiga) debido a sus propiedades funcionales como agentes emulsionantes, espumantes, espesantes y encapsulantes. Tanto el mucílago de nopal (MN) como el mucílago de chía (MC) son obtenidos a partir de materias primas altamente producidas en México, por lo que la aplicación de estos mucílagos podría promover el aprovechamiento, e incluso, el incremento en la producción de nopal y semilla de chía, lo cual traería enormes beneficios para los productores de estas materias primas. Por otro lado, los compradores de materias primas de importación se verían beneficiados al encontrar aditivos alternativos producidos en el país probablemente a menor costo. En esta investigación el MN y el MC serán mezclados con goma de mezquite (GM), que también es producida en México, con la finalidad de encontrar posibles efectos sinérgicos que mejoren las propiedades de los biopolímeros individuales. Cabe destacar que no existen estudios previos sobre las interacciones de mezclas GM – mucílago. Las mezclas GM - mucílago serán evaluadas respecto a sus propiedades emulsionantes a través de métodos como la medición de la capacidad y estabilidad emulsionante y el índice de emulsionamiento E24, posteriormente se formularán emulsiones y se obtendrán microcápsulas de aceite esencial de limón (AEL) cubiertas con mezclas GM - mucílago donde las características de las emulsiones serán relacionadas con las características finales de las microcápsulas. Los resultados positivos en características deseables de las microcápsulas como mayor retención y protección del AEL contra la oxidación contribuirán a promover el uso de nuevos sistemas de aditivos GM - mucílago como materiales de pared con alta funcionalidad en la microencapsulación de aceites, de esta manera, se incrementará la aplicación de mucílagos como aditivos en la industria alimentaria.En este trabajo se estudiaron las propiedades emulsionantes y encapsulantes de materiales de pared formados por mezclas goma de mezquite – mucílago de nopal (GM-MN) y goma de mezquite – mucílago de chía (GM-MC), y se determinó el efecto de éstos sobre características deseables como la retención y la protección del aceite esencial de limón (AEL) microencapsulado por secado por aspersión. La primera parte de este estudio consistió en la caracterización fisicoquímica y evaluación de las propiedades funcionales de dispersiones acuosas de GM-MN (75-25, 50-50, 25-75) y de los biopolímeros individuales. Las mezclas de GM-MN tuvieron valores de potencial zeta (PZ) más negativos que los biopolímeros individuales, así, el valor de PZ más negativo fue para la mezcla 75-25 GM-MN (-14.92 mV a pH=7.0) representando la dispersión acuosa con mayor estabilidad electrostática. El análisis reológico permitió determinar que a mayor concentración de MN en las mezclas GM-MN, se incrementó la viscosidad aparente (ηa), las curvas de viscosidad de las mezclas GM-MN (30% w/w) presentaron un comportamiento pseudoplástico y se ajustaron al modelo ley de potencia (r2≥0.99), además, mediante pruebas de corte oscilatorio dinámico se obtuvo que las mezclas GM-MN tuvieron un comportamiento viscoelástico de tipo fluido donde el módulo de pérdida predominó sobre el módulo de almacenamiento (G″>G′) a lo largo de la amplitud de deformación. Por otro lado, el análisis térmico por calorimetría diferencial de barrido (DSC) mostró que las mezclas GM-MN presentaron estabilidad térmica ya que sus picos de descomposición se encontraron a temperaturas superiores a 300°C. Respecto a las propiedades funcionales, a mayor concentración de GM en las mezclas GM-MN hubo mayor capacidad emulsionante, así, el valor más alto fue para la GM (98.4%), en contraste, a mayor concentración de MN en las mezclas GM-MN hubo mayor capacidad espumante, así, el valor más alto fue para el MN (43%). Luego de estos resultados se determinó que las mezclas GM-MN podrían ser usadas en la formulación de emulsiones y en formación de microcápsulas de compuestos activos por secado por aspersión. La segunda parte consistió en la preparación de emulsiones y formación de microcápsulas de AEL con mezclas de GM-MN (75-25, 50-50, 25-75) y con los biopolímeros individuales. Los cinco tipos de emulsiones se evaluaron de acuerdo a su tamaño de gota D[4,3] (1.49-9.16 μm), a su valor de PZ cuyos resultados negativos (entre -16.07 y -20.13 mV) indicaron la estabilidad electrostática de las emulsiones, y se llevó a cabo un análisis reológico donde se determinó que las emulsiones estabilizadas con GM-MN (sólidos totales 40% w/w) tuvieron un comportamiento de tipo pseudoplástico y sus curvas de viscosidad se ajustaron al modelo de ley de potencia (r2≥0.97). Por otro lado, los cinco sistemas de microcápsulas se evaluaron de acuerdo a su tamaño de partícula D[4,3] (11.91-44.41 μm), a su morfología por microscopía electrónica de barrido, a su contenido de aceite volátil total retenido (AVTR) (45.9-74.4%), a su eficiencia de encapsulación (EE) (70.9-90.6%), a un análisis térmico por DSC, y a su estabilidad oxidativa por valor peróxido del AEL encapsulado y almacenado a 35°C durante ocho semanas. Las emulsiones con mayor concentración de GM en las mezclas GM-MN, tuvieron menores tamaños de gota y menores valores de ηa, en consecuencia, sus microcápsulas tuvieron menores tamaños de partícula y presentaron encogimiento, lo cual pudo dañar las superficies de las microcápsulas provocando una mayor oxidación del aceite, sin embargo, éstas tuvieron los valores de retención de aceite más altos. Por el contrario, las emulsiones con mayor concentración de MN en las mezclas GM-MN presentaron mayores tamaños de gota y mayores valores de ηa, por ende, sus microcápsulas tuvieron mayores tamaños de partícula, sus microcápsulas no presentaron encogimiento, es decir, sus superficies estuvieron libres de grietas o fracturas, tuvieron mayores valores de EE y mayor estabilidad oxidativa del aceite respecto al tiempo. Por lo tanto, las mezclas de GM-MN tuvieron un efecto positivo sobre características deseables en las microcápsulas de AEL como mayor retención y protección del aceite contra la oxidación incrementando su tiempo de vida de anaquel. La tercera parte consistió en la preparación de emulsiones y formación de microcápsulas de AEL con mezclas de GM-MC (90-10 y 80-20) y GM como control. Las curvas de viscosidad de las emulsiones mostraron que a mayor concentración de MC en las emulsiones GM-MC, mayores fueron los valores de ηa, además, ambas emulsiones GM-MC (sólidos totales 26.6% w/w) presentaron un comportamiento pseudoplástico y sus curvas de viscosidad fueron descritas por los modelos Cross y Carreau (r2≥0.99). Las emulsiones estabilizadas con las mezclas 90-10 y 80-20 GM-MC tuvieron tamaños de gota más grandes (D[4,3]=36.88 y 48.6 μm, respectivamente) y en consecuencia, microcápsulas con tamaños de partícula más grandes (D[4,3]=13.8 y 18.4 μm, respectivamente) respecto a los de la GM, además, las mezclas GM-MC presentaron valores altos de eficiencia de encapsulación (EE≥98.3%) y valores bajos en el contenido de aceite volátil total retenido (AVTR≤51.5%). Por otro lado, las microcápsulas GM-MC se utilizaron para realizar una cinética de estabilidad oxidativa del AEL a 35°C por siete semanas, y una cinética de liberación del AEL encapsulado usando distintas condiciones de pH (2.5 y 6.5) y temperatura (37°C y 65°C) en el medio de liberación. Las emulsiones con mayor concentración de MC en las mezclas GM-MC, tuvieron mayores tamaños de gota y mayores valores de ηa, de este manera, sus microcápsulas tuvieron mayores tamaños de partícula (con mayor grosor de su matriz polimérica y menor área superficial en contacto con el oxígeno) y valores altos de EE, lo cual provocó una mayor estabilidad oxidativa del aceite en comparación con las microcápsulas de GM. Las cinéticas de oxidación del AEL encapsulado con mezclas GM-MC fueron descritas por el modelo de orden cero (r2≥0.94). Las cinéticas de liberación del AEL de las microcápsulas GM-MC y GM se vieron afectadas por el tipo de material de pared y por las condiciones del medio (pH y temperatura), así, a mayor concentración de MC en las microcápsulas de GM-MC, la velocidad de liberación del AEL fue más lenta, lo cual podría influir en el aspecto sensorial y tecnológico al aplicar el producto. Las cinéticas de liberación del AEL se ajustaron a diferentes modelos matemáticos (orden cero, primer orden, Higuchi y Peppas) y los mecanismos de transporte del aceite se describieron como Fickiano, no Fickiano o anómalo, o transporte tipo supra II. Las mezclas de GM-MC tuvieron un efecto positivo sobre características deseables en las microcápsulas, es decir, mayor retención y estabilidad oxidativa del aceite encapsulado, además, retrasaron la liberación del aceite respecto a las microcápsulas de GM. Finalmente, las mezclas GM-MN y GM-MC surgen como nuevos sistemas de aditivos alimentarios con alta funcionalidad para la microencapsulación de aceites, asimismo, estas mezclas promueven el uso de mucílagos como nuevos aditivos para su aplicación en la industria alimentaria.Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) de México por el otorgamiento del apoyo económico para la alumna Stefani Cortés Camargo para la realización de este proyecto de investigación

Efectos de las variables de proceso en la microencapsulación del aceite de ajonjolí (Sesamum indica L.) mediante secado por aspersión

Artículo científico en revista indizada en SCOPUS, JCR, CONACyTThe aim of this study was to investigate the effects of the process variables of microencapsulation sesame oil (SO) by spray drying to generate the desired powder quality with the highest efficiency encapsulation and maximum linoleic acid content microencapsulated using a full factorial design of experiments. Thirty two tests were made, and five replicates were conducted on the central points. Independent variables were volumetric dispersed phase (O/W) (0.05, 0.10 and 0.15), wall material to core ratios (Wa:Co) (1:1, 2:1 and 3:1) and drying air inlet temperature (Ti) (120, 140 and160 °C). Surface oil (SOM%), encapsulation efficiency (EE%), linoleic acid content (LAC%), and moisture content (MC%) were analyzed as responses. Under maximum process conditions Wa:Co=2.59:1, O/W=0.05 and Ti=154.04 °C, the response variables including, EE and LAC were predicted as 88.20% and 50.02% respectively. It was concluded that these microcapsules containing high content of linoleic acid can be used as functional food.CONACy

Effect of chia mucilage addition on oxidation and release kinetics of lemon essential oil microencapsulated using mesquite gum – chia mucilage mixtures

Los científicos que trabajan en el desarrollo de alimentos se enfrentan a constantes fluctuaciones en los costos de aditivos dependiendo de su origen y biodisponibilidad, es por ello que se encuentran en una búsqueda constante de nuevos aditivos obtenidos de fuentes alternativas, con propiedades funcionales específicas, biodisponibles y de bajo costo. En ese sentido, los mucílagos surgen como alternativas a gomas ampliamente usadas por la industria alimentaria (e.g. goma arábiga) debido a sus propiedades funcionales como agentes emulsionantes, espumantes, espesantes y encapsulantes. Tanto el mucílago de nopal (MN) como el mucílago de chía (MC) son obtenidos a partir de materias primas altamente producidas en México, por lo que la aplicación de estos mucílagos podría promover el aprovechamiento, e incluso, el incremento en la producción de nopal y semilla de chía, lo cual traería enormes beneficios para los productores de estas materias primas. Por otro lado, los compradores de materias primas de importación se verían beneficiados al encontrar aditivos alternativos producidos en el país probablemente a menor costo. En esta investigación el MN y el MC serán mezclados con goma de mezquite (GM), que también es producida en México, con la finalidad de encontrar posibles efectos sinérgicos que mejoren las propiedades de los biopolímeros individuales. Cabe destacar que no existen estudios previos sobre las interacciones de mezclas GM – mucílago. Las mezclas GM - mucílago serán evaluadas respecto a sus propiedades emulsionantes a través de métodos como la medición de la capacidad y estabilidad emulsionante y el índice de emulsionamiento E24, posteriormente se formularán emulsiones y se obtendrán microcápsulas de aceite esencial de limón (AEL) cubiertas con mezclas GM - mucílago donde las características de las emulsiones serán relacionadas con las características finales de las microcápsulas. Los resultados positivos en características deseables de las microcápsulas como mayor retención y protección del AEL contra la oxidación contribuirán a promover el uso de nuevos sistemas de aditivos GM - mucílago como materiales de pared con alta funcionalidad en la microencapsulación de aceites, de esta manera, se incrementará la aplicación de mucílagos como aditivos en la industria alimentaria.Lemon essential oil (LEO) emulsions were prepared using mesquite gum (MG) - chia mucilage (CM) mixtures (90-10 and 80-20 MG-CM weight ratios) and MG as control sample, LEO emulsions were then spray dried for obtaining the respective microcapsules. LEO emulsions were analyzed by mean droplet size and apparent viscosity, while microcapsules were characterized through mean particle size, morphology, volatile oil retention (≤51.5%), encapsulation efficiency (≥96.9%), as well as oxidation and release kinetics of LEO. The LEO oxidation kinetics showed that MG-CM 90-10 and 80-20 microcapsules displayed maximum peroxide values of 91.6 and 90.5 meq hydroperoxides kg-1 of oil, respectively, without significant differences between them (p>0.05). MG-CM microcapsules provided better protection to LEO against oxidation than those formed with MG; where the oxidation kinetics were well adjusted to zero-order (r2≥0.94). The LEO release kinetics from microcapsules were carried out at different pH (2.5 and 6.5) and temperature (37°C and 65°C) and four mathematical models (zero-order, first-order, Higuchi and Peppas) were used to evaluate the experimental data; the release kinetics indicated that the 80-20 MG-CM microcapsules had a longer delay in LEO release rate, followed by 90-10 MG-CM and MG microcapsules, hence, CM addition in MG-CM microcapsules contributed to delay the LEO release rate. This work clearly demonstrates that use of a relatively small amount of CM mixed with MG improves oxidative stability and delays the release rate of encapsulated LEO regarding MG microcapsules, therefore, MG-CM mixtures are interesting additives systems suitable for being applied in food industry.CONACy

Effects of the process variables of microencapsulation sesame oil (sesamum indica l.) by spray drying

The aim of this study was to investigate the eects of the process variables of microencapsulation sesame oil (SO) by spray drying to generate the desired powder quality with the highest eciency encapsulation and maximum linoleic acid content microencapsulated using a full factorial design of experiments. Thirty-two tests were made, and five replicates were conducted on the central points. Independent variables were volumetric dispersed phase (O=W) (0.05, 0.10 and 0.15), wall material to core ratios (Wa:Co) (1:1, 2:1 and 3:1) and drying air inlet temperature (Ti) (120, 140 and160 °C). Surface oil (SOM%), encapsulation eciency (EE%), linoleic acid content (LAC%), and moisture content (MC%) were analyzed as responses. Under maximum process conditions Wa:Co=2.59:1, O=W =0.05 and Ti=154.04 °C, the response variables including, EE and LAC were predicted as 88.20% and 50.02% respectively. It was concluded that these microcapsules containing high content of linoleic acid can be used as functional food