Development of novel ultrathin structures based in amaranth (Amaranthus hypochondriacus) protein isolate through electrospinning

Amaranth protein isolate (API) ultrathin structures have been developed using the electrospinning technique. The effects of pH, type of solvent and surfactant addition on the spinnability, morphology and molecular organization of the obtained structures have been studied. Regarding the effect of pH on API electrospinning, capsule morphologies were only obtained at extreme pH values (i.e. pH 2 and pH 12), which allowed the solubilisation of the proteins, and the process was favoured when the solutions were previously heated to induce protein denaturation. Fibre-like morphologies were only obtained when the solvent used for electrospinning was hexafluoro-2-propanol, as this organic solvent promotes the formation of random coil structures and, thus, an increase in the biopolymer entanglements.Capsule morphologies were obtained from the API-containing formic acid solutions and this solvent was better for electrospraying than the acetic acid, probably due to the higher viscosity and lower surface tension of the solutions thereof. Addition of 20 wt.% of Tween 80 considerably improved the formation of capsule-like structures from the formic acid solution, as this surfactant contributed to the formation of alpha helical structures. Similar results were obtained when combining the surfactant with the reducing agent 2-mercaptoethanol. However, denaturation of the protein structure was not sufficient for fibre formation through electrospinning, as the solution properties play a fundamental role in determining the morphology of the electrospun structures. © 2012 Elsevier Ltd.A. Lopez-Rubio is recipient of a Ramon y Cajal contract from the Spanish Ministry of Science and Innovation. The authors thank the Spanish MICINN projects MAT2009-14533-C02-01, FUN-C-FOOD (CSD2007-00063), and Mexican project FOMIX-QRO-2011-C02-175350 for financial support and Mexican National Council for Science and Technology (CONACYT) for a graduate fellowship, to author Marysol Aceituno-Medina.Peer Reviewe

Photoprotection of folic acid upon encapsulation in food-grade amaranth (Amaranthus hypochondriacus L.) protein isolate – Pullulan electrospun fibers

In this work, the ability of amaranth protein isolate (API):pullulan structures obtained through electrospinning for the photoprotection of bioactive compounds was studied. The model bioactive compound encapsulated was folic acid, due to its great sensitivity to UV light exposure. Addition of 100 mg of folic acid per g of biopolymer to the biopolymeric solution used for electrospinning resulted in increased apparent viscosity and, thus, in thicker electrospun fibers. Very high encapsulation efficiency was obtained (>95%) using this encapsulation technology and no specific chemical interactions were established between the vitamin and the matrix materials as inferred from FTIR analysis. Encapsulation within the API:pullulan structures increased thermal stability of folic acid, which may be useful for food processing applications. Furthermore, no degradation of the encapsulated compound was observed after 2 h of UV exposure, while the characteristic UV–Vis spectrum from the photodegradation compounds of folic acid was observed after UV irradiation of the unprotected vitamin.The authors thank the Spanish MINECO project AGL2012-30647 and Mexican project FOMIX-QRO-2011-C02-175350 for financial support and Mexican National Council for Science and Technology (CONACYT) for a graduate fellowship, to author Marysol Aceituno-Medina.Peer reviewe

Eficiencia de levaduras para la cría masiva de Anastrepha ludens, a. obliqua y Ceratitis capitata (Diptera: Tephritidae)

La levadura inactiva en polvo es el único ingrediente disponible como fuente de proteína, en las dietas larvarias para la cría masiva de todas las especies de moscas de la fruta, proporcionando una proteína de alto valor biológico, vitaminas del complejo B, carbohidratos y grasas esenciales. Además, es el ingrediente con mayor costo, por lo cual se buscan continuamente alternativas de bajo costo. Desde el establecimiento de la cría masiva de A. ludens en 1994 y de A. obliqua en 1997 en la Planta de Metapa (México), se ha utilizado levadura tipo torula de una sola marca comercial, lo cual genera una  dependencia. Las levaduras secas inactivas existentes en el mercado, de acuerdo con su composición tienen potencial para ser utilizadas en la preparación de dietas para la producción masiva de moscas de la fruta. Por ello, el objetivo de este trabajo fue determinar si los parámetros fisicoquímicos y microbiológicos que describen la composición de las levaduras permiten evaluar su eficiencia, mediante el establecimiento de un bioensayo a nivel experimental y semi-masivo para la preparación de dietas para la cría de larvas de moscas de la fruta. Se evaluaron seis levaduras comerciales para la cría y desarrollo de larvas de Anastrepha ludens, A. obliqua y Ceratitis capitata cepa Vienna 8 TSL sin inversión cromosómica, en las Plantas Moscafrut y Moscamed (SAGARPA-IICA) ubicadas en Metapa de Domínguez, Chiapas, México. Estas levaduras fueron seleccionadas con base en tres etapas: 1) Caracterización fisicoquímica y microbiológica de las levaduras. La caracterización fisicoquímica consistió en la determinación del contenido de humedad, pH, acidez, solubilidad, densidad y contenido de proteína, mientras que la caracterización microbiológica consistió en determinar el contenido total de hongos, levaduras y coliformes. 2) Bioensayo a nivel experimental: se realizó inicialmente con las seis marcas comerciales evaluando el rendimiento y calidad de moscas producidas; y 3) Evaluación a nivel semi-masivo: De acuerdo con los parámetros de rendimiento se redujeron a solo tres marcas para las pruebas a nivel semi-masivo; Lake States, Lallemand LBI2163b y Nutribio para A. ludens y A. obliqua, mientras que para C. capitata fueron utilizadas Lake States, Lallemand LBI2163b y extracto de levadura Nupro. Previo a esta evaluación, se determinó el contenido de vitaminas y de aminoácidos a las tres marcas finalistas. Los resultados indicaron que los parámetros microbiológicos y fisicoquímicos, incluyendo, la composición de aminoácidos, minerales y vitaminas de las levaduras, no permiten determinar la eficiencia de las levaduras para la cría masiva de Anastrepha ludens, A. obliqua y C. capitata. No obstante, las levaduras Nutribio y Lallemand LB12163b son una alternativa para la cría masiva de moscas de A. ludens y A. obliqua, respectivamente. Se sugiere que la evaluación de levaduras en la dieta larvaria requiere de un bioensayo a nivel experimental que incluya como variable respuesta la competencia sexual.  La levadura inactiva en polvo es el único ingrediente disponible como fuente de proteína, en las dietas larvarias para la cría masiva de todas las especies de moscas de la fruta, proporcionando una proteína de alto valor biológico, vitaminas del complejo B, carbohidratos y grasas esenciales. Además, es el ingrediente con mayor costo, por lo cual se buscan continuamente alternativas de bajo costo. Desde el establecimiento de la cría masiva de A. ludens en 1994 y de A. obliqua en 1997 en la Planta de Metapa (México), se ha utilizado levadura tipo torula de una sola marca comercial, lo cual genera una  dependencia. Las levaduras secas inactivas existentes en el mercado, de acuerdo con su composición tienen potencial para ser utilizadas en la preparación de dietas para la producción masiva de moscas de la fruta. Por ello, el objetivo de este trabajo fue determinar si los parámetros fisicoquímicos y microbiológicos que describen la composición de las levaduras permiten evaluar su eficiencia, mediante el establecimiento de un bioensayo a nivel experimental y semi-masivo para la preparación de dietas para la cría de larvas de moscas de la fruta. Se evaluaron seis levaduras comerciales para la cría y desarrollo de larvas de Anastrepha ludens, A. obliqua y Ceratitis capitata cepa Vienna 8 TSL sin inversión cromosómica, en las Plantas Moscafrut y Moscamed (SAGARPA-IICA) ubicadas en Metapa de Domínguez, Chiapas, México. Estas levaduras fueron seleccionadas con base en tres etapas: 1) Caracterización fisicoquímica y microbiológica de las levaduras. La caracterización fisicoquímica consistió en la determinación del contenido de humedad, pH, acidez, solubilidad, densidad y contenido de proteína, mientras que la caracterización microbiológica consistió en determinar el contenido total de hongos, levaduras y coliformes. 2) Bioensayo a nivel experimental: se realizó inicialmente con las seis marcas comerciales evaluando el rendimiento y calidad de moscas producidas; y 3) Evaluación a nivel semi-masivo: De acuerdo con los parámetros de rendimiento se redujeron a solo tres marcas para las pruebas a nivel semi-masivo; Lake States, Lallemand LBI2163b y Nutribio para A. ludens y A. obliqua, mientras que para C. capitata fueron utilizadas Lake States, Lallemand LBI2163b y extracto de levadura Nupro. Previo a esta evaluación, se determinó el contenido de vitaminas y de aminoácidos a las tres marcas finalistas. Los resultados indicaron que los parámetros microbiológicos y fisicoquímicos, incluyendo, la composición de aminoácidos, minerales y vitaminas de las levaduras, no permiten determinar la eficiencia de las levaduras para la cría masiva de Anastrepha ludens, A. obliqua y C. capitata. No obstante, las levaduras Nutribio y Lallemand LB12163b son una alternativa para la cría masiva de moscas de A. ludens y A. obliqua, respectivamente. Se sugiere que la evaluación de levaduras en la dieta larvaria requiere de un bioensayo a nivel experimental que incluya como variable respuesta la competencia sexual.

Development and characterization of food-grade electrospun fibers from amaranth protein and pullulan blends

In this work, novel ultrathin electrospun fibers from different blends of protein isolate (API) and the carbohydrate polymer pullulan, with or without the surfactant Tween 80, have been developed and characterized. The solution properties and molecular organization of the electrospun structures were studied and correlated with the morphology of the obtained fibers. The presence of pullulan in the blends resulted in increased viscosity and lower conductivity of the solutions, related to a better chain entanglement and decrease in the polyelectrolyte protein character, respectively, both factors needed for fiber formation. Infrared spectral changes indicated that defect-free fibers were correlated with extended α-helical protein structures, which for the blends with greater protein contents, were only obtained upon surfactant addition. The thermal stability of the hybrid fibers was better than that of pure API and slightly increased upon surfactant addition, while the water stability of the blends was highly dependent on fiber composition. These structures have a great potential for the encapsulation of bioactives for functional food applications.A. Lopez-Rubio is a recipient of a Ramon y Cajal contract from the Spanish Ministry of Science and Innovation. The authors thank the Spanish MINECO projects AGL2012-30647, FUN-C-FOOD (CSD2007-00063), and Mexican project FOMIX-QRO-2011-C02-175350 for financial support and Mexican National Council for Science and Technology (CONACYT) for a graduate fellowship, to author Marysol Aceituno-Medina.Peer Reviewe

Micro-submicro y nanoestructuras basadas en proteína de amaranto

Micro-, submicro- o nanoestructuras que comprenden proteína de amaranto, combinada o no con al menos otro biopolímero, adecuadas para utilizar como matriz de encapsulación. En particular, Micro-, submicro- o nanoestructuras que comprenden proteína de amaranto y un polisacárido. Así como su procedimiento de obtención comprendiendo una etapa de electrospinning, electrospraying o blowspinning. Producto encapsulado caracterizado porque comprende una matriz de encapsulación que está formada por micro-, submicro- o nanoestructuras de la invención y al menos un ingrediente funcional. Así, como su procedimiento de obtención.Peer reviewedConsejo Superior de Investigaciones Científicas (España), Universidad Autónoma de QuerétaroA1 Solicitud de patente con informe sobre el estado de la técnic

Improved antioxidant capacity of quercetin and ferulic acid during in-vitro digestion through encapsulation within food-grade electrospun fibers

Two bioactive compounds, quercetin and ferulic acid, were encapsulated using the electrospinning technique within hybrid amaranth protein isolate (API):pullulan ultrathin fibers. Initially, the composition of the encapsulation structures was optimized, both in terms of matrix components ratio and to maximize the bioactive loading. The morphology and thermal stability of the developed encapsulation structures were evaluated, as well as the encapsulation efficiency and distribution within the fibers of both antioxidant compounds. Moreover, the release characteristics and protection ability of the encapsulation structures during an in-vitro digestion study were investigated. Smooth ultrathin electrospun fibers were obtained in which the antioxidants were homogeneously distributed. Through this methodology, it was possible to incorporate within the API:pullulan fibers up to 10 and 20% (by weight) of quercetin and ferulic acid, respectively, which were released in a sustained manner during in-vitro digestion, keeping to a greater extent their antioxidant capacity in comparison with the non-encapsulated compounds.The authors thank the Spanish MINECO projectAGL2012-30647 and Mexican projectFOMIX-QRO-2011-C02-175350 for financial support and Mexican National Council for Science and Technology (CONACYT) for a graduate fellowship, to author Marysol Aceituno-Medina.Peer Reviewe

Micro- submicro y nanoestructuras basadas en proteína de amaranto

[EN] The invention relates to micro-, submicro or nano-structures comprising amaranth protein, optionally combined with at least one other biopolymer, which structures are suitable for use as an encapsulation matrix. In particular, the invention relates to micro-, submicro or nano-structures comprising amaranth protein and a polysaccharide. The invention also relates to the production method thereof, said method comprising an electrospinning, electrospraying or blow spinning step. The encapsulated product is characterised in that it comprises an encapsulation matrix formed by micro-, submicro or nano-structures of the invention and at least one functional ingredient. The invention further relates to the method for obtaining same.[ES] Micro-, submicro-o nanoestructuras que comprenden proteína de amaranto, combinada o no con al menos otro biopolímero, adecuadas para utilizar como matriz de encapsulación- En particular, micro-, submicro-o nanoestructuras que comprenden proteína de amaranto y un polisacárido. Así como su procedimiento de obtención comprendiendo una etapa de electrospinning, electrospraying o blow spinning. Producto encapsulado caracterizado porque comprende una matriz de encapsulación que está formada por micro-, submicro-o nanoestructuras de la invención y al menos un ingrediente funcional. Así, como su procedimiento de obtención.Peer reviewedConsejo Superior de Investigaciones Científicas (España), Universidad Autónoma de Querétaro (España)A1 Solicitud de patente con informe sobre el estado de la técnic