ENCAPSULATION OF FOLIC ACID IN MESOPOROUS SILICA SUPPORTS: A NUTRITIONAL AND TECHNOLOGICAL APPROACH

Tesis por compendio[EN] The present PhD thesis, entitled "Encapsulation of folic acid in silica porous supports: a nutritional and technological approach", focuses on the development of new smart systems for the controlled delivery of folic acid for nutritional applications. The first part of the thesis shows folic acid encapsulation in polyamines-functionalized silica porous matrices from a nutritional approach. The first part evaluates not only the influence of the loading method and the type of silica support employed (MCM-41, SBA-15, UVM-7 and Hollow Silica) on the efficacy of folic acid encapsulation, but also the influence of the morphology and porous system on the folic acid delivery profile from different supports. Folic acid release studies from different supports with various pH values have demonstrated that the designed systems are capable of smartly modulating the delivery of the folic acid dependent on the pH of the medium (inhibition of the release at an acidic pH -stomach-, controlled release at a neutral pH -intestine-). This capacity makes these developed delivery systems an excellent alternative to direct fortification to successfully modulate the bioaccessibility of folic acid along the gastrointestinal tract. The stability of the supports during an in vitro digestive process was evaluated, and demonstrated that not only small particles can be attacked during the digestion process, but also the functionalization with organic molecules, which act as molecular gates, prevents this attack. Finally, the cell viability studies carried out with four different cell lines revealed that neither the supports nor their degradation products caused any specific toxicity during the in vitro digestive process. The second part evaluates the influence of adding different silica supports to two food matrices: gelatin gels and yoghurts. This technological approach enabled us to know that the capacity of these smart systems to deliver folic acid in a controlled manner during an in vitro digestive process is mantained even after their incorporation in stirred yoghurt. The effect of the matrices on the gel's physical properties depends on the particle size, functionalization and concentration. Finally, this thesis tested that the optimization of folic acid loading, achieved in the first part of the thesis, allowed the fortification of yoghurt with 100% of the recommended daily allowance of folic acid with a very low amount of the system. This fortification affected neither the physico-chemical properties of the yoghurt, nor bacterial viability. In summary, it was concluded that the present thesis globally deals with folic acid encapsulation in silica porous matrices to be used in nutritional and food applications, which include the optimization of loading, release studies at diferent pH, in vitro digestions, stability studies of the employed matrixes, biocompatibility studies, and studies into the influence of their addition to food matrixes. The obtained results positively exhibit that the developed smart folic acid delivery systems open up a new way of fortifying food without endangering the properties of the food to which they are added.[ES] La presente tesis doctoral que lleva por título "Encapsulación de ácido fólico en soportes porosos de óxido de silicio: una aproximación nutricional y tecnológica" está centrada en el desarrollo de nuevos sistemas inteligentes de liberación controlada de ácido fólico para aplicaciones nutricionales. La primera parte de la tesis muestra la encapsulación de ácido fólico en matrices porosas de óxido de silicio funcionalizadas con poliaminas desde una aproximación nutricional. En ella se ha evaluado la influencia del método de cargado y del tipo de soporte de óxido de silicio utilizado (MCM-41, SBA-15, UVM-7 y Hollow Silica) en la eficacia de encapsulación de ácido fólico. En esta primera parte, también se ha evaluado la influencia de la morfología y el sistema de poros de los diferentes soportes en el perfil de liberación del ácido fólico desde los mismos. Los estudios de liberación de ácido fólico desde los diferentes soportes a diferentes valores de pH han demostrado que los sistemas diseñados son capaces de modular inteligentemente la liberación de ácido fólico en función del pH del medio (inhibición de la liberación a pH ácido -estómago-, liberación controlada a pH neutro -intestino-). Esta capacidad convierte a los sistemas liberación desarrollados en una alternativa excelente a la fortificación directa para modular exitosamente la bioaccesibilidad del ácido fólico a lo largo del tracto gastrointestinal. Por otra parte, se ha evaluado la estabilidad de los soportes durante un proceso de digestión in vitro, demostrando que si bien algunos soportes pueden ser atacados durante la digestión, la funcionalización con moléculas que actúan como puertas moleculares previene este ataque. Por último, los estudios de viabilidad celular llevados a cabo en cuatro tipos de líneas celulares demuestran que ni los soportes, ni los productos de degradación de los mismos durante el proceso de digestión in vitro promueven ningún tipo de toxicidad inespecífica. En la segunda parte se ha evaluado la influencia de la adición de diferentes soportes de óxido de silicio a dos matrices alimentarias, geles de gelatina y yogures. Esta aproximación tecnológica ha permitido conocer que la capacidad de estos sistemas inteligentes para liberar controladamente el ácido fólico a lo largo de un proceso de digestión in vitro se mantiene incluso tras su incorporación en yogures batidos. Por otra parte, se ha comprobado que el efecto de las matrices sobre las propiedades físicas de los geles, es dependiente tanto del tamaño de las partículas, como de su funcionalización y concentración. Por último, se ha comprobado que debido a la optimización del cargado de ácido fólico alcanzada en la primera parte de la tesis, se puede lograr una fortificación de un yogur con el 100% de la cantidad diaria recomendada de ácido fólico con una cantidad tan pequeña de sistema que ni las propiedades físico-químicas de un yogur, ni la viabilidad bacteriana se ven comprometidas. En resumen, se puede concluir que la presente tesis ha abordado de una manera global la encapsulación de ácido fólico en matrices porosas de óxido de silicio para ser utilizados en aplicaciones nutricionales y alimentarias incluyendo estudios de optimización de cargado, estudios de liberación en función del pH, digestiones in vitro, estudios de estabilidad de las matrices utilizadas, estudios de biocompatibilidad, así como estudios de la influencia de la adición de estos sistemas inteligentes en matrices alimentarias. Los resultados obtenidos han puesto de manifiesto que los sistemas inteligentes de liberación de ácido fólico desarrollados abren la puerta a una nueva manera de fortificar los alimentos sin comprometer sus características.[CA] La present tesi doctoral, que porta per títol "Encapsulació d'àcid fòlic en suports porosos d'òxid de silici: una aproximació nutricional i tecnològica" està centrada en el desenvolupament de nous sistemes intel·ligents de lliberació controlada d'àcid fòlic per a aplicacions nutricionals. La primera part de la tesi mostra l'encapsulació d'àcid fòlic en matrius poroses d'òxid de silici funcionalitzades amb poliamines des d'una aproximació nutricional. En esta part, s'ha avaluat la influència del mètode de carrega i del tipus de suport d'òxid de silici que s'ha emprat (MCM-41, SBA-15, UVM-7 i Hollow Silica) en l'eficàcia de l'encapsulació d'àcid fòlic. En esta primera part, també s'ha avaluat la influència de la morfologia i el sistema de porus dels diferents suports en el perfil d'alliberament de l'àcid fòlic des dels mateixos. Els estudis d'alliberament d'àcid fòlic des dels diferents suports a diferents valors de pH han demostrat que els sistemes dissenyats són capaços de modular intel¿ligentment l'alliberament d'àcid fòlic en funció del pH del medi (inhibició de l'alliberament a pH àcid -estómac-, alliberament controlat a pH neutre -intestí-). Esta capacitat fa dels sistemes desenvolupats una excel·lent alternativa a la fortificació directa per a modular amb èxit la bioaccessibilitat de l'àcid fòlic a través del tracte gastrointestinal. D'altra banda, s'ha avaluat l'estabilitat dels suports en un procés de digestió in vitro, demostrant que mentre que les partícules menudes poden ser atacades durant la digestió, la funcionalització amb molècules orgàniques que actuen com a portes moleculars prevé aquest atac. Per últim, els estudis de viabilitat cel·llular duts a terme en quatre tipus de línies cel·lulars demostren que ni els soports, ni els productes de degradació dels mateixos durant el procés de digestió in vitro promouen cap tipus de toxicitat inespecífica. En la segona part, s'ha avaluat la influència de l'addició de diferents sopors d'òxid de silici a dos matrius alimentàries, gels de gelatina i iogurts. Esta aproximació tecnològica ha permés conéixer que la capacitat d'aquests sistemes intel·ligents per alliberar controladament àcid fòlic durant un procés de digestió in vitro es manté fins i tot després de ser incorporats en iogurts batuts. D'altra banda, s'ha comprovat que l'efecte de les matrius sobre les propietats físiques dels gels, és dependent tant de la grandària de les partícules, com de la seua funcionalització i concentració. Per últim, s'ha comprovat que a causa de l'optimització del carregat d'acid fòlic alcançada en la primera part de la tesi, es pot aconseguir una fortificació d'un iogurt amb el 100% de la quantitat diària recomanada d'àcid fòlic amb una quantitat tan baixa del sistema que ni les propietats físico-químiques d'un iogurt, ni la viabilitat bacteriana se'n veuen compromeses. En resum, es pot concluir que en la present tesi s'ha abordat d'una manera global l'encapsulació d'àcid fòlic en matrius poroses d'òxid de silici per a ser utilitzades en aplicacions nutricionals i alimentàries, que inclouen estudis d'optimització de carregat, estudis d'alliberament en funció del pH, digestions in vitro, estudis d'estabilitat de les matrius utilitzades, estudis de biocompatibilitat, així com estudis de la influència de l'addició d'aquests sistemes en matrius alimentàries. Els resultats obtesos han posat de manifest de forma positiva que els sistemes intel·ligents d'àcid fòlic que s'han desenvolupat obrin una porta a una nova manera de fortificar els aliments sense comprometre les seues caracterísitiques.Pérez Esteve, E. (2015). ENCAPSULATION OF FOLIC ACID IN MESOPOROUS SILICA SUPPORTS: A NUTRITIONAL AND TECHNOLOGICAL APPROACH [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/58613TESISPremios Extraordinarios de tesis doctoralesCompendi

Aplicación de nuevas tecnologías para el estudio de la evolución de la frescura de pescado

En el presente trabajo se ha estudiado la aplicación de la espectroscopía de impedancia para evaluar la frescura de pescado mediante el empleo de un equipo de espectroscopía de impedancia desarrollado en la Universidad Politécnica de Valencia. La experiencia se realizó a partir de 6 lotes de dorada (Sparus aurata) procedentes de dos piscifactorías diferentes. Se estudió la evolución de diferentes parámetros físico-químicos (humedad, grasa, pH y N-BVT) y las medidas de impedancia (módulo y fase a diferentes frecuencias), durante 15 de almacenamiento en refrigeración. Tras analizar los resultados obtenidos mediante análisis estadísticos multivariantes (análisis discriminante y PLS) se concluyó que es posible utilizar esta técnica para predecir el contenido de N-BVT en las muestras, el cual es considerado como un indicador del deterioro del pescado. En base a estos resultados, podemos afirmar que la técnica de espectroscopía de impedancia podría ser utilizada como técnica de determinación de la frescura de pescado.Pérez Esteve, E. (2009). Aplicación de nuevas tecnologías para el estudio de la evolución de la frescura de pescado. http://hdl.handle.net/10251/1432

Técnicas de espectrometría atómica para el análisis de la composición elemental de materiales nanoestructurados artificiales

Imagina que eres parte de un grupo de I+D y acabas de desarrollar un material nanoestructurado y necesitas caracterizarlo, bien sea simplemente para escribir un informe, un artículo científico o solicitar la autorización de ese material para su uso en algún tipo de aplicación alimentaria. Como parte de ese estudio necesitarás caracterizar la identidad, pureza, química de superficie y concentración másica de materiales nanoestructurados de dichas partículas. Esto además te permitirá evaluar el rendimiento de los procesos de fabricación, su efectividad, impacto sobre el medio ambiente, así como su riesgo potencial para la salud humana. Si esto es así, ¿por dónde empezar?, ¿qué técnicas podrías utilizar?, ¿cuál es mejor?, ¿qué ventajas y limitaciones tiene cada una?, ¿qué información deberías incluir en los informes? Para ayudarte en la toma de estas decisiones, en el presente artículo docente, podrás revisar el fundamento de una de las principales familias de técnicas para la caracterización de la identidad, pureza, química de superficie y concentración másica de un material nanoestructurado a partir de su composición elemental: las técnicas de espectroscopía atómica.Pérez Esteve, E.; Gómez Llorente, H. (2020). Técnicas de espectrometría atómica para el análisis de la composición elemental de materiales nanoestructurados artificiales. http://hdl.handle.net/10251/146349DE

Sistemas de encapsulación de compuestos bioactivos basados en emulsiones

Desde hace décadas, los lípidos han sido utilizados en la encapsulación de compuestos bioactivos como aceites esenciales, enzimas, péptidos antimicrobianos, etc., que presentan dificultades a la hora de incorporarlos a un alimento por su solubilidad, hidrofobicidad, estabilidad, volatilidad, etc. Como solución al problema, muchas investigaciones han focalizado su esfuerzo en la síntesis de sistemas basados en lípidos, iniciando esta labor a través del desarrollo de emulsiones. Unos de los sistemas más sencillos para la encapsulación de compuestos bioactivos basados en lípidos son las emulsiones. ¿Recuerdas qué es una emulsión? ¿Sabrías describir cómo se forman? ¿Eres capaz de identificar alimentos que están formados por emulsiones? Si no es así, no te preocupes. En este artículo docente no sólo describiremos las diferentes opciones para crear sistemas de encapsulación y liberación controlada basados en emulsiones (desde las más sencilla hasta las más complejas), sino que además repasaremos los principales conceptos necesarios para entender qué son emulsiones, cómo se forman y cómo se pueden utilizar para encapsular compuestos bioactivos para su posterior uso en la industria alimentaria o farmacéutica.Pérez Esteve, E.; Gómez Llorente, H. (2020). Sistemas de encapsulación de compuestos bioactivos basados en emulsiones. http://hdl.handle.net/10251/146351DE

Sistemas nanoestructurados basados en lípidos para la encapsulación de compuestos bioactivos

Cada vez, términos como "nanoliposoma" o "nanoemulsión" son más frecuentes a la hora de hablar de principios activos para uso en medicina, cosmética, alimentación... Pese a su frecuencia en el lenguaje, pocos conocen qué significan exactamente, o si realmente están haciendo un buen uso del prefijo "nano" y, sobre todo, la razón de incluir estos sistemas en los productos que nos ponemos en la cara o en la comida. Con el objetivo de profundizar en estos conceptos, el presente artículo docente presentará en primer lugar qué son los sistemas de encapsulación y liberación controlada, qué ventajas tiene que éstos tengan un tamaño nanométrico, y finalmente cómo podemos formular sistemas nanoestructurados de encapsulación y liberación controlada basados en lípidos como son las micro y nanoemulsiones, liposomas y nanoliposomas, micelas y nanopartículas sólidas lipídicas.Pérez Esteve, E.; Gómez Llorente, H. (2020). Sistemas nanoestructurados basados en lípidos para la encapsulación de compuestos bioactivos. http://hdl.handle.net/10251/146350DE

Determinación de la sensibilidad de los microorganismos frente a antimicrobianos de origen natural y la concentración mínima inhibitoria por métodos fenotípicos

Los consumidores cada vez más demandamos productos alimenticios con menos aditivos sintéticos, pero con mayor seguridad, calidad y vida útil. Estas demandas han llevado a un renovado interés en el uso de antimicrobianos naturales para conservar los alimentos. Entre los antimicrobianos de origen natural más estudiados están especias, hierbas y sus extractos; aceites esenciales de frutas o plantas; extractos de ajo o cebolla; así como enzimas, péptidos de origen vegetal, animal o marino. Sin embargo, todavía quedan muchas sustancias o extractos por evaluar. ¿Cómo determinar en este caso su actividad antimicrobiana? ¿Cómo saber si un antimicrobiano es más potente que otro? Para esto tenemos dos opciones: una cualitativa determinando halos de inhibición y otra cuantitativa determinando la concentración mínima inhibitoria, también conocida como CMI. Para ayudarte a enfrentarte a estas técnicas, en el presente artículo docente podrás revisar la importancia de determinar la sensibilidad de los microorganismos a un agente antimicrobiano, qué es la CMI y qué alternativas tienes para poder determinarla de manera experimental.Pérez Esteve, E.; Rivas Soler, A. (2021). Determinación de la sensibilidad de los microorganismos frente a antimicrobianos de origen natural y la concentración mínima inhibitoria por métodos fenotípicos. Universitat Politècnica de València. http://hdl.handle.net/10251/167611DE

El test de desafío (Challenge test) como herramienta para evaluar la seguridad microbiológica de un alimento

Imagina que estás diseñando un nuevo alimento que quieres llevar al mercado. ¿Cómo podrías saber si es seguro desde el punto de vista microbiológico? También es posible que, en vez de diseñar la formulación, lo que propongas es un nuevo método de conservación de los alimentos (altas presiones hidrostáticas, irradiación...). ¿Cómo podrías asegurar que el tratamiento alternativo proporciona un alimento igual de seguro que el tratamiento convencional? Si no lo sabes, no te preocupes, está todo inventado. A esta metodología se le denomina test de desafío, y en este artículo te mostramos los pasos para que la puedas ejecutar correctamente.Pérez Esteve, E.; Rivas Soler, A. (2022). El test de desafío (Challenge test) como herramienta para evaluar la seguridad microbiológica de un alimento. http://hdl.handle.net/10251/184306DE

Evaluación de la actividad bactericida de un antimicrobiano de origen natural

Entre los diferentes enfoques para controlar la carga microbiana en los sistemas alimentarios se encuentra la adición de compuestos antimicrobianos naturales como aceites esenciales, extractos de plantas o bacteriocinas. Generalmente está considerado que un determinado compuesto es biocida cuando a una cierta concentración es capaz de reducir en al menos 3 unidades logarítmicas la carga inicial de microrganismo. Nos debemos preguntar por tanto, ¿cómo podría saber si una molécula es biocida? Si te encuentras en esa situación, lo que necesitas determinar es la concentración mínima bactericida de ese compuesto. Para ayudarte a enfrentarte a este problema, en el presente artículo docente podrás revisar el concepto de concentración mínima bactericida (CMB) y las diferentes opciones que tienes para determinarla.Pérez Esteve, E.; Rivas Soler, A. (2021). Evaluación de la actividad bactericida de un antimicrobiano de origen natural. http://hdl.handle.net/10251/167484DE

Evaluación del daño subletal en bacterias por métodos de cultivo

Si estás leyendo este artículo es porque te interesa la microbiología de alimentos. En ese caso sabrás que la eficacia de un tratamiento de conservación de alimentos se suele determinar a través de la determinación de los microorganismos viables presentes en el mismo, y también que la viabilidad de las células bacterianas ha sido determinada, tradicionalmente, por su habilidad para crecer y formar colonias en medios de cultivo en el laboratorio. Lo que es posible que no sepas, es que además de los microrganismos viables, existen otros estados de las células bacterianas que son intermedios entre el de células intactas y células muertas. En el presente artículo te presentamos estos otros estados y además diferentes técnicas, todas ellas basadas en recuentos, para determinar con mayor precisión el efecto de un determinado tratamiento (físico o químico) sobre una población bacteriana.Pérez Esteve, E.; Rivas Soler, A. (2022). Evaluación del daño subletal en bacterias por métodos de cultivo. http://hdl.handle.net/10251/18388

Métodos para la desinfección en la industria alimentaria

En la industria alimentaria todos los utensilios, equipos, superficies y ambientes de trabajo deben ser desinfectados para asegurar que se alcanzan unas condiciones higiénicas suficientes que garanticen la inocuidad de los alimentos, eviten toxiinfecciones alimentarias y consigan una mayor vida comercial del producto. Por este motivo, es importante dominar los principios generales de la desinfección y ser capaz de seleccionar los métodos de desinfección más adecuados a cada aplicación. Pero, ¿sabes lo que es la desinfección? ¿Cómo la puedes conseguir? ¿Cuáles son los criterios para elegir agentes desinfectantes adecuados para cada tipo de industria? En este artículo vamos a presentar los métodos de desinfección más habituales en la industria, los agentes desinfectantes más importantes, y los diferentes productos formulados con ellos, haciendo hincapié en sus características e idoneidad de aplicación.Pérez Esteve, E.; Barrera Puigdollers, MC.; Castelló Gómez, ML. (2017). Métodos para la desinfección en la industria alimentaria. http://hdl.handle.net/10251/84175DE