_{María Dolores Pérez Caballero
Directora Técnica. BIFConsultores. www.bifconsultores.com}

La técnica de la microencapsulación surgió por la necesidad de proteger ciertos compuestos frente a la degradación, con un interés específico por su aplicabilidad en diferentes sectores como el cosmético, farmacológico, textil y alimentario.

Los primeros estudios sobre esta técnica datan de la década de 1930. El origen de la microencapsulación se remonta al año 1931 cuando se publicó un trabajo de investigación que describía la formación de microcápsulas de gelatina según un procedimiento que se denominó “coacervación”. Pero no fue hasta la década de 1950 cuando se empezaron a desarrollar estudios de técnicas prácticas de microencapsulación en medicamentos. Los primeros usos comerciales de la microencapsulación se dieron en la década de 1960, utilizándose para proteger medicamentos y otros productos.

La microencapsulación es un proceso en el que se encierran moléculas o compuestos en una estructura protectora, con el objetivo de mantener su estabilidad y/o liberación controlada. Una de las aplicaciones más comunes es la protección de sabores y aromas naturales. Los sabores y aromas suelen ser compuestos volátiles que pueden evaporarse o degradarse fácilmente. La microencapsulación protege estos compuestos, conservando de forma más eficiente las propiedades organolépticas de los productos alimenticios donde se incluyen. Otra aplicación destacable, es la protección de nutrientes y compuestos beneficiosos para la salud. Compuestos como los antioxidantes y los ácidos grasos esenciales, pueden ser sensibles a la degradación por el calor, la luz y las enzimas. Esta técnica permite proteger estos compuestos, lo que mejora la biodisponibilidad de los nutrientes con el consiguiente efecto beneficioso para la salud.

Sin embargo, aunque la microencapsulación molecular tiene muchas aplicaciones potenciales en la industria alimentaria, todavía hay desafíos técnicos importantes que deben superarse antes de que pueda ser utilizada de manera generalizada en un procesamiento industrial. Además, es importante realizar estudios para evaluar la seguridad y la eficacia de los productos alimentarios microencapsulados antes de su comercialización.

MÉTODOS DE MICROENCAPSULACIÓN

Método de evaporación del disolvente.

Es uno de los métodos más utilizados en la microencapsulación. Consiste en disolver el compuesto a encapsular en un disolvente y mezclarlo con un polímero hasta formar una emulsión. A continuación, se evapora el disolvente y se obtienen las cápsulas microencapsuladas.

Método de coacervación

La coacervación es una técnica que involucra la atracción electrostática entre dos biopolímeros de cargas opuestas que se encuentran rodeando a un compuesto de interés, que puede ser de naturaleza lipídica. Consiste en un soluto polimérico separado en forma de pequeñas gotas líquidas, que constituye el coacervado. La disposición de este coacervado alrededor de las partículas insolubles dispersas en un líquido forma cápsulas incipientes, que por una gelificación apropiada da las cápsulas finales.

Es un fenómeno que se presenta en soluciones coloidales y se considera como el método original de encapsulación. Produce microcápsulas con una superficie delgada y alto contenido de aceite, con excelentes características de liberación controlada del compuesto y resistencia al calor.

Durante la coacervación, la separación de fases es inducida por la adición lenta de un “no-solvente” sobre una solución del polímero formador de cubierta, conteniendo suspendido el material que va a encapsularse. Se entiende por “no-solvente” aquel disolvente que es miscible (se puede mezclar) con el disolvente del polímero y en el cual el polímero es insoluble. A medida que se adiciona el no-solvente se provoca la insolubilización del polímero, el cual, a su vez se va depositando alrededor de las partículas presentes en suspensión.

Método de extrusión

Este método se basa en la utilización de una máquina extrusora para mezclar el compuesto a encapsular con un polímero. La mezcla se introduce en la máquina, que la somete a altas presiones para conseguir la microencapsulación. Durante la extrusión, se forma una delgada película viscosa de material formador de película en la superficie con agujeros de pequeño diámetro, a través de los cuales se presiona la sustancia encapsulada. La cubierta así formada se estabiliza enfriando o polimerizando los monómeros incluidos en su composición. También se utilizan dispositivos de moldeo, formados por dos tubos dispuestos coaxialmente de diferentes diámetros.

Método de spray drying

Este método se utiliza especialmente para la microencapsulación de compuestos líquidos. Se atomiza la solución (producir polvo a partir de un líquido) que se quiere encapsular en un secador, y se le somete a un flujo de aire caliente. De esta forma, se consigue la evaporación del disolvente y se produce la formación de las moléculas microencapsuladas.

Método de encapsulación por polimerización

Polimerización interfacial:

En este proceso se utilizan dos monómeros, uno soluble en aceite y otro soluble en agua, que posteriormente reaccionan en la interfaz de las fases dispersas y continuas de un sistema de emulsión agua en aceite (W/O) produciéndose, a ese nivel, una reacción de policondensación en la superficie de la sustancia activa provocando la formación de microcápsulas.

Este método sigue el principio fundamental de la reacción clásica de Schotten Baumann la cual implica una reacción entre una diamina alifática en solución acuosa y un haluro de ácido dicarboxílico en solución orgánica inmiscible en agua.

Polimerización in situ:

Es un procedimiento donde se forma un pre-polímero de bajo peso molecular que, conforme avanza el tiempo de reacción, crece en tamaño y se deposita en la superficie del material del núcleo generándose una cubierta alrededor del mismo.

Método de gelificación iónica

La formación de las cubiertas de las microcápsulas tiene lugar por reacción entre un polisacárido y un ión de carga opuesta. El método consiste en suspender el principio activo en una disolución de alginato sódico que se hace gotear sobre una disolución acuosa de cloruro cálcico. El resultado es que el principio activo queda encapsulado por una cubierta de alginato cálcico que es insoluble pero permeable.

Método de gelificación externa

La gelificación externa es el mecanismo de gelificación anisotrópica más sencillo y más ampliamente utilizado. Básicamente, la solución de alginato se extruye y gotea sobre una solución con iones Ca2+. Tras el contacto, los iones de Ca2+ empiezan a reticular con las cadenas de polímero en la periferia de la gotita de alginato, formándose una membrana semisólida que encierra la gotita con un núcleo líquido. Al aumentar el tiempo de inmersión, se produce una mayor difusión de Ca2+ a través de la membrana, lo que provoca la solidificación del núcleo de las gotitas. Como resultado, se forma una esfera de alginato en el que la carga se enreda al azar dentro de las matrices reticuladas.

USO DE CICLODEXTRINAS EN LA MICROENCAPSULACIÓN

Las ciclodextrinas (CDs) son azúcares cíclicos naturales, en el caso de las β-CDs (CDs aptas para uso alimentario) constan de siete unidades de glucosa, unidas por enlaces α (1-4). Se obtienen como resultado de una reacción de transglicosilación durante la degradación del almidón, llevada a cabo por la enzima ciclodextrina glucanotransferasa (CGTasa) de Bacillus macerans. Las CDs tienen estructura troncocónica, debido a la conformación en forma de silla de las unidades de glucopiranosa. La orientación específica de sus diferentes grupos funcionales (átomos dentro de la molécula), dan lugar a una molécula cuya superficie externa es hidrofílica, por lo que es soluble en agua, y cuya cavidad interna es hidrofóbica. La unión resultante entre la CD y la molécula huésped no es fija o permanente, sino que es un equilibrio dinámico gobernado por una constante, cuya fuerza depende del tamaño relativo de la molécula complejada y de las interacciones establecidas entre la CDs y la molécula complejada. La inclusión en CDs puede cambiar las propiedades físico-químicas de la molécula complejada.

Algunas de las propiedades que pueden ser modificadas por efecto de la complejación son: aumentar la solubilidad acuosa de moléculas insolubles, estabilidad de las moléculas frente a los efectos de degradación por oxígeno, luz visible, ultravioleta y calor, volatilidad y sublimación, aislamiento físico de compuestos incompatibles, y retención de compuestos. Las CDs se utilizan como agentes complejantes de vitaminas, colorantes alimentarios y aromas. También se usan para la protección del flavor en los alimentos durante el procesado y almacenamiento. Además, influye en la vida útil de los alimentos, ya que en condiciones no extremas de temperatura y humedad relativa, se alarga la vida media de los sabores complejados con CDs, durante su almacenamiento.

En alimentación funcional, las CDs se utilizan, por ejemplo, para enriquecer con compuestos de naturaleza lipofílica, como son los antioxidantes. También se han utilizado para retener compuestos en determinados procesos industriales, como puede ser la eliminación de colesterol de leches, queso, yogurt, mantequilla y huevos, de esta forma, podemos eliminar, eficazmente, el contenido en colesterol mejorando así sus propiedades nutricionales.

Así mismo, se usan para incluir fitoesteroles en mayonesa o en mantequilla. Las CDs pueden provocar un endurecimiento de las grasas y aceites sin necesidad de hidrogenación, obteniendo así una emulsión con un alto contenido en ácidos grasos poliinsaturados derivados de aceites vegetales y pescados. Por otro lado, la emulsión producida por las CDs presenta mejores características sensoriales y un aumento en la estabilidad durante el almacenamiento.

Una de las aplicaciones de las CDs en la industria alimentaria es la formación de complejos de inclusión para secuestrar determinados componentes de los alimentos. Así, β-CD y HP-β–CD, se utilizan para la extracción de compuestos fenólicos, pudiendo utilizarlos directamente como materia prima para el desarrollo de alimentos funcionales.

Figure 1. Estructura troncocónica de la Ciclodextrina.

APLICACIÓN DE CD EN LA INDUSTRIA AGROALIMENTARIA

• Aumento de la solubilidad acuosa de moléculas insolubles.

• Mejora de la estabilidad y vida útil de los alimentos, aumentando la protección frente a la degradación por oxígeno, luz visible, ultravioleta y calor, volatilidad y sublimación. Evitando por ejemplo la oxidación de las grasas (procesos de enranciamiento), lo que puede afectar el sabor y la calidad de los alimentos.

• Adición de propiedades funcionales, como la adición de fibras, proteínas, vitaminas y otros nutrientes que pueden mejorar la salud del consumidor.

• Aislamiento físico de compuestos incompatibles.

• Control de la liberación y retención de compuestos. liberando ingredientes activos de forma gradual y controlada en el tracto gastrointestinal, lo que mejora su eficacia.

• Mejora del sabor y aroma de los alimentos.

• Retener compuestos en determinados procesos industriales, como puede ser la eliminación de colesterol de leches, queso, yogurt, mantequilla y huevos, de esta forma, podemos eliminar, eficazmente, el contenido en colesterol mejorando así sus propiedades nutricionales.

Acerca de BIF Consultores

BIF Consultores es una Consultoría Técnica Agroalimentaria especializada en proyectos de I+D: desarrollo de nuevos productos, mejora de productos/ procesos, y extensiones de vida útil. También se encargan de redactar memorias técnicas para obtener subvenciones y deducciones fiscales.

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Las ciclodextrinas constan de siete unidades de glucosa.

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