[Art] Microencapsulacion

© 2011 Dirección General de Investigación I CONGRESO NACIONAL DE INVESTIGACIÓN – IASD UNIVERSIDAD PERUANA UNIÓN

Microencapsulación de aceites y su aplicación en la industria de alimentos

Quispe-Arpasi, Diana3 ; Matos-Chamorro, Alfredo

1; Quispe-Condori, Sócrates

2

Resumen

El objetivo de esta revisión es describir la microencapsulación de aceites y su aplicación en la industria de alimentos. La microencapsulación es el revestimiento de una sustancia con un material encapsulante, el que puede ser una proteína, un carbohidrato, una goma, un lípido, o una mezcla de éstos. La microencapsulación sucede por diversas técnicas, como: atomización, enfriamiento de aspersiones, cobertura de lecho fluidizado, extrusión, liofilización, coacervación y cocristalización. La microencapsulación de aceites surge como una alternativa de solución a su deterioro oxidativo, además de conferirle propiedades, siendo una de ellas el enmascarar sabores y olores indeseados. Actualmente, la dieta del ser humano contiene en mayor proporción ácidos grasos poliinsaturados [AGPI] ω-6 que AGPI ω-3, el cual cumple un papel muy importante en la salud, por lo que una forma de incrementar su consumo, es consumirlo a través de productos fortificados con microcápsulas de aceites con elevadas cantidades de AGPI ω-3.

Palabras clave: microencapsulación, aceites, ácidos poliinsaturados.

Microencapsulation of oil and its application in food industry.

Abstract

The aim of this work is to describe microencapsulation of oils and its application in the food industry. Microencapsulation is coating a substance with a secondary material. It could be a protein, a carbohydrate, a gum, a lipid, or a mixture of these materials. Various processes may be used to microencapsulate, such as: spray drying, spray cooling, fluid bed coating, extrusion, freeze drying, coacervation and cocrystallization. Microencapsulation oil appears as an alternative solution against oxidation during storage and processing, in addition to give it some properties, one of these is to mask the undesirable taste and odor. Nowadays, the human diet has more polyunsaturated fatty acids [PUFA] ω-6 than PUFA ω-3, the last one plays an important role in human health. For that reason, eating products fortified with oil microcapsules with high amounts of AGPI ω-3 is a way to increase its consumption.

Key words: microencapsulation, oils, polyunsaturated fatty acids.

Introducción

En los últimos años, se ha desarrollado

una creciente preferencia de los

consumidores hacia productos que

posean propiedades funcionales.

_______________________________ 1Universidad Peruana Unión

[email protected] 2Universidad Peruana Unión.

[email protected] 3E.A.P. Ingeniería de Alimentos. Universidad

Peruana Unión. [email protected]

La adición de sustancias benéficas

como los ácidos grasos poliinsaturados

[AGPI], los llamados omega 3 y omega

6, a la dieta diaria del ser humano se

ha incrementado significativamente

(Smith y Charter 2010; O’Brien, citado

por Quispe y otros 2011)

Estos ácidos grasos son esenciales

para el crecimiento y desarrollo del

cerebro. Asimismo se los asocia con la

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]


prevención y tratamiento de

enfermedades del corazón, ya que

poseen efectos antitrombóticos.

También se los ha relacionado con

enfermedades inflamatorias, artritis

autoinmune e incluso cáncer (Flores

2006, p. 41; Tan y otros 2009;

Simopoulos citado por Omar 2009)

Los aceites ricos en AGPI son

susceptibles al deterioro oxidativo y

adquieren fácilmente malos sabores y

olores, además factores ambientales

como la humedad, luz y oxígeno

aceleran su degradación (Flores 2006,

p. 45; Ahn y otros 2008)

La microencapsulación se usa como un

medio para proteger una sustancia de

las reacciones de ésta como su

entorno, además de enmascarar

sabores y olores indeseados y de

transformar líquidos en ingredientes

sólidos fácilmente manipulables.

(Rahman 2003, p. 650; Sanguansri y

Augustin 2007).

Mediante este artículo de revisión se

busca describir la microencapsulación

de aceites y su aplicación en la

industria de alimentos.

Microencapsulación

La microencapsulación se define como

un proceso en el que partículas de

materiales sólidos, líquidos o gaseosos

está rodeadas por una cápsula cerrada

herméticamente (Figura 1) (López

2010; Smith y Charter 2010, p. 4). La

retención de estos núcleos se rige por

su funcionalidad química, solubilidad,

polaridad y volatilidad (Gharsallaoui y

otros 2007).

Figura 1. Vitamina C microencapsulada (Desai y Park

2005)

Microencapsulación de aceites

Los aceites y grasas han tenido gran

importancia en la alimentación en

distintas culturas, su consumo se ha

incrementado enormemente, se ha

pasado de consumir desde un 15-20%

de la energía total en forma de grasa

hasta más de un 40% en las

sociedades desarrolladas (Gil 2010b, p.

251)

Primo (1997) menciona que a

diferencia de los ácidos grasos

saturados y monoinsaturados, que son

capaces de sintetizar todos los

mamíferos, incluyendo el hombre, los

AGPI no pueden ser sintetizados por el

organismo sino que deben ser

aportados por la dieta.

La disponibilidad de los ácidos grasos

esenciales en el mundo antiguo ha

variado con el tiempo, las carnes

magras, peces, vegetales verdes,

frutas, raíces y miel, aportaban al

hombre una adecuada cantidad de

AGPI ω-3 y ω-6. De esta forma el

aporte de ambos era muy equilibrado

cercano a una relación 1:1 (Gil 2010a,

312)


La dieta moderna es más rica en

ácidos grasos ω-6 de proteínas

animales y aceites vegetales, y más

pobre en grasa ω-3 de vegetales y

pescado con una relación de ω-6:ω-3

estimada de 8 a 12:1. Las

recomendaciones no oficiales y por la

organización mundial de la salud

(OMS) sugieren que esta debería ser

de 5 a 10:1, por lo que el consumo de

AGPI debe aumentarse para lograr una

salud óptima (Flores 2006, p. 39)

Los ácidos grasos poliinsaturados de

cada larga omega-3, pueden ser: ácido

eicopentaneoico [EPA], ácido

docosahexaenoico [DHA] y ácido

docosapentaenoico [DPA] (Rahman

2003, p. 690)

Los AGPI, especialmente DHA están

dentro de las sustancias requeridas

para el desarrollo del cerebro, sistema

nervioso central (CNS) y crecimiento de

la retina durante el embarazo. Los

AGPI ω-3 poseen efectos

antitrombóticos ya que aumenta la

supervivencia de la plaqueta y

disminuye el riesgo de formación de

trombos. Asimismo, se ha demostrado

mejoría en los trastornos artríticos y en

la modulación de la respuesta

inflamatoria con el incremento del

consumo de AGPI ω-3 (Flores 2006,

pp. 41-43 y Gil 2010a; p 318).

La microencapsulación se ha aplicado

aceites ya que ésta puede aumentar la

estabilidad oxidativa de estos aceites,

y evitar la formación de productos de

oxidación de alto peso molecular,

además de enmascarar sabores y

aromas no deseados. Asimismo

también le confiere algunas

propiedades como, la facilidad de

manipulación y mezclado, dispersión

uniforme y mejora de la consistencia

del producto durante y después del

procesado (Rahman 2003, p. 698;

Velasco 2006; Gharsallaoui y otros

2007; Tan y otros 2009; Tonon y otros

2010).

Las microcápsulas pueden variar de

tamaño desde submicrómetros

(nanocápsulas) hasta varios milímetros

y tener multitud de formas diferentes,

dependiendo de los materiales y

métodos empleados para prepararlas

(Rahman 2003).

La estructura de las cápsulas se

pueden clasificar en cápsulas con (a)

un núcleo que está rodeado por una

capa de material encapsulante o (b) un

núcleo que está atrapado dentro de

una red continua de material

encapsulante. Las variaciones de estos

incluyen cápsulas con varios núcleos o

varias capas (Figura 2) (Augustin y

Hermar 2008); esto sucede debido a

las propiedades físico-químicas del

núcleo, la composición del material

encapsulante y a la técnica de

microencapsulación (Gharsallaoui y

otros 2007).

Figura 2. Morfología de las

microcápsulas (Augustin y Hermar

2008)

La industria de alimentos aplica la

encapsulación por varias razones

(Rahman 2003; Desai y Park 2005):

La encapsulación puede proteger al

material del núcleo de la

degradación al reducir su reactividad

con el ambiente externo (calor,

humedad, aire y luz)

Reducción o retardo de su velocidad

de evaporación o transferencia del


material del núcleo a su ambiente

externo.

Las características físicas del

material original pueden modificarse

haciéndolo manejable.

El producto se puede diseñar para la

liberación lenta a lo largo del tiempo

o liberarse en un determinado

instante (hasta el estímulo correcto).

El flavor del material del núcleo

puede enmascararse.

El material del núcleo puede diluirse

aunque solo se requieran pequeñas

cantidades, puesto que aún así se

consigue la dispersión uniforme en

el componente hospedador.

Pueden emplearse componentes

separados en una mezcla, que de

otra forma reaccionarían el uno con

el otro.

Elementos para la producción de

microcápsulas

La producción de microcápsulas

involucra numerosos pasos, desde la

elección de la fuente de aceite hasta el

formato a obtener (Sanguansri y

Augustin 2007)

Fuentes de aceite

El aceite de pescado es la principal

fuente de ácidos grasos poliinsaturados

ω-3 (salmón, atún, sardinas,

anchoveta, jurel, caballa, merluza).

Aunque, también se los puede

encontrar en algunas fuentes vegetales

como linaza, canola, espinacas,

guisantes y frijoles (Flores 2006, p. 44;

Sanguansri y Augustin 2007)

Material encapsulante

Fuchs y otros (2006) mencionan que

los materiales de cobertura para

encapsulación de ingredientes

alimentarios que se usan usualmente

son proteínas, gomas, carbohidratos,

lípidos y fibras (Tabla 1). Además como

el núcleo es un aceite se debe tener en

cuenta que el material encapsulante

debe tener propiedades emulsificantes

y capacidad de deshidratación por lo

que generalmente se emplean

combinaciones de éstos (Keogh y

O’Kennedy 1999; Desai y Park 2005).

Los materiales usados como

encapsulantes son generalmente

formadores de película, flexibles,

inodoros, insípidos y no higroscópicos

(Smith y Charter 2010, p. 4)

Proteínas. Las proteínas tienen la

capacidad de crear interfases y

películas, debido a su naturaleza

anfifílica. El tipo y la solidez de una

interface dependen de las proteínas

utilizadas para formar la emulsión. Esta

se ve influida por su composición de

aminoácidos, así como por su

temperatura de desnaturalización.

Además la buena solubilidad de las

proteínas en agua es deseable cuando

se utiliza un proceso en base acuosa

(Augustin y Hemar 2008; Sanguansri y

Augustin 2007)

Carbohidratos. Los carbohidratos son

considerados buenos agentes de

encapsulación debido a que presentan

bajas viscosidades a alto contenido de

sólidos además de buena solubilidad,

pero como la mayoría de ellos carecen

de propiedades tensioactivas

necesarias para encapsular aceites

generalmente se los asocia con otros

materiales tales como proteínas o

gomas (Gharsallaoui y otros 2007).

Gomas. Los hidrocoloides

generalmente se utilizan como agentes

texturizantes, por su efecto espesante y

creador de viscosidad, pero entre sus

efectos secundarios figura la


encapsulación, la estabilización de

emulsiones y formación de películas,

(Ré 1998; Rahman 2003, p. 663;

Krishnan y otros, 2005). Las

propiedades emulsificantes se le

atribuyen a la fracción de proteína

presente en la goma (Dickinson citado

por Gharsallaoui y otros 2007).

Lípidos. Las grasas se han utilizado

principalmente como un revestimiento

secundario para mejorar sus

propiedades de barrera de agua,

debido a su naturaleza hidrofóbica

(Sanguansri y Augustin 2007).

Tabla 1- Materiales de cobertura para encapsulación de ingredientes

alimentarios

Clase de

material Tipo de material

Proteínas Gluten, caseína, gelatina, albúmina,

hemoglobina, péptidos.

Carbohidratos

Almidón, maltodextrinas, sólidos de jarabe

de maíz, ciclodextrinas, almidón modificado,

sacarosa, ciclodextrinas.

Celulosa Carboximetilcelulosa, metilcelulosa,

etilcelulosa, nitrocelulosa, etc.

Gomas Goma de acacia, agar, alginato sódico,

carragenato

Lípidos Cera, parafina, cera de abeja,

diacilgliceroles, aceites, grasas

Fuente: Rahman 2003, p. 653

Técnicas de microencapsulación

Existen diversos procesos que pueden

ser utilizados para producir

microcápsulas. La selección de la

técnica de microencapsulación

depende de las propiedades deseadas

en el producto final: vida útil,

propiedades de liberación, el formato

de la microcápsula y su aplicación final.

(Sanguansri y Augustin 2007;

Gharsallaoui y otros 2007).

Deshidratación por atomización. La

deshidratación por aspersión es una

operación unitaria mediante la cual se

pulveriza un producto líquido (emulsión

o/w) por el contacto con una corriente

de gas caliente (generalmente aire)

para obtener un polvo instantáneo

(Figura 3) (Ré 1998; López 2010). Los

pasos más importantes en este

proceso son: (a) preparación de la

emulsión o/w, (b) homogenización, (c)

atomización y (d) deshidratación de las

partículas atomizadas (Rahman 2003,

pp. 668-670)

Figura 3- Proceso de deshidratación

por atomización


Enfriamiento y refrigeración de

aspersiones. En este proceso, la

dispersión se atomiza con aire a

temperatura ambiente o de

refrigeración. El aire frío hace que la

pared de encapsulación solidifique

entorno al núcleo. Este proceso es

similar al de deshidratación por

atomización, la diferencia radica en que

no se evapora agua alguna

(temperaturas bajas). Las

microcápsulas producidas por este

método son insolubles en agua debido

a su cobertura lipídica (Rahman 2003,

p. 671; Augustin y Hemar 2008). Los

pasos más importantes en este

proceso son: (a) Preparación de la

emulsión o/w, (b) Homogenización y (c)

Atomizacion (Desai y Park 2005)

Cobertura en lecho fluidizado.

Llamada también recubrimiento en

suspensión de aire o proceso Wunster

(Rahman 2003, p. 671). En este

proceso se utiliza un lecho fluidizado

para las partículas sólidas suspendidas

en el aire y el material encapsulante se

pulveriza sobre las partículas,

formando una capa, tal como se

observa en la figura 4 (Augustin y

Hemar 2008). Los pasos más

importantes en este proceso son: (a)

Preparación de la solución

encapsulante, (b) Fluidización de las

partículas del material del núcleo y (c)

Encapsulación (Desai y Park 2005)

Extrusión. Consiste en forzar el

compuesto del núcleo en una masa de

carbohidratos a través de una serie de

matrices hacia un baño líquido

deshidratante, obteniéndose así

productos de alta densidad. Las

presiones y temperaturas empleadas

suelen ser menores a 670 KPa y

raramente exceden de 115ºC,

respectivamente. El líquido

generalmente usado en el proceso es

el alcochol isopropílico (Rahman 2003,

p. 673). Los pasos más importantes en

este proceso son: (a) Preparación de la

solución fundida de recubrimiento, (b)

Dispersión del núcleo en un polímero

fundido (c) Refrigeración o paso de la

microcápsula a través del líquido

deshidratante (Desai y Park 2005).

Figura 4- Representación

esquemática de un sistema

convencional de suspensión de aire

(adaptación de Desai y Park 2005)

Liofilización. La liofilización o

desecación en estado congelado

(sublimación) es un proceso utilizado

para la deshidratación de casi todos los

materiales y aromas termosensibles.

Las microcápsulas liofilizadas

presentan una estructura más porosa

que las atomizadas.

Salvo por su periodo de desecación (20

horas), la liofilización es una técnica

simple (Rahman 2003, p. 676; Augustin

y Hemar 2008). Los pasos más

importantes en este proceso son: (a)

Mezcla del material encapsulante y el

núcleo y (b) Liofilizado de la mezcla

(Desai y Park 2005).

Coacervación. La coacervación se

define como la separación de dos fases

líquidas en sistemas coloidales. Implica

la separación de una fase líquida del

material de cobertura de una disolución


polimérica mediante el revestimiento de

dicha fase como una capa uniforme en

torno a las partículas del núcleo en

suspensión. Seguidamente es

solidificada la cubierta. La coacervación

simple se refiere a sistemas que solo

tienen un soluto coloidal (ej, gelatina),

mientras que la coacervación compleja

trata de sistemas conteniendo más de

un soluto (ej. gelatina y goma acacia)

(Figura 5). Los pasos más importantes

en este proceso son: (a) Formación de

una fase triple químicamente

inmiscible, (b) Aplicación de la

cobertura y (c) Solidificación de la

cobertura (Rahman 2003, p. 677;

Sanguansri y Augustin 2007; Augustin

y Hemar 2008)

Figura 5- Ejemplo de coacervación

compleja (a) dispersión del núcleo

en el material encapsulante (ej.

gelatina), (b) coacervación inicial de

la gelatina después de la adición de

un agente de coacervación (ej.

etanol), (c) coacervación de la

gelatina en la superficie del núcleo y

(d) formación de la capa por

reticulación de la interface (Augustin

y Hemar 2008)

Cocristalización. Es un nuevo proceso

de encapsulación que utiliza sacarosa

como matriz para la incorporación de

los materiales del núcleo. Los pasos

más importantes en este proceso son:

(a) Preparación de la supersaturada

solución de sacarosa, (b) Adición del

material de núcleo a la solución y (c)

Emisión de calor después de que la

solución alcanza la temperatura de

cristalización de la sacarosa (Rahamn

2003, p. 679; Desai y Park 2005)

Aplicación de las microcápsulas en

la industria alimentaria

Actualmente, los AGPI ω-3 y ω-6

constituyen un buen modelo para el

desarrollo de alimentos funcionales y

nutracéuticos (Gil 2010a, p.318).

Higgins (citado por Sanguansri y

Augustin 2007) ha resaltado el

potencial de microcápsulas con aceite

ricos en AGPI, como un vehículo para

aumentar la ingesta de omega 3 por los

consumidores.

Los avances en tecnologías de

microencapsulación y las estrategias

utilizadas en su elaboración se han

traducido en un creciente número de

exitosos productos fortificados con

omega 3 en el mercado (Smith y

Charter 2010), tales como:

suplementos dietéticos, productos

lácteos, aperitivos, fórmulas infantiles y

alimentos para bebes, productos de

panadería y bebidas (Sanguansri y

Augustin 2007).

Sin embargo, existen importantes

desafíos involucrados en la producción

y el almacenamiento del producto final

Ya que es ahí donde la funcionalidad

de las microcápsulas es probada, por lo

que se debe tener en cuenta la

estabilidad de la microcápsula en el

almacenamiento, su compatibilidad con

otras sustancias, tratamientos (altas


temperaturas, aumento del contenido

de humedad, fuerza de cizalla) y su

liberación durante el procesamiento

(Augustin y Hemar 2008; Smith y

Charter 2010)

Conclusiones

La microencapsulación de aceites es

una tecnología que consiste en rodear

el aceite rico en ácidos grasos

poliinsaturados con uno o más

materiales con propiedades

surfactantes, creando así una película

que evita la reacción de este aceite con

factores del medio.

Además, para la elaboración de

microcápsulas se deben tener en

cuenta principalmente: la fuente de

aceite rico en ácidos grasos

poliinsaturados, el material

encapsulante y la técnica de

microencapsulación.

En la actualidad, la dieta del ser

humano contiene en mayor proporción

al AGPI ω-6 que al AGPI ω-3, por lo

que una forma de incrementar su

consumo, es consumirlo a través de

productos fortificados con

microcápsulas de aceites con elevadas

cantidades de AGPI ω-3.

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