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Microencapsulación de aceite de oliva y evaluación de la
microencapsulación de aceite de Eucalipto Citriodora por el
método de secado por Atomización (Spray-Drying) Nicolás Piñerosa, Camila Cusvaa
Asesor: Felipe Salcedo Galán
a Estudiante de Pregrado, Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Los Andes, CR 1 ESTE 19ª, Bogotá 111711, Colombia
Resumen
El aceite de Eucalipto Citriodora y en general, la mayoría de los aceites esenciales son
ampliamente empleados en medicina, agricultura, industria farmacéutica y cosmética, debido
a sus efectos antimicrobianos, insecticidas, antioxidantes, medicinales y herbicidas. Por lo
anterior, se ha incrementado el interés de investigadores que buscan la manera de aplicar los
distintos compuestos del Eucalipto en el cuerpo humano. Sin embargo, existe un problema
asociado al adecuado mantenimiento del aceite de Eucalipto Citriodora, debido a que, los
aceites esenciales presentan una vida útil relativamente corta, ya que son altamente volátiles
y reactivos en presencia de luz, calor, humedad y oxígeno, para superar estos desafíos, se
propone la encapsulación de aceite de Eucalipto Citriodora. El objetivo de este estudio fue
generar microcápsulas de aceite de oliva, a través del método de secado por atomización,
evaluando la elaboración y formulación de emulsiones O/W con Quitosano y diferentes
cantidades de Tripolifosfato de sodio, contemplando los fenómenos moleculares,
microscópicos y macroscópicos involucrados. Para posteriormente seleccionar la mejor
formulación para la microencapsulación del aceite esencial, con el fin de lograr el objetivo
planteado, se propusieron 4 formulaciones diferentes, con el propósito de evaluar y comparar
dichas formulaciones, se le realizó a cada muestra un análisis reológico, microscópico,
medición del potencial Zeta y un análisis Espectrofotométrico infrarrojo de transformada de
Fourier (FTIR). Además, se realizó un estudio pronóstico de la liberación del principio activo, de
citotoxicidad y finalmente se evaluó la viabilidad en la aplicación de las microcápsulas en una crema
tópica. Este estudio indicó que, la mejor formulación de material de pared está compuesta por 88 %
de quitosano y 11.3 % de tripolifosfato de sodio, siendo esta la formulación propuesta para la
encapsulación del aceite de Eucalipto Citriodora.
Palabras Clave: Eucalipto Citriodora, Aceites esenciales, Emulsión, Spray-Drying, Microencapsulamiento, Viscosidad,
Estabilidad, Interacciones Moleculares, Liberación, Principio activo.
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1. Objetivos
1.1 General
Evaluar la aplicación de un principio activo en un producto de medicación tópica utilizando la
microencapsulación de Eucalipto Citriodora a través del método de secado por atomización
con un material de pared de Quitosano con Tripolifosfato como agente entrecruzaste.
1.2 Específicos
• Evaluar la elaboración y producción de emulsiones O/W con Quitosano y diferentes
cantidades de Tripolifosfato contemplando sus fenómenos moleculares, microscópicos y
macroscópicos.
• Seleccionar la mejor formulación para la microencapsulación de aceite de Eucalipto
Citriodora, mediante la realización de emulsiones y posterior, microencapsulación de
aceite de oliva con distintas proporciones de material de pared.
• Realizar el proceso de encapsulación de aceite de oliva, a través del método de secado por
atomización.
• Estudiar la viabilidad en la incorporación del aceite esencial de Eucalipto Citriodora como
principio activo en las microcápsulas Quitosano-Tripolifosfato para aplicaciones
cosméticas en cremas tópicas.
2. Introducción
El campo de la medicina alternativa ha estado interesado en aplicar extractos naturales derivados de
plantas medicinales, como los aceites esenciales, los cuales presentan ciertas problemáticas en su uso.
Los aceites esenciales son líquidos volátiles, extraídos de diferentes órganos de las plantas, aunque,
las plantas han sido ampliamente empleados en medicina, agricultura, industria farmacéutica y
cosmética, el interés por sus aceites ha aumentado significativamente en los últimos años, debido a
sus múltiples propiedades [1]. Un aceite esencial es una mezcla de diversas sustancias químicas
biosintetizadas que están compuestos principalmente por mezclas complejas de fenoles y
monoterpenos [2]. Son productos químicos aromáticos, no grasos, volátiles y poco densos, junto con
una composición que puede variar, dependiendo de quimiotipo y órgano de la planta del que se extrae
[3]. Además, la composición del suelo, exposición, clima, lluvia, presencia de insectos u otros
organismos influyen en la composición del aceite esencial [4]. Todas estas condiciones hacen que
estos extractos contengan muchos compuestos que se pueden usar en diferentes ámbitos.
El interés por los aceites esenciales radica en las múltiples propiedades biológicas que estos presentan,
diversas investigaciones se han desarrollado con el objetivo de determinar sus efectos
antimicrobianos, insecticidas, antioxidantes, medicinales y herbicidas. Los aceites esenciales
actualmente tienen una gran variedad de aplicaciones, como su uso para mejorar la salud y bienestar
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humano, mediante el empleo de estos en aromaterapia, cosméticos y medicina alternativa [1]. Dentro
del mercado, los aceites esenciales de mayor consumo son: Árbol de té, Eucalipto Citriodora, Romero,
Limón, Menta y Lavanda [5]. Entre los aceites mencionados, el aceite de Eucalipto Citriodora es ideal
para funciones fungicidas como micosis, pitiriasis y pie de atleta; para tratamiento en afecciones en
la piel como irritaciones, inflamación y cicatrización; para funciones calmantes en dolores reumáticos
y artríticos; y para aplicaciones como repelente de insectos [6, 7]. Entre sus usos, este aceite se está
comenzando a usar en el tratamiento de afecciones de la piel, debido a que los problemas de irritación
e inflamación de la piel son numerosos y comunes [8]. Estas pueden desarrollarse, a partir de las
condiciones climáticas (quemaduras solares, infecciones fúngicas por humedad, quemaduras por el
viento), picazón generalizada de insectos como moscas, mosquitos, piojos, hormigas, entre otros. Así
como por accidentes y lesiones [9].
Esto ha despertado el interés de muchos investigadores que buscan la manera de aplicar los distintos
compuestos del eucalipto en el cuerpo humano. Desde la perspectiva cosmética y medicinal, se han
presentado formas de aplicar el aceite de Eucalipto Citriodora, sobre superficies que presenten
hinchazón, irritación, inflamación, picaduras, entre otros, en la piel [10, 11]. Actualmente, existen
varias formas de aplicarlo como cremas hechas a partir de emulsión directa de aceite de eucalipto
[12]. Pero presentan problemas en cuanto al adecuado mantenimiento del aceite, debido a que los
aceites esenciales tienen una vida útil relativamente corta por su volatilidad y reactividad en presencia
de luz, calor, humedad y oxígeno [13] .
Para superar estas condiciones, se han desarrollado varias técnicas de encapsulación. La
encapsulación se puede definir como un proceso para atrapar una sustancia dentro de otra,
produciendo partículas con diámetros de unos pocos nm a unos pocos mm [14]. Es decir, el objetivo
es atrapar un componente especifico (el activo) dentro de algún tipo de matriz (el encapsulante). La
matriz puede estar compuesta por uno o múltiples componentes, como proteínas, polisacáridos,
tensioactivos, lípidos, agua y/o minerales [15]. Así mismo, puede presentar una estructura simple
(homogénea) o compleja (heterogénea). La encapsulación puede retener al aceite esencial por una
interacción física o química con una matriz que retiene el aceite esencial por un tiempo
significativamente más prolongado [1] . La microencapsulación es un tipo de encapsulación, en donde
las gotas de líquido, partículas sólidas o compuestos gaseosos son atrapadas en un agente
encapsulante, la microencapsulación puede proporcionar una barrera física entre el compuesto central
y otros componentes del producto, además las microcápsulas normalmente son esferas pequeñas con
diámetros comprendidos entre pocos micrómetros y pocos milímetros [16]. La microencapsulación
ha sido considerada como una de las técnicas más efectivas, debido a que permite una liberación
controlada del componente activo y en general, mejora el manejo del aceite esencial dentro de
productos de consumo [13]. Sin embargo, el tamaño, estructura y la forma de las microcápsulas,
dependen de los materiales involucrados y del proceso de producción [16].
Actualmente para la encapsulación, se pueden enumerar cuatro tipos: i. Partículas generadas por una
matriz donde el aceite esencial está disperso, ii. Capsulas con una membrana que rodea un núcleo en
donde reside el aceite esencial, iii. Complejos, en donde el aceite esencial se estabiliza en las
cavidades por interacciones químicas y iv. Gotas creadas por una sencilla emulsión en tensioactivos
[1].
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Uno de los métodos empleados para la encapsulación, es el proceso denominado como “Spray-
Drying” siendo este uno de los procesos más antiguos de microencapsulación. En principio, una
dispersión acuosa de una emulsión de aceite en agua que contiene el material portador disuelto en la
fase acuosa se convierte en polvo seco al pulverizar la alimentación en aire caliente, lo que resulta en
la evaporación de la humedad [17]. Durante este proceso, se forma una película en la superficie de la
gota, de esta forma, las moléculas activas más grandes permanecen mientras que las moléculas de
agua más pequeñas se evaporan. Por último, las partículas secas se separan por un ciclón o filtro de
bolsa del aire húmedo y es posteriormente recogido en forma de polvo. Cabe tener en cuenta que el
tamaño de las gotas atomizadoras depende de la tensión superficial, la viscosidad del líquido, la caída
de presión a través de la boquilla y de la velocidad de la pulverización [18]. Adicionalmente, el
tamaño de las gotas atomizadoras determina el tiempo de secado y el tamaño de las partículas. El
proceso de “Spray-Drying” por lo tanto, involucra los siguientes pasos: Atomización, contacto con
aire, evaporación y recuperación del producto.
Por lo tanto, el material de pared cumple un papel primordial en el proceso de microencapsulación,
siendo el quitosano, uno de los polímeros más utilizados para realizar encapsulaciones en la industria
farmacéutica y cosmética [19]. El quitosano es un polímero, compuesto de glucosamina y N-acetil-
glucosamina, además, no es tóxico, es biocompatible, biodegradable y presenta propiedades
antimicrobianas [19]. Su estructura molecular se muestra a continuación, en la figura 1. El quitosano
se emplea como material de pared para atrapar sustancias, debido a que este polímero puede ser
reticulado con sustancias cargadas negativamente, asimismo con polímeros naturales como alginato,
pectina, xantano, carragenano, celulosa, etc [20]. O con polímeros sintéticos, iones metálicos o
tripolifosfato de sodio (TPP) [21, 16].
Figura 1. Estructura molecular el Quitosano (tomado de [21]).
El tripolifosfato de sodio, forma parte de los denominados fosfatos condesados, debido a que como
se ilustra en la figura 2, se trata de varias unidades de fosfato unidas entre sí. En este caso, el ion
tripolifosfato es un fosfato condensado lineal pues posee una estructura lineal de tipo cadena, con
enlaces fósforo-oxígeno-fosforo (P-O-P) [22]. Su principal propiedad es ser un agente secuestrador
de iones, es decir, puede atrapar iones y mantenerse unido a ellos, por lo cual, es empleado para la
formación de complejos con diversos metales. Así mismo, se ha empleado en la preparación de
nanopartículas para el transporte y liberación adecuada de fármacos debido a que no es tóxico con
respecto a sus sustitutos como el formaldehido o el glutaraldehído [23, 24].
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Figura 2. Estructura molecular del Tripolifosfato de sodio (tomado de [22]).
El quitosano se gelifica en presencia de una solución de tripolifosfato (TPP), el TPP se disocia e
hidroliza generando iones 𝐻𝑂− 𝑦 𝑃3𝑂10−5. Estos iones interactúan con el 𝑁𝐻3
+ presente en la
dispersión polimérica por deprotonación con el ion 𝐻𝑂−o por entrecruzamiento iónico con los
aniones del TPP [25]. A continuación, en la figura 3, se muestra la interacción del quitosano con el
TPP, en donde como se mencionó se da primero la deprotonación (A) y luego el entrecruzamiento
iónico (B) [23].
Figura 3. Interacción del quitosano con TPP, (A) deprotonación, (B)Entrecruzamiento iónico (tomado de [23]).
Por otra parte, una vez llevado a cabo el proceso de encapsulación es necesario realizar técnicas de
caracterización, con el fin de determinar las propiedades físicas de los encapsulados como su tamaño,
distribución de tamaños, forma, morfología y carga superficial. No obstante, existen aún retos para la
formulación de microcápsulas con aceite de Eucalipto, como el método de síntesis adecuado para no
alterar las propiedades medicinales del Eucalipto, la compatibilidad con materiales de pared, la
toxicidad de las paredes formuladas, la compatibilidad biológica, su actividad antimicrobial, y su
estabilidad. [26, 1]. Con respecto a lo anterior, el quitosano se ha empleado en diversos métodos para
la encapsulación de aceite esencial de Eucalipto Citriodora, resultando de estos nano geles con enlaces
fuertemente covalentes y nanopartículas estables. Además, al adicionarle tripolifosfato de sodio al
quitosano, resulta un entrecruzamiento con cationes divalentes, lo cual permite obtener capsulas
regulares, separadas y estables [1]. En conclusión, el quitosano es un buen producto natural para
encapsular aceites esenciales, porque puede emplearse en diversas técnicas, además muestra una
buena compatibilidad con otras sustancias químicas [20].
En el presente trabajo, se describe, estudia y analiza el proceso de microencapsulación de Aceite de
oliva, a través del método de secado por atomización “Spray- Drying”. Esto con el fin de seleccionar
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la mejor formulación para una posterior microencapsulación de aceite de Eucalipto Citriodora. A
causa de los altos costos que se puede recurrir en la experimentación con aceite esencial, se opto por
el uso de aceite de oliva como un simulador del principio activo. Además, se realiza una revisión
bibliográfica que fundamenta el uso de aceite de oliva como un remplazo de aceites esenciales para
los primeros prototipos de un producto microencapsulado. Del mismo modo, se busca evaluar su
potencial aplicación futura en un producto para la piel, con propósito cosmético y medicinal que posea
una liberación controlada de eucalipto sobre la piel. De igual manera se describe y evalúa la
elaboración de emulsiones O/W con Quitosano y diferentes cantidades de Tripolifosfato de sodio,
contemplando sus fenómenos moleculares, microscópicos y macroscópicos. Además, se describen
las pruebas realizadas a las microcápsulas de aceite de oliva, con el objetivo de estudiar la morfología
de estas, por lo cual, también se lleva a cabo un análisis Espectrofotométrico Infrarrojo de
Transformada de Fourier (FTIR). Finalmente, se realiza un estudio teórico sobre la viabilidad en la
incorporación del aceite esencial de Eucalipto Citriodora como principio activo en las microcápsulas
de Quitosano-Tripolifosfato para aplicaciones cosméticas en cremas tópicas, para esto, se evalúa
inicialmente la efectividad experimental de la elaboración de las microcápsulas de aceite de oliva,
posteriormente, se describen estudios pronósticos sobre la liberación del principio activo y de su
citotoxicidad, luego se contempla la viabilidad en la aplicación de las microcápsulas en una crema
tópica, para lo cual, se contemplan una serie de variables importantes.
3. Metodología
3.1 Materiales
Con el fin de plantear los componentes de la emulsión O/W para un posterior secado por atomización,
se empleó agua destilada con grado 2 de pureza, Aceite de Oliva comercial conseguido en un mercado
local. Los componentes químicos como el Quitosano de medio peso molecular (QS) y el
Tripolifosfato de sodio (TPP) se obtuvieron de Sigma-Aldrich y el Spam 80 junto con el Tween 80
de Croda. Los demás químicos secundarios fueron obtenidos con grado analítico.
3.2 Preparación de las emulsiones de aceite de oliva con QS-TPP
La preparación de las emulsiones O/W se dividió en 2 etapas: pre-homogenización y la
homogenización de la emulsión. Para la pre-homogenización se dividieron los materiales que
comprenden a la fase dispersa y la fase continua de la emulsión. De la fase continua se preparó una
solución de Quitosano de medio peso molecular (QS) al 1% w/v agregando poco a poco 3.9 g de QS
a 390 mL de solución de ácido acético al 1% v/v con una agitación de 400 rpm con impeler de turbina.
Una vez diluido y homogeneizado la solución de QS, se agregó 4.5 mL de Tween 80 y se dejó mezclar
por 20 minutos a 500 rpm. Paralelamente, se prepara la fase dispersa que consiste en la mezcla de 1.2
mL de Spam 80 con 3 g de aceite de oliva a una velocidad de 500 rpm con un agitador magnético por
20 minutos.
Una vez hecho las pre-homogenizaciones, se procede a la fase de homogenización donde se genera
la emulsión, para esto se empleó un Homogeneizador Dispermat LC. El proceso de homogenización
fue realizado según Zhang et al. para mantener condiciones similares a una emulsión de un aceite
esencial con QS [27]. En un Beaker metálico se adicionó previamente cernido con un colador de nilón
(para evitar grumos) la fase continua con una agitación de 7500 rpm (para evitar derrame) y se agregó
la fase dispersa con ayuda de una jeringa manteniendo una velocidad de goteo constante cerca al eje
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del agitador (ver Figura 4). Con la fase dispersa completamente añadida, se homogeniza la emulsión
por 20 minutos a 10000 rpm. Luego, manteniendo la misma velocidad de agitación, se agrega gota
por gota una solución de 10 mL con diferentes concentraciones de TPP y se agita por 10 minutos
más. Finalmente, la emulsión es transferida a un contenedor para posteriores pruebas.
Figura 4. Preparación de las emulsiones
3.3 Formulación de las emulsiones de aceite de oliva con Quitosano - TPP
Se realizaron distintas emulsiones de aceite de oliva con QS variando la cantidad del agente
entrecruzante, siendo este el TPP, con el fin de encontrar la mejor formulación para las cápsulas en
función de la liberación controlada. Estas formulaciones fueron basadas por estudios en donde
variaban la cantidad de TPP para estudiar su viabilidad de encapsulación y transporte de
medicamentos [21, 28]. En la Tabla 1 se ilustran las formulaciones y mediciones que se llevaron a
cabo en este proyecto. Por aparte, se realizó una emulsión que no contiene QS, Ácido Acético y TPP
manteniendo los demás componentes iguales de la formulación propuesta con el fin de tener una
muestra control para pruebas que lo ameriten. Cabe recalcar que el porcentaje de la fase dispersa en
todas de las emulsiones se mantiene alrededor del 1% (puede variar debido a la cantidad de TPP).
Tabla 1. Formulaciones
Componente Medida Formulación 1 (F1) Formulación 2 (F2) Formulación 3 (F3) Formulación 4 (F4) Formulación base
Aceite de oliva g 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00
Agua destilada g 386,00 386,00 386,00 386,00 386,00
Ácido Acético mL 3,90 3,90 3,90 3,90 0,00
g 4,10 4,10 4,10 4,10 0,00
Tween 80 mL 4,50 4,50 4,50 4,50 4,50
g 4,82 4,82 4,82 4,82 4,82
Span 80 (mL) mL 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20
g 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20
Quitosano g 3,90 3,90 3,90 3,90 0,00
Tripolifosfato de sodio g 0,00 0,25 0,37 0,50 0,00
Total fase continua g 398,81 398,81 398,81 398,81 390,50
Total fase dispersa g 4,20 4,20 4,20 4,20 4,20
Total material de pared g 3,90 4,15 4,27 4,40 0
Total emulsión g 403,01 403,26 403,38 403,51 394,70
Formulaciones de las emulsiones
8
3.4 Análisis Reológico de las emulsiones
A cada una de las emulsiones con QS y TPP se recogió una muestra de 20 mL para realizar pruebas
de esfuerzo cortante y viscosidad aparente a diferentes tasas de cizalla de 0.1 s-1 a 1000 s-1, mediante
un reómetro rotacional ARG2 TA Instruments, con una geometría de cilindros concéntricos de 27.98
mm de diámetro y un largo de 42.18 mm manteniendo una temperatura constante de 20°C.
Posteriormente, los datos fueron procesados, analizados y comparados con el modelo de Oswald y la
ley de potencia descrita en la ecuación 1 y 2 respectivamente donde K es el índice de consistencia y
n índice de pseudoplasticidad. El modelo de Oswald se usa para estimar a través de una regresión los
valores de K y n para luego contrastar su ajuste con la ley de potencia y la viscosidad aparente captada
por el reómetro.
𝜏 = 𝐾 (𝑑𝑣
𝑑𝑦)
𝑛
… … . (1)
𝜇𝑒𝑓𝑓 = 𝐾 (𝑑𝑣
𝑑𝑦)
𝑛−1
(2)
3.5 Análisis del Potencial Zeta en las emulsiones
Para evaluar la estabilidad de cada una de las emulsiones, se midió la potencial zeta de las 5
emulsiones preparadas. Para esto, inicialmente se diluyó una muestra de cada emulsión a 10% v/v
con agua destilada con grado 2 de pureza. Posteriormente, se empleó un Zeta-Sizer Nano Range, el
cual se basa en la micro electroforesis del láser Doppler.
3.6 Microscopio Óptico
Con el fin de comprobar la formación de la emulsión para identificar visualmente la fase dispersa y
continua, se llevaron a cabo pruebas microscópicas en un microscopio óptico (Motic BA310) a un
aumento de X100.
3.7 Secado por atomización bajo condiciones controladas
Las emulsiones fueron alimentadas a un Mini Spray Dry B-290 para secar las microcápsulas. Se
establecieron parámetros de secado donde se ajustó la temperatura de entrada, el bombeo, porcentaje
de aspiración y ciclos de limpieza. Siguiendo condiciones de secado similares a Desai & Park y otros
estudios se estableció una temperatura de entrada de 170° ± 3° C con un bombeo de 20% lo que
equivale a 6 mL/min aproximadamente [16, 29]. Por otra parte, las condiciones del porcentaje de
aspiración fueron de 90% con 3 ciclos de limpieza por minuto. Finalmente, se recolectaron las
capsulas de tamaño grande depositadas en la caverna de secado y las microcápsulas obtenidas del
ciclón y el recolector. Las muestras fueron depositadas en un contenedor de vidrio y guardadas en un
desecador. A continuación, en la figura 5 se muestra el equipo empleado, de igual manera, se resaltan
las partes del equipo mencionadas.
9
Figura 5. Spray dry B-290
3.8 Análisis Espectrofotométrico infrarrojo de transformada de Fourier (FTIR)
Se realizaron pruebas del espectro infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR) a cada muestra de
microcápsulas usando un FTIR Bruker Eco-ATR. Siguiendo la prueba realizada por Javid y compañía
se deben realizar treinta escaneos con una resolución de 2 cm-1 en un rango de 4500 cm-1 hasta 500
cm-1 [30]. A continuación, en la figura 6 se ilustra esta parte del proceso.
Figura 6. Espectrofotométrico infrarrojo de transformada de Fourier (FTIR) Bruker Eco-ATR
4 Resultados y Análisis
4.1 Microscopio óptico de las emulsiones
Se comprobó la formación de gotas de la fase dispersa en la emulsión justo después de su
homogeneización en el Dispermat en todas las formulaciones, excepto la formulación base. En la
Figura 7A se puede ver uno de los tamaños que puede presentarse las gotas de aceite en la fase
continua de 5.42 µm. En la misma figura se ven gotas de menores diámetros dispersos, comprobando
la formación de una emulsión a una escala microscópica. Con respecto a la Figura 7B se quiere
destacar los diferentes tipos de gota que se obtuvieron. Aunque se obtuvieron gotas individuales,
también se observan gotas que floculan, particularmente gotas de menor tamaño a una de mayor
tamaño sin fusionarse. Se sugiere que este fenómeno es causado por fuerza de agotamiento que se
puede presentar entre la interfase de la gota con el medio continuo con presencia de polímeros, en
este caso con QS [31]. V. Speiciene et al. argumentan que la fuerza de agotamiento en una emulsión
10
con QS diluido en la fase continua es inducida por particulas de QS que no fueron absorbidas en la
emulsión, causando una presión osmótica entre gotas de aceite [32]. La falta de dilución del QS puede
deberse al tiempo de agitación que se le dio al QS en la pre-homogenizacion de la fase continua, el
cual se sugiere revisar este parámetro para futuras experimentaciones. Por otro lado, W. Li et al.
mostraron que la floculación formada en la emulsión puede generar cambios en la morfología de las
capsulas cuando son formadas [33]. Lo anterior indica que la floculación es un fenómeno que se debe
estudiar si se desea llegar a una morfología deseada en la formación de microcápsulas. Cabe aclarar
que dentro este estudio no se realizaron pruebas suficientes para determinar si la floculación se
presenta en gran medida en las emulsiones preparadas y como la presencia del TPP puede afectar en
este fenómeno. Por lo que se sugiere que en futuros estudios se consideren estos factores para la
producción de microcápsulas.
Figura 7 . Fotografía microscópica de una de las formulaciones con medición de una gota de la fase dispersa (A)
Fotografía microscópica de una de las formulaciones con diferentes tipos de gotas de la fase dispersa (B)
4.2 Potencial Zeta
Mediante el empleo del Zeta – Sizer Nano se midió la potencial zeta de las 4 emulsiones preparadas
según las formulaciones mostradas en la tabla 1. El equipo empleado se basa en la micro electroforesis
de láser Doppler, en donde, un campo eléctrico es aplicado a una solución de moléculas o a una
dispersión de partículas, que se mueven con una velocidad relacionada a su potencial zeta. Dicha
velocidad se determina empleando una técnica interferométrica de láser patentada denominada,
dispersión de luz para análisis de fase. La cual, permite el cálculo de la movilidad electroforética, y
gracias a esta se obtiene la potencial zeta [34]. A continuación, en la tabla 2 se encuentra el potencial
zeta promedio obtenido para cada una de las cuatro formulaciones, así mismo, se muestra el potencial
zeta correspondiente a la emulsión base de agua y aceite de oliva, en la cual no se encuentra presente
ningún material de pared, denominándose a esta como formulación base.
Tabla 2. Potencial zeta de cada formulación
Emulsión (formulación)
Potencial Zeta promedio
(mv)
Base, sin material de pared 42.9
Formulación 1 53.6
Formulación 2 54.7
Formulación 3 56.06
Formulación 4 61.4
10 µm 10 µm
11
El potencial zeta o atracción / repulsión electroestática, es utilizado como un indicador de estabilidad
en una dispersión, indica el potencial necesario para poder penetrar la capa iónica que se encuentra
alrededor de una partícula, con la finalidad de desestabilizarla [35]. Es una técnica que determina la
carga superficial de partículas en una solución coloidal. Las partículas tienen una carga en la
superficie, la cual atrae a una capa delgada de iones contrarios a la superficie de partículas (capa
Stern). Esta doble capa de iones viaja con la partícula a medida que se difunde por toda la solución.
El potencial eléctrico en el límite de la doble capa se conoce como la potencial zeta de las partículas
y tiene valores entre -100 mv a +100 mv. La magnitud del potencial zeta es predictiva de la estabilidad
coloidal de la solución. Según se muestra a continuación en la tabla 3, por lo general, dispersiones
con potencial zeta mayores que +30 mv o menores que -30 mv presentan altos grados de estabilidad,
en cambio, dispersiones con potencial zeta menores a +25 mv o mayores que -25 mv son inestables.
En la medida en que, se dará la aglomeración de las partículas por interacciones inter particulares
incluyendo interacciones de van der Waals, interacciones hidrofóbicas y puentes de hidrogeno [36].
Tabla 3 . Criterios de Estabilidad según el Potencial Zeta (tomada de [36])
Con lo anterior, al analizar los resultados presentados en la tabla 2, se determina que las 4 emulsiones
realizadas con diferentes cantidades de TPP, presentan buena estabilidad, en la medida en que, la
potencial zeta de cada una es mayor a 50 mv. Sin embargo, la formulación 4, la cual posee 0,5 g de
tripolifosfato de sodio, presenta una potencial zeta relativamente mayor siendo este de 61.4 mv. Lo
cual, significa que la emulsión presenta una estabilidad excelente. Además, debido a la magnitud
significativa de los potenciales zeta, se descarta la posible aglomeración de las partículas cuyo
fenómeno es el principal culpable de la desestabilización de las emulsiones. Debido a que como se
mencionó anteriormente, las interacciones inter particulares que causan la aglomeración se presentan
a potenciales menores de +25 mv o mayores de -25 mv.
Con respecto a la aglomeración, este fenómeno se da cuando se tiene un área superficial de partículas
grande, lo cual crea una alta energía superficial total, esto es termodinámicamente desfavorable y en
consecuencia las partículas se aglomeran para minimizar la energía superficial. En un proceso de
microencapsulación, se debe evitar la aglomeración debido a que esta puede causar la rápida
sedimentación, cremación, crecimiento de cristales y dosificación inconsistente de la emulsión. La
estrategia más empleada para abordar este problema consiste en introducir estabilizadores en la
formulación, con el fin de ofrecer una barrera para prevenir la aglomeración de las partículas [36].
Por este motivo en todas las formulaciones se empleó tween 80 como surfactante no iónico. De igual
manera, es importante notar que, a mayor cantidad de tripolifosfato en la emulsión, mayor es la
magnitud del potencial zeta. A continuación, en la figura 8 se observa el comportamiento
mencionado:
12
Figura 8. Potencial zeta en función de la cantidad de TPP
Como se observa en la gráfica, al aumentar la cantidad de TPP en la emulsión, mayor es la potencial
zeta, es decir, presenta mayor estabilidad, esto se debe al mecanismo de entrecruzamiento o “Cross-
linking” del quitosano con el TPP, el cual se da por deprotonación o por interacción iónica. En ambos
casos, el quitosano que es poli catiónico en medios relativamente ácidos interactúa con el TPP cargado
negativamente (ver figura 2). Debido a esto, la reticulación iónica es uno de los métodos más
empleados para la preparación de micropartículas de quitosano. Además, las interacciones iónicas
entre la carga aniónica de las moléculas y la carga positiva de los grupos amino del quitosano tienen
un papel fundamental en la formación de microcápsulas [20]. Lo mencionado, se rectifica en el
estudio realizado por Cecilia y Nora, en donde se analiza el efecto del entrecruzamiento con
tripolifosfato de sodio en la estabilidad térmica de microesferas de quitosano, en donde se determinó
que el entrecruzamiento entre el quitosano y el TPP produce una disminución en la pérdida de masa
y reducción de la velocidad de descomposición, debido a que se disminuye la cristalinidad de la
matriz, además, los resultados indicaron que las muestras entrecruzadas son más estables
térmicamente [25].
Continuando con lo anterior, Shu y Zhu realizaron estudios sobre la fuerza iónica de los enlaces
establecidos entre el quitosano y diferentes agentes de reticulación (Tripolifosfato, Citrato y Fosfato)
en donde, verificaron que el enlace QS-TPP es 10 veces más fuerte que los lazos establecidos entre
el quitosano y los demás agentes de reticulación, en la medida en que, la fuerza para romper los
enlaces formados entre el QS y TPP fue de aproximadamente 10 veces mayor que las del QS-sulfato
y QS- citrato, asimismo, concluyeron que las cápsulas de QS-TPP poseían una resistencia mecánica
mejor [37]. Además, en otro estudio se determinó que, al incrementar la concentración de TPP y el
tiempo de entrecruzamiento se ayuda a mantener la forma esférica de las cápsulas, lo cual favorece
la estabilidad de estas, asimismo, concluyeron que, las cápsulas de QS-TPP poseían una resistencia
mecánica mejor [16]. Finalmente, Desai y Park, estudiaron el potencial zeta de diferentes
formulaciones de microcápsulas, encontrando que, el potencial zeta de microcápsulas de quitosano
reticuladas con TPP fue mayor que el potencial zeta de las microcápsulas no reticuladas. Sin embargo,
los potenciales zeta de microcápsulas con concentraciones elevadas de TPP disminuyeron al
incrementar el volumen de la solución de TPP [29].
50
52
54
56
58
60
62
-0,05 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5
Po
tenci
al z
(m
v)
Cantidad de Tripolifosfato de sodio (g)
13
4.3 Análisis Reológico
Se midió la viscosidad y el esfuerzo que obtiene cada formulación cambiando la tasa de cizalla de 0.1
s-1 a 1000 s-1. Los datos fueron tratados a través de la ecuación 1 para encontrar el índice de
consistencia (K) y el índice de pseudoplásticidad (n) con altos coeficientes de determinación
(R2>0.998). La figura 9, muestra las viscosidades aparentes a diferentes tasas de cizalla, tanto con los
datos experimentales como con el ajuste de la ley de potencia para cada formulación propuesta. A su
vez, los índices de consistencia de las formulaciones 1,2,3y 4 son 0.068 Pa*s, 0.187 Pa*s, 0.334 Pa*s
y 2.902 Pa*s respectivamente. Con respecto al índice de pseudoplásticidad, de manera decreciente
los índices son 0.958, 0.849, 0.7644 y 0.4588 respectivo al orden de las formulaciones. A
continuación, en la figura 9, se muestran las viscosidades aparentes a diferentes tasas de cizalla
resultantes para las 4 formulaciones.
Figura 9. Viscosidades aparentes a diferentes tasas de cizalla de la Formulación 1(A), Formulación 2 (B), Formulación
3 (C) y Formulación 4 (D)
El comportamiento reológico de las formulaciones presenta diferentes dinámicas, lo que es de gran
importancia al momento del manejo de las emulsiones en una operación. Sobre todo, en su
comportamiento en la viscosidad de cada formulación para poder predecir su comportamiento
reológico en su manipulación. Los resultados obtenidos en el cambio de la tasa de cizalla dentro del
rango 0.1 s-1 a 1000 s-1 se ilustran en la figura 9. En donde, se evidencia un comportamiento de fluido
No-Newtoniano, dado que la viscosidad aparente no se mantiene constante a diferentes esfuerzos.
Considerando lo anterior, se tiene en cuenta que la reología de las formulaciones presenta una
disminución de la viscosidad a diferentes tasas de cizalla, evidenciando un fluido pseudoplástico.
Esto es comprobado a través de la ley de potencia, en donde el ajuste de índice pseudoplástico en
todas las formulaciones es de menor a 1 [38]. Dicho comportamiento está acorde a lo que respecta de
una emulsión directa, no obstante, cada formulación presenta diferentes pendientes decrecientes en
su viscosidad.
Al enfocarse en los diferentes comportamientos pseudoplásticos que tiene cada formulación, se
observó un incremento en el índice de consistencia (K) y un descenso del índice de pseudoplástico
(n) al incrementar la cantidad de TPP. Lo anterior se puede evidenciar mejor a continuación en la
figura 10, donde se evidencia desde un inicio un leve incremento y descenso de K y n respectivamente.
14
Pero en la formulación 4, la cual contiene la mayor cantidad de TPP añadido (0.5 g) presenta un
rápido crecimiento en K y considerable descenso en n en comparación a las formulaciones anteriores.
Estos cambios se explican a través de las interacciones hidrodinámicas que genera el quitosano y TPP
con la fase continua.
Figura 10 . Valores de los índices de consistencia (K) y de comportamiento de flujo (n) por cantidad añadida de TPP en
la emulsión
Es de recordar que todas las formulaciones presentan la misma relación de fase dispersa y continua,
por lo que, los fenómenos presentados en la experimentación no dependen de la emulsión, sino de las
interacciones poliméricas que ocurren entre el quitosano y tripolifosfato de sodio en la fase continua
y la fase dispersa. Es por esta razón que, se estudian los efectos del entrecruzamiento y cómo desde
la escala molecular llega a afectar la escala macroscópica a través de la viscosidad. No obstante, es
bueno recalcar que el porcentaje de la fase dispersa es baja (1% w/w) en todas las formulaciones,
cuyas interacciones con la fase continua no repercuten en gran medida en la pseudoplásticidad del
sistema. Pero aun así provoca una disminución de viscosidad a diferentes tasas de cizalla [39].
Particularmente, la formulación 1 presenta un n de 0.958 con un índice de consistencia de 0.068 Pa.s
el cual presenta un índice de pseudoplásticidad cercano a 1, asemejándose a un fluido Newtoniano.
El resultado concuerda con estudios de emulsiones con varias concentraciones de quitosano en donde
recalcan que el índice de pseudoplásticidad, no es afectado considerablemente por la concentración
de quitosano añadida en la emulsión [40]. En sus resultados, a diferentes cantidades de quitosano el
índice de pseudoplásticidad se mantiene por encima de 0.94, lo que sugiere que a pesar de la cantidad
de quitosano las redes poliméricas son afectadas en pequeña proporción. Esto se debe a que, la
naturaleza de los polímeros se mantiene, pero su red se ve comprometida, generando una alineación
de estos a medida que se aumenta la taza de cizalla para así permitir mayor fluidez [41]. No obstante,
el descenso de la viscosidad no es de gran proporción, lo que estima que pocas redes son formadas
entre los polímeros desde un inicio y son fáciles de desenredar.
Ahora bien, a medida que se agrega el TPP a las formulaciones y se incrementa su cantidad, su índice
de consistencia aumenta y su comportamiento pseudoplástico incrementa. En la figura 10 está
representado como estos índices van cambiando a medida que se aumenta el TPP agregado a la
emulsión. Dentro del rango de 0.25 a 0.37 g de TPP, tanto el aumento del índice de consistencia como
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Ind
ice
Co
mp
ort
amie
nto
Flu
jo
Ind
ice
de
Co
nsi
sten
cia
[Pa.
s]
Cantidad TPP [g]
K
n
15
el descenso del índice de pseudoplásticidad son proporcionales. Sin embargo, al agregarle 0.5 de TPP
a la emulsión se ve un cambio significativo en el comportamiento de los índices.
Por un lado, el índice de pseudoplásticidad disminuye al incrementar el grado de entrecruzamiento,
sugiriendo un notable comportamiento pseudoplástico al incrementar la orientación aleatoria y
entrelazamiento de las cadenas poliméricas. Lo anterior, es sustentado por estudios hechos tanto con
polímeros entrecruzados con quitosano entrecruzado, que indican que la movilidad de las cadenas
entrecruzadas es reducida gracias al fortalecimiento de interacciones moleculares [42, 43]. Lo anterior
implica que, la resistencia a la deformación de la red polimérica reforzada por el entrecruzamiento
sea mayor, necesitando de más esfuerzo para deformarlas. Además, las distribuciones de los pesos
moleculares son más aleatorias, puesto que pueden existir cadenas con muchos entrecruzamientos y
otros no tanto, acentuando el comportamiento pseudoplástico.
Por el otro lado, el índice de consistencia presenta un comportamiento inverso al índice de
pseudoplásticidad con respecto a sus valores. Este índice incrementa a medida que el agente
entrecrúzate hace más presencia en la emulsión. A consecuencia de la unión unas con otras de cadenas
poliméricas de quitosano con TPP, se aumenta su peso molecular. Esto hace que las moléculas
formadas requieran de mayor esfuerzo para poder superar la resistencia que ejercen al alinear las
nuevas cadenas [41]. Por tal motivo, se explica que entre más presencia de TPP, más moléculas de
quitosano se unan unas con otras motivando la resistencia del fluido en la fase continua . Cabe
aclarar que estas pruebas no muestran mucho de la viscoelasticidad de la emulsión, por lo que es
recomendable realizar una prueba de barrido bajo tensión con corte oscilatorio constante para analizar
los módulos de almacenamiento y de perdida a través del tiempo.
Este análisis reológico tiene como objetivo evaluar la viabilidad de las formulaciones al ser
bombeadas al proceso de Spray Drying. Recalcando que la cantidad de TPP añadido en la formulación
altera el comportamiento pseudoplástico, esto puede generar condiciones especiales en el transporte
de la emulsión. Mas que todo diferentes condiciones de operación de bombeo para que alimente el
Spray Dry. El Mini Spray Dry B-290 usado en el laboratorio tiene un límite en la viscosidad de los
fluidos a procesar de 300 cP debido a que la bomba peristáltica del equipo puede perder rendimiento
a bajos flujos (< 3 mL/min) [44]. Sin embargo, el manual de usuario del equipo aclara que la bomba
peristáltica funciona con fluidos cuya viscosidad es menor a los 1000 cP ( 1 Pa*s) con flujos mayores
5 mL/min [44]. Considerando que se uso un flujo de 6 mL/min en un tubo con un diámetro interno
de 2 mm, la taza de cizalla que tendrá el fluido será de 15.27 s-1. Al ver la figura 9 en la taza de cizalla
antes mencionada, se puede ver que todas las formulaciones tienen viscosidades aparentes menores a
1 Pa*s, evidenciando la viabilidad del bombeo de las emulsiones para luego secarlas y generar las
microcápsulas.
4.4 Análisis Espectrofotométrico infrarrojo de transformada de Fourier (FTIR)
Empleando un FTIR Alpha, se le realizaron pruebas del espectro Infrarrojo por Transformada de
Fourier a las microcápsulas de aceite de oliva con las 4 formulaciones determinadas en la tabla 1, A
continuación, en la figura 11 se ilustra la transmitancia normalizada en función del número de onda
(cm-1) , además se muestran señalados los picos y bandas más representativos de cada uno de los
espectros para cada una de las formulaciones de microcápsulas:
16
Figura 11. Transmitancia en función del número de onda de F1, F2, F3 y F4
Mediante la espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (FTIR), se puede realizar la
identificación de materiales, calidad o constancia de una muestra, además permite determinar la
cantidad de componentes en una mezcla, en la medida en que, la técnica FTIR proporciona un
espectro de reflexión de las bandas de los grupos funcionales de las sustancias orgánicas e
inorgánicas. En esta técnica, la radiación IR pasa a través de la muestra, en donde, una parte de la
radiación IR es absorbida por la muestra y la otra parte pasa a través de ella (transmitancia) siendo
esta detectada y enlazada a un software en la computadora que posteriormente mostrará el espectro
de la muestra. Por consiguiente, el espectro IR ilustra la absorción o transmisión versus la incidencia
de la frecuencia mostrando la huella de la estructura molecular de la sustancia [45].
Las moléculas pueden absorber la radiación IR, dicha absorción se cuantifica solo donde se absorben
ciertas frecuencias IR. La energía asociada a la radiación IR es suficiente para hacer que las moléculas
roten y vibren cuando sea posible y la molécula absorbente es elevada a un estado de energía superior.
La energía necesaria para causar una transición de electrones al nivel de rotación es menor que la
energía necesaria para causar una transición al nivel vibratorio [46]. Al observar el espectro resultante
para cada una de las 4 formulaciones de las microcápsulas de aceite de oliva realizadas, se
identificaron los picos y bandas principales ilustrados en la figura 11. A continuación, se describe a
cuál fenómeno se le atribuye cada uno de los picos y bandas identificados. Los picos que se
encuentran a un número de onda mayor (2855 y 2939 cm-1), son atribuidos a la interacción entre la
carga positiva del grupo amino del quitosano y la carga negativa del ion del TPP [47]. En donde, se
da una combinación de los grupos de NH2, asimismo se presentan vibraciones de estiramiento de los
grupos NH2 y OH del quitosano y TPP respectivamente [45] [23], es decir, ambos representan el
entrecruzamiento iónico del quitosano con el TPP, esta interacción se aprecia resaltada en un círculo
azul en la figura 3B (entrecruzamiento iónico).
17
La banda y el pico que se encuentran a un número de onda de 1465 y 1744cm- 1 respectivamente, son
debido probablemente a la protonación de los grupos NH2 que ahora son iones NH+3 y a la vibración
de flexión del NH2 debido a las interacciones de iones del TPP con iones NH3 del quitosano [48] [47].
La banda que se encuentra a un número de onda de 1098 cm-1, es asignada al estiramiento simétrico
y antisimétrico de las vibraciones del grupo PO3 del TPP [46] [49]. Continuando con lo anterior, la
banda que se encuentra 1251 cm-1, se asocia a los grupos -P=O del anión polifosfato [47]. Por otra
parte, a continuación, en la figura 12 se muestra la absorbancia en función del número de onda, de
igual manera en dicha gráfica se identifican las bandas y picos principales de cada uno de los espectros
obtenidos para las 4 formulaciones de las cápsulas.
Figura 12. Absorbancia en función del número de onda de F1, F2, F3 y F4
Al observar la figura 12 se evidencia que, a mayores concentraciones de tripolifosfato, mayor es la
absorbancia de la muestra en todo el rango de números de onda y, por ende, menor es la transmitancia
de esta (figura 11). Es decir, las muestras con concentraciones mayores de tripolifosfato de sodio,
absorben una mayor parte de la energía asociada a la radiación IR, lo cual quiere decir que, a su vez,
trasmiten una menor cantidad de radiación, por lo que, la transmitancia disminuye a mayores
concentraciones de tripolifosfato de sodio en todo el rango de números de onda. Lo cual, es lo
esperado, dado que la medida de la absorbancia de una muestra es también una medida de la
concentración de un analito presente en esta, siendo la absorbancia directamente proporcional a la
concentración del analito [50], en el caso de estudio, el tripolifosfato es el analito, por lo tanto, se
espera que a mayor concentración de tripolifosfato de sodio, mayor sea la absorbancia de la muestra,
lo cual, es lo obtenido.
Por otra parte, al observar el espectro de cada una de las muestras (figura 11), se evidencia la
homogeneidad de las formulaciones, debido a que las bandas y picos resultantes de los 4 espectros,
se posicionan en la misma magnitud de número de onda y lo único que varía de espectro a espectro
es la magnitud de la transmitancia, la cual como se mencionó anteriormente, se encuentra relacionada
con la concentración de tripolifosfato en las cápsulas.
18
4.5 Efectividad experimental para posterior procedimiento con Aceite de Eucalipto
Citriodora
Aunque todos los resultados ofrecidos en este estudio son basados en la microencapsulación de aceite
de oliva y no con el principio activo propuesto, es un buen remplazo para simular el aceite de
Eucalipto Citriodora. Se usó este método para poder hacer pruebas sin necesidad de utilizar el aceite
esencial que puede llegar a ser costoso. Por otro lado, este aceite esencial normalmente lo combinan
en la industria con un aceite vegetal fijo como el aceite de oliva para mejorar su estabilidad de
oxidación [51]. Además, los componentes del extracto de Eucalipto Citriodora como el Citronellal,
el cual es el agente desinflamante, es compatible para disolverse en aceites fijos [52, 53]. Gracias a
esta propiedad de la Citronellal, se pueden realizar distintos medios por el cual se puede disolver y
microencapsular para encontrar diferentes formulaciones viables para la aplicación tópica.
Por otra parte, los resultados obtenidos en la experimentación demuestran concordancia con la
literatura y experimentaciones previas con otros principios activos. Mas que todo en los resultados
del FTIR que identificó satisfactoriamente la existencia de enlaces de diferentes componentes que
demuestran la interacción del QS y TPP, siendo estos similares a los encontrados en experimentos
con otros aceites esenciales usando el mismo material de pared. Lo que sugiere que, el uso de aceite
de oliva como simulador de aceites esenciales para observar la formación de cadenas poliméricas de
quitosano y TPP en la pared de la cápsula es viable. Asimismo, en esta clase de prueba y donde no se
cuente con la inclusión del aceite esencial dentro de un aceite portador, pero se desean estudiarlos, se
podría usar el aceite de oliva para una aproximación de lo que se desearía obtener.
No obstante, esto no se presenta en todos los aspectos que se desean valorar puesto que existen
diferencias fisicoquímicas entre el aceite de oliva y los aceites esenciales como la volatilidad. Lo que
sugiere que, el uso de aceite de oliva como simulador del aceite esencial es limitado para ciertos
casos. Aunque se tuvo en cuenta, que durante el proceso de Spray Dry no superara el punto de
ebullición de los aceites en cuestión, tanto el punto de ebullición del aceite de oliva como del aceite
esencial son diferentes (una diferencia de 10°C aproximadamente) cuya consecuencia puede marcar
diferencias en el proceso [54, 55].
4.6 Estudios pronósticos de la liberación del principio activo
Una de las razones principales de la microencapsulación es la liberación controlada del principio
activo que tenga almacenado, donde su aplicación debe perdurar constante a lo largo del tiempo.
Varios estudios de quitosano entrecruzado con tripolifosfato de sodio han mostrado resultados
positivos al alargar la liberación de sus centros en diferentes condiciones [16]. Aunque se demuestre
una eficiencia alta en varios escenarios de aplicación, se precisó que se estudiarán los mecanismos de
liberación del principio activo, bajo cambios de pH en el medio. Anil K. Anal et al reportaron que
microcápsulas realizadas con QS y varias combinaciones de QS-TPP suelen tener un periodo de
mayor y otras de menor liberación a pH inferiores a 7 [28]. El estudio indica que, en las primeras
horas de aplicación todas las formulaciones presentadas logran liberar entre 20-50% de su contenido,
pero en las siguientes horas la liberación va disminuyendo hasta llegar a un punto de estabilidad
dentro de un rango de pH entre 1.8 y 6. Dicha estabilidad es una velocidad de liberación constante,
asegurando una acción prolongada. A su vez, el estudio concluyó que, en las pruebas realizadas, a
medida que se aumentaba el TPP, el porcentaje de liberación en las primeras horas disminuía. Esto
causa que más principio activo sea preservado para luego liberarse de forma prolongada.
19
Del mismo modo, toca considerar que en diferentes pH la tasa de liberación es alterada. Los anteriores
estudios junto con J. Ko et al. sugieren que tanto el aumento de pH del medio de aplicación como el
aumento de la cantidad de TPP en las microcápsulas, la liberación es más prolongada y reduce el
porcentaje de liberación en las primeras horas [28, 56]. Esto se debe a que a medida que el QS se
disuelve en medios ácidos, la difusión del principio activo se facilita. Pero con el entrecruzamiento
ionico del TPP la disolución del QS requiere más tiempo, atrasando la difusión del principio activo
[57]. A esto se le debe sumar que entre menos es el valor del pH el medio de aplicación, más rápido
se dará la disolución del material de pared. Lo anterior presenta la forma en cómo se activa el
mecanismo de liberación de estas microcápsulas.
No obstante, dicha velocidad de liberación constante varía al cambiar las formulaciones del material
de pared y la cantidad de principio activo contenido. El anterior estudio junto con otros dentro de la
investigación de microcápsulas de quitosano demuestra que al agregar mayores concentraciones de
TPP, la estabilidad de la microcápsula mejora y por ende una disolución más lenta en pH inferiores a
7 [58, 56]. Lo anterior sugiere que, al disolverse a una velocidad menor, proporciona un mayor tiempo
de principio activo liberado al medio. Aunque estos estudios son basados en principios activos no
oleosos, existe gran evidencia que sugieren los mismos efectos al micro encapsular aceites esenciales
con QS-TPP [59, 60]. Al contemplar que existe un patrón establecido en la liberación del principio
activo a pH inferiores a 7, se puede esperar que la viabilidad de microencapsular aceite esencial de
Eucalipto Citriodora con QS-TPP es alta para aplicarlo en medios como la piel, cuyo pH esta entre
4.5-5.75 [61]. Cabe recalcar que gracias a la biocopatibilidad del QS y el TPP, el material disuelto
por las capsulas es absorbida por la piel.
4.7 Estudios pronósticos de Citotoxicidad
Dado que se desea aplicar estas microcápsulas de QS-TPP con aceite esencial de Eucalipto Citriodora
en una crema tópica, se debe considerar de antemano si las microcápsulas pueden presentar algún
efecto nocivo sobre la piel. Para evaluar el nivel de intoxicación en la piel humana al estar en contacto
con las microcápsulas, se pueden realizar diferentes pruebas de Citotoxicidad. Por un lado, se pueden
realizar cultivos celulares de queratinocitos epidérmicos humanos y fibroblastos dérmicos, para un
posterior conteo celular después de haber aplicado las microcápsulas o con una prueba MTS [62, 63].
Pero el crecimiento de estas células puede ser muy inestable y requiere de permisos que aprueben la
recolección y el uso de estas células. También, se puede recurrir a pruebas con células HEK 293
(células de riñón de embrión) que son más viables para su crecimiento, con más flexibilidad en su
regulación y posterior testeo con un ensayo MTS [64]. Sin embargo, esta última prueba puede tener
limitaciones, visto que la naturaleza de las células es distinta a la de la piel. Al final, se debe tomar
una decisión con respecto a los recursos que cuentan los laboratorios y la afinidad de la prueba para
escoger el método a utilizar.
Aunque se requieran de estas pruebas para concertar que las microcápsulas no tengan un gran grado
de toxicidad en la piel, se puede recorrer a la literatura para discriminar si los componentes usados
son tóxicos. Comenzando desde el QS, se han realizado diversos estudios de toxicidad en diferentes
enfoques en el cuerpo humano, dado que el material es bastante usado para el transporte de
medicamentos por su biocompatibilidad [65]. De hecho, Sónia Miguel et al. realizaron pruebas
citotóxicas de un hidrogel de Quitosano con Agarosa sobre fibroblastos térmicos cuyos resultados
sugieren que no se afectaron las células durante y después de su aplicación [63]. No obstante, se
20
requiere verificar si la combinación con TPP repercute sobre la funcionalidad de las células. Loic
Bugnicourtloic et al. realizó una revisión con respeto a esta consideración y demuestra estudios
citotóxicos en varios ámbitos, incluido la toxicidad de la piel, para concluir que tanto el QS como la
combinación de QS-TPP no son tóxicos a concentraciones 1% w/w [66]. Estos estudios demuestran
satisfactoriamente que los materiales de pared usados en esta experimentación no son tóxicos para la
piel humana. Además, se debe considerar que las microcápsulas serán añadidas a una crema como
medio de trasporte sobre la piel, garantizando menores concentraciones de QS-TPP en su aplicación.
Así como se evalúa la toxicidad del material de pared, es requerido conocer la toxicidad del principio
activo que se quiere incorporar en la piel. Noemi Csaba et al. realizaron pruebas citotóxicas de
nanopartículas de QS-TPP para transporte de plásmidos de ADN en células HEK 293 y determinaron
que el material de pared no implica una gran toxicidad en las células, pero demostraron que su
contenido puede llegar a ser tóxico a grandes concentraciones en la cápsula [64]. Lo anterior sugiere
que se debe tener en cuenta si se debe considerar la concentración del principio activo, para que este
no llegue a ser irritable o tóxico sobre la piel. De hecho, el Citronellal compenetre de mayor presencia
en el aceite de Eucalipto Citriodora puede llegar a ser irritante en grandes concentraciones [67]. Las
concentraciones letales para células cutáneas son de 190 ± 22 mg/kg de piel, por lo que los estudios
que demuestran sus efectos antinflamatorios utilizan concentraciones de 100 mg/kg con resultados
relativamente seguros de toxicidad en animales [68, 8]. Lo anterior sugiere que, en la medida que se
conozca la cantidad de aceite encapsulado, se puede variar la concentración de cápsulas en la crema
tópica propuesta, para cumplir con las concentraciones necesarias, tanto para no producir efectos
tóxicos en la piel como para cumplir el efecto desinflamatorio. Cabe aclarar que, se debe tener en
cuenta la velocidad de liberación de las cápsulas, puesto que se pueden combinar cápsulas que tengan
diferentes velocidades de liberación para garantizar una concentración de aceite esencial constante
sobre la piel.
4.8 Formulación propuesta para la encapsulación de aceite de Eucalipto Citriodora
Al comparar los resultados experimentales obtenidos del análisis reológico, potencial zeta
(estabilidad) y del estudio pronóstico de la liberación del principio activo, se selecciona a la
formulación 4 como la más adecuada para la encapsulación de aceite de Eucalipto Citriodora. La
formulación 4, presenta la mayor cantidad de tripolifosfato, siendo esta de 0.5 g. Es decir, en cuanto
al material de pared, presenta un 88.6% y 11.3 % de quitosano y de tripolifosfato de sodio,
respectivamente. Se selecciona la formulación 4 debido a que, dicha formulación presenta el potencial
zeta de mayor magnitud, siendo este de 61.4 mv, además es la única de las 4 formulaciones que por
su elevada magnitud de potencial zeta presenta una excelente estabilidad. Con respecto a lo anterior,
como se describió en el análisis del potencial zeta (sección 5.2), entre mayor cantidad de tripolifosfato
mayor es el potencial zeta de la emulsión y por ende, mayor es su estabilidad, en la medida en que,
al ser significativamente elevada la magnitud del potencial zeta, se descarta la posible aglomeración
de partículas, cuyo fenómeno es el principal causante de la desestabilización de las emulsiones,
asimismo, este fenómeno puede causar la rápida sedimentación, cremación, crecimiento de cristales
y dosificación inconsistente de la emulsión, las cuales son situaciones que se desean evitar.
Continuando con lo anterior, al realizar el estudio pronóstico de la liberación del principio activo, el
cual es uno de los factores a considerar más importantes al momento de encapsular, se determinó que,
al presentar la microcápsula mayor concentración de TPP, el porcentaje de liberación del en las
21
primeras horas disminuye, lo cual provoca que, mayor cantidad de principio activo sea preservado
para luego liberarse de forma prolongada. por consiguiente, en términos de liberación del principio
activo la formulación 4 es la más conveniente. De igual manera, cabe resaltar que, gracias al estudio
pronóstico de citotoxicidad realizado, tanto el TPP como la combinación QS-TPP no son tóxicas o
perjudiciales para la piel humana.
Por último, es importante destacar que, la selección de la formulación 4 como las más adecuada para
la encapsulación del aceite esencial de Eucalipto Citriodora, se hace en base a los análisis
experimentales realizados a las 4 formulaciones, asimismo, considerando los estudios teóricos o
pronósticos desempeñados, por consiguiente, la formulación 4 es la idónea entre los parámetros
estudiados, en la medida en que, no se tienen resultados experimentales con una cantidad
significativamente mayor de TPP, de igual manera, no se realizaron estudios experimentales que
brinden información cuantitativa asociada a la cantidad de aceite encapsulado, eficiencia de la
encapsulación, tasas de liberación, tiempo de liberación del principio activo, entre otros, los cuales
son factores determinantes a la hora de seleccionar la proporción del material de pared.
4.9 Viabilidad en la aplicación de las microcápsulas en una crema tópica
Una vez se logren las microcápsulas deseadas en donde se cumplan los resultados deseados, estas se
deben incorporar en un medio que las transporte sobre la piel y deje una capa de las microcápsulas
bien distribuidas. Normalmente, para aplicaciones tópicas se usan coloides como medio de transporte
dado a su facilidad de aplicación, además de estar bastante arraigado al mercado cosmético y
farmacéutico [69]. Actualmente, existen varias formulaciones de cremas tópicas aprobadas para su
aplicación sin riesgo de intoxicación, irritación u otro efecto nocivo sobre la piel [70]. En este estudio
no se detendrá a detallar la formulación del coloide para aplicación tópica, puesto que los objetivos
están enmarcados en las microcápsulas. No obstante, se debe tener en cuenta que el medio de
transporte sobre la piel no afecte a las microcápsulas, más bien que sea un medio en donde estas
puedan permanecer y ser almacenadas sin que tengan una modificación en su funcionalidad.
Como se ha establecido anteriormente, las microcápsulas se deben preservar hasta ser aplicadas en la
piel y para lograrlo se deben controlar el pH y cómo las microcápsulas pueden afectarse en una
emulsión directa. Puesto que el mecanismo de liberación es a través de disolución por pH, es necesario
mantener las microcápsulas de QS-TPP en un medio con un pH superior a 6. Esto se debe a como se
explicó en la metodología, el quitosano se disuelve con pH inferiores a 6 [71]. Si la crema llega a
estar a un pH menor al mencionado, las microcápsulas podrían disolverse y liberar su contenido sobre
la crema, inhabilitando la propiedad de liberación controlada que se desea tener. Por otro lado,
Gelfuso et al. han sugerido que las microcápsulas de quitosano pueden absorber agua y aumentar su
diámetro [72]. Lo anterior repercute en que las microcápsulas al aumentar su tamaño no puedan pasar
fácilmente por los poros de la piel y en la difusión del principio activo. Estos efectos se tienen que
considerar dado que pueden alterar las funcionalidades de las microcápsulas. Por tal razón, se requiere
más investigación en estos factores para tener una mayor claridad del funcionamiento completo del
producto a realizar.
5. Conclusiones
Se realizaron cuatro emulsiones O/W con diferentes cantidades TPP, así mismo, se empleó aceite de
oliva como sustancia principal de la fase dispersa, debido a la afinidad que presenta este aceite con el
22
de Eucalipto Citriodora. Se estudió la influencia del tripolifosfato de sodio al entrecruzarse con el
quitosano. Al observar las emulsiones con 0.25 g, 0.37g y 0.5 g de tripolifosfato de sodio en el
microscopio a X100, se confirmó la existencia de microcápsulas de aceite de oliva en la totalidad de
las emulsiones, además, se estudió la estabilidad de las 4 emulsiones, mediante la evaluación del
potencial zeta, resultando que las emulsiones con 0g, 0.25 g y 0.37 g de TPP, presentan buena
estabilidad, mientras que la emulsión 0.5 g de TPP presenta una excelente estabilidad, además se
determinó una relación directamente proporcional, entre la cantidad de TPP y el potencial zeta de la
emulsión. Luego, en el análisis reológico se determinó que se obtenían fluidos pseudoplasticos con
menor índice de comportamiento de flujo y mayor índice de consistencia a medida que se
incrementaba la cantidad de TPP en la formulación de material de pared.
Posteriormente, mediante el proceso de secado por atomización, (Spray Drying), se obtuvieron
microcápsulas de aceite de oliva, a las cuales se les realizó un análisis espectrofotométrico Infrarrojo
de Transformada de Fourier (FTIR), mediante el cual, se comprobó el entrecruzamiento del QS con
el TPP. Se concluye que, la mejor formulación de material de pared está compuesta por 88.6 % de
quitosano y 11.3 % de tripolifosfato de sodio. Por lo tanto, se propone esta formulación para la
encapsulación de aceite de Eucalipto Citriodora. De igual manera, se realizó un estudio pronóstico de
la liberación del principio activo en la piel, en donde, se determinó que, a mayores concentraciones
de TPP, se da una degradación más lenta de las microcápsulas. Además, se realizó un estudio
pronóstico en cuanto a la citotoxicidad, se plantearon diferentes pruebas de citotoxicidad. De igual
manera, se recurrió a la literatura para discriminar si los componentes empleados son tóxicos,
obteniendo que, tanto el quitosano como la combinación QS-TPP no son tóxicos a concentraciones
1% w/w. No obstante, en cuanto al principio activo, se encontró que, el Citronellal componente de
mayor concentración en el aceite de Eucalipto Citriodora puede ser irritante en grandes
concentraciones, siendo estas de 190 ± 22 mg/kg de piel.
Finalmente, mediante un estudio teórico sobre la posibilidad de aplicar las microcápsulas en una
crema tópica, se determinó que sí es viable. Sin embargo, debido a que el quitosano se disuelve en
medios con pH inferiores a 6, se deben mantener las microcápsulas de QS-TPP en un medio con un
pH superior a 6, además se encontró que es conveniente que las microcápsulas no se encuentren en
ambientes húmedos.
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