3.4- MICROENCAPSULACIÓN DEL ACEITE.

3.4.1- Conceptos, antecedentes y aplicaciones.

La microencapsulación es una técnica de revestimiento de partículas líquidas, sólidas o gaseosas, las cuales son cubiertas con una película polimérica, delgada y porosa, que actúa como pared protectora de un material. Esta inhibe la volatilización del compuesto activo y lo protege del deterioro químico. (cita Araneda Valenzuela) (B. McNamee, E. O´Riordan)

Las técnica de microencapsulación fueron desarrollados entre los años 1930 y 1940 por la National Cash Register para la aplicación comercial de un tinte a partir de gelatina como agente encapsulante mediante un proceso de coacervación. (cita Yañez Fernandez). Actualmente, la utilidad de esta herramienta abarca una amplia gama de campos: en industria de alimentos se emplea para el recubrimiento de productos, como aceites saludables para ser incorporados a mezclas alimentarias, permite lograr una liberación controlada de sabores, colores, aromas, perfumes, se utiliza también en la industria farmacéutica (encapsulación de medicamentos), de fertilizantes, textil y precursores en impresiones. (cita Yañez Fernandez).(cita Velazquez Contreras)

La microencapsulación de compuestos es una técnica que se emplea en gran medida en la industria alimentaria debido a que presenta numerosas ventajas (cita Kashappa Hunn):

- La cobertura protege al material de la degradación al impedir el contacto con el medio ambiente: protege de la humedad, calor, luz y oxígeno del medio.

- La membrana permite enmascarar sabores y olores de compuestos como el aceite de pescado, mediante la disminución de la velocidad de transferencia de compuestos volátiles al medio ambiente.

- Se pueden encapsular compuestos por separado que reaccionarían entre sí, e incorporados a una mezcla.

La membrana que se utiliza está generalmente hecha de compuestos poliméricos para crear una red con propiedades hidrofóbicas y/o hidrofílicas. (cita Furchs Tursiulli). Esta técnica se emplea para preservar y proteger compuestos creando micropartículas que envuelven materiales sólidos, líquidos o gaseosos.

En la industria alimentaria se emplea una gran variedad de agentes encapsulantes, los cuales son compuestos poliméricos que actúan como membrana de cobertura. A continuación se detallan los compuestos que se emplean:

Tipo de Cobertura Cobertura específica

Gomas Gomas arábiga, agar, alginato de sodio, carragenina

Carbohidratos Almidón, dextranos, sacarosa, jarabes de maíz

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Celulosas Carboximetl-celulosa, metilcelulosa, etilcelulosa, metilcelulosa, acetilcelulosa

Lípidos Ceras, parafinas, tristearina, ácido esteárico, monoglicéridos, diglicéridos, aceites, grasas

Proteínas Gelatina, caseína, lactosuero

Materiales inorgánicos Sulfato de calcio, silicatos

(cita Yañez Fernandez) (R. Parra Huertas).

En el proyecto en desarrollo, se utilizarán los aceites de pescado y de canola, los cuales presentan cantidades considerables de ácidos grasos ω3, ω6 y ω9 respectivamente, lo cual hace que se obtenga un producto de corta vida útil por su susceptibilidad a la oxidación. Además, los compuestos que se generan a partir de la oxidación de dichos ácidos grasos no sólo dan origen a la rancidez del aceite sino que son nocivos para la salud (cita: J. Kinsela. ).

Mediante el uso de la técnica de la microencapsulación del aceite de pescado y de canola pueden obtenerse productos en polvo que consisten en microgotas del mismo recubiertas por una matriz polimérica de cobertura. Esta matriz provee una barrera contra agentes externos que causan la degradación del aceite, como oxígeno, luz y temperatura, lo cual facilitará su empleo para la obtención de un producto lácteo adicionado con dichos aceites.

Ver emulsiones apropiadas podrían ser producidas con un 50% de aceite y 2,2% soporte. Parámetros físico-químicos como la morfología de la partícula, tamaño de la partícula y generalmente grasa extraíble, refleja una buena eficiencia en la microencapsulación e indica una buena estabilidad oxidativa (Drusch, 2007). Otro ejemplo de encapsulación es Omega-3 (Shahidi et al., 2008; Kosaraju et al., 2009; Drusch, 2007).

3.4.2- Método: secado por aspersión.

Para llevar a cabo la microencapsulación de compuestos, existen dos tipos de procesos: (cita (Madene, Scher ) (Yañez).

- Procesos mecánicos o físicos: son las técnicas de secado por aspersión, secado por congelamiento/enfriamiento y extrusión

- Procesos químicos: son las técnicas de coacervación simple o compleja, co-cristalización, polimerización interfacial, gelificación iónica, atrapamiento en liposomas e inclusión molecular.

A continuación se muestra una ilustración esquemática del proceso de microencapsulación (cita A. Madene, J. Scher):

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El método que se eligió para llevar a cabo la microencapsulación del aceite es el de secado por aspersión, debido a que este es el más utilizado en la industria de alimentos por presentar numerosas ventajas (cita Young Favaro et al. lopez gomez C. Velázquez Contreras R. Treybal ).:

- Es económico.- Permite conservar los nutrientes.- Fácil disponibilidad de equipamientos, bajos costos de procesamiento.- Buena estabilidad del producto final.- Es altamente efectivo en la protección de materiales: comparado con los otros

métodos de microencapsulación, el secado por aspersión presenta una eficiencia de encapsulación relativamente alta (los valores más altos se encuentran entre 96-100%).

- Presenta tiempos de secado muy breves.- Permite la producción de grandes volúmenes en forma continua.- Se obtienen productos relativamente uniformes en forma de partículas esféricas

sin pérdida considerable de material.- Es apropiado para materiales muy volátiles y sensibles al calor.

El principio del método de secado por aspersión es la producción de un polvo seco por medio de la atomización de una emulsión sometida a una corriente de aire caliente en una cámara de secado. El agua se evapora instantáneamente, permitiendo que el compuesto a encapsular presente en la emulsión, quede atrapado dentro de una membrana de cobertura (cita O. López Hernández).

En este proceso, una alimentación en estado fluido se transforma en un producto seco mediante la aspersión de dicha alimentación en un medio de secado caliente.(cita C. Velázquez Contreras ) El producto seco es obtenido en forma de polvo, gránulos o aglomerados, dependiendo de las propiedades físico-químicas del material a encapsular, los parámetros de la operación y condiciones del equipo. (cita Masters)

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Material de cobertura Sustancia a encapsular

Emulsión: Dispersión de sustancia a encapsular y material de cobertura en agua

Proceso Físico o químico

Microcápsulas

Homogeneización

El proceso de secado involucra cuatro etapas principales de proceso (cita K. Masters Parize):

- Preparación de la dispersión o emulsión.- Homogeneización.- Atomización: esta etapa consiste en alimentar el equipo con el material en estado

líquido, ya sea como solución o como dispersión, a través de la boquilla del atomizador, formándose finas gotas sobre una corriente de gas caliente. Cuando las pequeñas gotas toman contacto con el gas a elevada temperatura, se produce una rápida evaporación del líquido formándose una fina película del material de recubrimiento. En este método el compuesto o sustancia a encapsular es recubierto por una matriz protectora, formada por el material que se haya utilizado como soporte. (cita Gharsallaoui et al., Parize et al.,).

- Separación del producto seco.

Los parámetros que se deben controlar durante el proceso son (cita G. García, M. González):

- Temperaturas de entrada y salida del aire de secado: Durante el proceso de secado, el aire caliente introducido alcanza temperaturas entre 170 y 200 ºC. A pesar de que esta es relativamente alta, las gotas del líquido atomizado se calientan sólo hasta los 40 ºC debido al corto tiempo de contacto con el aire (el secado dura sólo fracciones de segundo), lo cual evita la degradación del producto (cita O. López Hernández). 

- Flujo de alimentación del compuesto a secar.- Tiempo de residencia de las partículas a secar.- Acondicionamiento de la materia prima: proporción de la mezcla de material a

encapsular y compuesto de cobertura en agua.

Los componentes principales del equipo de secado son (cita Brennan):- Sistema de calefacción y circulación de aire.- Atomizador.- Cámara de secado.- Sistema de recuperación del producto.

A continuación, se muestra una figura esquemática de un secador por aspersión: (cita Mendoza et al)

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citas

C. Araneda, F. Valenzuela. “Microencapsulación de extractantes: una metodología alternativa de extracción de metales”. Revista Ciencia Ahora 22(11): 9-19. 2009.

M. Fuchs, C. Turchiuli, et. al. “Encapsulation of oil in powder using spray drying and fluidized bed agglomeration”. Journal of Food Engineering 75(1): 27-35. 2006.

J. Yáñez Fernández, J. Salazar Montoya. “Aplicaciones biotecnológicas de la microencapsulación”. Mundo Alimentario. 2005.

B. McNamee, E. O´Riordan, et al. “Emulsification and microencapsulation properties of arabig gum”. J. of Agricultural and Food Chemistry. 46: 4551-4555. 1998.

C. Velázquez Contreras. “Encapsulación de aceite esencial de naranja en un secador de lecho por fuente fluidizado con sólidos inertes”. Instituto Politécnico Nacional. México, D. F. 2008.

G. Kashappa, J. Hyun. “Recent developments in microencapsulation of food ingredients: drying Technology”. Taylor & Francis Group. LLC. 23: 1361-1394.

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R. Parra Huertas. “Revisión: Microencapsulación de alimentos”. Revista Facultad Nacional de Agronomía – Medellín. Universidad Nacional de Colombia, Medellín, Colombia. Vol. 63, núm. 2, 2010, pp. 5669-5684. 2010.

A. Madene, J. Scher, S. Desobry. “Flavour encapsulation and controlled release - a review”. International Journal of Food Science and Technology 4(1):1-21. 2006.

J. Kinsela. “Food components with potential therapeutic benefits: encapsulated unsaturated fatty acids against autooxidation”. Food Technol. 40(2):89-97. 1986.

S. Young, X. Sarda, M. Rosenberg. “Microencapsulating properties of whey proteins whith carbohydrates”. Journal Dairy Science 76(10): 2878-2885. 1992.

C. Favaro, A. Santana, E. Monterrey, et al. “The use of spray drying technology to reduce bitter taste of casein hydrolysate”. Food Hydrocolloids 24(4): 336-340. 2010.

O. López, M. Gómez. “Preparación de microesferas mediante secado por aspersión”. 2008. en: http://www.bvs.sld.cu/revistas/far/vol42_3_08/far10308.htm.

K. Masters. “Spray drying Handbook”. 4th Edition. George Godwin. London. pp 1-7, 56-75. 1985.

J. Brennan, J. Butters, et al. “Las operaciones de la ingeniería de los alimentos”. 2ª edición. Editorial Acriba. Zaragoza, España. pp. 86-91, 102-108. 1980.

A. Parize, T. Rozone, et al. “Microencapsulation of the natural urucum pigment with chitosan by spray drying in different solvents”. African Journal of Biotechnology 7(17): 3107-3114. 2008.

R. Treybal. “Operaciones de transferencia de masa”. 2ª edición. México. Editorial McGraw Hill. pp 768-770. 1988.

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G. García, M. González, et al. “Microencapsulación del jugo de cebada verde mediante secado por aspersión”. Revista Ciencia y Tecnología Alimentaria 4(4): 262-266. 2004.

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