Dr. Hugo Espinosa Andrews

Micro y

nanoencapsulación de

ingredientes funcionales hespinosa@ciatej.mx

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CIATEJ, A.C.

El CIATEJ es un Centro Público de Investigación perteneciente a la red de centros de desarrollo e innovación tecnológica del CONACyT. Realizamos actividades de Investigación, Desarrollo Tecnológico e Innovación (I+D+i), servicios tecnológicos y formación de recursos humanos de alto nivel.

Tecnología alimentaria

•21 investigadores

•Líneas de investigación 1. Ingeniería y tecnología de procesos

alimentarios 2. Desarrollo y calidad de alimentos y bebidas

• Obtención, inducción de producción y desarrollo de ingredientes naturales con propiedades funcionales. • Microencapsulación

• Nanoencapsulación

¿Qué es la encapsulación?

• Proceso en el cual pequeñas partículas sólidas, líquidas o gaseosas son recubiertas por un material de origen polimérico. • Microcápsulas: 1 a 1000 µm

• Nanocápsulas 10 a 100 nm

Membrana

Microcápsula > 1 m

Membrana

Microesfera > 1 m

Principio activo

Componente activo disperso

Red polimérica

Tipos de partículas

Nanopartículas Micropartículas Micropartículas múltiples

Micropartículas multicapas

Partículas Sólido-lípidos

Microencapsulación

Secado por aspersión

Liofilización

Extrusión

Coacervación

Liposomas

Inclusión molecular

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Tecnologías de encapsulación

Proceso físicos

Proceso fisicoquímicos

Microencapsulación de ingredientes

•Comúnmente empleada para encapsular • Aceites esenciales.

• Cítricos, menta, • Saborizantes

• endulzantes, sazonadores, especias

• Lípidos y vitaminas • Ácidos grasos, Vitamina A, caroteno, vitamina K

• Pigmentos y colores • Carmín, betacaroteno, licopeno

• Minerales • Calcio, hierro, zinc

• Microorganismos • Bifidobacterias, lactobacilos

¿Por qué encapsular?

•Convertir líquidos en polvos

•Mejorar la estabilidad del principio activo • Protección de ingredientes sensibles

• luz, enzimas, ácidos, oxígeno.

•Enmascarar aromas y sabores • Reduce malos olores (aceites de origen marino).

•Funcionalizar alimentos y bebidas • Incrementar la solubilidad (Betacaroteno) • Liberación de sabores (p. ej. En gomas de mascar y bebidas) • Liberación controlada de agentes antimicrobianos (Orégano)

• Liberación de compuestos en el intestino (Curcumina) • Mejorar el contenido nutricional (Omega 3).

Selección de formulación y proceso

• ¿Qué es el compuesto bioactivo? • ¿Cuales son sus propiedades físicas, químicas, y fisicoquímicas?

• ¿Cuál es la concentración deseada?

• ¿Bajo que condiciones desean ser liberados? pH, temperatura, esfuerzo

• Los materiales, ¿Son permitidos en la aplicación deseada? • Verificar el estatus legal

• ¿Cuáles son las capacidades de procesamiento disponibles? • ¿Cuál es el costo del proceso y la formulación?

• ¿Cuál es la capacidad de procesamiento de la formulación de encapsulantes?

• ¿Cuál es el tamaño deseado de la partícula? • Esto determinará algunos de los procesos utilizados (e.g. uso de presión de

homogeneización para la formación de una emulsión)

• ¿Cuál es la vida útil deseada? • Definir las condiciones de almacenamiento (e.g. temperatura, embalaje, aw)

(Pubchem, McClements, Decker y Weiss, 2007;McClements et al., 2007)

Microencapsulación de ácidos grasos omega 3

Ayuda a prevenir la aterosclerosis, infarto al miocardio, arritmias, embolias y enfermedades vasculares.

EPA DHA

Encapsulación multicapa

• Manipular el número de capas y material encapsulante de la partícula.

Recubrimiento multicapa

Estómago

pH 2-2.5

Intestino delgado

pH 5.5-6-5

Secado por nanoaspersión

Ventajas

Produce partículas pequeñas Aumenta el área superficial Preserva la actividad molecular

0.1 1 10

Tamaño de partícula

• Esta tecnología permite modificar el tamaño de la partícula. • 0.2 a 5 µm

• Partículas finas presentan mayor área superficial para una apropiada liberación del compuesto activo.

• Partículas grandes Partículas finas

Encapsulación de aceite de café verde y omega 3

Secado de nanoemulsiones Alimentación

Aspersor

Cám

ara

de

seca

do

Rec

ole

cto

r

Electroimán

Salida de aire

Nanoemulsión

Calcio iónico

Calcio en alimentos

• Debe ser consumido a partir de alimentos por cada 100 g

• Suplementos alimenticios

Brócoli

100 mg

Leche

912 mg

Yogurt s/grasa*

152 mg

Almendra 269 mg

Queso Cotija

800 mg

Aguacate 12 mg

Avena

54 mg

https://ndb.nal.usda.gov/ndb/nutrients/

DOSIS RECOMENDADAS

•Recomienda consumir entre 900 a 1200 mg de calcio/día (edad).

Bronner, F. (2009); Cashman, K. D. (2002). http://www.cenetec.salud.gob.mx

• Factores que impactan en la adsorción de calcio • Cantidad y fuente de calcio, edad, consumo de vitamina D y

dieta.

• Consecuencia: baja densidad ósea, osteoporosis, fracturas.

• En el 2015, el número de personas con osteoporosis en nuestro país, rebasó los12 millones personas.

• 1 de cada 5 mujeres > 50 años

• 1 de cada 2 mujeres > 70 años

¿Cuánto calcio necesito?

Etapa de la vida Cantidad recomendada

Bebés hasta los 6 meses de edad 200 mg

Bebés de 7 a 12 meses de edad 260 mg

Niños de 1 a 3 años de edad 700 mg

Niños de 4 a 8 años de edad 1,000 mg

Niños y Adolescentes de 9 a 18 años de edad 1,300 mg

Adultos de 19 a 50 años de edad 1,000 mg

Hombres adultos de 51 a 70 años de edad 1,000 mg

Mujeres adultas de 51 a 70 años de edad 1,200 mg

Adultos de 71 o más años de edad 1,200 mg

Adolescentes embarazadas o en período de lactancia 1,300 mg

Microencapsulación

Tecnología de autoensamblado

Fuente de calcio mineral

Auto-ensamblado

Secado por aspersión

Conclusiones

• Micro/nanoencapsulación • Tecnología empelada para la protección de ingredientes alimenticios y

bioactivos

• Incrementar la eficiencia de los ingredientes encapsulados

• Entrega exitosa de ingredientes en los alimentos

• Potencial para mejorar la biodisponibilidad de componentes bioactivos

• Micro/nanoencapsulación - en el futuro • Oportunidades para desarrollar ingredientes innovadores

• aditivos alimentarios, nutracéuticos, suplementos

• Desarrollo de diferentes matrices de encapsulación

Gracias

• http://ciatej.mx/investigacion/tecnologia-alimentaria/