Coacervación

La coacervación es un fenómeno químico característico de las sustancias coloidales. Consiste en la separación de la solución en partículas que se aglomeran en una fase llamada coacervado. En general, el material del núcleo utilizado para esta técnica deber ser compatible con el polímero receptor e insoluble (o poco soluble) en el medio de coacervación. La técnica cosiste en la disolución de una proteína gelificante y la formación de una emulsión con el material central (Sandoval et al., 2004; Madene et al.,2006).

Tolstuguzov y Rivier (1997), describieron el método como un proceso para encapsular partículas sólidas dentro de un aceite. El proceso consta de adicionar el material central en una solución gelificante, la cual es mezclada con un polisacárido y mantenida a un pH mayor al del punto isoeléctrico de la proteína. De esta manera se han formado dos fases, una de las cuales es más pesada y contiene el material central que es encapsulado, formando así una emulsión (Sandoval et al., 2004; Madene et al.,

2006).

La coacervación se inicia de diferentes formas, ya sea como un cambio de temperatura, pH o adición de sustancias, como por ejemplo, sales iónicas. El primer paso consiste en la formación de una emulsión agua/aceite (W/O), comprendiendo que la fase oleosa contiene al centro activo. En el siguiente paso, la sustancia gelificante se aglomera adhiriéndose al aceite, lo que ocasiona la formación de pequeñas partículas (cápsulas), las cuales comienzan a precipitar. Por último, las cápsulas son estabilizadas mediantes sistemas térmicos, desolvatación o reticulación. Recuperándose ya sea por filtración o centrifugación (Sandoval et al., 2004; Madene et al., 2006; Martins et al.,

Agitación n Formación de Cápsulas Incremento de Estabilidad Reticulación Coacervación Emulsión Alginato Almidón Aceite

Dentro del mecanismo por el cual se lleva la coacervación, el paso más importante consiste en la elaboración de la emulsión (Figura 3). En el área de alimentos, esta técnica consiste en la adición de un pequeño volumen de suspensión célula-polímero (fase discontinua), dentro de un volumen mayor de aceite vegetal (fase continua), tal aceite puede ser extraído de soya, girasol, canola o maíz. Una vez que se ha realizado el primer sistema de emulsión, es necesaria la adición de dos sistemas emulsificadores, para asegurar la formación de una emulsión múltiple (Krasaekoopt et al.,2003; Moulai-Mostefa y Boumier, 2011).

El primer tipo de emulsificador debe tener un bajo balance hidrofílico-lipofílico (low-HLB), el cual se encarga de estabilizar la emulsión agua/aceite (W/O), mientras que el segundo emulsificador se encarga de estabilizar la emulsión aceite/agua (O/W), debido a su alto balance hidrofílico-lipofílico (high-HBL). El emulsificador más común utilizado en la elaboración de emulsiones es el Tween 80, ya sea utilizado en una concentración del 2% o en solución con 0.5% de sulfato láurico de sodio, el cual tiene la capacidad de producir cápsulas de hasta 25-35 µm. El tamaño de las cápsulas está dado principalmente por la velocidad de agitación cuando se realiza la disolución de los

25 µm hasta los 2 mm dependiendo la velocidad de emulsificación. Por lo que, entre más pequeñas sean las partículas formadas en la emulsión, menores serán las cápsulas obtenidas (Krasaekooptet al.,2003).

Existen dos tipos de mecanismos por los cuales se puede obtener una emulsión múltiple. El uso indirecto es el más común y el de mayor aplicación, sin embargo, últimamente se ha reconocido la utilización de métodos directos debido a la inestabilidad y dificultad de la obtención de la emulsión múltiple. Y es gracias a que los emulsificadores estabilizan a la emulsión, mediante la reducción de la tensión interfacial o por la formación de la barrera eléctrica interfacial, que se obtienen cápsulas más pequeñas. Aunque el uso de los emulsificadores se ha aumentado, su mecanismo de acción aún no se ha esclarecido por completo; lo cierto es que el rango de concentración de los emulsificadores es vital para obtener una emulsión W/O/W estable (Figura 4).

Para la primera fase, donde la fase acuosa se encuentra dentro de una matriz oleosa, se utiliza un emulsificador de bajo-HBL. Mientras que para la siguiente fase (W/O/W), se utilizan tanto los emulsificadores de bajo-HBL, así como los emulsificadores de alto-HBL. Por lo que la estabilidad de la emulsión depende

directamente de la concentración de estos dos tipos de emulsificadores (Moulai-Mostefa y Boumenir, 2011).

Una vez realizada la emulsión, esta es estabilizada ya sea por desolvatación, algún proceso térmico como el secado o por reticulación. La reticulación se lleva acabo, en su gran mayoría en presencia de una solución reactiva, ya sea lactato o cloruro de calcio. En este caso, el más utilizado es el cloruro de calcio, debido a su alta afinidad de reaccionar con el alginato de sodio presente en la pared de la cápsula (Figura 5).

Como ya se mencionó, el método de coacervación contempla diferentes operaciones, pero la más importante es la formulación y la elaboración de la emulsión. Y es por este mecanismo de emulsificación, que la coacervación se puede dividir en dos tipos, la simple y la compleja, la primera contempla la adición de un agente fuertemente hidrofílico a un solo tipo de polímero. Mientras que para la coacervación compleja dos o más polímeros son utilizados. Los dos polímeros utilizados en este trabajo para la elaboración de la emulsión, fueron el alginato de sodio y el almidón de papa (Lozano, 2009).

Alimentación (Materiales de

Matriz)

Mezclado/Disolución Dispersión/Mezclado

Solución Gelificante _Ajuste de pH Enfriamiento lento Lavado Cápsulas Aisladas Solución Gelificante Aceite

Figura 5. Esquema general de elaboración de cápsulas por coacervación compleja.

El alginato es adicionado previo a la formación de la emulsión, la adición de un ácido soluble en aceite como el ácido acético, disminuye el pH del alginato, desde un 7.5 hasta un 6.5, lo cual inicia la formación de un gel con los iones calcio. Además, el alginato es comercialmente aceptado como un aditivo alimentario, ya que no presenta ninguna toxicidad, y como un buen agente encapsulante, en productos como el yogurt, confiere una mayor viscosidad, lo que se traduce en una mejor textura. Su utilización en la encapsulación de probióticos se debe a que aumenta la viabilidad y crecimiento de los microorganismos encapsulados, aún dentro de los sistemas digestivos (Kailasapathy, 2002; Krasaekooptet al.,2003, Jiménez, 2011).

En cuanto al almidón y algunos productos basados en éste polímero, tales como las maltodextrinas, β-ciclodextrinas o almidones modificados, son utilizados en la industria de los alimentos por su alta capacidad de proteger compuestos volátiles, además de que pueden actuar como acarreadores de aromas, reemplazos de grasas o estabilizadores de emulsiones (Madeneet al.,2006).

La aplicación de este tipo de encapsulación se puede observar mediante resultados de encapsulación de dos especies de cultivo, Lactobacillus y de

Bifidobacterium spp.Este tipo de cultivos fueron adicionados a un yogurt, cuantificando la sobrevivencia por un periodo de 8 semanas, durante las cuales, los probióticos que fueron adicionados libremente, es decir, sin encapsular, mostraron un descenso de 1 ciclo logarítmico en su viabilidad, mientras que las bacterias adicionadas al yogurt encapsuladas solo disminuyeron 0.5 ciclos logarítmicos (Sultana et al., citados por Vidhyalakshimi, 2009).