Instituto Politécnico Nacional
CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN CIENCIA APLICADA Y TECNOLOGÍA
AVANZADA
UNIDAD QUERÉTARO
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TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE
MAESTRÍA EN TECNOLOGÍA AVANZADA
PRESENTA
Liliana Niebla Bárcenas
Directores de Tesis:
Dr. Pedro Alberto Vázquez Landaverde
Dr. Fernando Martínez Bustos(
( Querétaro, Qro. diciembre de 2009.
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ÍNDICE GENERAL
Indice de Figuras……..………..."#!
Indice de Tablas……….……..."#$
RESUMEN….……….……….………."$
ABSTRACT.………..……….………..……."$###!
1 INTRODUCCIÓN$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$%!
2 ANTECEDENTES$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$&!
2.1 Aspectos generales de la microencapsulación$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$&!
2.2 Microencapsulación de compuestos de sabor$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$'!
2.3 Compuesto encapsulado$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$(!
2.4 Tipos de coberturas utilizadas en microencapsulación$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$)!
2.5 Almidón de cebada$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$*!
2.5.1 Modificación a los almidones$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$%+!
2.5.2. Almidones modificados por succinatación$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$%,!
2.5.3 Modificación química de almidón aplicando el proceso de extrusión$$$$$$$$%&!
2.6 Métodos de encapsulamiento$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$%(!
2.6.1 Método de secado por aspersión$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$%)!
2.7 Fundamentos teóricos de SPME$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$%*!
2.8 Procedimiento SPME$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$--!
2.9 SPME con fibras$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$-,!
2.10 Tipos de fibras en SPME………...…………..………..…-&
2.11 Variables que afectan al proceso de SPME……..………..……...……..-*
2.12 Etapa de absorción/adsorción…………..…………...………….………..+.
2.13 Etapa de desorción……….…………..……….……….…..+, 3 JUSTIFICACIÓN////////////////////////////////////////////+&!
4 OBJETIVOS$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$+(!
4.1 Objetivo general$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$+(!
4.2 Objetivos particulares$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$+(!
5 MATERIALES Y MÉTODOS$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$+)!
5.1 Modificación del almidón$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$+)!
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5.2 Hidrólisis ácida del almidón###########################################################################################$%!
5.3 Modificación química del almidón con el octenil succinato anhídro (OSA)###$%!
5.4 Modificación química del almidón por el proceso de extrusión###########################&'!
5.5 Obtención de microcápsulas por secado por aspersión########################################&(!
5.6 Curvas de calibración para compuestos aromáticos##############################################&$!
5.7 Método de la adición del estándar################################################################################&&!
5.8 Determinación del compuesto aromático superficial por el método convencional: técnica con equipo soxhlet ………..….…...&) 5.9 Determinación del compuesto aromático total por el método de extracción por solventes con agitación ………..….……….………&*!
5.10 Selección de condiciones experimentales de la técnica SPME##########################&+!
5.11 Período de almacenamiento……….………….………...)' 6 RESULTADOS Y DISCUSIÓN,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,#)$!
6.1 Curvas de calibración para compuestos microencapsulados…,,,,,,,,,#)$!
6.2 Curvas de calibración para compuestos superficiales,,,,,,,,,,,,,,,##))!
6.3 Validación de la técnica SPME,,,,,,,,,,,##,,,,,##,,,#,,,,,,,,,,##)+!
6.3.1 Cuantificación en matriz de almidón comercial N-LOK por la técnica SPME,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,#)+!
6.3.2 Cuantificación en matriz de almidón waxy por la técnica SPME,,,,,)-!
6.3.3 Cuantificación en matriz de almidón comercial N- LOK por la técnica SPME de cada uno de los compuestos microencapsulados###############################)%!
6.3.4 Cuantificación en matriz de almidón waxy por la técnica SPME de cada uno de los compuestos microencapsulados,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,#*'!
6.3.5Período de almacenamiento,,,,,###,,,,,,,,###,###,,,,,,,,,,,#*.!
7 CONCLUSIONES,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,#+'!
8 BIBLIOGRAFÍA,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,#+(!
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ÍNDICE DE FIGURAS
Fig. 1 Estructuras más comunes de las microcápsulas…………...……….………...$!
Fig. 2 Microfotografía obtenida por microscopía de barrido electrónico de los granulos de almidón de cebada forrajera………...….……….…...……….………%%!
Fig. 3 Estructura de almidón: (a) estructura lineal de amilosa y (b) estructura ramificada de amilopectina……….……….………...………...%&!
Fig. 4 Esquema del extrusor de tornillo simple y sus componentes….…..……….….%'!
Fig. 5 Esquema de equipo de secado por aspersión…….….……….…………...%(!
Fig. 6 Esquema del uso de la técnica SPME acoplada a un cromatógrafo de gases)))**!
Fig. 7 Esquema del proceso de SPME-CG: (a) inmersión directa; (b) HS-SPME; (c) desorción térmica en CG ………..………..………..………...*$!
Fig. 8 Esquema del dispositivo comercial de SPME…………..…..………*+!
Fig. 9 Clasificación de las fibras de SPME según si la extracción se produce por absorción o adsorción………..………)))))))))),,*- Fig. 10 Diagrama que esquematiza una guía de selección de las fibras de SPME...,,,,,,,,*(!
Fig. 11 Efecto de la variación en la medida del tiempo de extracción en la cantidad de
analito extraída.………..$%!
Fig. 12 Dispositivo “internally cooled SPME” ………..………….…),$*!
Fig. 13 Proceso de extracción del almidón a partir de la cebada forrajera…..…..…),,),,$-!
Fig. 14 Diagrama de flujo del proceso de succinatación del almidón por el método de la adición del octenil succinato anhídro ……,,………..……….&.!
Fig. 15 Proceso de la modificación del almidón por extrusión………..………...&%!
Fig. 16 Secador por aspersión.………..………..…...&*!
Fig. 17 Bucle de microcápsulas que se forma al interior del secador por aspersión…….&*
Fig. 18 Microfotografía de microcápsulas de almidón comercial N-LOK….…..…………..&$!
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Fig. 19 Fotografía que muestra el montaje del equipo soxhlet………..…...$%!
Fig. 20 Fotografía que muestra la extracción de compuestos aromáticos ...………..$&!
Fig. 21 Fotografía que muestra un cromatógrafo de gases………..…….. …..$&
Fig. 22 Cromatograma que muestra los picos de interés a evaluar………..……...'(!
Fig. 23 Curva de calibración para el hexanal microencapsulado ……..………...')!
Fig. 24 Curva de calibración para el hexanoato de etilo microencapsulado ………..')!
Fig. 25 Curva de calibración para el ácido hexanoico microencapsulado …..….………..'$!
Fig. 26 Curva de calibración para el hexanal superficial ………..….''!
Fig. 27 Curva de calibración para el hexanoato de etilo superficial ………….………..….'%!
Fig. 28 Curva de calibración para el ácido hexanoico superficial ……….………...'%!
Fig. 29 Gráfica de retención del hexanal microencapsulado en matriz de almidón de cebada extrudida, cuantificada por medio de SPME-GC. ………..……….…..%*!
Fig. 30 Gráfica de retención del hexanoato de etilo microencapsulado en matriz de almidón de cebada extrudida, cuantificada por medio de SPME-GC....…….………...…..%*!
Fig. 31 Gráfica de retención del ácido hexanoico microencapsulado en matriz de almidón de cebada extruida, cuantificada por medio de SPME-GC. ………...%)!
Fig. 32 Gráfica de retención del hexanal microencapsulado en matriz de almidón de cebada succinatada, cuantificada por medio de SPME-GC. ………..………..…...%) Fig. 33 Gráfica de retención del hexanoato de etilo microencapsulado en matriz de almidón de cebada succinatada, cuantificada por medio de SPME-GC...………..….%$
Fig. 34 Gráfica de retención del ácido hexanoico microencapsulado en matriz de almidón de cebada succinatada, cuantificada por medio de SPME-GC. ………...%$
Fig. 35 Gráfica de retención del hexanal microencapsulado en matriz de almidón comercial N-LOK, cuantificada por medio de SPME-GC………....%' Fig. 36 Gráfica de retención del hexanoato de etilo microencapsulado en matriz de almidón de comercial N-LOK, cuantificado por medio de SPME-GC………...%'
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Fig. 37 Gráfica de retención del ácido hexanoico microencapsulado en matriz de almidón comercial N-LOK, cuantificado por medio de SPME-GC.………..……….$$
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ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Tipos de coberturas utilizados en microencapsulación…..………..………%&
Tabla 2 Características del gránulo de cebada.………...………..'(!
Tabla 3 Fibras comercializadas por SUPELCO……….………….)*
Tabla 4 Cálculos para la preparación de los puntos a evaluar de la curva de
calibración………++
Tabla 5 Concentración del estándar interno……….………....+, Tabla 6 Condiciones evaluadas para la técnica SPME……..………+, Tabla 7 Rampa de temperatura empleada para los análisis………..+&
Tabla 8 Valores obtenidos en la cuantificación de los compuesto microencapsulados en matriz de almidón comercial N-LOK por medio de las técnicas convencionales y SPME.-, Tabla 9 Valores obtenidos en la cuantificación de los compuestos microencapsulados en matriz de almidón waxy por medio de las técnicas convencionales y SPME………..-&
Tabla 10 Valores obtenidos en la cuantificación de cada uno de los compuestos microencapsulados en matriz de almidón comercial N-LOK por medio de la técnica
SPME………..……….……-.!
Tabla 11 Valores obtenidos en la cuantificación de cada uno de los compuestos microencapsulados en matriz de almidón waxy por medio de la técnica SPME
……….…...*(
Tabla 12 Resultados del comportamiento de los compuestos microencapsulados en diversas matrices de almidón a diferentes temperaturas...*, Tabla 13 Energías de activación (Ea) para el proceso de pérdida de compuestos aromáticos microencapsulados en los diferentes tipos de matrices de almidón
modificado………...%*.!
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RESUMEN
En la actualidad existen numerosos ingredientes encapsulados: agentes saborizantes, ácidos, bases, endulzantes artificiales, colorantes, preservantes, agentes leudantes, aromas y nutrientes (Dziezak, 1988).
El encapsulamiento es definido como una tecnología de empaque de materiales sólidos, líquidos o gaseosos en miniatura. Esto implica el recubrimiento de un ingrediente sensible, ya sea puro o una mezcla, dentro de un material para otorgar protección contra la humedad, calor u otras condiciones extremas, lo que permite mejorar su estabilidad y aumentar su vida útil. En el encapsulado, la porción activa es llamada núcleo, fase interna o relleno, y el material encapsulante es llamado cáscara, recubrimiento o material de pared y puede variar tanto en espesor como en el número de capas. La forma de las cápsulas es generalmente esférica pero se ven fuertemente influenciadas por la estructura del material original no encapsulado (Dziezak, 1988).
A nivel industrial, el secado por aspersión es el proceso más utilizado para encapsular sabores. El objetivo de este trabajo es utilizar una nueva fuente de almidón extraído; la cebada forrajera (Hordeum vulgare L) para la producción de almidones modificados químicamente utilizando la tecnología de extrusión termoplástica y la evaluación de los compuestos aromáticos encapsulados, preparados por el método de secado por aspersión, utilizando la técnica de HS- SPME (head space-microextraction en fase sólida). Este proyecto se desarrolló en dos etapas; en la primera etapa se establecieron las mejores condiciones para la aplicación de la técnica SPME como son temperatura, cantidad de muestra y tiempo de extracción, adicionalmente se construyeron las curvas de calibración de los tres compuestos aromáticos evaluados (hexanal, hexanoato de etilo y ácido hexanoico) por medio del método de la curva externa con estándares internos múltiples usando la técnica SPME y cromatografía de gases. En la segunda etapa se validó la técnica SPME, cuantificando la cantidad de compuesto interno y externo de las microcápsulas por medio de las técnicas convencionales; soxhlet y
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solventes con agitación, tanto en almidón waxy como en almidón comercial N- LOK y además se evaluó el rendimiento y vida de anaquel de los compuestos encapsulados en almidón modificado de cebada forrajera usando la técnica SPME y cromatografía de gases.
Los resultados obtenidos con la cuantificación de las microcápsulas de almidón N- LOK fueron muy similares a los obtenidos con las técnicas convencionales, demostrando así, que la técnica SPME es adecuada para cuantificar los compuestos microencapsulados en matrices de almidón.
De la misma manera los resultados obtenidos de la cuantificación de las microcápsulas obtenidas con el almidón waxy, demostraron que son similares a los obtenidos por las técnicas convencionales, lo que sugiere que las curvas de calibración elaboradas son útiles no únicamente para una matriz de almidón, sino que, pueden ser empleadas en diversas matrices sin necesidad de construir curvas adicionales.
Las microcápsulas del almidón N-LOK presentaron una mayor cantidad de compuesto microencapsulado con relación con las microcápsulas del almidón de cebada succinatada y extrudida. Las microcápsulas obtenidas de la cebada extrudida presentaron una mayor cantidad de compuesto microencapsulado con relación a las provenientes del almidón de cebada succinatada.
La matriz de almidón N-LOK fue la que encapsuló la mayor cantidad de hexanal y ácido hexanoico, mientras que la matriz de almidón de cebada forrajera extrudida retuvo mayor cantidad de hexanoato de etilo.
Al realizar los estudios de estabilidad se observó que la temperatura de 40ºC tiene una velocidad de pérdida del compuesto microencapsulado mayor que las temperaturas de 4ºC y 25ºC.
De acuerdo a los datos cinéticos obtenidos por medio de la ecuación de Arrhenius, la estabilidad de los compuestos adentro de las microcápsulas se presentó de la siguiente manera: el hexanal fue más estable en la matriz de almidón de cebada succinatada, el hexanoato de etilo fue más estable en la
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matriz de almidón de cebada extrudida, mientras que el ácido hexanoico presentó mejor estabilidad en las microcápsulas provenientes del almidón N-LOK .
En conclusión, la eficiencia y la estabilidad de una matriz encapsulante dada depende totalmente de la naturaleza de la sustancia que se va a encapsular, por lo que es necesario seleccionar cuidadosamente el material que va a utilizarse como matriz encaspulante. La técnica de análisis por medio de microextracción en fase sólida y cromatografía de gases desarrollada en este trabajo, puede ayudar a seleccionar el material encapsulante ideal.
Palabras Clave: HS-SPME-GC, cebada forrajera, almidón modificado, extrusión termoplástica, encapsulamiento, secado por aspersión.
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ABSTRACT
Currently there are multiple encapsulated elements: flavoring agents, acids, bases,
artificial sweeteners, colorants, preservatives, fermenting agents, aromas and nutrients (Dziezak, 1988).
Encapsulation is defined as a technology for packaging of miniature portions of solid, liquid, or gaseous materials. It involves the covering of a pure or mixed sensitive ingredient in a material to protect it against humidity, heat or other external conditions, in order to improve its stability and extend its useful life. In the capsule, the active portion is called nucleus, internal phase or filling , and the encapsulating material is called peel, casing, or wall material, and it can vary in thickness and in the number of layers. The shape of the capsules is usually spherical, but it can be strogly affected by the the structure of the original material prior to encapsulation (Dziezak, 1988).
At the industrial level, spray drying is the process most frequently used for flavor encapsulation. The objective of the present work is to use a new starch source, barley (Hordeum vulgare), for the production of chemically modified starches, using
the thermoplastic extrusion technology and evaluating the encapsulation of aromatic compounds by the spray drying method, using the HS-SPME (head space-insolid phase micro extraction) technique. The project was developed in two stages; the first stage was the determination of optimal conditions for the SPME technique, such as temperature, sample size and extraction time; in addition, calibration curves for the three aromatic compounds here evaluated (hexanal, ethyl hexanoate, and hexanoic acid) were constructed by the external curve method with multiple internal standards, using the SPME technique and gas chromatography. The second stage was the validation of the SPME technique, quantifying the compounds external and internal to the microcapsules by the traditional techniques of soxhlet extraction and stirred-solvent extraction, both for
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waxy starch and for N-LOK starch; furthermore, yield and shelf life of the compounds encapsulated in modified barley starch were evaluated by the technique of SPME with gas chromatography.
The results of the quantitative analysis of the microcapsules made from N-LOK starch were similar to those obtained with conventional techniques, showing that the SPME technique is appropriate for the determination of microencapsulated compounds in starch matrices.
Similarly, the results of the quantitative analysis of microcapsules made from waxy starch proved close to the results obtained by traditional methods, which suggests that the calibration curves obtained can be used not only for starch matrices, but also with other matrices, without a need for constructing new calibration curves.
The microcapsules made from N-LOK starch contained a larger quantity of microencapsulated compound, compared to the microcapsules made with starch from succinylated or extruded barley. The microcapsules made from extruded barley hold a larger amount of microencapsulated compound than did those made from succinylated barley.
The N-LOK matrix was the one to encapsulate the largest amount of hexanal and of hexanoic acid, while, the matrix obtained from extruded starch barley retained the largest amount of ethyl hexanoate.
The stability studies showed that at 40°C the rate of loss of the microencapsulated compound is higher than at 4°C and at 25°C.
The Arrhenius treatment of the kinetic data on the stability of the compounds inside the microcapsules gave the following results: hexanal was more stable in the succinylated-starch matrix, ethyl hexanoate was more stable in the starch barley matrix, while hexanoic acid was most stable in the microcapsules made from N-LOK starch.
In conclusion, the efficiency and stability of a microencapsulating matrix depends entirely on the nature of the substance to be encapsulated; therefore, a judicious choice of the material to be used as the encapsulating matrix is important. The
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technique of solid-phase microextraction and gas chromatography which has been developed in the present study should be helpful in the selection of the ideal encapsulating material.
Key Words: HS-SPME-GC, starch barley, modified starch, thermoplastic extrusion, encapsulation, spray drying.
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1 INTRODUCCIÓN
La encapsulación es una tecnología no reciente. Las investigaciones reportadas se inician en 1930, donde la National Cash Register Co. desarrolló el denominado “papel carbón sin carbón”, siendo comercializado en 1954. Este consistió en la encapsulación de tinta, por un proceso llamado coacervación, en que las cápsulas eran depositadas en una fina capa sobre el papel que, mediante la presión ejercida por el lápiz o la máquina de escribir, se producía su ruptura y la liberación de la tinta (Dziezak, 1988).
En 1950, el Southwest Research Institute desarrolló un proceso mecánico para encapsular líquidos o sólidos utilizando un material de recubrimiento que es sólido a temperatura ambiente creando una máquina de encapsulación para producir cápsulas de gasolina para uso militar. En este mismo año, el Dr.
Wurster inventó un proceso para cubrir y granular tabletas y píldoras farmacéuticas; éste consistía en la atomización de material de recubrimiento sobre las partículas suspendidas en una columna de aire (Dziezak, 1988).
En los últimos años, las tendencias mundiales indican un interés acentuado de los consumidores por los alimentos funcionales. Así, se busca reemplazar el uso de saborizantes artificiales por saborizantes naturales que además de ser atractivos para los consumidores aporten beneficios a las funciones biológicas del organismo humano y sean estables en el tiempo (Escalona, 2004).
Los sabores comerciales en forma líquida son difíciles de manejar e incorporar a los alimentos. Los sabores están constituidos por compuestos volátiles que fácilmente se evaporan de la matriz del alimento que los contiene durante su almacenamiento. El encapsulado de éstos permite una mayor retención y protección de las reacciones inducidas por la luz y la oxidación (Murúa y col., 2008).
El encapsulado de ingredientes en la industria de alimentos permite: (Dziezak, 1988).
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- Estabilizar el material núcleo.
- Controlar la liberación del material núcleo (velocidad e inicio de la liberación).
- Separar reactivos o componentes incompatibles en una formulación.
- Protección de componentes sensibles del alimento a la luz, humedad, calor.
- Aseguramiento contra pérdidas nutricionales.
- Utilización alternativa de ingredientes sensibles.
- Enmascarar o preservar sabores y aromas.
- Transformar ingredientes líquidos en sólidos fácilmente manejables.
Los polímeros naturales o sintéticos tales como almidones, maltodextrinas, lípidos, proteínas, goma arábiga han sido ampliamente utilizados como aditivos en la industria alimentaria, en la industria farmacéutica y de cosméticos, en la agricultura y otras áreas. Entre las principales razones para la selección de una buena materia prima se encuentran las relacionadas a su costo, facilidad de obtención y aspectos de calidad, como lo es alta pureza, buenas propiedades mecánicas, baja toxicidad, alta degradación en el medio ambiente y buena compatibilidad con otras sustancias (Murúa y col., 2008).
El progreso científico ha dado lugar a polímeros cada vez más sofisticados.
Estrategias promisorias, tales como la modificación química, tienden a mejorar las características del polímero (almidón). Por ejemplo, estas modificaciones acarrean costos y algunas veces son insuficientes para alcanzar determinados objetivos, y por ello se ha intensificado la búsqueda de otros polímeros más apropiados y específicos. Otra estrategia es la combinación de polímeros, generalmente polímeros naturales con sintéticos, que tiene como objetivo la obtención de mezclas con propiedades mejoradas, que satisfagan determinados requerimientos (Ferreira, 2004).
La microencapsulación puede ser considerada como una forma especial de empacar, en la que un material en particular puede ser cubierto de manera individual para protegerlo del ambiente y de influencias destructivas. En un sentido amplio, microencapsular provee un medio de envasar, separar y almacenar materiales en escala microscópica para su liberación posterior bajo condiciones controladas.
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El material que es cubierto o encapsulado se refiere como fase interna y el material que recubre es llamado pared y generalmente no reacciona con el material a encapsular. En la Fig. 1 se observan las estructuras más comunes de las microcápsulas.
Fig. 1 La estructura A es conocida comúnmente como piscina y la forma B como esponja. (Madene, 2006)
La microencapsulación es una técnica importante para la industria de alimentos y sabores, el cual se utiliza para proteger del calor, de la luz y del oxígeno a compuestos como lo son los sabores, enzimas, microorganismos, etc. Además, los materiales encapsulantes deben proteger a los componentes encapsulados de la liberación y de los cambios químicos durante las operaciones de manufactura y de almacenamiento (Schatzman, 2008).
Las ventajas que ofrecen la microcápsulación sobre un proceso convencional, como el añadir los sabores líquidos directamente; pueden resumirse en la protección y enmascaramiento de la sustancia encapsulada frente a medios inestables u hostiles para su posterior liberación progresiva (Schatzman, 2008)
El rendimiento y eficiencia del proceso de encapsulación tradicionalmente son determinados experimentalmente utilizando una técnica de extracción líquido- sólido empleando un equipo soxhlet con solventes (compuesto superficial)
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mientras que el compuesto total en las microcápsulas se determina utilizando la técnica de extracción por solventes, previa adición de agua para rompimiento de las microcapsulas y posteriormente ser sometidas a agitación.
Es importante cuantificar la cantidad de compuesto superficial pues a pesar de que puede ser insignificante, ésta puede provocar cambios en la composición del alimento a la cual se le ha añadido; y la cuantificación del compuesto interno dará la eficiencia y rendimiento del proceso de encapsulado.
Las técnicas de extracción con equipo soxhlet y extracción por solventes con agitación a pesar de ser técnicas probadas, ofrecen desventajas notorias en su utilización, tales como una inversión prolongada de tiempo para su montaje, cuantificación y limpieza previa del equipo, una cantidad considerable de muestra (de 4 a 8 gr) que en ocasiones no se cuenta para hacer un triplicado; y el empleo de solventes. Lo anterior, las convierten en técnicas no amigables con el medio ambiente y, sobre todo, la especificidad de ellas es baja, dado que cuantifican un todo y no la cantidad de cada uno de los compuestos que están encapsulados;
esto es importante debido a que, por ejemplo, si deseamos conocer el compuesto que está aportando el carácter al aroma en general, con las técnicas tradicionales es imposible saberlo.
En cambio; la técnica que se utilizó principalmente en el presente trabajo, SPME- CG, ofrece una especificidad alta en la cuantificación de cada uno de los compuestos aromáticos, no requiere el uso de solventes, el tamaño de muestra es mínimo (desde 0.1 gr puede hacerse la cuantificación), es rápida y además puede automatizarse.
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2 ANTECEDENTES
2.1 Aspectos generales de la microencapsulación
El término microencápsulación es relativamente antiguo, sin embargo, su aplicación es relativamente reciente. Las primeras referencias que describen un proceso de microencapsulación datan de los años treinta y ha sido en las últimas décadas cuando el interés por desarrollar micro y nano partículas biodegradables ha tenido su mayor crecimiento.
La microencapsulación de principios activos puede definirse desde el punto de vista tecnológico como un proceso de recubrimiento por el cual se obtienen sistemas multiparticulares que en función de su morfología y estructura interna pueden denominarse micropartículas, microesferas o microcápsulas, todos ellos tienen en común el tamaño de partícula que siempre es inferior a 1000 µm (Vila, 1997).
Las razones para llevar a cabo un proceso de microencapsulación se pueden resumir en cuatro grupos:
• Inmovilización de células, enzimas, etc.
• Protección frente a procesos de degradación (oxígeno, luz, humedad, etc.), evitar la degradación en el estómago debido a la acidez del pH, enmascarar sabores y olores, etc.
• Liberación controlada de fármacos o de otro tipo de sustancias como olores, etc.
• Estructuración, generalmente se utiliza para retirar el solvente en una suspensión, de forma que se favorece el manejo del producto, se aumenta la vida media y se modifican sus propiedades (solubilidad, dispersión, etc.).
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2.2 Microencapsulación de Compuestos de Sabor
La microencapsulación puede realizar varias funciones. Además de proteger sabores, también pueden alargar la vida de anaquel y la estabilidad, controlar la liberación del sabor y proporcionar sabores líquidos en forma granular.
El buen sabor puede ser subjetivo, aunque obtener el sabor correcto es el objetivo de todo fabricante. Los sabores pueden considerarse como uno de los ingredientes más valiosos en cualquier formulación y la microencapsulación puede resolver problemas específicos que no podrían ser resueltos por otra vía.
Hasta pequeñas cantidades de algunos sabores pueden ser caros, y porque generalmente son delicados o volátiles; el preservarlos puede ser la preocupación principal de los fabricantes y proveedores de alimentos. Una manera de preservar y mejorar los sabores es por medio de la microencapsulación. La microencapsulación puede realizar varias funciones. Más aún, la microencapsulación también puede ayudar a los fabricantes enmascarando sabores fuertes. Varios de los ingredientes nutricionales más populares tienen características sensoriales no agradables que pueden alejar a los consumidores.
Los extractos de soya, hierbas amargas, y aceites omega-3; por ejemplo, son bien conocidos por sus sabores y aromas reprobables.
En la industria alimentaria, la microencapsulación está tranformando los productos alimentarios, incluso se ha llegado a intervenir en las tendencias de salud del consumidor mediante la encapsulación de probióticos o con la incorporación de otros ingredientes que mejoren la salud. Se han creado nuevas texturas, se han diferenciado y revalorizado algunos productos. Uno de los sectores con mayor potencial es la alimentación infantil con la incorporación de vitaminas, minerales, etc., (Martín, 2007).
La encapsulación de ingredientes alimenticios se emplea por una variedad de razones que incluyen su protección contra factores ambientales (oxígeno, luz, humedad, ácido, etc.), el mejoramiento de su estabilidad durante su procesamiento o uso para lograr una liberación controlada, o simplemente para
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tener polvos que fluyan libremente y sean fácilmente mezclables con otros productos secos ( Beristain, 2007).
2.3 Compuesto encapsulado
En el ramo alimentario generalmente usan la microencapsulación para prevenir que los sabores volátiles e inestables interactúen con otros compuestos en la fórmula. El sabor es una constelación de 20-150 químicos diferentes. Todos estos químicos tienden a reaccionar con algo más. El sabor tiene la oportunidad de reaccionar en la matriz de un alimento, alterando su perfil o su sabor. Al encapsularlo, se protege al sabor (Schatzman, 2008).
Debido a esta complejidad, en el presente trabajo se empleó una mezcla de compuestos aromáticos donde se incluyeran los grupos de gran importancia en la industria del sabor, así, se incluyó a los aldehídos (hexanal), ésteres (hexanoato de etilo) y los ácidos (ácido hexanoico).
El hexanal es también conocido como hexaldehido, caproaldehido o aldehido caproico, es un líquido claro, de sabor afrutado, a manzana. Se emplea para dar sabor a plátano, kiwi, mango, durazno, frutas cítricas y otras más. De forma natural se encuentra en la manzana, coco, pepino, miel, durazno, tomate, etc.
El ácido hexanoico, también llamado ácido caproico, es un ácido carboxílico con, como su nombre lo sugiere, seis carbonos. A tempertura ambiente es un!líquido! incoloro, viscoso, con olor a cabras u otros animales de granja. Forma sales llamadas hexanoatos o caproatos. Es un ácido graso encontrado naturalmente en las grasas y aceites animales.
El hexanoato de etilo, también llamado caproato de etilo, es a temperatura ambiente, un éster de aspecto líquido color incoloro, con olor afrutado dulce, se perciben notas de manzana, plátano, piña, vino. Se emplea para dar sabor a manzana, piña, fresa y en bebidas alcohólicas. De manera natural lo encontramos presente en la manzana, cereza, uva, brandy, kiwi, mango, durazno, piña, frambuesa y vino.
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2.4 Tipos de coberturas utilizadas en microencapsulación
La microencapsulación rodea a un número de procesos diferentes que se pueden utilizar para proteger un ingrediente, preservando su núcleo en cierto tipo de película o capa protectora. Se pueden recubrir los ingredientes usando una variedad de materiales, incluyendo carbohidratos y lípidos (Tabla 1). Todo depende de la aplicación. Distintos sabores conforman sistemas muy complejos de sabor porque existen muchas variables. Algunos sabores son más estables en carbohidratos, los cuales son solubles en agua, y otros son más estables en matrices elaboradas con lípidos. Dependiendo del tipo de material del recubrimiento y cómo se elabora el material, una cubierta se puede programa para liberar gradualmente o repentinamente; al comienzo o al final del ciclo del producto; a cierta temperatura; o cuando se necesita alcanzar un nivel particular de pH. Si un producto tiene varios sabores, se pueden añadir varias capas para asegurar, si es necesario, que los sabores se liberan en diferentes tiempos. Se puede emplear la microencapsulación si se desea controlar la liberación del sabor.
Los alimentos recalentados son un buen ejemplo. Si se tiene un sabor encapsulado y sellado, el producto queda completamente estable durante el ciclo del producto. El consumidor lo lleva a casa, lo coloca en el horno de microondas, la cápsula se abre, y los sabores se liberan (Schatzman, 2008).
Tabla 1 Tipos de cobertura utilizados en microencapsulación.
Tipo de cobertura Cobertura específica Gomas Goma arábiga, agar, alginato
de sodio, carragenina Carbohidratos Almidón, dextranos, sacarosa,
jarabes de maíz
Celulosas
Carboximetil-celulosa, metilcelulosa, etilcelulosa, nitrocelulosa, acetilcelulosa Lípidos Ceras, parafinas, tristearina,
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ácido esteárico, monoglicéridos, diglicéridos,
aceites, grasas Proteínas Gluten, caseína, grenetina,
albúmina
Materiales inorgánicos Sulfato de calcio, silicatos
Fuente: Schatzman, 2008.
2.5 Almidón de cebada
La cebada (Hordeum vulgare L.) es un cereal forrajero invernal de amplia adaptación, producción y calidad (Cherney y col.,1983; Flores y col.,1984;
Khorasani y col.,1997; y Cash y col., 2004), cualidades que la hacen deseable para las explotaciones intensivas y justifican la búsqueda de nuevos materiales que satisfagan los requerimientos del productor lo cual es posible lograr aplicando algún método de mejoramiento genético.
Se ha comprobado que la cebada forrajera produce rendimientos de cosecha agricola que en algunos ambientes pueden duplicar los de la malta. Las variedades de cebada para forraje tienen un costo menor y su producción y rendimiento son mayores. Además, el agricultor puede comercializar cuando su producto alcance el mejor precio, ya sea en grano o como alimento para ganado.
Así, los pequeños productores de cebada mexicanos tienen una opción económica viable para hacer frente a la globalización, que ha traído consigo el incremento de las importaciones provenientes de Estados Unidos y Canadá, cuyo precio es menor al nacional.
La cebada es el cuarto cereal cultivado a nivel mundial, después del trigo, maíz y arroz. La cariópside o grano maduro de la cebada está compuesta de carbohidratos, compuestos nitrogenados, lípidos, vitaminas y sales minerales (López y col., 2007). La cebada tiene usualmente un contenido proteico de 7.5- 15.6%.
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A su vez, la variedad forrajera posee un contenido medio de proteína (10.4%). El contenido de proteínas es de gran importancia para conocer cuál es el empleo más apropiado que se le debe dar a cada una de las variedades. Para fines de alimentación animal y panificación se prefieren aquellos granos con alto contenido proteico como lo son Esmeralda 2, Pastor Ortiz y M16 Tlaxcala. En el caso de fibra, los valores obtenidos varían entre 4.9% y 8.2%, la cebada forrajera posee un contenido intermedio (6.0%).
Los hidratos de carbono son el mayor constituyente de los granos de cereales. En la cebada puede existir una variación de 72.8 - 82.8%, la cebada forrajera presenta un valor intermedio (79.3%). Por otra parte, mayor cantidad de carbohidratos implica mayor cantidad de almidón. A más alto contenido de carbohidratos menor contenido de proteína.
El gránulo de almidón de cebada (Fig. 2) no tiene un tamaño definido y presenta las siguientes características (Tabla1):
Tabla 2 Características del gránulo de cebada.
Fuente: Hoseney, 1991; Thomas y Atwell, 1999.
En la cebada, los granos lenticulares se forman durante los primeros 15 días después de la polinización. Los pequeños gránulos estéricos, representando un
Granulo de Cebada
Tamaño (nm) Forma
23 Elíptica 20-25 Redondo Temperatura de gelificación (ºC)
51-60
2-6 Lenticular
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total de 88% del número de granos, aparecen a los 18-30 días posteriores a la polinización.
Fig 2 Microfotografía obtenida por microscopía de barrido eléctrónico de los granulos de almidón de cebada forrajera.
El almidón químicamente pertenece al grupo de los polisacáridos, que son moléculas formadas por cadenas lineales o ramificadas de otras moléculas más pequeñas y que a veces alcanzan un gran tamaño, puede encontrarse no solo en los cereales sino en otros grupos de alimentos del reino vegetal.
El almidon es un polisacárido de estructura muy compleja, uno de los más importantes desde el punto de vista de interés de la tecnología de los alimentos, muy extendidos en la naturaleza ya que son los hidratos de carbono de reserva de las plantas. Hay diferencias de los almidones de una especie a otra hasta el punto que se pueden distinguir las diferentes especies de acuerdo con el tipo de almidón.
Pueden presentar los almidones variaciones tecnológicas que responden a diferentes estructuras.
El almidón está formado por dos tipos de cadenas (Fig. 3): amilosa (absorben iodo; se forman compuestos de color azul intenso) y amilopectina (absorben iodo, dan coloración rojo púrpura). La amilosa abunda en las leguminosas y la amilopectina en los cereales. (Tester y col., 2004).
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Fig.3 Estructura de almidón: (a) estructura lineal de amilosa y (b) estructura ramificada de amilopectina (Tester y col., 2004).
En general, los almidones contienen entre el 20% y el 30% de amilosa, aunque existen excepciones. En el maíz céreo, llamado así por el aspecto del interior del grano, casi no existe amilosa, mientras que en las variedades amiláceas representa entre el 50% y el 70%.
Resumiendo la proporción amilasa/amilopectina en el grano más común es 25/75%, pero pueden ser encontradas un 50% de amilopectina en variedades
(a)
(b)
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como la cerosa o waxy y por el contrario, los amiloliptidos que poseen alta proporción en amilosas. Las propiedades del almidón de una especie vegetal dependen del porcentaje relativo de cada cadena.
En función de la proporción amilasa/amilopectina así serán las dos propiedades fundamentales que presentan: absorción y retención de agua y capacidad de formación de gel. Así mismo esta proporción determinará las propiedades funcionales de los almidones.
2.5.1. Modificación a los almidones
Tradicionalmente se ha usado la goma Arábiga como agente encapsulante para los sabores oleosos y esencias en numerosos productos. Sin embargo, el suministro de la goma Arábiga ha sido muy irregular y limitado, causando muchas variaciones de precio. La escasez de este producto ha motivado a desarrollar ingredientes con costo competitivo y sin preocupaciones de suministro. (Beristain, 2007).
El almidón actúa muy bien como espesante en condiciones normales; sin embargo, tiene tendencia a perder líquido cuando el alimento se congela y se descongela. La utilización del almidón como componente alimentario se basa además de sus propiedades funcionales en sus propiedades de interacción con el agua, especialmente en la capacidad de formación de geles. Sin embargo, el almidón tal como se encuentra en la naturaleza no se comporta bien en todas las situaciones que pueden presentarse en los procesos de fabricación de alimentos.
Concretamente presenta problemas en alimentos ácidos o cuando éstos deben calentarse o congelarse, inconvenientes que pueden obviarse en cierto grado modificándolo químicamente (Kim y col., 1999).
La estructura nativa del almidón puede ser menos eficiente debido a que las condiciones del proceso (como la temperatura, el pH y la presión) reducen su uso
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en otras aplicaciones industriales, debido a la baja resistencia a esfuerzos de corte, descomposición térmica, alto nivel de retrogradación y sinéresis. Las limitaciones anteriores se pueden superar modificando la estructura nativa por métodos químicos, físicos y enzimáticos, dando como resultado un almidón modificado. Estos almidones generalmente muestran mejor claridad de pasta y estabilidad, menor tendencia a la retrogradación y aumento en la estabilidad al congelamiento-deshielo (Rutenberg y col.,1984). Los almidones modificados constituyen una familia creciente, de productos más o menos sofisticados. El almidón modificado más simple es el pregelatinizado, aplicado a productos instantáneos en los que se desea una hidratación rápida.
2.5.2 Almidones modificados por succinatación
Todos los almidones modificados se pueden combinar con otros tipos de almidón consiguiéndose así un almidón más resistente y con características apropiadas para su uso específico. Todos estos almidones son seguros e inocuos por lo que están admitidos ya que se metabolizan como los hidratos de carbono normales.
Las modificaciones no se metabolizan sino que se eliminan. Se utilizan como aditivos y no está limitada la cantidad de estos almidones modificados en los alimentos. Actualmente, se tiene disponibles ingredientes con propiedades encapsulantes a partir de almidones modificados. Estos almidones han adquirido una parte lipofílica (afín al aceite) por la adición de un grupo octenil a través de una modificación química. Estos productos también tienen una parte hidrofílica (afín al agua) por sus inherentes estructuras de amilosa y amilopectina del almidón. El reactivo comúnmente utilizado para producir almidones emulsificantes es el anhídrido n-octenilsuccínico (n-OSA). Los ésteres de almidón succinatado (n- OSA) son preparados comercialmente por la reacción básica de anhídridos de alquenil succínico con el almidón granular en suspensión acuosa. La sustitución puede ocurrir en las posiciones 2, 3, y 6 de los carbonos de la unidad de glucosa.
Con la incorporación de grupos hidrofóbicos alquenil en una molécula de almidón
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normalmente hidrofílica, el almidón modificado adquiere propiedades de superficie activa las cuales son útiles para estabilizar emulsiones de aceite/agua. A diferencia de los surfactantes típicos, los ésteres del almidón succinatado forman películas fuertes en la interfase de aceite/agua, proporcionando a la emulsión resistencia a la reaglomeración. Consecuentemente, las soluciones acuosas en particular, los almidones alquenil succinatos y del almidón n-OSA, se han utilizado para estabilizar concentrados de sabor en bebidas, aceite en preparaciones de ensalada, y encapsulado de sabores, fragancias y vitaminas en formulaciones secadas por aspersión (Murúa y col. 2008).
La primera generación de los almidones n-OSA fue preparada acondicionando el almidón con el anhídrido, después esterificando (derivatización) y dextrinizando los gránulos de almidón (conversión) en una cámara caliente, obteniendo un almidón modificado, dextrinizado, suave, con excelente capacidad emulsificante y buenas características de solubilidad-viscosidad en solución, con algunas propiedades indeseables de color y sabor.
Actualmente una segunda generación de los almidones OSA está substituyendo a los almidones originales. Estos nuevos almidones utilizan ácidos o enzimas para hidrolizar el almidón a oligómeros solubles los cuales son derivatizados. Estos nuevos productos son blancos y muy suaves, y conservan las propiedades equivalentes de emulsificación y secado (Murúa y col. 2008).
2.5.3 Modificación química del almidón aplicando el proceso de extrusión
El almidón extrudido es un material que se obtiene por la disrupción (modificación) estructural que se da dentro del gránulo de almidón cuando este es procesado con un bajo contenido de agua y la acción de fuerzas térmicas y mecánicas (Bastioli, 2001), durante la extrusión del almidón la estructura granular se pierde, los cristales nativos se funden y sus componentes (amilosa y amilopectina) son parcialmente desordenados (Colonna y col., 1981), aunque durante el enfriamiento se pueden formar estructuras que resistan la hidrólisis por las enzimas digestivas.
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El extrusor es un equipo altamente versátil que mediante la selección apropiada de las variables de proceso es posible obtener diversos grados de modificación del almidón con diferentes equivalentes de dextrosa y viscosidad. El empleo de ácidos conjuntamente con la extrusión favorece la velocidad de hidrólisis del almidón.
Las condiciones de extrusión pueden convertir el almidón granular y semicristalino en un material altamente viscoso y plástico o de otra manera dextrinizado y con baja viscosidad. Una formulación de almidón con alta viscosidad generalmente requiere un tratamiento adicional que puede ser a través de energía mecánica. El alto cizallamiento durante la extrusión se relaciona directamente con la alta energía mecánica específica, que alternadamente aumenta la desestructuración y la dextrinization molecular del almidón. El rompimiento de las moléculas de almidón, aumenta la solubilidad del almidón extrudido en la formulación en sistemas acuosos (Murúa y col., 2008).
Fig. 4 Esquema de un extrusor de tornillo simple y sus componentes (Tomado de: http://www.engormix.com/images/s_articles/1748_22.jpg).
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2.6 Métodos de encapsulamiento
Diversos métodos han sido propuestos para la producción de microcápsulas. En general, estos métodos pueden ser divididos en tres grupos:
• Procesos físicos: secado por aspersión, extrusión y recubrimiento por aspersión.
• Procesos fisicoquímicos: coacervación simple o compleja y atrapamiento en liposomas.
• Procesos químicos: polimerización interfacial e inclusión molecular.
La selección del proceso de encapsulación para una aplicación considera el tamaño medio de la partícula requerida y las propiedades fisicoquímicas del agente encapsulante y la sustancia a encapsular, las aplicaciones para el material microencapsulado, el mecanismo de liberación deseado y el costo. En el caso de sabores y aromas, varios métodos han sido desarrollados para encapsularlos y utilizarlos en la industria de alimentos; el secado por aspersión es el que más se utiliza (Reineccius., 2006).
El secado por aspersión es ampliamente usado en la industria de los alimentos, debido a que es un método económico y efectivo en la protección de materiales, seguido por extrusión (Dziezak 1988; Reineccius 1991; Bhandari y col. 1992;
Shahidi y Han, 1993; Goubet y col. 1998; Ré 1998). La selección del método está en función del costo, de las propiedades del material a encapsular, del tamaño de las microcápsulas, de la aplicación y mecanismos de liberación (Re 1998; Brazel 1999; Popplewell, 2001).
El equipo de secado por aspersión es de gran disponibilidad y los costos de operación son más bajos con respecto a cualquier otro método de encapsulación (Risch, 1995).
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2.6.1 Método del secado por aspersión
El método de secado spray es el método más utilizado en la industria de alimentos, debido a que es un proceso económico, flexible y produce partículas de buena calidad (Dziezak, 1988). Este proceso consiste en atomizar el material que se encuentra en estado líquido, ya sea como solución o como dispersión, en forma de finas gotas sobre una corriente de gas calentado. Cuando las pequeñas gotas del líquido toman contacto con el gas a mayor temperatura se produce una rápida evaporación del solvente, formándose una fina película del material de recubrimiento que se encuentra disuelto en él. Las microcápsulas usualmente caen en el rango de varios micrones hasta aproximadamente 200 µm (Porzio, 2004). En este proceso, se pueden identificar tres pasos básicos (Dziezak, 1988):
- Preparación de la dispersión o emulsión a ser procesada.
- Homogeneización de la dispersión.
- Atomización de la masa dentro de la cámara de secado.
Este proceso se realiza en un secador spray que se compone básicamente de un sistema de alimentación del líquido, un dispositivo de atomización (disco que gira a alta velocidad), una cámara de atomización y un sistema colector del producto seco (Fig. 5). La rápida evaporación del agua del recubrimiento durante su solidificación mantiene el material núcleo por debajo de los 100ºC, a pesar de las altas temperaturas utilizadas en el proceso (Dziezak, 1988). Esto, junto a que el tiempo de exposición a temperaturas elevadas es muy corto (5 a 20 s) hace a este proceso apropiado para materiales sensibles al calor (Sheu, 1995).
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Fig. 5 Esquema de equipo de secado por aspersión (Tomado de:
www.buchi.com)
2.7 Fundamentos teóricos de SPME
El principio en el que se basa la SPME generalmente es la partición de los analitos entre la matriz de la muestra y el recubrimiento de fibra (Havenga y col., 2000). Así, el transporte de los analitos desde la matriz de la muestra hasta la fibra comienza cuando la fibra entra en contacto con la muestra y la extracción se considera completa cuando la concentración de analito ha alcanzado el equilibrio de distribución entre la muestra y la fibra.
Existen básicamente dos modos de extracción posibles en SPME, introduciendo la fibra directamente en la muestra o bien en el espacio de cabeza o headspace.
El modelo matemático que explica la dinámica del proceso de absorción cuando la fibra se introduce directamente en la muestra fue desarrollado por Louch y col.
(1992) y en él se confirma la relación lineal que existe entre la cantidad de analito absorbido por la fibra en el estado de equilibrio y la concentración de éste en la muestra. Esta afirmación se ve reflejada en la siguiente ecuación:
