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Encapsulación de aceite de pescado por secado por atomización libre de agua y convencional. Efecto sobre la eficiencia de encapsulación de aceite de pescado, su estabilidad oxidativa y su liberación en un modelo alimentario.
Encapsulation of fish oil by water-free and conventional spray-drying. Effect on the encapsulation efficiency of fish oil, its oxidative stability and its release in a food model.
Autor
Encina Acosta, Cristian Rodrigo
Institución
Resumen
Los ácidos grasos poliinsaturados de cadena larga (AGPICL n-3), son necesarios en la nutrición humana porque proporcionan una serie de beneficios para el ser humano y previenen diversas enfermedades. El aceite de pescado (AP) es una fuente natural de estos AGPICL n-3 que puede incorporarse a los productos alimenticios. Uno de los principales inconvenientes de los aceites que contienen un alto contenido de AGPICL n-3, es su alta susceptibilidad a la oxidación y a generar sabores desagradables. La microencapsulación del AP se ha propuesto como un método para retardar la autooxidación de lípidos, mejorando la estabilidad del aceite, prolongando su vida útil, limitando el desarrollo de sabores desagradables y controlando su liberación en los alimentos. La encapsulación del AP mediante secado por atomización convencional se realiza preparando emulsiones de AP en agua (tamaño micro o nano) mediante la aplicación de fuerzas de cizalla. En este contexto, se propone el secado por atomización libre de agua, para la encapsulación de AP, como una estrategia alternativa que evitaría la elaboración de una emulsión de AP.
El AP se encapsuló con hidroxipropilcelulosa (HPC) e hidroxipropilinulina (HPI) mediante secado por atomización convencional (agua) y libre de agua (etanol, metanol, acetona) para estudiar el efecto del solvente sobre la eficiencia de encapsulación (EE), las propiedades de las micropartículas, la estabilidad oxidativa del aceite de pescado durante el almacenamiento a 40 °C y la liberación de AP en modelos alimentarios acuosos (solución amortiguadora a pH 4,6 y pH 6,5).
Se aplicó un diseño experimental (diseño central compuesto más estrella) para cada sistema de micropartículas estudiadas (AP-HPC-Agua, AP-HPC-EtOH, AP-HPC-MeOH, AP-HPC-Acet, AP-HPI-Agua y AP-HPI-MeOH). La relación de AP/ agente encapsulante mostró un efecto significativo sobre la eficiencia de encapsulación (EE), en todos los sistemas de micropartículas estudiados, mientras que, solamente la temperatura del gas de entrada al secador mostró un efecto significativo en los sistemas de micropartículas convencionales.
El sistema AP-HPC-Acet presentó la mayor EE de AP (92,0 %), seguido de AP-HPI-MeOH (82,6 %), AP-HPI-Agua (80,5 %), AP-HPC-EtOH (80,4 %), AP-HPC-MeOH (75,0 %) y AP-HPC-Agua (71,1 %). La disminución en la constante dieléctrica del solvente, aumentó la EE de AP, favoreciendo las interacciones triglicéridos-polímero en lugar de la retención de la emulsión de aceite en agua. Sin embargo, el aumento de la EE no tuvo relación con la estabilidad oxidativa del AP, ya que el sistema AP-HPC-Acet presentó la mayor EE (92 %), pero la menor estabilidad oxidativa del aceite de pescado, reflejado en la mayor formación de compuestos de polimerización (12 %, dímeros + polímeros de triglicéridos oxidados), principal índice oxidativo dentro de la distribución de compuestos polares para evaluar la oxidación en aceite altamente insaturados como el AP.
Respecto a la liberación de AP en modelos acuosos (pH 4,6 y 6,5), se encontraron resultados similares para todos los sistemas de micropartículas estudiados, a excepción de AP-HPI-Agua. La liberación de AP encapsulado, correspondió al AP-superficial debido a un mecanismo de difusión Fickiana (modelo de Higuchi). En conclusión, la encapsulación de AP por secado por atomización con solvente, puede proponerse como una tecnología alternativa, para la encapsulación de moléculas hidrofóbicas. Long-chain polyunsaturated omega-3 fatty acids (LCω3-PUFA), are necessary in human nutrition because they play an important role for humans and prevent several diseases. Fish oil (FO) is a natural source of LCω3-PUFA that can be incorporated into food products. The major drawbacks of oils containing a high amount of LCω3-PUFA, such as FO, is their high susceptibility to oxidation and unpleasant flavours. Microencapsulation of FO by spray-drying has been proposed as a method to retard lipid auto-oxidation, improving the oil stability, prolonging its shelf life, limiting the development of off-flavours and controlling the release into food. The encapsulation of fish oil by conventional spray-drying has been performed by preparing FO-in-water emulsions (micro- or nano-sized) by applying high shearing forces. In this context, encapsulation of FO by free-water spray-drying is proposed as an alternative strategy, which would avoid the elaboration of FO-emulsion.
FO was encapsulated with hydroxypropylcelullose (HPC) or hydroxypropylinulin (HPI) by conventional spray-drying (water) and free-water spray-drying (ethanol, methanol, acetone) in order to study the effect of the solvent on the encapsulation efficiency (EE), microparticle properties, oxidative stability of FO during the storage at 40 °C and the FO release in aqueous models (buffer pH 4.6 and pH 6.5).
Experimental design (central composite design plus axial point) was applied for each microparticles system studied (FO-HPC-Water, FO-HPC-EtOH, FO-HPC-MeOH, FO-HPC-Acet, FO-HPI-Water and FO-HPI-MeOH). The FO/encapsulating agent ratio showed a significant effect on the encapsulation efficiency (EE) in all FO-microparticles, while only the inlet gas temperature showed a significant effect in conventional spray-dried of FO-microparticle systems.
FO-HPC-Acet showed the highest EE of FO (92.0%), followed by FO-HPI-MeOH (82.6%), FO-HPI-Water (80.5%), FO-HPC-EtOH (80.4%), FO-HPC-MeOH (75.0%) and FO-HPC-Water (71.1%). A decrease in the dielectric constant leads to an increase in EE of FO, promoting triglyceride-polymer interactions instead of oil-in-water emulsion retention. However, the increase of EE was not in line with the oxidative stability of FO, since FO-HPC-Acet leds to the highest EE but the lowest oxidative stability of FO, reflected in the greater formation of polymerization compounds (12%, dimers + polymers of oxidized triglycerides), the main oxidative index within the distribution of polar compounds to evaluate oxidation in highly unsaturated oils such as AP.
The FO release in aqueous models (pH 4.6 and 6.5), corresponded to FO superficial by a Fickiana diffusion (Higuchi model). Therefore, the encapsulation of FO by solvent spray-drying can be proposed as an alternative technology for encapsulation of hydrophobic molecules.