Extracción, caracterización y evaluación del mucílago de la semilla de tamarindo como agente encapsulante del aceite de ajonjolí (Sesamum indicum L.)

Abstract

El eje central del desarrollo de este trabajo consistió en estudiar, analizar, evaluar e introducir al mucílago de la semilla de tamarindo como biopolímero para ser considero como un hidrocoloide capaz de producir diferentes sistemas coloidales tal como lo son dispersiones, emulsiones, espumas y microcápsulas. Con la finalidad de lograr el objetivo principal, en primera instancia mediante técnicas físicas se aisló el mucílago de la semilla de tamarindo, se secó por aspersión y se determinaron las propiedades funcionales, características fisicoquímicas y se realizó un estudio reológico del mucílago. Posteriormente, se evaluó como agente encapsulante en el proceso de microencapsulación de aceite de semilla de ajonjolí mediante secado por aspersión. Cabe resaltar que este es el primer trabajo que se encuentra en la literatura especializada en abordar esta temática. Por ende, este nuevo mucílago podría aplicarse potencialmente a las industrias de consumo humano como un hidrocoloide funcional, económico y ecológico. Para lograr la extracción del mucílago a partir de semillas de tamarindo se implementó un método novedoso e innovador con los requerimientos de ser cero emisiones y libre de uso de solventes mediante procesos de separación convencionales. Una vez que se logró extraer el mucílago de las semillas, este se aíslo y se obtuvo en forma de partículas finas mediante la técnica de secado por aspersión. Se realizaron caracterizaciones funcionales (solubilidad, capacidad de retención de agua, capacidad de retención de aceite, índice de hinchamiento, capacidad y estabilidad emulsionante) a diferentes temperaturas (25, 45 y 65 ºC) y pH´s (2, 4, 6, 7 y 8) para el mucílago, observándose que la solubilidad, la capacidad de retención de agua y aceite se vieron favorecidas al momento de incrementar la temperatura (25, 45 y 65 ºC). El índice de hinchamiento incremento de modo proporcional a la temperatura y el pH. La capacidad emulsionante aumentó y la estabilidad emulsionante disminuyó cuando se incrementó el peso del mucílago conforme a la relación volumen de mucílago / aceite en emulsión. Los análisis fisicoquímicos demostraron mediante termogravimetría y calorimetría diferencial de barrido que el mucílago es completamente termoestable hasta 175 °C, temperatura a la cual se aprecia el indicio de una pérdida de masa significativa. Un estudio de infrarrojo permitió deducir cualitativamente que el mucílago se encuentra constituido básicamente por glucosa, xilosa y galactosa. La evaluación morfológica por difracción de rayos X indicó que el mucílago es un sólido de naturaleza amorfa, mientras que imágenes obtenidas mediante microscopia electrónica de barrido sobre las superficies externas del mucílago mostraron partículas con geometrías semiesféricas constituidas por paredes continuas sin fisuras, grietas o interrupciones. Con la finalidad de poseer un mapeo sólido del mucílago de la semilla de tamarindo y así poder establecer certeramente aplicaciones industriales como un hidrocoloide, se caracterizaron las propiedades reológicas de dispersiones acuosas del mucílago de las semillas de tamarindo evaluando el comportamiento de flujo a diferentes condiciones de operación, como son la concentración de mucílago (0.5, 1.0, 1.5 y 2.0 % p/p), temperatura (25, 30, 40 y 60 °C), pH (4, 7 y 10), tipo de sal (monovalente, NaCl, KCl y divalente, NaCl2, a 0.01, 0.02 y 0.03 M) y concentraciones de azucares adicionados (0.0, 2.5, 5.0 y 10.0 % p/p). De acuerdo al comportamiento reológico de las dispersiones del mucílago, a todas las condiciones de análisis, el mucílago se comportó como un fluido no newtoniano de tipo pseudoplastico, el cual se adecuo al modelo de ley de potencia con coeficientes de determinación R2 superiores a 0.93. El incremento de la temperatura en las dispersiones influyo positivamente logrando reducir la viscosidad e intensificar el índice de comportamiento del flujo, mientras que, al incrementar la concentración de mucílago en las dispersiones, se evidenció un efecto opuesto en ambas variables. El efecto de la temperatura fue más pronunciado a una concentración de mucílago del 2.0% p/p con una energía de activación de 20.25 kJ / mol. Se observó una clara dependencia de la viscosidad con el pH, ya que la viscosidad fue más pronunciada cuando el pH aumentó de las condiciones ácidas a las alcalinas. Se encontró que las propiedades reológicas del mucílago se vieron afectadas por la adición de azúcar y sales, debido a que la adición de iones (o sacarosa) disminuye la repulsión y permite la expansión de la molécula promoviendo una reducción significativa de la viscosidad. Estos resultados sugieren que el mucílago tiene aplicabilidad dentro de la producción de alimentos que requieren aditivos con capacidad espesante para brindar un mayor cuerpo y forma al producto final. Mediante distintos análisis, el mucílago de tamarindo se evaluó como un nuevo material de pared para la microencapsulación de aceite de ajonjolí mediante el método de secado por aspersión, empleando relaciones de material encapsulado: material de pared de 1: 1 (M1) y 2: 1 (M2). La distribución del tamaño de partícula para las microcápsulas M1 mostró un diámetro de 1 a 50 μm en una distribución unimodal, mientras que M2 presentó una distribución bimodal con un rango de diámetros de 1 a 50 μm y 50 a 125 μm. Las microcápsulas M1 se mantuvieron estables a temperaturas menores de 227 °C, y M2 a temperaturas menores que 178 °C. Las imágenes de rayos X mostraron que M1 y M2 exhibían un halo amorfo dominante. La eficiencia de encapsulación fue de 91.05 % para M1 y 81.22 % para M2. La formación de peróxido alcanzó valores a las seis semanas de 14.65 y 16.51 mEq / kgAceite para M1 y M2, respectivamente en un lapso de almacenamiento de 8 semanas. En general, los resultados llevaron a la conclusión de que el mucílago de la semilla de tamarindo es un material viable para ofrecer altos porcentajes de eficiencia de microencapsulación, y tiene la capacidad de retardar mecanismos de oxidación del aceite de ajonjolí.