Estudio de la estabilidad y liberación del aceite de ajonjolí encapsulado mediante gelación iónica con alginato de sodio y mucílago de nopal como agentes encapsulantes

Abstract

Este trabajo de investigación se centró en la evaluación y análisis de hidrogeles formados mediante la técnica de gelación iónica que contenían aceite de ajonjolí (AA) empleando como matriz el alginato de sodio (AS) y mezclas de AS con mucílago de nopal (MN), con la finalidad de brindar a la industria alimentaria una nueva opción de materiales para la obtención de sistemas de encapsulación y liberación controlada. El AA obtenido mediante prensado en frío fue encapsulado mediante gelación iónica usando matrices de AS y MN en relaciones peso de 1:0, 1:1 y 1:1.5. La producción de perlas de hidrogel consistió en agregar las dispersiones homogéneas de los sistemas aceite-agente encapsulante mediante goteo utilizando una jeringa hacia una solución de cloruro de calcio 2.5% (p/v) en agitación continua para promover el proceso de gelación. Los hidrogeles obtenidos se secaron por convección forzada y se almacenaron en frascos ámbar para su posterior caracterización. Las perlas de los hidrogeles formados con AS presentaron morfologías de tipo esférico con diámetro promedio de 2.19 mm, mientras que los hidrogeles de AS-MN presentaron formas semiesféricas con diámetro promedio entre 2.06 y 2.10 mm, de acuerdo con el contenido de MN. La eficiencia de encapsulación de AA en los hidrogeles se vió influenciada por la adición de MN en los sistemas de AS, obteniendo valores de 80.64% para AS-MN (1:1.5), seguido de 75.44% para AS-MN (1:1) y 63.48% para AS. Se evaluó la estabilidad oxidativa del AA libre y en las perlas de los hidrogeles durante 6 semanas bajo tres temperaturas de almacenamiento (25, 35 y 45°C). Los resultados mostraron valores de entre 20 - 21.3 meq HP/kg aceite para las perlas de AS, 9.56 - 17.1 meq HP/kg aceite para las perlas AS-MN (1:1) y 6.6 – 15.1 meq HP/kg aceite para las perlas AS-MN (1:1.5). De acuerdo con éstos valores, el efecto protector contra la oxidación de AA se incrementó conforme se aumentó la concentración de MN en la mezcla AS-MN. La evaluación de los perfiles de liberación del AA mostró que los procesos de transferencia de masa del centro de la perla de hidrogel hacia el medio de liberación fueron dominados por los procesos difusivos, siendo más lento en los sistemas AS-MN. Estos cambios en la liberación de AA encapsulado, pueden asociarse a cambios estructurales y de conformación de las perlas de los hidrogeles, donde la adición de MN permitió controlar la liberación de AA. Para establecer una posible relación entre las diferentes estructuras conformadas por los tres sistemas de hidrogeles y la estabilidad del aceite encapsulado, se procedió a realizar un estudio termodinámico de sorción de vapor de agua en los hidrogeles. Las isotermas de adsorción de los tres diferentes tipos de hidrogeles obtenidas experimentalmente a temperaturas de 25, 35 y 45 °C se ajustaron adecuadamente al modelo cinético de GAB mostrando una curva característica tipo II sigmoidal. El radio de poro de las perlas de hidrogel se encontró en el intervalo de 0.81 a 7.59 nm, el cual corresponde a tamaños de poro del orden de microporos y mesoporos de acuerdo a la IUPAC. A partir del análisis termodinámico se determinó que el punto de máxima estabilidad, es decir, las condiciones de humedad donde los hidrogeles no presentan cambios físicos evidentes, fue de 3.31 a 5.59 kg H2O/100 kg s.s. (aw de 0.23 a 0.59). La teoría de compensación entalpía-entropía mostró la presencia de dos zonas indicativas de mecanismos de adsorción entrópicos y entálpicos que, a su vez, reiteran la existencia de micro y mesoporos en la estructura de los tres tipos de perlas evaluados. De acuerdo con los resultados de eficiencia de encapsulación, estabilidad oxidativa y perfiles de liberación obtenidos en este proyecto, se puede considerar que la mezcla de AS-MN tiene potencial como material de pared para la aplicación en la industria alimentaria en la protección de aceites grasos polinsaturados como es el caso del aceite de ajonjolí.