Estudio de las propiedades emulsionantes y encapsulantes de mezclas de goma de mezquite – mucílago como material de pared para microencapsular aceite esencial de limón

Abstract

En este trabajo se estudiaron las propiedades emulsionantes y encapsulantes de materiales de pared formados por mezclas goma de mezquite – mucílago de nopal (GM-MN) y goma de mezquite – mucílago de chía (GM-MC), y se determinó el efecto de éstos sobre características deseables como la retención y la protección del aceite esencial de limón (AEL) microencapsulado por secado por aspersión. La primera parte de este estudio consistió en la caracterización fisicoquímica y evaluación de las propiedades funcionales de dispersiones acuosas de GM-MN (75-25, 50-50, 25-75) y de los biopolímeros individuales. Las mezclas de GM-MN tuvieron valores de potencial zeta (PZ) más negativos que los biopolímeros individuales, así, el valor de PZ más negativo fue para la mezcla 75-25 GM-MN (-14.92 mV a pH=7.0) representando la dispersión acuosa con mayor estabilidad electrostática. El análisis reológico permitió determinar que a mayor concentración de MN en las mezclas GM-MN, se incrementó la viscosidad aparente (ηa), las curvas de viscosidad de las mezclas GM-MN (30% w/w) presentaron un comportamiento pseudoplástico y se ajustaron al modelo ley de potencia (r2≥0.99), además, mediante pruebas de corte oscilatorio dinámico se obtuvo que las mezclas GM-MN tuvieron un comportamiento viscoelástico de tipo fluido donde el módulo de pérdida predominó sobre el módulo de almacenamiento (G″>G′) a lo largo de la amplitud de deformación. Por otro lado, el análisis térmico por calorimetría diferencial de barrido (DSC) mostró que las mezclas GM-MN presentaron estabilidad térmica ya que sus picos de descomposición se encontraron a temperaturas superiores a 300°C. Respecto a las propiedades funcionales, a mayor concentración de GM en las mezclas GM-MN hubo mayor capacidad emulsionante, así, el valor más alto fue para la GM (98.4%), en contraste, a mayor concentración de MN en las mezclas GM-MN hubo mayor capacidad espumante, así, el valor más alto fue para el MN (43%). Luego de estos resultados se determinó que las mezclas GM-MN podrían ser usadas en la formulación de emulsiones y en formación de microcápsulas de compuestos activos por secado por aspersión. La segunda parte consistió en la preparación de emulsiones y formación de microcápsulas de AEL con mezclas de GM-MN (75-25, 50-50, 25-75) y con los biopolímeros individuales. Los cinco tipos de emulsiones se evaluaron de acuerdo a su tamaño de gota D[4,3] (1.49-9.16 μm), a su valor de PZ cuyos resultados negativos (entre -16.07 y -20.13 mV) indicaron la estabilidad electrostática de las emulsiones, y se llevó a cabo un análisis reológico donde se determinó que las emulsiones estabilizadas con GM-MN (sólidos totales 40% w/w) tuvieron un comportamiento de tipo pseudoplástico y sus curvas de viscosidad se ajustaron al modelo de ley de potencia (r2≥0.97). Por otro lado, los cinco sistemas de microcápsulas se evaluaron de acuerdo a su tamaño de partícula D[4,3] (11.91-44.41 μm), a su morfología por microscopía electrónica de barrido, a su contenido de aceite volátil total retenido (AVTR) (45.9-74.4%), a su eficiencia de encapsulación (EE) (70.9-90.6%), a un análisis térmico por DSC, y a su estabilidad oxidativa por valor peróxido del AEL encapsulado y almacenado a 35°C durante ocho semanas. Las emulsiones con mayor concentración de GM en las mezclas GM-MN, tuvieron menores tamaños de gota y menores valores de ηa, en consecuencia, sus microcápsulas tuvieron menores tamaños de partícula y presentaron encogimiento, lo cual pudo dañar las superficies de las microcápsulas provocando una mayor oxidación del aceite, sin embargo, éstas tuvieron los valores de retención de aceite más altos. Por el contrario, las emulsiones con mayor concentración de MN en las mezclas GM-MN presentaron mayores tamaños de gota y mayores valores de ηa, por ende, sus microcápsulas tuvieron mayores tamaños de partícula, sus microcápsulas no presentaron encogimiento, es decir, sus superficies estuvieron libres de grietas o fracturas, tuvieron mayores valores de EE y mayor estabilidad oxidativa del aceite respecto al tiempo. Por lo tanto, las mezclas de GM-MN tuvieron un efecto positivo sobre características deseables en las microcápsulas de AEL como mayor retención y protección del aceite contra la oxidación incrementando su tiempo de vida de anaquel. La tercera parte consistió en la preparación de emulsiones y formación de microcápsulas de AEL con mezclas de GM-MC (90-10 y 80-20) y GM como control. Las curvas de viscosidad de las emulsiones mostraron que a mayor concentración de MC en las emulsiones GM-MC, mayores fueron los valores de ηa, además, ambas emulsiones GM-MC (sólidos totales 26.6% w/w) presentaron un comportamiento pseudoplástico y sus curvas de viscosidad fueron descritas por los modelos Cross y Carreau (r2≥0.99). Las emulsiones estabilizadas con las mezclas 90-10 y 80-20 GM-MC tuvieron tamaños de gota más grandes (D[4,3]=36.88 y 48.6 μm, respectivamente) y en consecuencia, microcápsulas con tamaños de partícula más grandes (D[4,3]=13.8 y 18.4 μm, respectivamente) respecto a los de la GM, además, las mezclas GM-MC presentaron valores altos de eficiencia de encapsulación (EE≥98.3%) y valores bajos en el contenido de aceite volátil total retenido (AVTR≤51.5%). Por otro lado, las microcápsulas GM-MC se utilizaron para realizar una cinética de estabilidad oxidativa del AEL a 35°C por siete semanas, y una cinética de liberación del AEL encapsulado usando distintas condiciones de pH (2.5 y 6.5) y temperatura (37°C y 65°C) en el medio de liberación. Las emulsiones con mayor concentración de MC en las mezclas GM-MC, tuvieron mayores tamaños de gota y mayores valores de ηa, de este manera, sus microcápsulas tuvieron mayores tamaños de partícula (con mayor grosor de su matriz polimérica y menor área superficial en contacto con el oxígeno) y valores altos de EE, lo cual provocó una mayor estabilidad oxidativa del aceite en comparación con las microcápsulas de GM. Las cinéticas de oxidación del AEL encapsulado con mezclas GM-MC fueron descritas por el modelo de orden cero (r2≥0.94). Las cinéticas de liberación del AEL de las microcápsulas GM-MC y GM se vieron afectadas por el tipo de material de pared y por las condiciones del medio (pH y temperatura), así, a mayor concentración de MC en las microcápsulas de GM-MC, la velocidad de liberación del AEL fue más lenta, lo cual podría influir en el aspecto sensorial y tecnológico al aplicar el producto. Las cinéticas de liberación del AEL se ajustaron a diferentes modelos matemáticos (orden cero, primer orden, Higuchi y Peppas) y los mecanismos de transporte del aceite se describieron como Fickiano, no Fickiano o anómalo, o transporte tipo supra II. Las mezclas de GM-MC tuvieron un efecto positivo sobre características deseables en las microcápsulas, es decir, mayor retención y estabilidad oxidativa del aceite encapsulado, además, retrasaron la liberación del aceite respecto a las microcápsulas de GM. Finalmente, las mezclas GM-MN y GM-MC surgen como nuevos sistemas de aditivos alimentarios con alta funcionalidad para la microencapsulación de aceites, asimismo, estas mezclas promueven el uso de mucílagos como nuevos aditivos para su aplicación en la industria alimentaria.