Estudios de las condiciones óptimas para maximizar estabilidad física y oxidativa de un ingrediente vitamínico nanoencapsulado

  • Javiera Mujica Álvarez - Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería, Universidad de Santiago de Chile. - Laboratorio de Investigación en Propiedades de los Alimentos (INPROAL) - Food Properties Research Group. -CEN-LEITAT Technological Center, Chile.
  • Silvia Matiacevich -Departamento de Ciencia y Tecnología de los Alimentos, Facultad Tecnológica, Universidad de Santiago de Chile. -Laboratorio de Investigación en Propiedades de los Alimentos (INPROAL) - Food Properties Research Group. -CEN-LEITAT Technological Center, Chile.
  • Rubén Bustos -Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería, Universidad de Santiago de Chile. -Laboratorio de Investigación en Propiedades de los Alimentos (INPROAL) - Food Properties Research Group. -CEN-LEITAT Technological Center, Chile.
Palabras clave: Encapsulación, α-tocoferol, nanoemulsión, estabilidad oxidativa, estabilidad física, liofilización

Resumen

El presente trabajo tuvo como objetivo evaluar el efecto de distintos materiales de pared, caseinato de sodio (CS) y un almidón modificado Capsul® (CAP), sobre la estabilidad física y oxidativa de nanoemulsiones con vitamina E para obtener un ingrediente vitamínico nanoencapsulado. Se estableció un diseño experimental Box-Behnken, en donde se analizaron tres factores: tipo de agente encapsulante (4% p/p CS/CAP/CAP+CS), concentración de surfactante Tween 80 (1-2% p/p) y tiempo de ultrasonido (1-3 min). Las variables de respuesta fueron el tamaño de nanocápsulas, índice de polidispersidad (PDI) y estabilidad oxidativa a 80,110 y 140 ºC, expresa como período de inducción (PI). A partir de las condiciones óptimas, se validó el modelo y se aumentó la concentración del agente encapsulante para mejorar la estabilidad física de las nanoemulsiones durante su almacenamiento (4 ºC-72 h). Estas nanoemulsiones fueron liofilizadas y se les evaluó el PI en comparación con la vitamina E libre y en nanoemulsión.

Se obtuvo un tamaño de partícula entre 20-100 nm con un PDI<0,5 en todas las condiciones experimentales, confirmándose la obtención de nanoemulsiones con una distribución de tamaño monomodal. Las condiciones óptimas fueron: caseinato de sodio como agente encapsulante, 1% p/p de Tween 80 y 3 min de ultrasonido. Sin embargo, la estabilidad física de esta nanoemulsión fue inferior a 2h. Por esto, se aumentó la concentración de caseinato de 4 a 8% p/p, lo que prolongó la estabilidad hasta 72 h a 4 ºC sin observar separación de fases. Para esta nanoemulsión, el tamaño de partícula fue 63 nm y el PI de 8,7, 4,4, 3 h para 80, 110, 140 ºC, respectivamente. El PI del polvo liofilizado fue 10,2, 4,4, 3 h, y para la vitamina E libre fue 3,6, 1,8, 1 h para 80, 110, 140 °C, respetivamente. El caseinato de sodio resultó ser mejor material de pared que el Capsul® ya que permitió mejorar la estabilidad oxidativa de las nanoemulsiones. El proceso de liofilización mejoró la estabilidad oxidativa de la vitamina en comparación con la nanoemulsión de vitamina E y la vitamina E libre.

Citas

Álvarez Cerimedo, M. S., Huck-Iriart, C., Candal, R. J., Herrera, M. L. (2010). Stability of emulsions formulated with high concentrations of sodium caseinate and trehalose. Food Research International, 43: 1482-1493. http://dx.doi.org/10.1016/j.foodres.2010.04.008

Cheong, A. M., Nyam, K. L. (2016). Improvement of physical stability of kenaf seed oil-in-water nanoemulsions by addition of ß-cyclodextrin to primary emulsion containing sodium caseinate and Tween 20. Journal of Food Engineering, 183: 24-31. http://dx.doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2016.03.012

Cheong, J. N., Tan, C. P., Che Man, Y. B., Misran, M. (2008). α-Tocopherol nanodispersions: Preparation, characterization and stability evaluation. Journal of Food Engineering, 89(2): 204-209.

Dasgupta, N., Ranjan, S. (2018). An introduction to food grade nanoemulsions. Singapore: Springer.

Dickinson, E., Golding, M. (1997a). Depletion flocculation of emulsions containing unadsorbed sodium caseinate. Food Hydrocolloids, 11: 13-18. http://dx.doi.org/10.1016/S0268-005X(97)80005-7

Dickinson, E., Golding, M. (1997b). Rheology of sodium caseinate stabilized oil-in-water emulsions. Journal of Colloidal and Interface Science, 191: 166-176. http://dx.doi.org/10.1006/jcis.1997.4939

De Figueiredo Furtado, G., Araújo Mantovani, R., Consoli, L., Dupas Hubinger, M., Lopesda Cunha, R. (2017). Structural and emulsifying properties of sodium caseinate and lactoferrin influenced by ultrasound process. Food Hydrocolloids, 63: 178-188. http://dx.doi.org/10.1016/j.foodhyd.2016.08.038

Fernandes, F. A. N, Oliveira, V. S., Gomes, W. F., Rodrigues, S. (2016). Degradation kinetics of vitamin E during ultrasound application and the adjustment in avocado purée by tocopherol acetate addition. LWT-Food Science and Technology, 69: 342-347.

Ghani, A. A., Adachi, S., Shiga, H., Neoh, T. L., Adachi, S., Yoshii, H. (2017). Effect of different dextrose equivalents of maltodextrin on oxidation stability in encapsulated fish oil by spray drying. Bioscience Biotechnology & Biochemistry, 81: 705-711. http://dx.doi.org/10.1080/09168451.2017.1281721

Gómez-Cruz, N. I., Jiménez-Munguía, M. T. (2014). Métodos de secado de emulsiones alimentarias. Temas Selectos de Ingeniería de Alimentos, 8(2): 23-33.

Guttof, M., Saberi, A. H., McClements, D. J. (2015). Formation of vitamin D nanoemulsion-based delivery systems by spontaneous emulsification: factors affecting particle size and stability. Food Chemistry, 171: 117-122. http://dx.doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.08.087

Hosseini, S., Hosseini, S. (2017). Impact of process parameters in the generation of nanoemulsions containing omega 3 fatty acids and α-tocopherol. International Journal of Nano Dimension, 8: 351-360.

Huck-Iriart, C., Candal., R. J., Herrera, M. L. (2011a). Effect of processing conditions and composition on sodium caseinate emulsions stability. Procedia Food Science, 1: 116-122.

Huck-Iriart, C., Álvarez-Cerimedo, M. S., Candal, R. J., Herrera, M. L. (2011b). Structures and stability of lipid emulsions formulated with sodium caseinate. Current Opinion in Colloid & Interface Science, 16: 412-420.

Katouzian, I., Jafari, S. M. (2016). Nano-encapsulation as a promising approach for targeted delivery and controlled release of vitamins. Trends in Food Science & Technology, 53: 34-48. http://dx.doi.org/10.1016/j.tifs.2016.05.002

Khayata, N. (2012). Stability study and lyophilization of vitamin E-loaded nanocapsules prepared by membrane contactor. International Journal of Pharmaceutics, 439 (1-2): 254-59. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijpharm.2012.09.032

Kiokias, S., Gordon M. H., Oreopoulou, V. (2017). Effects of composition and processing variables on the oxidative stability of protein-based and oil-in-water food emulsions. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 57(3): 549-558. http://dx.doi.org/10.1080/10408398.2014.893503

Lancheros, R. J., Beleño, J. A., Guerrero, C. A., Godoy-Silva, R. D. (2014). Producción de nanopartículas de PLGA por el método de emulsión y evaporación para encapsular N-Acetilcisteína (NAC). Universitas Scientiarum 19(C2): 161-168. http://dx.doi.org/10.11144/Javeriana.SC19-2.pnpm

Leong, T., Martin, G., Ashokkumar, M. (2016). Ultrasonic encapsulation – A review. Ultrasonics Sonochemistry, 35, Part B: 605-614. http://dx.doi.org/10.1016/j.ultsonch.2016.03.017

Martins, M., Loureiro, A., Azoia, N., Silva, C., Cavaco-Paulo, A. (2016). Protein formulations for emulsions and solid-in-oil dispersions. Trends in Biotechnology, 34(6): 496-505. http://dx.doi.org/1016/j.tibtech.2016.03.001

Mayer, S., Weiss, J., McClements, D. J., (2013). Vitamin E-enriched nanoemulsions formed by emulsion phase inversion: Factors influencing droplet size and stability. Journal of Colloid Interface Science, 402: 122-130. http://dx.doi.org/10.1016/j.jcis.2013.04.016

McClements, D. (2016). Food emulsions: Principles, practice and techniques. Estados Unidos: Editorial CRC Press.

Meghani, N., Patel, P., Kansara, K., Ranjan, S., Dasgupta, N., Ramalingam, C., Kumar, A. (2018). Formulation of vitamin D encapsulated cinnamon oil nanoemulsion: its potential anti-cancerous activity in human alveolar carcinoma cells. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 166: 349-357. http://dx.doi.org/10.1016/j.colsurfb.2018.03.041

NIH (National Institute of Health) – US National Library of Medicine. (2018). Medline Plus. https://medlineplus.gov/ency/article/002400.htm

Nireesha, G. R., Divya, L., Sowmya, C., Venkateshan, N., Niranjan Babu, M., Lavakumar, V. (2013). Lyophilization/Freeze Drying – A Review. International Journal of Novel Trends in Pharmaceutical Sciences, 3(4): 87-98.

Nunes, A. M., Costa, A. S. G., Bessada, S., Santos, J., Puga, H., Alves, R. C., Freitas, V., Oliveira, M. B. P. P. (2018). Olive pomace as a valuable source of bioactive compounds: a study regarding its lipid- and water-soluble components. Science of the TotalEnvironment, 644: 229-236. http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.06.350

Quirós-Sauceda, P., Ayala-Zavala, J. F., Olivas, G., González-Aguilar, G. (2014). Edible coatings as encapsulating matrices for bioactive compounds: a review. Journal of Food Science and Technology 51(9): 1674-1685. http://dx.doi.org/10.1007/s13197-013-1246-x

Robins, M. (2000). Emulsions – creaming phenomena. Current opinion in Colloid and Interface Science, 5(5-6): 265-272.

Rubio-Anaya, M., Guerrero-Beltrán, J. (2012). Polímeros utilizados para la elaboración de películas biodegradables. Temas Selectos de Ingeniería de Alimentos, 6-2: 173-181.

Sanguansri, L, Augustin, M. A. (2010). Functional food product development. Canadá: Wiley-Blackwell.

Shahavi, M. H., Hosseini, M., Jahanshahi, M., Meyer, R. L., Darzi, G. N. (2015). Evaluation of critical parameters for preparation of stable clove oil nanoemulsion. Arabian Journal of Chemistry, 122:313-320. http://dx.doi.org/10.1016/j.arabjc.2015.08.024

Tadros, T. (2009). Emulsion science and technology: a general introduction. Alemania: Wiley-VCH Verlag GmbH and Co.

Vidya, D., Shubhangi, S., Magdum, C., Mohite, S., Nitalikar, M. (2015). A review: dry emulsion. Asian Journal of Pharmaceutical Research, 5(4): 208-210.

Publicado
2019-04-21
Cómo citar
Mujica Álvarez, J., Matiacevich, S., & Bustos, R. (2019). Estudios de las condiciones óptimas para maximizar estabilidad física y oxidativa de un ingrediente vitamínico nanoencapsulado. Mundo Nano. Revista Interdisciplinaria En Nanociencias Y Nanotecnología, 12(23), 1e-15e. https://doi.org/10.22201/ceiich.24485691e.2019.23.67653
Sección
Artículos de investigación