Obtención de nanoemulsiones utilizando saponinas de quillay como sustituto de un surfactante sintético
Resumen
En los últimos años han aumentado los estudios sobre el uso de la nanotecnología en el desarrollo de alimentos saludables ya que pueden mejorar la biodisponibilidad de compuestos bioactivos debido a su pequeño tamaño de partícula (< 100 nm). Además, la creciente demanda por alimentos “más naturales” ha llevado a la industria alimentaria a sustituir los ingredientes sintéticos por otros de origen natural. Por ello, el objetivo de este trabajo fue estudiar la sustitución de un surfactante sintético (Tween 80) por uno de origen natural (saponinas de quillay) y evaluar su efecto sobre la estabilidad física y oxidativa de nanoemulsiones saludables con aceite de palta. Para ello, se prepararon nanoemulsiones con aceite de palta como fase lipídica saludable (5% p/p) y una fase acuosa constituida por agua (89% p/p)y distintos surfactantes (6% p/p): lecitina de soya, Tween 80 y saponinas del quillay, sustituyendo el Tween 80 por saponinas del quillay de 0% a 100%. Se determinaron las propiedades físicas (tamaño de partícula, índice de polidispersidad y potencial zeta), la estabilidad física y oxidativa de las nanoemulsiones. Los resultados mostraron que la sustitución con saponinas afectó significativamente (p<0,05) las características físicas de las nanoemulsiones, las saponinas presentaron una menor efectividad en la reducción del tamaño de partícula, sin embargo mostraron un leve efecto sobre el índice de polidispersión (0,17-0,22) y potencial zeta (-38.6 - -49.9 mV). Todas las nanoemulsiones se mantuvieron estables durante los 30 días de almacenamiento a 5 y 25 ºC ya que no se observó formación de crema. La variación del pH no afectó el tamaño de partícula ni la estabilidad física de las nanoemulsiones. En relación a la estabilidad oxidativa, se observó que la adición de saponinas del quillay retardó la formación de sustancias reactivas al TBA durante los primeros 15 días de almacenamiento, sin embargo al día 30 no se observaron diferencias significativas (p>0,05) entre las diferentes nanoemulsiones. En conclusión, las saponinas del quillay pueden ser utilizadas como sustituto de un surfactante sintético para el desarrollo de nanoemulsiones saludables con buena estabilidad física y oxidativa, sin embargo este surfactante natural fue menos eficiente en la obtención de tamaños de partícula en escala nanométrica (< 100 nm).
Citas
Arancibia, C., Riquelme, N., Zúñiga, R., Matiacevich, S. (2017). Comparing the effectiveness of natural and synthetic emulsifiers on oxidative and physical stability of avocado oil-based nanoemulsions. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 44(1): 159-166. http://dx.doi.org/10.1016/j.ifset.2017.06.009
Bai, L., Huan, S., Gu, J., McClements, D. J. (2016). Fabrication of oil-in-water nanoemulsions by dual-channel microfluidization using natural emulsifier: saponins, phospholipids, proteins, and polysaccharides. Food Hydrocolloids, 61(1): 703-711. http://dx.doi.org/10.1016/j.foodhyd.2016.06.035
Bortnowska, G., Balejko, J., Tokarczyk, G., Romanowska-Osuch, A., Krzemińska, N. (2014). Effects of pregelatinized waxy maize starch on the physicochemical properties and stability of model low-fat oil-in-water food emulsions. Food Hydrocolloids, 36(1): 229-237. http://dx.doi.org/10.1016/j.foodhyd.2013.09.012
Böttcher, S., Drusch, S. (2016). Interfacial properties of saponin extracts and their impact on foam characteristics. Food Biophysics, 11(1): 91-100. http://dx.doi.org/10.1007/s11483-015-9420-5
Chung, C., Sher, A., Rousset, P., Decker, E. A., McClements, D. J. (2017). Formulation of food emulsions using natural emulsifiers: utilization of quillaja saponin and soy lecithin to fabricate liquid coffee whiteners. Journal of Food Engineering, 209(1): 1-11. http://dx.doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2017.04.011
Gupta, A., Burak-Eral, H., Alan-Hatton, T., Doyle, P. S. (2016). Nanoemulsions: formation, properties and applications. Soft Matter, 12(1): 2826-2841. http://dx.doi.org/10.1039/C5SM02958A
Luo, X., Zhou, Y., Bai, L., Liu, F., Zhang, R., Zhang, Z., Zheng, B., Deng, Y., McClements, D. J. (2017). Production of highly concentrated oil-in-water emulsions using dual-channel microfluidization: use of individual and mixed natural emulsifiers (saponin and lecithin). Food Research International, 96(1): 103-112. http://dx.doi.org/10.1016/j.foodres.2017.03.013
McClements, D. J. (2015). Food emulsions: Principles, practices, and techniques, 3a ed. CRC press and Taylor & Francis Group.
McClements, D. J., Gumus, C. E. (2016). Natural emulsifiers: biosurfactants, phospholipids, biopolymers, and colloidal particles: Molecular and physicochemical basis of functional performance. Advances in Colloid and interface Science, 234(1): 3-26. http://dx.doi.org/10.1016/j.cis.2016.03.002
McClements, D. J., Jafari, S. M. (2017). Improving emulsion formation, stability and performance using mixed emulsifiers: A review. Advances in Colloid and Interface Science, 251(1): 55-79. http://dx.doi.org/10.1016/j.cis.2017.12.001
McClements, D. J., Bai, L., Chung, C. (2017). Recent advances in the utilization of natural emulsifiers to form and stabilize emulsions. Annual Review of Food Science and Technology, 8(1): 205-236. http://dx.doi.org/10.1146/annurev-food-030216-030154
McClements, D. J., Decker, E. (2018). Interfacial antioxidants: A review of natural and synthetic emulsifiers and coemulsifiers that can inhibit lipid oxidation. 12Journal of Agricultural and Food Chemistry, 66(1): 20-35. http://dx.doi.org/10.1021/acs.jafc.7b05066
Montes de Oca-Ávalos, J. M., Candal, R. J., Herrera, M. L. (2017). Nanoemulsions: stability and physical properties. Current Opinion in Food Science, 16(1): 1-6. http://dx.doi.org/10.1016/j.cofs.2017.06.003
Öztürk, B., Argin, S., Ozilgen, M., McClements, D. J. (2014). Formation and stabilization of nanoemulsions-based vitamin E delivery systems using natural surfactants: quillaja saponin and lecithin. Journal of Food Engineering, 142(1): 57-63. http://dx.doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2014.06.015htt
Öztürk, B., McClements, D. J. (2016). Progress in natural emulsifiers for utilization in food emulsions. Current Opinion in Food Science, 7(1): 1-6. http://dx.doi.org/10.1016/j.cofs.2015.07.008
Raikos, V., Duthie, G., Ranawana, V. (2016). Comparing the efficiency of different food-grade emulsifiers to form and stabilize orange oil-in-water beverage emulsions: influence of emulsifier concentration and storage time. International Journal of Food Science and Technology, 52(2): 348-358. http://dx.doi.org/10.1111/ijfs.13286
Salvia-Trujillo, L., Soliva-Fortuny, R., Rojas-Graü, M. A., McClements, D. J., Martín- Belloso, O. (2017). Edible nanoemulsions as carriers of active ingredients: A review. Annual Review of Food Science and Technology, 8(1): 439-466. http://dx.doi.org/10.1146/annurev-food-030216-025908
Uluata, S., McClements, D. J., Decker, E. (2015). Physical stability, autooxidation, and photosensitized oxidation of ω-3 oils in nanoemulsions prepared with natural and synthetic surfactants. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 63(42): 9333-0340. http://dx.doi.org/10.1021/acs.jafc.5b03572
Uzoigwe, C., Burgess, J. G., Ennis, C. J., Rahman, P. K. (2015). Bioemulsifier are not biosurfactants and require different screening approaches. Frontiers in Microbiology, 6(1): 245-251. http://dx.doi.org/10.3389/fmicb.2015.00245
WHO–World Health Organization (2006). WHO Food additives series: 56; Safety evaluation of certain food additives. World Health Organization, Ginebra Suiza.
Yang, Y., Leser, M. E., Sher, A. A., McClements, D. J. (2013). Formation and stability of emulsions using a natural small molecule surfactant: Quillaja saponins (Q-Naturale®). Food Hydrocolloids, 30(2): 589-596. http://dx.doi.org/10.1016/j.foodhyd.2012.08.008
Zhang, J., Bing, L., Reineccius, G. A. (2015). Formation, optical properties and stability of orange oil nanoemulsions stabilized by Quillaja saponins. LWT-Food Science and Technology, 64(2): 1063-1070. http://dx.doi.org/10.1016/j.lwt.2015.07.034
Zhu, Z., Wen, Y., Yi, J., Cao, Y., Liu, F., McClements, D. J. (2019). Comparison of natural and synthetic surfactant at forming and stabilizing nanoemulsions: tea saponin, quillaja saponin and tween 80. Journal of Colloid and Interface Science, 536(1): 80-87. http://dx.doi.org/10.1016/j.jcis.2018.10.024
Mundo Nano. Revista Interdisciplinaria en Nanociencias y Nanotecnología, editada por la Universidad Nacional Autónoma de México, se distribuye bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial 4.0 Internacional.
Basada en una obra en http://www.mundonano.unam.mx.