Estudio de la gelificación de alginatos para encapsulación: caracterización, preparación y aplicaciones en alimentos funcionales

Abstract

La industria alimentaria ha estudiado la encapsulación de compuestos bioactivos para su aplicación en el diseño de alimentos funcionales. El alginato ha sido utilizado como agente encapsulante debido a su matriz biodegradable, no tóxica y versátil que protege a éstos de las condiciones adversas del entorno, enmascara sabores y olores y, mejora su estabilidad y biodisponibilidad. En concreto, estudiar la obtención de geles de alginato como encapsulante a través de diferentes mecanismos de gelificación y técnicas derivadas para la encapsulación de compuestos activos permite determinar las condiciones más idóneas para su preparación, así como, la influencia del tipo de fuente de calcio y su concentración, pH, entre otras sobre las características viscoelásticas, tamaño, morfología y textura de los geles. Con este fin se caracteriza el alginato sódico utilizado y los geles de alginato cálcico preparados por gelificación externa (GE) y gelificación interna (GI), a partir de sus características reológicas se estudian las técnicas de encapsulación. En primer lugar, se estudian las condiciones para formar una emulsión estable que proporcione las microesferas de alginato de menor tamaño por GI, así como la encapsulación de compuestos activos polifenólicos del extracto de cacao en ellas, a través de un diseño experimental. En segundo lugar, se analizan las esferas obtenidas por extrusión con diferentes formulaciones, comparándose su tamaño, morfología y textura. También se estudia la liberación de los polifenoles desde los encapsulados hacia el medio que los rodea y el ajuste de la curva de liberación a varios modelos propuestos en la bibliografía. Finalizando con la incorporación de las esferas más idóneas según las características deseadas en un alimento para su evaluación sensorial.

La estructura polimérica del alginato sódico sugiere una contribución equilibrada de sus monómeros con una distribución por bloques heterogénea que proporciona mayor flexibilidad al gel formado. Las características viscoelásticas de los geles obtenidos, en general, muestran que un incremento de la [Ca+2] proporciona geles más compactos. Las diferencias observadas entre sus propiedades indican una influencia de la fuente de calcio al utilizar GI y, del proceso de formación en el gel por GE. La distribución de tamaños de las microesferas obtenidas por GI a partir de las diferentes emulsiones y citrato cálcico indican que las microesferas de menor tamaño y polidispersidad se producen con tensioactivo polirricinoleato de poliglicerol (PGPR). Al encapsular el extracto de cacao en las microesferas, el diseño experimental muestra que la cantidad de fase dispersa

influye significativamente en el porcentaje retenido de polifenoles y que la velocidad de agitación afecta al diámetro medio y la polidispersidad de las microesferas.

Las esferas obtenidas por extrusión se ven afectadas por el aumento de la [Ca+2] al producirse una disminución en sus diámetros, la estructura interna de éstas confirma la influencia del tipo de gelificación, siendo las esferas obtenidas por GE heterogéneas, mientras que las formadas por GI se presentan más homogéneas. Sus propiedades texturales indican que son más duras las esferas preparadas por GE que las formadas por GI, y para todas las formulaciones que las esferas por GI son menos gomosas y, por tanto, requieren menor energía para su masticación.

La liberación de los polifenoles desde los diferentes encapsulados muestra los mejores ajustes al modelo de Peppas-Sahlin, lo que sugiere una cinética dominada por la difusión del compuesto activo producto del mecanismo disolución/relajación de la matriz hinchada.

La incorporación de esferas más suaves, menos gomosas con un alto contenido de extracto de cacao y [Ca+2] a un producto alimentario como la gelatina muestra a través de una evaluación sensorial que el sabor astringente y amargo del extracto natural es satisfactoriamente enmascarado.

Functional foods are beginning to play a major role in what consumers eat due that the encapsulation of active compounds is being studying by the food industry. Biopolymers as the alginate has been one of the most widely used in encapsulation due to the matrix forms a versatile, biocompatible and nontoxic barrier for the protection of those components sensitive to the factors which are exposed to foods during processing and storage. The structure of the sodium alginate used suggests a balanced contribution of their monomers with a heterogeneous distribution block that provides greater flexibility to the gel formed. Gels of calcium alginate are formed by external gelation (GE) and internal gelation (GI) mechanism using polyvalent cations, such as Ca+2. The viscoelastic properties of the gels obtained, in general, show that an increase in [Ca+2] provides more compact gels. The differences observed between their properties indicate an influence of the source of calcium by using GI and by the gelation mechanism when the GE is used. The size distribution of the microspheres obtained by GI from different emulsions and calcium citrate indicate that the microspheres with smaller size and polydispersity occur with the polyglycerol polyricinoleate emulsifier. By encapsulating the cocoa extract rich in polyphenols in the microspheres, the experimental design shows that the amount of dispersed phase significantly affects the percentage of polyphenols retained and that the stirring speed influences the mean diameter and the polydispersity of the microspheres. Moreover, the beads obtained by extrusion are affected by increased of [Ca+2] which cause a decrease in its diameter, the morphology of these confirms an influence of the type of gelation, where the spheres obtained by GE are heterogeneous, while those formed by GI are more homogeneous. For all formulations of the spheres prepared, the beads formed by GI are presented softer and less gummy respect to those obtained by GE. The incorporation of those beads also with a high cocoa extract and [Ca+2] contents into a food product such as the gelatin shows through a sensory evaluation that the astringent and bitter flavor of the natural extract is successfully masked.