Design and application of emulsion-based delivery systems as carriers of antimicrobials or bioactive compounds into complex food matrices

Abstract

Les emulsions s'estan postulant com a prometedors sistemes de protecció i alliberament de compostos actius en productes alimentaris per tal de millorar-ne la funcionalitat. No obstant això, l'estabilitat col·loidal i funcionalitat de les emulsions un cop incorporades a aliments, es podria veure alterada a causa de la seva interacció amb les macromolècules que formen els aliments, així com degut a les característiques fisicoquímiques de la matriu alimentària. Per tant, l’objectiu d’aquesta tesi doctoral fou estudiar l’estabilitat col·loidal i funcionalitat d’emulsions portadores de compostos actius abans i després de ser incorporades a aliments i durant el posterior emmagatzematge i digestió gastrointestinal. D’una banda, les emulsions simples oli-aigua es van mantenir estables tant abans com després de ser incorporades als aliments, així com en condicions d’emmagatzematge i digestió gastrointestinal. En canvi, la seva activitat antimicrobiana, digestibilitat lipídica i bioaccessibilitat van dependre tant de composició macromolecular com de la viscositat i microestructura de cada matriu alimentària. D’altra banda, la formació, l’estabilitat col·loidal i la digestibilitat lipídica d’emulsions dobles van dependre principalment de la composició macromolecular de la fase lipídica. Fins i tot, quan es van incorporar a aliments, l'estabilitat col·loidal i la digestibilitat lipídica de les emulsions dobles van ser determinades principalment per la composició de la fase lipídica de l’emulsió i en menor mesura per les característiques de l’aliment. La present investigació representa un avenç per al desenvolupament d’aliments enriquits amb compostos actius mitjançant l’ús d’emulsions.

Las emulsiones se están postulando como prometedores sistemas de protección y liberación de compuestos activos en productos alimentarios con el fin de mejorar su funcionalidad. Sin embargo, la estabilidad coloidal y funcionalidad de las emulsiones una vez incorporadas a alimentos, podría verse alterada debido a su interacción con las macromoléculas que forman los alimentos, así como debido a las características fisicoquímicas de la matriz alimentaria. Por tanto, el objetivo de esta tesis doctoral fue estudiar la estabilidad coloidal y funcionalidad de emulsiones portadoras de compuestos activos antes y después de ser incorporadas a alimentos y durante el posterior almacenamiento y digestión gastrointestinal. Por un lado, las emulsiones simples aceite-agua se mantuvieron estables tanto antes como después de ser incorporadas a los alimentos, así como en condiciones de almacenamiento y digestión gastrointestinal. Sin embargo, su actividad antimicrobiana, digestibilidad lipídica y bioaccesibilidad dependieron tanto de composición macromolecular como de la viscosidad y microestructura de cada matriz alimentaria. Por otra parte, la formación, la estabilidad coloidal y la digestibilidad lipídica de emulsiones dobles dependieron principalmente de la composición macromolecular de la fase lipídica. Incluso, cuando se incorporaron a alimentos, la estabilidad coloidal y la digestibilidad lipídica de las emulsiones dobles fueron determinadas principalmente por la composición de la fase lipídica de la emulsión y en menor medida por las características del alimento. La presente investigación supone un avance para el desarrollo de alimentos enriquecidos con compuestos activos mediante el uso de emulsiones.

Emulsions are promising systems to protect and release active compounds into food products to improve their functionality. However, the colloidal stability and functionality of emulsions could be compromised once incorporated into food products, due to their interaction with food macromolecules or the physicochemical properties of the food matrix. Therefore, this doctoral thesis aimed to study the colloidal stability and functionality of emulsions carrying active compounds before and after being incorporated into food and during subsequent storage and gastrointestinal digestion conditions. On the one hand, simple oil-in-water emulsions maintained their colloidal stability before and after being incorporated into food, as well as under storage and gastrointestinal digestion conditions. However, their antimicrobial activity, lipid digestibility and bioaccessibility depended on both macromolecular composition as well as the viscosity and microstructure of each food matrix. On the other hand, the formation, colloidal stability and lipid digestibility of double emulsions depended mainly on the macromolecular composition of the lipid phase. Even when incorporated into foods, the colloidal stability and lipid digestibility of double emulsions were determined primarily by the composition of the lipid phase of the emulsion and to a lesser extent by the characteristics of the food The present research represents an advance in the development of foods enriched with active compounds through the use of emulsions.