Microencapsulación de aceites vegetales mediante emulsiones O/W usando mazada como emulgente y diferentes tecnologías de homogeneización. Aplicación a una fórmula láctea líquida UHT

Abstract

L'objectiu principal d'aquesta tesi doctoral se centra en l'avaluació de l'efecte que exerceixen diferents tecnologies d'homogeneïtzació (convencional, microfluïdització, ultra alta pressió i ultrasons) sobre les propietats fisicoquímiques d'emulsions tipus oli en aigua (O/W), emprant olis vegetals rics en àcids grassos ω-3 i ω-6. Aquesta recerca aprofundeix en l'impacte que té les concentracions de la fase oliosa i l'emulsionant sobre aquestes emulsions, posant atenció en el rol exercit per l'emulsionant sèrum de mantega (SM) o un producte enriquit en membrana del glòbul gras (MFGMP). A més, s'analitza de manera exhaustiva com aquestes emulsions, en particular aquelles amb SM, influeixen en les propietats fisicoquímiques d'una fórmula líquida per a alimentació infantil.

En un primer estudi es va avaluar el paper essencial del SM com a agent emulgent en la creació d'emulsions. Es va determinar que una concentració del 7% de SM era òptima per a obtenir emulsions amb un balanç ideal entre la grandària de partícula i l'estabilitat físic-oxidativa per a les tècniques d'homogeneïtzació utilitzades, subratllant la rellevància d'una precisa concentració de SM i fase oliosa (10% i 20%) per a obtenir emulsions estables. Les emulsions amb un 20% de fase oliosa van presentar una reducció en l'oxidació, un augment en la viscositat i una estabilitat física millorada, en comparació amb les de 10%, independentment de la tècnica d'homogeneïtzació utilitzada. A més, es van comparar diferents tecnologies d'homogeneïtzació, determinant que les formulacions amb un 10% de mescla d'olis i un 7% de SM, processades mitjançant microfluïdització a 100 MPa i homogeneïtzació a ultra alta pressió (UHPH) a 200 MPa, eren les més efectives. Aquests mètodes van proporcionar emulsions amb grandàries de partícula ideals, una major estabilitat física i menor oxidació comparat amb altres tecnologies d'homogeneïtzació. L'elecció adequada de la tecnologia d'homogeneïtzació va demostrar ser crucial per a complir amb els objectius específics del procés.

En un segon estudi, es van preparar i van caracteritzar emulsions O/W amb 10% de fase oliosa, comparant un MFGMP amb el xerigot de mantega, i utilitzant les tecnologies d'homogeneïtzació descrites. Les emulsions amb MFGMP, produïdes per microfluïdització i UHPH, van mostrar grandàries de partícula uniformes i una estabilitat física superior, mentre que les emulsions preparades amb per homogeneïtzació convencional (CH) i ultrasons van ser més inestables i de major grandària de partícula. La selecció de l'emulsionant va influir en la consistència, estabilitat física i resistència a l'oxidació de les emulsions. Utilitzant el MFGMP, la microfluïdització a 100 MPa i la UHPH a 200 MPa van demostrar ser processos d'emulsionament prometedors, ressaltant la importància en l'elecció de la tecnologia d'homogeneïtzació i del tipus d'emulsionant per a aconseguir emulsions O/W amb propietats millorades.

En un tercer estudi, es van elaborar i van caracteritzar fórmules làcties infantils (FLIs) líquides UHT, compostes per emulsions amb olis vegetals rics en àcids grassos ω-3 i ω-6, SM com a emulsionant i sotmetent-les a CH i UHPH. Encara que la UHPH va aconseguir una reducció de la grandària de partícula en les emulsions, totes dues FLIs van exhibir grandàries similars a causa de la presència d'agregats lipoproteics, més notables en la FLI amb emulsió UHPH. Durant l'emmagatzematge es van observar canvis de color, presentant les FLIs addicionades d'emulsions UHPH, índexs de blancor més elevats. D'altra banda, la FLI amb emulsió UHPH van presentar major estabilitat física, amb menors fenòmens de separació de fases i una menor susceptibilitat a l'oxidació en comparació amb la FLI addicionada d'emulsió CH. Aquest estudi suggereix la producció de FLIs mitjançant l'ús d'olis vegetals, SM i tecnologia de UHPH, oferint beneficis nutricionals, millores en la seva estabilitat física i resistència a l'oxidació lipídica, estenent significativament la seva vida útil comercial.

El objetivo principal de esta tesis doctoral se centra en la evaluación del efecto que ejercen diferentes tecnologías de homogeneización (convencional, microfluidización, ultra alta presión y ultrasonidos) sobre las propiedades fisicoquímicas de emulsiones tipo aceite en agua (O/W), empleando aceites vegetales ricos en ácidos grasos ω-3 y ω-6. Esta investigación profundiza en el impacto que tiene las concentraciones de la fase oleosa y el agente emulsionante sobre estas emulsiones, con atención en el rol desempeñado por el emulsionante de tipo mazada o un producto enriquecido en membrana del glóbulo graso (MFGMP). Además, se analiza cómo estas emulsiones, en particular aquellas con mazada, influyen en las propiedades fisicoquímicas de una fórmula líquida para alimentación infantil.

En un primer estudio se evaluó el papel de la mazada como agente emulgente en la creación de emulsiones O/W. Se determinó que una concentración del 7% de mazada era óptima para obtener emulsiones con un balance ideal entre el tamaño de partícula y la estabilidad físico-oxidativa para las técnicas de homogeneización utilizadas, subrayando la relevancia de una precisa concentración de mazada y fase oleosa (10% y 20%) para obtener emulsiones estables. Las emulsiones con un 20% de fase oleosa presentaron una reducción en la oxidación, un aumento en la viscosidad y una estabilidad física mejorada, en comparación con las de 10%, independientemente de la técnica de homogeneización utilizada. Además, se compararon diferentes tecnologías de homogeneización, determinando que las formulaciones con un 10% de mezcla de aceites y un 7% de mazada, procesadas mediante microfluidización a 100 MPa y homogeneización a ultra alta presión (UHPH) a 200 MPa, eran las más efectivas. Estos métodos proporcionaron emulsiones con tamaños de partícula ideales, mayor estabilidad física y menor oxidación comparado con otras tecnologías de homogeneización. La elección adecuada de la tecnología de homogeneización demostró ser crucial para cumplir con los objetivos específicos del proceso.

En un segundo estudio, se prepararon y caracterizaron emulsiones O/W con 10% de fase oleosa, comparando un MFGMP con la mazada, y utilizando las tecnologías de homogeneización descritas. Las emulsiones con MFGMP, producidas por microfluidización y UHPH, mostraron tamaños de partícula uniformes y una estabilidad física superior, mientras que las emulsiones preparadas por homogeneización convencional (CH) y ultrasonidos fueron más inestables y de mayor tamaño de partícula. La selección del emulsionante influyó en la consistencia, estabilidad física y resistencia a la oxidación de las emulsiones. Utilizando el MFGMP, la microfluidización a 100 MPa y la UHPH a 200 MPa demostraron ser procesos de emulsificación prometedores, resaltando la importancia en la elección de la tecnología de homogeneización y del tipo de emulsionante para lograr emulsiones O/W con propiedades mejoradas.

En un tercer estudio, se elaboraron y caracterizaron fórmulas lácteas infantiles (FLIs) líquidas UHT, compuestas por emulsiones con aceites vegetales ricos en ácidos grasos ω-3 y ω-6, mazada como emulsionante y sometiéndolas a CH y UHPH. Aunque la UHPH logró una reducción del tamaño de partícula en las emulsiones, ambas FLIs exhibieron tamaños similares debido a la presencia de agregados lipoproteicos, más notables en la FLI con emulsión UHPH. Durante el almacenamiento se observaron cambios en el color, presentando las FLIs adicionadas de emulsiones UHPH, índices de blancura más elevados. Por otra parte, la FLI con emulsión UHPH presentó mayor estabilidad física, con menores fenómenos de separación de fases y una menor susceptibilidad a la oxidación en comparación con la FLI adicionada de emulsión CH. Este estudio sugiere la producción de FLIs mediante el uso de aceites vegetales, mazada y tecnología de UHPH, ofreciendo beneficios nutricionales, mejoras en su estabilidad física y resistencia a la oxidación lipídica, extendiendo significativamente su vida útil comercial.

The main objective of this doctoral thesis is focused on evaluating the effect generated by different homogenization technologies (conventional, microfluidization, ultra-high pressure, and ultrasound) on the physicochemical properties of oil-in-water (O/W) emulsions, using vegetable oils rich in ω-3 and ω-6 fatty acids. This research delves into the impact of variations in the concentration of the oily phase and the emulsifying agent on these emulsions, paying special attention to the role played by either a buttermilk-based emulsifier or one product enriched in milk fat globule membrane (MFGMP). Additionally, it comprehensively analyses how these emulsions, especially those with buttermilk-based emulsifiers, influence the physicochemical properties of liquid formula for infant nutrition. In a first study, the essential role of buttermilk-based emulsifier in the creation of O/W emulsions was evaluated. It was determined that a concentration of 7% buttermilk was optimal for obtaining emulsions with an ideal balance between particle size and physical-oxidative stability for all homogenization techniques used. This underscores the importance of precise concentrations of both buttermilk-based emulsifier and oil phase (10% and 20%) to achieve stable emulsions. Emulsions with a 20% oil phase showed reduced oxidation, increased viscosity, and improved physical stability compared to those with 10%, regardless of the homogenization technique used. Furthermore, different homogenization technologies were compared, revealing that formulations with a 10% oil blend and 7% buttermilk, processed through microfluidization at 100 MPa and ultra-high-pressure homogenization (UHPH) at 200 MPa, were the most effective. These methods yielded emulsions with ideal particle sizes, greater physical stability, and lower oxidation compared to other homogenization technologies. The appropriate choice of homogenization technology proved to be crucial in meeting the specific objectives of the process.

In a second study, O/W emulsions were prepared and characterized with a 10% oil phase, comparing the MFGMP and buttermilk-based emulsifier using the homogenization technologies described earlier. Emulsions with MFGMP, produced by microfluidization and UHPH, exhibited uniform particle sizes and superior physical stability, while emulsions prepared with conventional homogenization (CH) and ultrasonication processes were more unstable and had larger particle sizes. The choice of emulsifier influenced the consistency, physical stability, and resistance to oxidation of the emulsions. Using MFGMP, both microfluidization at 100 MPa and UHPH at 200 MPa technologies proved to be promising emulsification processes, highlighting the importance of selecting the right homogenization technology and emulsifier type to achieve O/W emulsions with enhanced properties. In a third study, UHT liquid infant formulae (LIF) composed of emulsions based on vegetable oils rich in ω-3 and ω-6 fatty acids, buttermilk-based emulsifier and subjected to the homogenization treatments CH and UHPH, were elaborated and characterized. Although UHPH achieved a reduction in particle size in the emulsions, both LIF exhibited similar sizes due to the presence of lipoprotein aggregates, more pronounced in the LIF with UHPH emulsion. During storage, perceptible changes in color were observed, with those produced with UHPH emulsion showing higher whiteness indices. On the other hand, the LIF with UHPH emulsion demonstrated greater physical stability, with fewer phase separation phenomena and lower susceptibility to oxidation compared to the LIF containing CH emulsion. This study suggests the production of LIF using vegetable oils, buttermilk-based emulsifier, and UHPH technology, offering nutritional benefits, improvement in physical stability, and resistance to lipid oxidation, significantly extending its commercial shelf life.