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Introducción
Los pimientos o chiles como se denominan en México, son una buena fuente de nutrimentos o compuestos bioactivos como carbohidratos, azúcares, calcio, magnesio, β-carotenos, ácidos fenólicos, ácido ascórbico, tocoferoles y capsaicinoides.
Los capsaicionoides son responsables de la pungencia o picor, y son de gran importancia debido a que poseen una variedad de aplicaciones farmacéuticas, antimicrobiales e insecticidas, y en la industria de alimentos (Kurian & Starks, 2002, 956; Barbero et al. 2006, 3231; Singh et al. 2009, 3452), demostrando excelentes propiedades antioxidantes.
Las oleorresinas son extractos de naturaleza oleosa proveniente de los chiles, utilizadas como ingredientes para aportar sabor y aroma a muchos productos alimentarios (Restrepo, 2006, 43).
Sin embargo, muchos de los compuestos que son utilizados como ingredientes alimentarios para dar sabor y aroma característico, son termolábiles y muy susceptibles a pérdidas de calidad durante el procesamiento o almacenamiento, siendo conveniente encapsular sus componentes bioactivos antes de ser utilizados a diferentes escalas micro (≥1µm) o nano (≤1µm) dependiendo de la aplicación (Cho & Park, 2009, 297; Cano-Sarmiento et al. 2015, 145), como en el caso de las oleorresinas del chile habanero, que debido a la sensibilidad que presentan a la luz, la temperatura y al oxígeno, se ve afectada su vida útil (Krishnan et al. 2005, 95; Shaikh et al. 2006, 105).
Con la microencapsulación muchos compuestos pueden ser transformados en polvos, sistemas más estables, de fácil transporte, que pueden mezclarse más homogéneamente con el alimento, y además se puede tener un mayor control sobre el comportamiento y efecto biofarmacológico en el tracto gastrointestinal y liberar el compuesto bioactivo en un sitio específico de acción, lo que mejoraría su eficacia (Kanakdande et al. 2007, 536; Zaibunnisa et al. 2009, 165).
Por lo regular la microencapsulación se puede realizar mediante técnicas como secado por aspersión, aspersión por enfriamiento o congelamiento, liofilización, recubrimiento en lecho fluidizado, extrusión, coacervación, co-cristalización e inclusión molecular (Reineccius et al. 2002, 3272; Karathanos et al. 2007, 652; Astray et al. 2009, 1631; Cho & Park, 2009, 185).
De las técnicas de microencapsulación antes mencionadas, una de las más versátiles y en que se enfoca este trabajo, es el proceso de inclusión molecular, en el que moléculas individuales quedan atrapadas o embebidas dentro de las cavidades del material de pared formando un complejo conocido como huésped-anfitrión. Los materiales de pared más conocidos de este tipo de microencapsulación son las ciclodextrinas (Reineccius et al. 2007, 409; Cho & Park, 2009, 185).
Las ciclodextrinas son oligómeros cíclicos de glucosa, no tóxicos, formados por 6, 7 u 8 unidades de glucosa, llamados respectivamente α, β y γ- ciclodextrinas. Las β-ciclodextrinas son las más comúnmente empleadas para llevar a cabo la microencapsulación por inclusión molecular (Cho & Park, 2009, 185) debido al hecho de que las moléculas se encuentran fuertemente sostenidas dentro de su cavidad (Karathanos et al. 2007, 652), así mismo son las ciclodextrinas más accesibles y de menor precio, que proveen protección efectiva para cada componente individual presente en un sistema alimentario (Bhandari et al. 1998, 1494).
Por otra parte en los materiales encapsulados el estado físico de la matriz de encapsulación y su adsorción de humedad es crítico para detener el desarrollo de la oxidación durante el almacenamiento (Shimada et al. 1991). La estabilidad está muy influenciada por las características de adsorción de humedad y la microestructura de los alimentos (Flores et al. 2017). La termodinámica de la adsorción de agua en alimentos deshidratados ha despertado gran interés porque proporciona una interpretación más completa del fenómeno de isoterma de adsorción y ayuda a comprender mejor su mecanismo (Hassini et al. 2015; Alpizar et al. 2017).
De acuerdo a lo reportado por Beristain & Azuara (1990), existe una zona de mínima entropía integral donde se muestra un nivel adecuado de actividad de agua para obtener una máxima estabilidad de los productos deshidratados, puesto que en dicho nivel, el agua está menos disponible para que se lleven a cabo reacciones de deterioro (Beristain et al. 2002, 206; Azuara & Beristain, 2006, 1501; Domínguez et al. 2007, 359; Gutiérrez et al. 2007, 54; Viveros et al. 2013, 29).
El objetivo de este trabajo fue estudiar las propiedades termodinámicas del complejo de inclusión molecular (OCH-βCD) en dos diferentes proporciones de preparación (20:80 y 30:70), a diferentes condiciones de temperatura y aw para predecir sus condiciones de máxima estabilidad durante el almacenamiento.
Método
Materiales
Se utilizó oleorresina de chile habanero (OCH), AMCO de México, S.A., β-ciclodextrina (βCD), Sigma-Aldrich (St. Louis, MO. USA). Acetona grado HPLC, y etanol grado reactivo, J.T. Baker (Center Valley, PA. USA). P2O5, LiCl, KC2H3O2, MgCl2, K2CO3, Mg(NO3)2, NaNO3, NaCl y KCl (Sigma-Aldrich, México), fueron utilizadas para la determinación de las isotermas de adsorción.
Microencapsulación
Se utilizó un método de precipitación para preparar el complejo de inclusión OCH-βCD (Domínguez-Cañedo & Beristain Guevara, 2011; Domínguez et al. 2015, 152). 50 ± 0.01 g de βCD se disolvieron en 500 ml de una mezcla de etanol:agua (1:2) y se mantuvo a 55±2 °C en agitación continua a 150 (rpm) aproximadamente, en una parrilla con agitador magnético (Scorpion Scientific Mod. A-50,022).
Se prepararon dos proporciones de OCH-βCD por separado, 20:80 y 30:70 (p:p) (Domínguez et al. 2015, 152), disolviendo en acetona 12.50 g de OCH para la proporción 20:80 y 21.43 ± 0.1 g para la proporción 30:70, para ser agregada lentamente a cada solución de βCD, manteniendo la agitación y la temperatura a 55±2 °C.
Terminada la incorporación de la OCH a la βCD se suspendió la aplicación de calor, se cubrieron las mezclas y se mantuvieron en agitación por 4 h más. Las soluciones finales se refrigeraron entre 8-12 h a 4 °C. Los precipitados formados del complejo de inclusión molecular OCH-βCD se recuperaron mediante filtración y se secaron en un horno de convección con vacío (ShelLab Inc.) de 15 pulg Hg, a 50 ºC, por 24 h.
Los complejos de inclusión OCH-βCD formados, se pesaron y colocaron en recipientes herméticos de color ámbar, con ambiente de nitrógeno y se almacenaron a 4° C. Cada preparación fue realizada y analizada por triplicado (Domínguez et al. 2015, 152).
Isotermas de adsorción
Los estudios de adsorción de agua fueron realizados usando el método gravimétrico propuesto por Lang et al. (1981). Se colocaron 1±0.01 g de muestra en polvo, en desecadores conteniendo P2O5 durante una semana para alcanzar un contenido de humedad de cero.
Se prepararon soluciones saturadas de sales que permitian estabilizar las muestras a diferentes aw (Tabla 1), de acuerdo con Labuza et al. (1985). La actividad de agua (aw) fue medida utilizando el equipo AQUALAB con compensador de temperatura modelo CX2 (DECAGON Devices, Inc., Pullman WA. EUA).
Tabla 1 Actividad de agua de las sales.
| Formula | 25°C | 35°C | 45°C |
|---|---|---|---|
| P2O5 | 0.000 | 0.000 | 0.000 |
| LiCl | 0.115 | 0.108 | 0.103 |
| KC2H3O2 | 0.234 | 0.215 | 0.197 |
| MgCl2 | 0.329 | 0.318 | 0.309 |
| K2CO3 | 0.443 | 0.436 | 0.429 |
| Mg(NO3)2 | 0.536 | 0.515 | 0.496 |
| NaNO3 | 0.654 | 0.628 | 0.599 |
| NaCl | 0.765 | 0.743 | 0.727 |
| KCl | 0.846 | 0.821 | 0.786 |
Las muestras se colocaron en celdas de equilibrio que contenían las soluciones saturadas de sales a una temperatura constante de 25, 35 y 45 °C respectivamente. Cada tres días las muestras fueron pesadas en una balanza analítica (Ohaus Analytical Plus, AP210S, Parsippany, NJ, USA) y este procedimiento se repitió hasta alcanzar peso constante.
El contenido de humedad en el equilibrio se determinó para cada actividad de agua. Las pruebas se realizaron por triplicado y fueron ajustadas con el modelo de Henderson (Ecuación 1), usando el software KaleidaGraph (Synergy, Reading PA, USA). Se evaluó el coeficiente de determinación (R2) y el porcentaje de error estándar (% EMR).
Donde X = contenido de humedad de equilibrio (g H2O / g s.s.), aw = actividad de agua
k1 y k2 = constantes propias del modelo.
Cálculo de las propiedades termodinámicas
El conocimiento de los datos de adsorción del agua a diferentes temperaturas hace posible un análisis termodinámico del sistema alimento-vapor de agua.
Los cambios de entalpía integral (ΔHint)T (J/mol) de las muestras a diferentes actividades de agua fueron determinadas usando la ecuación de Othmer, (1940), Ecuación 2.
Donde Pv (atm) es la presión de vapor de agua en la muestra,
P
Como todos estos términos son dependientes de la temperatura, la ecuación se puede integrar de la siguiente manera, Ecuación 3:
Donde A es una constante de adsorción, ϕ (J/mol) es la presión de difusión o potencial de superficie del alimento. Una gráfica lnPv versus lnP
La entalpía integral fue calculada usando la Ecuación 4, a una presión constante de difusión (Beristain et al.1994, 1221) y de acuerdo con Nunes & Rotstein (1991), Ecuación 5:
Donde µa (J/mol) es el potencial químico del adsorbente en la fase condensada, µap (J/mol) es el potencial químico del adsorbente puro, Wap (J/mol) es el peso molecular del adsorbente, y Wv (g/mol) es el peso molecular del agua.
Calculando Hv (T)/H
Utilizando los valores obtenido de la entalpia molar integral
(ΔHint)T es
posible estimar los cambios de entropía integral
Donde SS=S/N1 (J/mol K) es la entropía integral del agua adsorbida en el alimento y SL (J/mol K) es la entropía molar del agua adsorbida a temperatura y presión constante.
La presión de vapor de agua del producto puede calcularse para una humedad y temperatura dadas, a partir del valor de la aw y de la presión de vapor del agua pura (po) a la misma temperatura.
La energía libre de Gibbs (ΔG) proporciona valiosa información sobre el grado de higroscopicidad del producto alimenticio en cuestión y puede predecir la espontaneidad del proceso.
La energía libre de Gibbs ΔG fue calculada a partir de la ecuación de Beristain et al. (1996), Ecuación 8:
Evaluación de color durante el almacenamiento
Se evaluó el cambio en la coloración de las muestras durante el almacenamiento empleando un colorímetro Color Tec PCM, basado en los 3 componentes del espacio de color de la escala CIELab: L*, a* y b* (Kim et al. 2002, 2957). A partir de las variables L*, a*, b* se determinó el cambio de color ∆E, utilizando la Ecuación 9:
Análisis de la microestructura
Para el estudio de la topografía externa, las microcápsulas se montaron en un porta muestras con doble lado adhesivo y fueron recubiertas con grafito para ser observadas a diferentes aumentos utilizando un microscopio electrónico de barrido marca JEOL modelo JSM-5600LV a 15 Kv.
Eficiencia de encapsulación
Aceite superficial
El contenido de OCH superficial se determinó de acuerdo la técnica de Sankarikutty et al. (1988) y Domínguez et al. (2015). Se colocaron 2±0.01 g de encapsulado y 20 mL de éter de petróleo en un frasco ámbar y se agitó manualmente durante 5 minutos. Se filtró la solución con papel filtro y se recogió cada una de las muestras en un vaso de precipitado. Al residuo de la filtración se le realizó un lavado con 10 mL de acetona. Se colectó el disolvente en un vaso de precipitado y fue evaporado en una estufa de convección a (ShelLab Inc.) 70ºC por 24 h y/o hasta alcanzar el peso constante.
Aceite total
La cantidad total de OCH se determinó por el método Soxhlet. Un peso de 2±0.01 g de encapsulado se colocó en papel filtro bien sellado llevándose a cabo la extracción con n-hexano J.T. Baker (Center Valley, PA. USA) durante 4 horas, mediante goteo constante de aproximadamente 10 gotas/min.
Al término de este tiempo se colectó todo el disolvente y se eliminó el exceso del mismo utilizando un rotavapor marca Heidolph, modelo LABOROTA 4001-efficient. Finalmente, la muestra se llevó a una estufa de vacío (ShelLab Inc.) por 24 h. La diferencia de pesos se reportó como g aceite total/g de encapsulado (Domínguez et al. 2015, 152).
Para el cálculo de la eficiencia de encapsulación se utilizó la ecuación 10 (Pauletti & Amestoy, 1999):
Análisis estadístico
Todos los análisis se realizaron por triplicado y se muestra el promedio con la desviación estándar. Los resultados fueron analizados mediante un ANOVA de una vía. Las diferencias entre medias fueron determinadas por la prueba de Tukey usando el software SPSS V18 (13M® SPSS ®, Armonk, N.Y., USA).
Resultados
Comportamiento de adsorción y propiedades termodinámicas
Para el ajuste de los datos experimentales se utilizó la ecuación de Henderson en lugar de la ecuación de GAB (Guggenheim, Anderson y de Boer) en función de la irregularidad que presentaron las isotermas ajustadas bajo este modelo matemático, pues se obtuvieron valores inferiores a la unidad para la constante K de GAB, lo que representaría que los valores de aw llegarían a ser mayores que 1, considerándose una inconsistencia termodinámica (García-Alvarado et al. 1995, 2141).
La Figura 1 muestra los puntos experimentales (símbolos) y la línea continua muestra el ajuste de las isotermas de adsorción de agua a 25, 35 y 45 °C para ambas preparaciones del complejo de inclusión molecular OCH-(CD usando la ecuación de Henderson. Todas las isotermas mostraron una forma sigmoidal típica para alimentos, las que pueden ser clasificadas como del tipo II (Brunauer et al. 1940, 1723), que es indicativo de una adsorción física en multicapas y características de productos solubles.
Figura 1 Isotermas de adsorción a 25, 35 y 45 ºC para el complejo de inclusión molecular OCH-βCD en su preparación 20:80 (a) y 30:70 (b), ajustadas con el modelo de Henderson.
Con respecto al efecto de la temperatura, la Figura 1 muestra también la dependencia de los fenómenos de adsorción con la temperatura, es decir, la higroscopicidad disminuye con el aumento de la temperatura. Este comportamiento se atribuye a que las interacciones de los componentes con el agua se reducen (menor energía de enlace) con la superficie de adsorción.
Por otro lado, es también deducible de las isotermas, que el microencapsulado OCH-βCD en la proporción 20:80 es más higroscópico que el preparado en la razón 30:70, en las tres temperaturas de análisis, pues mostró grandes cambios en la humedad con el aumento de la aw , mientras que en las isotermas para el complejo en la preparación 30:70 se presentaron cambios menores de humedad con el aumento de la aw , lo que las hace teóricamente más estables (Labuza, 1980, 67), puesto que la estabilidad física, química y microbiológica de un alimento depende de las características de adsorción de humedad del agua.
Cambios en la microestructura de los alimentos durante su almacenamiento son afectados por el contenido de humedad, así como por el estado en el que se encuentra el agua dentro de los alimentos. Alimentos más higroscópicos, están más propensos a que se lleven a cabo reacciones de deterioro.
En la Tabla 2 se muestran los valores de los parámetros de la ecuación de Henderson para las isotermas del complejo de inclusión molecular (OCH-βCD) almacenado en sus dos proporciones de preparación y a las tres temperaturas de estudio. Se obtuvo un ajuste del modelo aceptable pues en todos los casos el % EMR estuvo por debajo del 10 %, y R2 presenta un valor cercano a la unidad (Lomauro et al. 1985).
Tabla 2 Parámetros estimados de la ecuación de Henderson para el complejo de inclusión molécula OCH-βCD.
| Proporción | T (ºC) | k1* | k2* | % EMR* | R2 |
|---|---|---|---|---|---|
| 20:80 | 25 | 50.426 | 1.533 | 9.474 | 0.974 |
| 35 | 151.912 | 1.814 | 5.198 | 0.951 | |
| 45 | 185.546 | 1.916 | 8.549 | 0.937 | |
| 25 | 144.185 | 1.649 | 6.518 | 0.981 | |
| 30:70 | 35 | 446.795 | 1.968 | 4.903 | 0.947 |
| 45 | 1183.345 | 2.221 | 6.354 | 0.902 |
* k1 y k2, son parámetros característicos del producto, % EMR=Error medio relativo.
Los valores del parámetro k1 aumentaron con la temperatura, los menores valores indican una mayor velocidad de equilibrio en la humedad siendo ésta dependiente de su estado inicialmente mayor (Flores et al. 2008), estos resultados coinciden con lo reportado por Ayala-Aponte (2011), al ajustar a la ecuación de Henderson a los datos de adsorción en harina de yuca a diferentes temperaturas.
A partir de propiedades termodinámicas integrales es posible obtener información aplicable en el control de la estabilidad de los alimentos, si se cuenta con isotermas a tres temperaturas (Azuara & Beristain, 2007).
En la Figura 2 se observa tanto en el complejo de inclusión OCH-βCD en la proporción 30:70 y en la 20:80, que al inicio y conforme se incrementa la aw las moléculas de agua tienen acceso a sitios de mayor energía de interacción, mientras que con posteriores aumentos en la aw ocurre una caída gradual en la entalpía integral.
Figura 2 Variación de la entalpía integral con la a w a 25, 35 y 45 ºC para el complejo de inclusión molecular OCH-βCD en su preparación 20:80 (a) y 30:70 (b).
Esto es debido a que, inicialmente, la adsorción ocurre en los sitios más activos disponibles y conforme estos sitios llegan a ser ocupados ocurre una interacción de las moléculas de vapor de agua con los sitios activos menos favorables, así como la formación de multicapas de vapor de agua adsorbida.
El valor máximo de entalpía integral nos indica el cubrimiento total de los sitios de adsorción más fuertes y las mayores interacciones agua-sólido (Beristain & Azuara, 1990).
De lo anterior se deduce que en el complejo de inclusión OCH-βCD en la formulación 20:80, existen sitios activos de adsorción de mayor energía que en la formulación 30:70. Lo que indica que la interacción energética entre el agua y el microencapsulado fue mayor en la formulación 20:80 que en la 30:70 debido a que el complejo en la proporción 20:80 tiene un mayor número de sitios hidrofílicos expuestos que interaccionan con las moléculas de agua.
La entropía integral es la función termodinámica adecuada para estudiar el ordenamiento de las moléculas de agua durante la adsorción. La mínima entropía integral puede considerarse como el punto de máxima estabilidad, ya que las moléculas de agua están más ordenadas dentro de la matriz alimenticia y existen enlaces fuertes entre el adsorbato y el adsorbente (Beristain & Azuara, 1990, 229; Beristain et al. 2002, 206; Azuara & Beristain, 2006, 1501; Domínguez et al. 2007, 576; Gutiérrez et al. 2007, 54; Viveros et al. 2013, 29).
La Figura 3 muestra los cambios en la entropía integral de las micropartículas del complejo de inclusión molecular OCH-βCD, en sus dos formulaciones de elaboración, 20:80 y 30:70. Se puede observar que en el complejo 30:70 las moléculas de agua tienen acceso a sitios de menor energía de interacción, que en la proporción 20:80, esto es debido al estado en el que se encuentra el agua dentro de la matriz del alimento, ya que como se mencionó anteriormente, en la proporción 20:80 se tiene un mayor número de sitios hidrofílicos expuestos que interaccionan con las moléculas de agua.
Figura 3 Variación de la de la entropía integral con la aw a 25, 35 y 45 ºC para el complejo de inclusión molecular OCH-βCD en su preparación 20:80 (a) y 30:70 (b).
Analizando la gráfica para la formulación 20:80 a 25 ºC el valor de la mínima entropía integral se presentó a una aw =0.2, que corresponde a un contenido de humedad de 4.527 g H2O/g s.s., pudiendo ser interpretado este valor como el contenido de humedad correspondiente a la monocapa (Nunes & Rotstein, 1991, 113), pues esta mínima entropía se presenta con la saturación de los grupos polares correspondientes al agua adsorbida en los sitios más activos.
Para el encapsulado elaborado con la formulación 30:70, se presentó una zona, en un intervalo de aw de 0.3 a 0.6, en el cual el mínimo valor de la entropía no varía apreciablemente con la aw , estos resultados concuerda con lo ya reportado por Viveros et al. (2013), y Beristain et al. (1996), pues permite desplazar la mínima entropía integral a mayor aw y así tener alimentos más estables.
Lo anterior nos confirma que el complejo en la preparación 30:70 tiene grandes ventajas de estabilidad sobre el complejo 20:80, en la protección contra el deterioro ocasionado a los carotenoides de la OCH microencapsulada.
El conocimiento de la variación de la energía libre de Gibbs proporciona valiosa información sobre el grado de higroscopicidad del producto alimenticio en cuestión y puede predecir la espontaneidad de un proceso.
La Figura 4 muestra los cambios en la energía libre de Gibbs con respecto a la aw del complejo de inclusión molecular de OCH-βCD elaborado con las formulaciones 20:80 y 30:70 y almacenadas a diferentes temperaturas, podemos observar que en ambos casos fue necesaria una mayor energía libre para llevar una molécula de agua del estado de vapor al estado adsorbido sobre la superficie de las micropartículas al aumentar la temperatura.
Figura 4 Variación de la de la energía libre de Gibbs con la aw a 25, 35 y 45 ºC para el complejo de inclusión molecular OCH-βCD en su preparación 20:80 (a) y 30:70 (b).
Con lo anterior se comprueba que la adsorción es un proceso exotérmico, en el que una parte de la energía desprendida se utiliza en realizar el trabajo necesario para que la molécula se adsorba y el resto de la energía se libera en forma de calor y a su vez produce los cambios de entropía en el agua adsorbida (Beristain & Azuara, 1990; Flores, 2010).
Se puede observar también, en función de una comparación por temperaturas, que los valores de ΔG presentados por el complejo de 30:70 en general tienen valores más grandes (más negativos) que el complejo en la proporción 20:80, lo que indica que necesitará más energía libre para llevar una molécula de agua en estado de vapor al estado adsorbido.
Evaluación de la variación de color (ΔE) durante el almacenamiento
En la Tabla 3 se muestran las variaciones de ΔE para ambas preparaciones almacenadas a las diferentes temperaturas de estudio, donde se puede observar que conforme aumenta la temperatura de almacenamiento los valores de ΔE aumentan en ambas proporciones.
Tabla 3 Cambios de color (ΔE) para los complejos de inclusión molecular OCH-βCD en función de la actividad de agua a 25, 35 y 45 ºC, después de 5 semanas de almacenamiento.
| Proporción | Temperatura | aw | ΔE |
|---|---|---|---|
| 20:80 | 25 ºC | 0.115 | 9.469±0.36b |
| 0.329 | 5.315±0.35ª | ||
| 0.536 | 2.563±0.13ª | ||
| 0.765 | 3.284±0.12ª | ||
| 35 ºC | 0.108 | 15.754±0.098ª | |
| 0.318 | 13.142±0.16ª | ||
| 0.515 | 14.088±0.30ª | ||
| 0.743 | 12.735±0.26ª | ||
| 45 ºC | 0.103 | 63.286±0.11ª | |
| 0.309 | 59.395±0.25ª | ||
| 0.496 | 63.501±0.19a | ||
| 0.727 | 24.252±0.11b | ||
| 30:70 | 25 ºC | 0.115 | 3.930±0.01ª |
| 0.329 | 3.53±0.09ª | ||
| 0.536 | 0.672±0.02b | ||
| 0.765 | 3.015±0.20ª | ||
| 35 ºC | 0.108 | 45.344±0.29ª | |
| 0.318 | 28.537±0.25b | ||
| 0.515 | 20.207±0.35c | ||
| 0.743 | 14.925±0.09d | ||
| 45 ºC | 0.103 | 57.751±0.24ª | |
| 0.309 | 39.766±0.32b | ||
| 0.496 | 49.485±0.19c | ||
| 0.727 | 18.102±0.090d |
abcd Valores en la misma columna con diferentes letras indican diferencias significativas (P< 0.05). Promedio de tres determinaciones ±desviación estándar.
Un fenómeno muy notorio, es la marcada pérdida de color que presentaron las muestras a aw ~0.5, lo cual podría explicarse, de acuerdo a Rodríguez-Huezo et al. (2004), a la presencia de ciertas condiciones prooxidantes que afectaron la calidad de los carotenoides presentes, causadas por la reducida viscosidad en estas condiciones de aw.
Los valores menores se presentaron a una temperatura de 25 ºC y a una aw alrededor de 0.536, siendo el complejo en la preparación 30:70, el que conservó mayormente su coloración rojiza al presentar un valor de ΔE de 0.672, que de acuerdo con Kim et al. (2002), corresponde a cambios de “imperceptibles” a “apenas notorios”, y al mismo tiempo se encuentra dentro de la zona de mínima entropía integral, que nos indicó la máxima estabilidad del complejo de OCH-βCD 30:70, y de acuerdo con los resultados de las propiedades termodinámicas, es en esta zona donde las reacciones de deterioro serán poco probables si se almacena a estos niveles de a w.
De acuerdo a Lozano & Ibarz (1997), el valor de ΔE es el parámetro colorimétrico más representativo ocasionado por reacciones de degradación de carotenoides provocadas por incremento en la temperatura del procesamiento de las mismas.
De esta manera, con los análisis termodinámicos realizados en este trabajo y las pruebas de la variación de ΔE, fue posible obtener un indicativo de las mejores condiciones de temperatura y humedad relativa, para almacenar los complejos de inclusión molecular de oleorresina y en qué proporción, con el propósito de evitar cambios drásticos en el color, producto de la degradación térmica y oxidativa de los carotenoides presentes en la muestra.
Análisis de la microestructura
En la Figura 5 se presentan las micrografías de la βCD en estado puro y a diferentes aumentos, se puede observar que este material de pared está compuesto de partículas irregulares que no tienen una geometría homogénea y por lo tanto no presentaron partículas uniformes, al menos tal y como se visualizó en las muestras analizadas por SEM.
La Figura 6 muestra las micrografías de las micropartículas del complejo de inclusión OCH-βCD, en las proporciones de preparación 20:80 y 30:70 respectivamente.
Donde se puede observar que las micropartículas mantuvieron una forma y tamaño irregular, con la formación de aglomerados de aspecto más redondeado y compacto debido a la incorporación de OCH; similar a lo reportado en trabajos anteriores en los que se han elaborado complejos de inclusión molecular con aceites vegetales en βCD (Reineccius et al. 2002, 3272; Padukka et al. 2000, 59).
También es posible notar que la proporción de preparación tiene un efecto en la morfología de las micropartículas, con la proporción 30:70 se obtuvieron micropartículas menos irregulares que con 20:80, que en base a los estudios comportamiento de adsorción de agua y propiedades termodinámicas también fueron las más estables.
Eficiencia de encapsulación (EE)
La EE para los complejos OCH-βCD en su proporción 20:80 fue de 79.81% y para 30:70 fue más baja 76.44 %, sin embargo no presentaron diferencias significativas (Tabla 4), estos resultados fueron reportados previamente por Domínguez et al. 2015, 154.
Tabla 4 Eficiencia de Encapsulación (EE) para los complejos de inclusión OCH-βCD.
| Proporción OCH:βCD |
Aceite superficial (%) |
Aceite total (%) |
EE (%) |
|---|---|---|---|
| 20:80 | 3.62±0.017a | 17.93±0.08a | 79.81±0.048a |
| 30:70 | 6.45±0.06b | 27.38±0.09b | 76.44±0.20a |
*Valores en la misma columna con diferentes letras indican diferencias significativas (P< 0.05). Promedio de tres determinaciones ±desviación estándar.
Los resultados pueden ser atribuidos a la relación material de pared-núcleo utilizada, ya que la relación pared-núcleo es un parámetro importante en la eficiencia de microencapsulación de los productos secos en polvo (Ramakrishnan et al. 2014). Minemoto et al. (2002), microencapsularon ácido linoleico, donde observaron que la eficiencia de microencapsulación disminuye cuando la relación pared-núcleo aumenta. A pesar que la EE fue menor para la proporción 30:70, no se presentaron diferencias significativas en los resultados (Tabla 4).
Conclusiones
El proceso de adsorción resultó ser energéticamente menos espontáneo en el complejo de inclusión OCH-βCD en la proporción 30:70 y por lo tanto resultó ser menos higroscópico que el preparado en la proporción 20:80. Respecto al valor de la entropía integral para el complejo de inclusión 20:80 el valor mínimo se presentó a un aw = 0.2; para el elaborado con la formulación 30:70, se presentó una zona amplia de mínima entropía integral, que va de valores de aw =0.3-0.6 dándole al producto un mayor margen de estabilidad, ante el deterioro causado por los efectos de la humedad y la aw. Finalmente, de acuerdo con los resultados termodinámicos y la evaluación en la variación de color (ΔE) de los OCH-βCD fue posible determinar que, la proporción 30:70 fue la más estable y que las mejores condiciones de almacenamiento se obtuvieron a una aw de alrededor de 0.536 y a una temperatura de 25 ºC.
