Los alimentos durante su procesamiento y almacenamiento sufren modificaciones relacionadas con el aspecto sensorial y de calidad, reduciéndose la intensidad del aroma o produciéndose componentes que confieren sabores desagradables. Los componentes responsables del olor y sabor de los alimentos son principalmente compuestos aromáticos, sensibles a la luz y al calor, por lo que una alternativa para protegerlos es encapsular dichos compuestos antes de ser utilizados en alimentos y bebidas.
¿Qué es la Microencapsulación en Alimentos?
La encapsulación es un método de protección de diversos compuestos activos durante el procesamiento y almacenaje de los alimentos. Entre los agentes activos más estudiados para su encapsulación se encuentran los antioxidantes, vitaminas, aminoácidos, minerales e incluso de pequeñas moléculas como enzimas y microorganismos probióticos benéficos para la salud. Principalmente la microencapsulación permite mantener la estabilidad de éstos, impidiendo la acción de factores como el calor, humedad y oxígeno. Actualmente, la tecnología de encapsulación se encuentra bien desarrollada y aceptada dentro de la industria farmacéutica, química, cosmética y sobre todo en la de alimentos.
Los procesos de encapsulación fueron desarrollados entre los años 1930 y 1940 por la National Cash Register (Estados Unidos de América) para la aplicación comercial de un tinte a partir de gelatina como agente encapsulante.
La encapsulación es una técnica de recubrimiento de diversos materiales, ya sean sólidos, líquidos o gaseosos, creando un ambiente aislado del exterior; haciendo una función de aislante, con la capacidad de liberar su contenido de forma controlada bajo condiciones determinadas. Estas especificaciones han llevado a describir la microencapsulación como: la técnica de obtención de una barrera que retarda las reacciones químicas con el medio que lo rodea promoviendo un aumento en la vida útil del producto, la liberación gradual del compuesto encapsulado e incluso facilitando su manipulación al convertir un material líquido o gaseoso a una forma sólida llamada microcápsula.
La Microencapsulación: El proceso
La microencapsulación es un proceso donde pequeñas partículas o gotas, menores a 1000 micrómetros (1 mm) de diámetro, sean rodeadas por un recubrimiento integrado a las cápsulas. Una microcápsula se compone por la capa externa o de recubrimiento, también llamada material pared, encapsulante o matriz y del principio activo también denominado fase interna.
Las microcápsulas pueden tener forma esférica o irregular (Figura 1), pueden estar constituidas por una membrana simple o por múltiples capas y su estructura depende del tipo de la matriz o encapsulante y del principio activo, así como la técnica empleada para su preparación.
Agentes Encapsulantes
El agente encapsulante o material pared debe de tener características específicas como facilitar la formación de la película de interés (propiedad emulsionante), poseer una viscosidad baja (menos espeso), tener una baja higroscopicidad (capacidad de absorber humedad) y un alto contenido de sólidos, ser económicos y fáciles de obtener. En un intento por obtener un material pared con estas propiedades, se ha recurrido a la mezcla de diversos materiales para elaborar el material “ideal” (Cuadro 1).
Por lo general se utilizan hidrocoloides como agentes encapsulantes, como la gelatina, gomas vegetales, almidones modificados y proteínas. Los carbohidratos y sus derivados, como almidones, maltodextrinas, jarabes de maíz y gomas de acacia, que poseen la capacidad para enlazar sabores, la cual es complementada por su diversidad, bajo costo y amplio uso en alimentos. Estos son la mejor opción para utilizarlos como agentes encapsulantes, debido a que estos materiales presentan baja viscosidad, alto contenido de sólidos y buena solubilidad. El almidón y sus derivados, como maltodextrinas y β-ciclodextrinas, ya son usados para encapsular compuestos aromáticos, por lo que la interacción entre el saborizante y estos polisacáridos ha sido tema de estudio en diversas investigaciones.
Además, el alginato, un polisacárido obtenido de las algas pardas, es uno de los polímeros más empleados en la microencapsulación, ya que forma una matriz altamente versátil, biocompatible y no tóxica para la protección de componentes activos, células o microorganismos sensibles al calor, pH, oxígeno y luz. Adicionalmente, ha sido utilizado debido a sus múltiples ventajas para el consumo humano ya que presenta un efecto prebiótico, particularmente los alginatos de bajo peso molecular. Los alginatos tienden a formar geles con un gran número de cationes divalentes, como el ion calcio, que es el más empleado por la industria alimentaria.
Microencapsulación de Sabores y Aromas
La microencapsulación de aceites esenciales, constituidos por compuestos específicos del sabor y aroma de origen vegetal, es una tecnología interesante utilizada en la industria de alimentos, al prevenir su volatilización, extender la vida útil de estos componentes biológicos y permitir una liberación controlada del material activo.
La retención de sabor se rige por factores relacionados con la naturaleza química del material activo, incluyendo su peso molecular, funcionalidad química, polaridad y volatilidad relativa, también a las propiedades del agente encapsulante y a la naturaleza y los parámetros de la tecnología de encapsulación.
Diversos compuestos responsables del sabor y aroma de plantas han sido microencapsulados para ser utilizados en aplicaciones alimentarias. Ejemplo de éstos es el aceite esencial de la hierba mate (Ilex paraguariensis), microencapsulada en alginato, recubierta en quitosano y con posterior deshidratación de las microcápsulas utilizando diferentes métodos de secado. Otro ejemplo es la encapsulación del compuesto aromático limoneno, ampliamente usado por la industria de bebidas refrescantes en un sistema alginato-alcohol polivinílico.
Además, se han realizado investigaciones para encapsular componentes aromáticos como anetol, citral, citronelal, linalol, mentol, geraniol, timol y los aceites esenciales de anís, salvia, canela, bergamota, naranja, limón, cebolla y mostaza. En la Figura 2 se muestran microcápsulas de aceite de atún purificado utilizando como material de recubrimiento una mezcla de alginato de sodio y mucílago de linaza.
Técnicas de Microencapsulación
En general, el proceso de encapsulación de componentes sensibles como lo son los sabores y los aromas, consiste en dos pasos: 1) La emulsificación del material activo con una solución densa del encapsulante; y 2) El secado o enfriamiento de las emulsiones.
Los métodos de encapsulamiento pueden ser divididos en: a) Procesos mecánicos como secado por aspersión, extrusión, aspersión por enfriamiento y lecho fluidizado; b) Procesos químicos como la coacervación simple o compleja, atrapamiento en liposomas, co-cristalización, polimerización de interfaz e inclusión molecular. En la Figura 3 se observan los principales métodos que se utilizan para encapsular sustancias.
La selección del proceso de encapsulación considera el tamaño medio de la partícula requerida, las propiedades fisicoquímicas del agente encapsulante, la sustancia a encapsular, las aplicaciones para el material microencapsulado, el mecanismo de liberación deseado y el costo. De acuerdo con el proceso de encapsulación utilizado, las matrices de encapsulación presentarán varias formas (películas, esferas, partículas irregulares), varias estructuras (porosas o compactas) y varias estructuras físicas (amorfa o cristalina) que influirán en la difusión de sabores o sustancias externas (oxígeno, disolventes), así como la estabilidad del producto alimenticio durante el almacenamiento.
Métodos de Liberación del Principio Activo
La liberación puede llevarse a cabo por disolución normal en agua, por esfuerzos de cizalla, temperaturas, reacciones químicas y enzimáticas o por cambios en la presión osmótica; esta liberación de componentes de una cápsula puede ser controlada por difusión de la pared de la cápsula o por una membrana que cubre la pared. Además de los parámetros anteriores, la liberación controlada está en función del tipo de polímero empleado que puede ser hidrofílico o lipídico. Los mecanismos fundamentales de liberación son la difusión y la erosión.
Para Saber más:
Arenas-Sánchez J.I. 2015. Tesis de Maestría en Ciencias del Programa Institucional de Maestría en Ciencias Biológicas. Universidad Michoacana de San Nicolás Hidalgo.
Huertas, R.A.P. 2010. Revisión: Microencapsulación de alimentos. Rev. Fac. Nal. Agr. Medellín, 63(2):5669-5684.
http://www.scielo.org.co/pdf/rfnam/v63n2/a20v63n01.pdf
Lupo-Pasin, B. et al. 2012. Microencapsulación con alginato en alimentos. Técnicas y aplicaciones. Rev. Venezolana de Ciencia y Tec. de Alimentos, 3:130-151.
http://sgpwe.izt.uam.mx/files/users/uami/acym/alginatos_en_alimetnos.pdf
La Dra. Ma. Guadalupe Garnica Romo es Profesora e Investigadora de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Michoacana de San Nicolás Hidalgo.
M.C. Manuel Alejandro Alcántar Covarrubias estudió en el Programa Institucional de Maestría en Ciencias Biológicas de la Universidad Michoacana de San Nicolás Hidalgo.