Resumen:
El objetivo de este trabajo fue realizar un análisis termodinámico de microcápsulas de aceite esencial de Pimenta dioica L. Merril obtenidas mediante secado por aspersión, para establecer condiciones de almacenamiento de estas.
Para asegurar que se obtendrían microcápsulas con propiedades funcionales deseadas es decir protegerlas de procesos deteriorativos y, al mismo tiempo, poder establecer condiciones de estabilidad para prolongar la vida de anaquel de las microcápsulas se emplearon tres tipos de biopolímeros como agentes encapsulantes o materiales de pared: goma de mezquite (GM), proteína de suero de leche (PSL) y maltodextrina DE-10 (MD). La goma de mezquite es un agente emulsionante y estabilizante; la proteína de suero de leche es un excelente emulsionante, y la maltodextrina es considerada como buen material para proteger lípidos contra la oxidación.
Una vez seleccionados los agentes encapsulantes se procedió a formular emulsiones del tipo aceite en agua (O/W), mezclas ternarias en las siguientes relaciones: GM17%-MD66%-PSL17% m/m y GM17%-MD17%-PSL66% m/m con una fracción de la fase volumétrica dispersa O/W = 0.10 y con dos relaciones de material de pared a material encapsulado (2:1 y 4:1) a las que posteriormente se les adiciono la fase oleosa (aceite esencial de Pimenta dioica L. Merril). Estas emulsiones se secaron por aspersión empleando un secador a nivel planta piloto con una temperatura de entrada de 170 °C, una temperatura de salida de 85 °C, una presión de atomización de 4 bar y un flujo de alimentación de 40 mL/min.
Una vez obtenidas las microcápsulas formadas, estas se colocaron en cajas Pretri dentro de un desecador con P2O5 a temperatura ambiente por un periodo de 3 semanas para reducir la humedad relativa de los polvos (2%); posteriormente se determinaron experimentalmente isotermas de adsorción de humedad en las microcápsulas con temperaturas de 25, 35 y 45 °C utilizando el método termogavimetrico de celdas de equilibrio. El proceso de adsorción se ajustó con la ecuación de Guggenheim-Anderson-De Boer (GAB) ya que se ha sugerido como el modelo más versátil para explicar el proceso de adsorción en los alimentos. El modelo de GAB se ajustó satisfactoriamente a los datos experimentales, el módulo de desviación relativo promedio (E) fue menor del 5%. Los valores de los parámetros de la ecuación de GAB (M0, C, K) se determinaron por un análisis de regresión no-lineal con el software Polymath versión 5.1.
Finalmente se llevó a cabo un análisis termodinámico de las microcápsulas GM17%-MD66%-PSL17% y GM17%-MD17%-PSL66% con las dos relaciones de material de pared a material encapsulado (2:1 y 4:1), determinando las propiedades termodinámicas (entalpía, entropía y energía libre) diferenciales e integrales a 25, 35 y 45 °C, con las que se analizaron los cambios que sufren estos sistemas microencapsulados en el proceso de adsorción.
Se determinó el punto o zona de estabilidad máxima (entropía integral), la cual se comparó con las condiciones correspondientes a los valores de humedad de monocapa obtenidos a través de la ecuación de Guggenheim-Anderson-de Boer (GAB). Los valores obtenidos con esta ecuación difieren de los de entropía mínima.
Las condiciones de estabilidad máxima de las microcápsulas se obtuvieron a una aw de 0.551, un contenido de humedad de 13.79 kg H2O/100 kg s.s. y una temperatura de 25 °C para GM17%-MD66%-PSL17%, y para el caso de las microcápsulas GM17%-MD17%-PSL66%, estas se deben almacenar a una aw de 0.713, un contenido de humedad de 19.63 kg H2O/100 kg s.s. y una temperatura de 25 °C.
Se concluyó que los microencapsulados más estables fueron los formulados con la mezcla GM17%-MD66%-PSL17% como agente encapsulante tanto para la relación de material de pared a material encapsulado de 2:1 como de 4:1 y debido a que la mezcla GM17%-MD66%-PSL17% exhibió el valor de entropía integral más bajo que el arreglo GM17%-MD17%-PSL66% se puede considerar como un mejor material de pared.
Descripción:
En la actualidad el aceite esencial de Pimenta dioica L. Merril ha logrado adquirir un alto valor agregado, ya que se utiliza en la industria alimentaria, farmacéutica, cosmética y de perfumes, siendo Veracruz, Tabasco, Oaxaca y Chiapas los principales productores. Debido a la creciente necesidad de comercializar con aceites esenciales de alta calidad, es necesario brindarles protección, con la finalidad de alargar su vida de anaquel y mejorar su estabilidad, la cual está en función de la presencia de factores ambientales.
Dentro de las tecnologías empleadas en la Industria Alimentaria para la protección de aceites esenciales se encuentra la microencapsulación mediante secado por aspersión, que utiliza biopolímeros como agentes encapsulantes. Con el surgimiento constante de nuevos biopolímeros con propiedades funcionales mejoradas y por motivos económicos, son escasos los desarrollos tecnológicos que contemplan el uso de tan sólo un biopolímero para conformar productos más estables, con propiedades funcionales de procesamiento deseado y de menor costo en comparación con otras técnicas de microencapsulación.
Para obtener microcápsulas con alta retención de aceite esencial es necesario llevar a cabo una selección adecuada de biopolímeros puros o mezclas de ellos, la cual se puede realizar mediante un análisis a priori, como lo es un estudio térmico de materiales de barrera, el cual puede ser corroborado mediante la evaluación de la estabilidad de las microcápsulas empleando análisis cinéticos y termodinámicos.