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Micro y nanoencapsulación de aditivos y otros compuestos de interés alimentario y cosmético (parte 3)

Micro y nanoencapsulación de aditivos y otros compuestos de interés alimentario y cosmético (parte 3)

Micro y nanoencapsulación de aditivos y otros compuestos de interés alimentario y cosmético (parte 3)

Este post continua con la «saga» de publicaciones sobre micro y nanoencapsulación. En el post 1 hablamos de los aspectos generales de la encapsulación. Posteriormente, en el post 2 se discutieron las técnicas de encapsulación físicas. Ahora continuamos hablando de los procedimientos químicos para la nanoencapsulación de compuestos.

Principales técnicas de nanoencapsulación que usan procedimientos químicos
 POLIMERIZACIÓN-PRECIPITACIÓN

Esta técnica consiste en polimerizar una macromolécula en presencia del agente a encapsular. La macromolécula va creciendo hasta que no es soluble en el medio de reacción. En ese momento se pliega y atrapa al agente a encapsular. Ese plegamiento genera una estructura tridimensional (en forma de ovillo)  que embebe a dicho agente.

Por tanto, para que se pueda usar esta técnica, es necesario tener en cuenta varias consideraciones:

  1. Que haya una gran afinidad entre el agente a encapsular y la macromolécula. Si el agente a encapsular es más afín al disolvente del medio que a la macromolécula no conseguiríamos nuestro objetivo. Esta precipitaría por un lado y el agente a encapsular quedaría disuelto en el medio y no encapsulado.
  2. Que la interacción macromolécula-disolvente sea la adecuada. Así se alcanzará un punto donde la cadena en crecimiento ya no sea soluble y precipite.

Esta técnica permite obtener diferentes materiales en los que el agente a encapsular quede retenido. Puede ser microgeles, micro y nanopartículas esféricas y micropartículas producidas por fenómenos de homocoagulación (agregación de nanopartículas). Que se forme uno u otro material, dependerá de la macromolécula y del medio en donde se lleva a cabo la reacción.

No obstante, la aplicación más importante de la polimerización por precipitación está en el diseño y obtención de partículas esféricas y monodispersas, libres de estabilizantes, con distintos tamaños, composiciones químicas (hidrofóbicas, hidrofílicas,…), incluso con diferentes capacidades de hinchamiento. Este hinchamiento es reversible y controlable en función de las propiedades del disolvente, pH, temperatura, etc. Esto hace que estas partículas sean excelentes candidatos para procesos de liberación controlada de moléculas como fármacos, cosméticos, etc.

POLIMERIZACIÓN EN EMULSIÓN

Una emulsión es una mezcla de dos líquidos (fases) a priori inmiscibles. A una de las fases se denomina fase discontinua y la otra fase continua. Cuando la fase discontinua es hidrofóbica (no soluble en agua) y la fase continua hidrofílica (normalmente agua) la emulsión se denomina normal. Cuando la discontinua es acuosa y la fase es hidrofóbica, se denomina inversa.

Vamos a poner un ejemplo de una emulsión normal. Cuando ponemos en un vaso de agua, una pequeña cantidad de aceite y un detergente. A priori, el agua y el aceite son dos fase inmiscibles, pero cuando ponemos el detergente y agitamos se integra toda la mezcla, es decir, se forma una emulsión. Emulsión consistente en pequeñísimas gotas de aceite que están dispersas en el agua gracias a la acción del detergente (surfactante). A estas pequeñas gotas de aceite recubiertas de surfantante se les conoce como micelas.

Pues bien, si se prepara una emulsión donde la micela contenga la mezcla de polimerización y el agente a encapsular, y se lleva a cabo la reacción de polimerización, lo que se obtiene es una partícula que en su interior ha retenido al agente a encapsular y en su exterior tiene una capa de surfactante. Para utilizar esta técnica es necesario que el agente a encapsular y los monómeros a polimerizar sean solubles en la fase discontinua. Así, cuando se de la reacción, quedará atrapado en la estructura de la macromolécula.

Podemos controlar el tipo y tamaño de partícula. Dependerá del tipo de macromolecula generada, del tipo y cantidad de surfactante, de la temperatura, pH, agitación, etc… se puede controlar el tipo y tamaño de la partícula a generar. No obstante, esta técnica no es la ideal para nanoencapsulación, ya que los mínimos tamaños que se pueden obtener están por encima de los 150 nm. Otra desventaja es que las partículas están «manchadas» con el surfactante, lo que usualmente supone tediosos procesos de purificación.

No obstante, es una técnica muy simple, barata, escalable y con un alto rendimiento. Esto hace que tenga mucha aplicabilidad en el campo de la encapsulación de compuestos y aditivos en campos muy diversos.

GELIFICACIÓN

La gelificación es el proceso mediante el cual se forma un gel. Químicamente un gel es un sistema coloidal donde la fase continua es sólida y la fase dispersa es líquida. Por tanto, los geles presentan una densidad similar a los líquidos. Sin embargo su estructura se asemeja más a la de un sólido. Ejemplos cotidianos de geles son las gominolas o los postres de gelatina. Por tanto, la gelificación es un proceso en el cual se «espesa y estabiliza» un líquido, una emulsión o una suspensión dándole un aspecto sólido.

Todos los polímeros (macromoléculas) pueden formar geles en unas determinadas condiciones de hidratación. Controlando esta gelificación se puede encapsular compuestos, aromas, aditivos, etc…

Un ejemplo claro del proceso de gelificación es el proceso de esferificación. Es un proceso de moda en la «cocina molecular«en el cual se encapsulan aromas e incluso alimentos. En este caso, de forma habitual, se usa alginato sódico (que es un polímero que se obtiene de algas, principalmente) junto con el agente a encapsular (un aroma, un licuado de un alimento) y se sumerge en una disolución de cloruro cálcico. El alginato reacciona con el cloruro cálcico y se solidifica (forma un gel). Esto hace que quede una membrana «solida» recubriendo la partícula, cuyo interior contiene el aroma o el licuado del alimento. Es decir, se ha llevado a cabo la encapsulación de un agente.

De forma muy parecida, es lo que se realiza en la industria alimentaria, cosmética, farmecéutica, etc. cuando se encapsula mediante gelificación. Variando el medio (pH y Temperatura), la macromolécula y los agentes para que se lleve a cabo la gelificación, así como haciendo uso de procesos mecánicmos para controlar el tamaño de partícula, se pueden encapsular muchos compuestos de forma simple, escalable y barata. No obstante, este proceso de encapsulación no permite disminuir mucho el tamaño y a veces es muy difícil incluso obtener micropartículas. Además, las propiedades mecánicas de las partículas obtenidas no es muy buena, por lo que necesitan de procesos de conservación mucho más cuidadosos que las otras técnicas.

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