La microencapsulación y sus procesos

La microencapsulación es considerada una forma de empacar, debido a que el material puede ser cubierto de manera individual para protegerlo del ambiente y agentes extraños. El material que es cubierto se refiere como fase interna y el material que lo recubre es llamado pared y generalmente no reacciona con el material a encapsular.

La microencapsulación envasa, separa y almacena materiales a escala microscópica para su posterior liberación. Dentro del término de microencapsulación, se incluyen las microcápsulas, las micropartículas, nanocápsulas y sustancias activas, entre algunas otras.

Existen numerosas técnicas para preparar microcápsulas aunque algunos autores clasifican a los métodos de encapsulación en: Físicos o mecánicos y químicos.

Como métodos químicos pueden citarse: coacervación compleja, polimerización interfacial, gelificación iónica, incompatibilidad polimérica y atrapamiento en liposomas

Entre los métodos físicos se encuentran: la encapsulación por lecho fluidificado y el secado por aspersión.

A continuación se describen brevemente cada uno de ellos.

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Fuente:

Alimentos Microencapsulados: Particularidades de los Procesos para la Microencapsulación de Alimentos para Larvas de Especies Acuícolas

Ruth Pedroza Islas

Universidad Iberoamericana

Departamento de Ingenierías (Tecnología de Alimentos)

Secado por aspersión y su uso en la encapsulación

La encapsulación es una técnica que se ha aplicado para preservar y/o proteger numerosos ingredientes. Puede considerarse una forma especial de empacar, en la que un material en particular puede ser cubierto de manera individual para protegerlo del ambiente, de la reacción con otros compuestos o para impedir que sufran reacciones de oxidación debido a la luz o al oxígeno.

La principal ventaja es que un encapsulado se liberará gradualmente del compuesto que lo ha englobado o atrapado, obteniéndose productos alimenticios con mejores características sensoriales y nutricionales. Se utiliza también el término microencapsulación en la industria alimentaria o farmacéutica cuando se encapsulan sustancias de bajo peso molecular o en pequeñas cantidades. Los dos términos, encapsulación y microencapsulación, se usan indistintamente.

La utilización de microcápsulas abarca una amplia gama de campos: la eliminación controlada de sabores, colores, aromas, perfumes, drogas, fertilizantes y precursores en impresiones.

Procesos de encapsulación

Los procesos de encapsulación fueron desarrollados entre los años 1930 y 1940 por la National Cash Register para la aplicación comercial de un tinte a partir de gelatina como agente encapsulante mediante un proceso de coacervación. Históricamente, la microencapsulación fue introducida de manera comercial en 1954 como medio de hacer copias múltiples sin el uso del papel carbón.

Hay diferentes métodos para microencapsular, entre ellos, los más utilizados son: la coacervación, la polimerización interfacial, el secado por aspersión, la gelación iónica, etc.

La selección del proceso de encapsulación para una aplicación considera el tamaño medio de la partícula requerida y las propiedades fisicoquímicas del agente encapsulante y la sustancia a encapsular, las aplicaciones para el material microencapsulado, el mecanismo de liberación deseado y el costo.

En el caso de sabores y aromas, varios métodos han sido desarrollados para encapsularlos y utilizarlos en la industria de alimentos; el más utilizado es el secado por aspersión, debido a que es un método económico y efectivo para el encapsulado de sabores.

Secado por aspersión

Por definición, corresponde a la transformación de un fluido en un material sólido, atomizándolo en forma de gotas minúsculas en un medio de secado en caliente. El principio del secado por aspersión es la producción de un polvo seco por medio de la atomización de una emulsión en una corriente de aire caliente en una cámara de secado. El agua se evapora instantáneamente, permitiendo que el material activo presente en la emulsión, quede atrapado dentro de una película de material encapsulante. Una de las grandes ventajas de este proceso, además de su simplicidad, es que es apropiado para materiales sensibles al calor, ya que el tiempo de exposición a temperaturas elevadas es muy corto (5 a 30 segundos).

Los principales encapsulantes utilizados para este método son: carbohidratos (almidón y derivados, maltodextrinas, jarabes de maíz, ciclodextrinas, carboximetilcelulosa y derivados); gomas (arábiga, mezquite, alginato de sodio); lípidos (ceras, parafinas, grasas) y proteínas (gelatina, proteína de soya, caseinatos, suero de leche, zeína). Estos encapsulantes deben tener la capacidad de proporcionar una emulsión estable durante el proceso de secado por aspersión y tener muy buenas propiedades de formación de película para proveer una capa que proteja al ingrediente activo de la oxidación.

El secado por aspersión consiste en cuatro etapas de proceso: la atomización del fluido para tenerlo asperjado; el contacto del producto rociado con el aire; su deshidratación y la separación del producto seco. El material a encapsular es homogenizado con el acarreador, la mezcla es alimentada al secador por aspersión y se atomiza por medio de una boquilla o disco, posteriormente se vierte en una máquina en la que son sometidos a un aumento de temperatura instantáneo que los transforma al tamaño deseado (entre 20 y 50 micras).

Las primeras aplicaciones industriales del secado por aspersión correspondieron a la leche y a los detergentes y actualmente tiene una infinidad de aplicaciones donde sobresalen la industria de alimentos y la farmacéutica.

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Fuentes

http://www.cinvestav.mx/publicaciones/avayper/sepoct02/APLICACIONES.PDF

http://www.alfa-editores.com/bebidas/Agosto%20Sept%2005/ACTUALIDADES%20Empleo.htm

http://www.invdes.com.mx/anteriores/Agosto2001/htm/acuacultura.html

http://www.quimika.com/materias/operaciones_unitarias/secadores.htm

http://w3.dsi.uanl.mx/publicaciones/maricultura/vi/pdf/A26.pdf

http://w3.dsi.uanl.mx/publicaciones/maricultura/acuicolaIII/pdfs/9.pdf

GOMA GUAR

La Goma Guar se deriva del endospermo molido de la planta de guar, Cyamopsis tetragonolobus, de la familia de las leguminosas. La planta es cultivada comercialmente en India y Pakistán para el consumo humano y animal. También es cultivada en el semiárido sudoeste de los Estados Unidos. El tiempo de cultivo es de aproximadamente 20 a 25 semanas. La planta de guar es una leguminosa que lleva una vaina, fijador del nitrógeno, es robusta y resistente a sequedad y crece con tallos de 1 a 2 m de altura. Las vainas de la semilla tienen aproximadamente 15 cm de largo y contienen seis a nueve semillas de aproximadamente 2 a 3 mm en el diámetro. Aproximadamente 14 a 16% de la semilla son la cáscara, 38 a 45% representan el endospermo y 40 a 46% el germen.

Procesamiento

En el procesamiento comercial de la goma guar, se utiliza una variedad de métodos para separar eficazmente el endosperma de la cáscara y del germen. La cáscara se elimina remojando en agua y posterior molienda en varias fases y cernido, o calentando y carbonizando la cáscara por tratamiento con fuego. Después se usa una molienda diferencial para separar el germen del endosperma, ya que hay una diferencia en la dureza de cada componente. Se puede usar molinos de roce, de martillo, o de rodillo. El endosperma separado, que contiene 80% galactomano, se muele finalmente a un tamaño de partícula fino y se vende como goma guar.

Características físicas

La Goma Guar es un polvo blanco a blanco-amarillento, casi sin olor y sin sabor. Las calidades técnicas son ligeramente más oscuras en el color. Los tamaños de la malla fácilmente disponibles son de 40 a 300 milimicrones.

Solubilidad

La Goma Guar se dispersa e hidrata casi completamente en agua frío o caliente, formando soluciones muy viscosas. Es insoluble en solventes orgánicos.

Viscosidad

La viscosidad de dispersiones o soluciones de goma guar depende de temperatura, tiempo, concentración, pH, velocidad de agitación y tamaño de la partícula del polvo,. En agua fría la viscosidad máxima se logra en 1 a 4 horas. El polvo más fino de goma guar se hidrata más rápido que los polvos gruesos. Para uso en alimentos la viscosidad de una solución al 1% varía de 2000 a más de 5000 cps.

Características químicas

Goma Guar, como la goma de algarrobo, es un polisacárido que tiene una cadena recta de D-mannopyranose unidos por B-(1->4) juntas con bifurcaciones laterales de unidades solas de D-galactopyranose y unida las otras unidades de manosa por juntas de (1->6). El peso molecular de este galactomano es 220, +/- un 10%. La goma de algarrobo tiene bifurcaciones únicas de galactosa en cada cuarta unidad del manosa. La bifurcación lateral mayor de las moléculas de goma guar causa su mejor hidratación en agua fría, así como una mayor actividad en la fijación de hidrógeno. En promedio, la goma guar contiene 80% galactomannan, 12% agua, 5% proteína, 2% residuo insoluble en ácidos o fibra cruda, 0,7% ceniza, 0,7% grasa, un rastro de metales pesados, cero arsénico, y cero plomo, aproximadamente.

pH

El pH de una solución al 1% de goma guar está entre 5,0 y 7,0. Las soluciones de goma guar tienen una acción de buffer y son muy estables a pH de 4 a 10,5. El método preferido para preparar una solución con un pH muy bajo o muy alto es preparar una solución con un pH de 8 y entonces ajustar el pH a tan alto como mayor de pH 11 o a tan bajo como pH 1. La hidratación más rápida ocurre entre el pH 7,5 y 9.

Compatibilidad

La Goma Guar es un polímero no iónico compatible con la mayoría de otros hidrocoloides vegetales como tragacanto, karaya, arábiga, el agar, alginatos, carragenatos, goma de algarrobo, pectina, metilcellulosa y carboxy-metilcellulosa. La Goma Guar también es compatible con casi todos los almidones químicamente modificados, almidones crudos, celulosas modificadas, polímeros sintéticos, y proteínas solubles en agua. Algunas sales multivalentes y solventes miscibles en agua alteran la hidratación y la viscosidad de soluciones de goma guar y producen geles. El ion del borato inhibirá la hidratación de goma guar.

La Formación de GeI

El ion del borato actúa como un agente de vinculación cruzada con goma guar hidratada formando geles de estructuras cohesivas. La formación y fuerza de estos geles dependen del pH, temperatura y concentraciones de los reactivos.La transformación de solución en gel es reversible ajustando el pH debajo de 7 o calentando. La nueva solución tendrá la misma viscosidad como la solución original.

Preservativos

Las soluciones de Goma Guar como la de otros hidrocoloides vegetales están sujeto al ataque bacteriano. Una mezcla de 0,15% metil- y 0,02% propil- parahidroxi-benzoato puede usarse para conservar las soluciones de goma guar. Para las aplicaciones en alimentos, se recomienda especialmente benzoato de sodio y ácido cítrico. El ácido sórbico y/o Sorbato de Potasio también se usa como un preservativo para goma guar en quesos procesados.

Usos

Goma Guar se usa principalmente para espesar soluciones acuosas y para controlar la movilidad de materiales dispersados o disueltos.

Alimentos

Alimentos lácteos

La característica de goma guar como fijador de agua la hace ideal como agente de hidratación rápida en la formación de soluciones coloidales viscosas. Es versátil como espesante o modificador de viscosidad. La Goma Guar se usa en los estabilizadores de helado, sobre todo a temperatura alta, en procesos de tiempo corto dónde las condiciones requieren 80 º C durante 20 a 30 segundos. Goma Guar también se usa en la estabilización de chupa-chupas y sorbetes. Se usa en una variedad de productos de queso suaves, en quesos crema procesados y pasteurizados y en la producción para aumentar el rendimiento de sólidos de la cuajada. Produce cuajadas suaves, compactas, de textura excelente. Los quesos cremosos se producen mezclando 1 a 2% goma guar con los otros ingredientes del queso, fundiendo, y después enfriando la mezcla homogénea.

Productos de panadería

Goma Guar, cuando es agregada a diferentes tipos de masas durante el amasado, aumenta el rendimiento, da mayor elasticidad, y produce una textura más suave, vida de estante más larga y mejores propiedades de manejo. En pasteles y masas de bizcocho, goma guar produce un producto más suave que se saca fácilmente de los moldes y se rebana fácilmente sin desmenuzar.

Carne

Goma Guar actúa como un aglutinante y lubricante en la fabricación de una variedad de productos de carne como salchichas, productos de carne llenados y comida animal enlatada. Goma Guar disminuye la pérdida de peso durante el almacenamiento.

Bebidas

Goma Guar es útil espesando diferentes bebidas de fruta y bebidas dietéticas sin azúcar. Goma Guar más carragenato se usa para estabilizar jarabes de chocolate y mezclas de chocolate en polvo. Néctares de frutas que consisten de puré de fruta, jugo de fruta, azúcar, ácido ascórbico y ácido cítrico obtienen una textura buena y una viscosidad estable mediante la adición de 0,2 a 0,8% goma guar.

Aderezos y salsas

La propiedad para espesar de la goma guar se usa para mantener la estabilidad y apariencia de aderezos, salsas de encurtidos, aderezos condimentados y salsas de barbacoa. Goma Guar es compatible con las emulsiones muy agrias y eficaz a porcentajes de 0,2 a 0,8% del peso total.

Productos farmacéuticos y Cosméticos

Goma Guar se usa como un depresor del apetito y como desintegrador y agente aglutinador en tabletas comprimidas. También se usa para espesar diferentes cosméticos como lociones y cremas.

Industrial

Industria del papelUno de los mayores usos de la goma guar en este segmento donde se le utiliza como agente retenedor de humedad en los procesos de manufactura de papel confiriéndoles características especiales, se usa también como corrector de irregularidades en las prensas y calandras.

Industria minera

Goma Guar su usa como floculante en el proceso de separación de líquidos de sólidos por medio de filtración, sedimentación y clarificación. Goma guar acelera la sedimentación de lodos suspendidos y facilita su remoción. También se usa como depresor de talco en operaciones de minería.

Industria del tabaco

Goma Guar se usa como aglutinante de tabaco fragmentado en la producción de hojas del tabaco reconstituidas. Estas hojas flexibles, con la fuerza tensil y espesor de una hoja de tabaco, retienen las características de sabor y aroma del tabaco y se mezclan con hojas de tabaco. Las hojas son formadas pasando una mezcla húmeda de goma guar, el humectante, y el polvo de tabaco entre rodillos de acero que giran a velocidades periféricas diferentes permitiendo la reincorporación de partículas que originalmente no podían ser utilizadas.

Industria textil

Los derivados de Goma Guar se usan en los procesos de impresión por rodillo o de silk screen, así como en agentes de acabados. Estos derivados también se usan como espesativo de pastas de impresión.

Explosivos

Como agente impermeabilizante, la goma guar se ha usado para producir un explosivo de nitrato de amonio resistente al agua.

Tratamiento de agua

La Goma Guar es aprobada por el Servicio de Salud Pública americano para su uso en el tratamiento de agua potable, junto con otros coagulantes como alumbre (potasio de sulfato aluminio) hierro (III) sulfato, y cal (óxido de calcio). Goma Guar aumenta el tamaño de los floculos formados por el coagulante inicialmente, incrementando la sedimentación de impurezas sólidas, reduciendo el paso de sólidos a los filtros y el tiempo entre retro-lavados. En aguas industriales, goma guar forma flóculos con arcilla, sílice, carbonatos e hidróxidos cuando es usado solo o junto con coagulantes inorgánicos.

Perforación petrolera

La goma guar se usa a menudo para controlar el flujo de agua y como un coloide protector en lodos de perforación de pozos petroleros. También se usa en la fractura de ácidos para aumentar el flujo de petróleo.