La microencapsulación se define como una tecnología de empaquetamiento de materiales sólidos, líquidos o gaseosos. El material o mezclas de materiales a encapsular puede ser cubierto o atrapado dentro de otro material o sistema. Las microcápsulas selladas pueden liberar sus contenidos a velocidades controladas bajo condiciones específicas, y pueden proteger el producto encapsulado de la luz y el oxígeno.
Microcápsulas vistas al microscopio electrónico de barrido.
Una microcápsula consiste de una membrana semi-permeable, esférica, delgada y fuerte alrededor de un centro solido/líquido. La microencapsulación consiste en micropartículas conformadas por una membrana polimérica porosa contenedora de una sustancia activa.
Materiales Utilizados en la Microencapsulación
Los materiales que se utilizan para el encapsulamiento pueden ser gelatina, grasas, aceites, goma arábiga, alginato de calcio, ceras, almidón de trigo, maíz, arroz, papa, nylon, ciclodextrina, maltodextrina, caseinato de sodio, proteína de lactosuero o proteína de soya.
Aplicaciones de la Microencapsulación
Las aplicaciones de la microencapsulación se dirigen a la industria textil, metalúrgica, química, alimenticia, cosmética, farmacéutica y medicina. Entre las primeras aplicaciones prácticas de la microencapsulación se destaca la industria farmacéutica, médica, textil, alimentos, pesticida, cosmética, química, de imprenta, agroquímica, fragancias, tintes, agentes antimicrobianos, biomédica y de plásticos.
Respecto al área de alimentos, las aplicaciones de esta técnica se han ido incrementando debido a la protección de los materiales encapsulados de factores como calor y humedad, permitiendo mantener su estabilidad y viabilidad. Las microcápsulas, ayudan a que los materiales alimenticios empleados resistan las condiciones de procesamiento y empacado mejorando sabor, aroma, estabilidad, valor nutritivo y apariencia de sus productos.
Una aplicación especialmente importante en alimentos es la nanoencapsulación que involucra la incorporación, absorción o dispersión, de componentes bioactivos en pequeñas vesículas con diámetro nano (o submicrón), estas nanopartículas encapsuladas en la interfase de gotas de emulsión pueden mejorar la estabilidad y controlar las gotas; y ser utilizadas como transportadores comestibles para componentes de sabor-aroma o para encapsulación o nutraceuticos, así como para mejorar la elasticidad de plásticos y paquetes de alimentos bioactivos.
Procesos de Encapsulación
Los procesos de encapsulación se pueden dividir en dos: procesos químicos y procesos mecánicos. Los procesos químicos se dividen en las técnicas de coacervación, co-cristalización, polimerización interfacial, gelificación iónica, incompatibilidad polimérica, atrapamiento por liposomas e inclusión molecular; dentro de los procesos mecánicos están las técnicas de secado por aspersión, secado por congelamiento/enfriamiento y extrusión.
Técnicas Utilizadas para Microencapsular
- Secado por aspersión
- Secado por enfriamiento
- Secado por congelamiento
- Coacervación
- Extrusión
Sustancias que se Encapsulan
Hoy en día muchas sustancias pueden ser encapsuladas en partículas en polvo sólidas o ellas pueden ser microencapsuladas en emulsiones estructuradas. Entre estas sustancias se encuentran: perfumes, fertilizantes, precursores en impresión, aceite de limón, fármacos, lípidos, sabores volátiles, conservación de tejidos, probióticos, prebióticos, nutraceúticos, semillas de frutas como banano, uvas, guayaba, papaya, manzana, mora, granadilla y semillas de cítricos, lactasa, colorantes, enzimas, fitoesteroles, luteína, ácidos grasos, pigmentos vegetales, antioxidantes, componentes de aromas y oleorresinas, vitaminas, minerales.
La microencapsulación de aceites esenciales se constituye en una tecnología interesante utilizada en la industria de alimentos, al prevenir su volatilización y extender la vida útil de estos componentes biológicos. Dos experimentos de emulsificación, composición y condiciones de homogenización fueron optimizados para la preparación de una emulsión alimenticia para ser secada por aspersión. El tamaño medio de las gotas de aceite puede estar influenciado por la composición de la emulsión y por la presión de homogenización, pero no por el número de fases.
Otro ejemplo de encapsulación es Omega-3. La microencapsulación ha sido exitosamente utilizada para mejorar la sobrevivencia de microorganismos en los productos lácteos protegiendo componentes sensibles en los alimentos y algunos factores ambientales, por ejemplo calor, oxígeno y humedad, asegurándolos contra la pérdida nutricional e incorporando mecanismos dentro de la formulación.
Un ejemplo de lo anterior es el queso en polvo, que se puede utilizar en salsas, aliño, bizcochos, chips y directamente como saborizante en platos calientes como espaguetis y sopas; sin embargo, en la producción una cierta cantidad de aromas durante el secado es inevitable. Para solucionar los problemas anteriores, la adición directa de enzimas encapsuladas pueden solucionarlos, esto es debido a que la enzima inmovilizada en microcápsulas es físicamente separada del sustrato de la leche y la mezcla de la cuajada, esto permite que durante la elaboración del queso la enzima sea liberada en la matriz del producto degradándose la cápsula durante la maduración.
La viabilidad de Bifidobacterium bifidum y Lactobacillus acidophilus por cualquier técnica de extrusión o emulsión ha sido monitoreada con éxito en quesos, al mantener vivas el número de bacterias probióticas. Experimentalmente los quesos conteniendo probióticos microencapsulados no han tenido diferencias con el queso control, en términos de propiedades sensoriales.
Se ha demostrado que colonias de Lactobacillus ramnosus microencapsuladas en una matriz de alginato han mantenido su viabilidad arriba de 48 h a pH 2, caso contrario ocurrió cuando las células libres (sin encapsular) fueron inactivadas completamente bajo estas mismas condiciones.
Otro ejemplo relacionado con los productos lácteos es el yogurt, en el cual se microencapsulan bifidobacterias para incrementar la viabilidad en esta bebida fermentada; en el caso del yogurt secado por aspersión después de 6 semanas de almacenamiento a 4 y 21 °C. Esto es debido a que la microencapsulación reduce el daño celular al retener células dentro de materiales encapsulantes.
La microencapsulación de Bifidobacterium lactis ha mostrado significativamente altas tasas de sobrevivencia en la presencia de jugos gástricos estimulados y viabilidad considerablemente más alta, durante la vida útil comparada con células libres.
También el lactosuero, producto líquido obtenido durante la elaboración del queso puede ser secado por aspersión para la producción de lactosuero en polvo y/o concentrados de proteína de lactosuero.
Recientemente ha surgido un gran interés en pigmentos naturales debido principalmente, a la demanda por productos alimenticios saludables y oportunidades para la innovación en el sector. La industria requiere de tecnologías que protejan los pigmentos naturales del ambiente, debido a su inestabilidad en la presencia de luz, aire, humedad y altas temperaturas. Actualmente, una alternativa es la tecnología de la microencapsulación.
Carotenoides son utilizados como colorantes en alimentos, bebidas, cosméticos y alimentación animal, principalmente aves de corral y pescado. Durante el procesamiento y almacenamiento, los carotenoides pueden fácilmente reordenarse en diferentes isómeros geométricos y oxidarse, esto trae como consecuencia la disminución o pérdida del colorante y de sus propiedades biológicas.
Tabla de Ejemplos de Sustancias Microencapsuladas y sus Aplicaciones
| Sustancia Microencapsulada | Aplicación |
|---|---|
| Aceites Esenciales | Industria alimentaria, prevención de la volatilización, extensión de la vida útil |
| Omega-3 | Suplementos alimenticios, mejora de la estabilidad y biodisponibilidad |
| Probióticos (Bifidobacterium, Lactobacillus) | Productos lácteos (queso, yogurt), mejora de la supervivencia en condiciones adversas |
| Enzimas (Quimosina, Lipasas) | Elaboración de quesos, mejora del sabor y la textura |
| Carotenoides | Colorantes en alimentos, bebidas y cosméticos, protección contra la degradación |