Estrella Nuñez

1. CICLODEXTRINAS COMO
AGENTES COMPLEJANTES
DE COMPUESTOS
BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
Dpto. Tecnología Alimentaria y Nutrición
Universidad Católica San Antonio de Murcia

2. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
• El desarrollo de alimentos funcionales mediante la adición de
compuestos bioactivos y la necesidad de proteger estos
compuestos frente a la degradación por distintos agentes, ha
llevado implícitos muchos cambios tecnológicos.
• Estos cambios tecnológicos permiten incrementar la presencia
de determinados compuestos en alimentos:
Minerales Fitoesteroles
Luteína
Ácidos
grasos
Licopeno Antioxidantes

3. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
• La adición de estos compuestos a alimentos, lleva asociados
una serie de problemas a resolver, como son:
Estabilidad durante el procesado
Durante el almacenamiento
En el tracto intestinal
Prevenir interacciones con otros componentes del
alimento
Que su adición no afecte a las propiedades
sensoriales del alimento
Microencapsulación

4. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
• Tecnología del atrapamiento (empaquetado) de materiales
sólidos, líquidos o gasesos en microcásulas que liberan su
contenido a una velocidad controlada durante largos periodos
de tiempo, a la vez que los protegen de su degradación.
Microencapsulación
Microencapsulación Ciclodextrinas

5. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
• Las ciclodextrinas (CDs) son oligosacáridos cíclicos naturales
derivados del almidón, formados por 6, 7 u 8 unidades de
glucosa unidas por enlace α-(1,4).
6 7 8
• Son producidas a partir del almidón por la enzima
ciclodextringlucanotransferasa (CGTasa).
Ciclodextrinas

6. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
• Estructura tronco-cónica
OH secundarios de los azúcares en la boca
más ancha del cono.
OH primarios en la boca más estrecha del
cono.
H de los C más apolares y el O de los
enlaces glucosídicos quedan orientados
hacia el interior de la estructura
troncocónica.
Cavidad interna hidrofóbica
Superficie externa hidrofílica
Solubles en agua
Complejos de inclusión

7. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
• Son ingredientes no tóxicos ya que no son absorbidas en el
tracto gastrointestinal.
• Son completamente metabolizadas por la microflora del colon.
• Están consideradas como GRAS desde 1998.
• Desde entonces se han utilizado en alimentos para la
microencapsulación de flavores y otros compuestos inestables.
Ciclodextrinas

8. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
TIPOS DE CDs
Modificar para:
– Aumentar solubilidad.
– Modificar su capacidad
de complejación.
– Formar estructuras
complejas de CDs
insolubles.
CDs naturales
Cada glucosa tiene 3 OH
libres modificables química o
enzimáticamente
sustituyendo el H o el OH por
otro grupo químico: etil, metil,
hidroxipropil, monosacáridos,
disacáridos, etc.
CDs modificadas

9. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
• De los cientos de CDs modificadas que existen, solo algunas son
sintetizadas a nivel industrial a precios competitivos.
• Debido a la complejidad sus reacciones de síntesis y a los numerosos
pasos de purificación que requieren.
Las CDs más usadas
industrialmente son derivadas de
las β-CDs:
Metil- β-CDs
Hidroxipropil- β-CDs
TIPOS DE CDs

10. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
FORMACIÓN DE COMPLEJOS DE INCLUSIÓN
• Propiedad más importante de las CDs.
• Consiste en el acoplamiento de una molécula huésped en la cavidad
hidrfóbica de las CDs, mediante la formación de enlaces no covalentes.
• Forman complejos de inclusión con un amplio rango de moléculas o
grupos funcinales.
• La formación de estos complejos cumple un equilibrio dinámico
gobernado por una constante de complejación (Kc).
c
Liberación progresiva al medio
[ ][ ]
[ ]CDS
CDS
Kc
−
=

11. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
FORMACIÓN DE COMPLEJOS DE INCLUSIÓN
• Las moléculas de agua del interior de la cavidad hidrfóbica son
desplazadas por las moléculas huésped más hidrofóbicas que haya en
disolución.
• Se obtiene una estructura estabilizada por interacciones hidrofóbicas y
de van der Waals, llamado complejo de inclusión.
Complejo de inclusión

12. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
FORMACIÓN DE COMPLEJOS DE INCLUSIÓN
• La estabilidad de estos complejos de
inclusión, y por lo tanto la magnitud
de su constante de complejación,
depende del grado de acoplamiento
entre la molécula huésped y la
ciclodextrina.
• A mayor Kc, mayor estabilidad del
complejo.

13. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
FORMACIÓN DE COMPLEJOS DE INCLUSIÓN
• Los complejos se pueden formar en solución o en estado sólido. Como
disolvente se suele usar agua, pero también se pueden usar sistemas
con varios cosolventes.
• Hay dos factores clave que intervienen en su formación:
– Estérico: Tamaño de la molécula o grupo funcional a complejar.
– Termodinámico: Interacciones termodinámicas entre los componentes del
sistema (ciclodextrina, huésped, disolvente).
cadenas alifáticas, aldehídos,
cetonas, ácidos orgánicos,
compuestos aromáticos,
gases, alcoholes.
compuestos polares: halógenos,
oxiácidos y aminas.

14. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
FORMACIÓN DE COMPLEJOS DE INCLUSIÓN
• La altura de la estructura tronco-cónica es siempre la misma.
• El número de glucosas determina el diámetro de la cavidad interna de las CDs.
Moléculas de bajo peso
molecular o compuestos con
cadenas alifáticas laterales.
Compuestos aromáticos y
heterociclos.
Moléculas grandes como
macrociclos y esteroides.

15. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
– Cambios en su solubilidad acuosa.
COMPLEJOS DE INCLUSIÓN
– Cambios espectrales:
• Espectro UV-Vis. Desplazamiento de máximos.
• Espectro fluorescencia. Aumento de la intensidad.
– Cambios en su volatilidad.
– Cambios en su movilidad cromatográfica.
CAMBIOS FÍSICOS EN EL COMPUESTO
ENCAPSULADO

16. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
COMPLEJOS DE INCLUSIÓN
– Estabilidad frente a agentes oxidantes:
• Oxígeno
• Luz
• enzimas
– Cambios en su reactividad química.
– Protección frente a su degradación por microorganismos
CAMBIOS QUÍMICOS EN EL COMPUESTO
ENCAPSULADO

17. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
CÁLCULO DE LA CONSTANTE DE COMPLEJACIÓN
• Muy importante, ya que indica la afinidad de la ciclodextrina por el huésped.
• Se pueden calcular por diferentes métodos:
•Estudios de solubilidad
•Estudio de cambios en el
espectro de fluorescencia.
•Estudio de cambios en el
espectro UV-Vis.
•Estudios de competencia con
colorantes.
•Estudio de cambios en la
movilidad cromatográfica.
•RMN
Uso de la especificidad de las
enzimas para actuar sobre el
sustrato libre, pero no sobre el
complejado.
Físico-químicos Enzimáticos

18. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
USOS DE LAS CDs
– Farmacología
– Alimentación
– Biotecnología
– Cosmética
– Agricultura
– Industria Textil
En farmacología las CDs se usan para:
– Aumentar la biodisponibilidad de fármacos:
• Aumentando su límite de solubilidad
• Aumentando su velocidad de disolución
– Eliminar el efecto astringente e irritante de
determinados fármacos
– Minimizar olores o sabores desagradables
– Estabilizar fármacos frente a la oxidación
Omeprazol
Nitroglicerina
(dilatador coronario)
Cefalosporina
(antibiótico)
Piroxicam
(antiinflamatorio)
Clordiazepóxido
(Transilium) Dextrometorfan
(antitusivo)
Nicotina
(Nicorette)
Hidrocortisona
(Dexacort)

19. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
CDs EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
• En farmacología, siendo el campo de aplicación de las CDs más estudiado, se
gastan menos del 10% de las CDs producidas industrialmente.
• La mayoría son gastadas en la industria alimentaria y cosmética.
• Actualmente en la industria alimentaria las CDs se consideran como
ingredientes multifuncionales:
– Vehículos portadores de flavores y otros ingredientes alimentarios:
• Compuestos bioactivos
• Colorantes alimentarios
– Estabilizantes de:
• Emulsiones: Mayonesa y ketchup.
• Compuestos edulcorantes.
– Extracción de compuestos bioactivos de subproductos de la industria.

20. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
– Protección del flavor y liberación progresiva en alimentos.
CDs COMO INGREDIENTES MULTIFUNCIONALES
– Eliminar el colesterol de productos como leche, queso, mantequilla o
huevos.
Citral
LinaloolL-mentol
Frente a la oxidación en presencia de O2
Frente a la descomposición por la luz
Frente a la descomposición por temperatura
Benzaldehído
Ext. ajo
Liberación progresiva
Mantequilla baja en colesterol

21. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
– Reducir la astringencia, amargor, malos olores o sabores de alimentos.
– Eliminación de ácidos grasos libres en aceites.
CDs COMO INGREDIENTES MULTIFUNCIONALES
Aceites más aptos para la fritura
Limonina y naringina
– Complejación de compuestos fenólicos en zumos de frutas o vegetales
mínimamente procesados para evitar su pardeamiento.
Zumo de uva
DHA (ω-3)

22. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
CDs COMO INGREDIENTES MULTIFUNCIONALES
– Preparación de conservantes antimicrobianos (trans-2-hexanalin).
– Complejación de carotenoides para su estabilización y solubilización.
– Como antioxidantes secundarios.
Zumo de manzana
Licopeno
Alargando el tiempo de permanencia de los antioxidantes primarios
– Aumento de la vida media de flavores encapsulados.
Fenilpropanoides y terpenoides

23. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
– Solubilización de compuestos antioxidantes, para su adición en la
elaboración de alimentos funcionales.
Polifenoles
Resveratrol
CDs COMO INGREDIENTES MULTIFUNCIONALES
– Elaboración de envases activos.
Films con CDs-iodina, CDs-ácido benzoico

24. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
• Resveratrol: Estilbeno presente en la piel de
la uva (vino tinto), con propiedades
promotoras de la salud:
– actividad antioxidante
– actividad anticarcinogénica
– actividad cardiprotectora
– actividad antiinflamatoria
• Está disponible comercialmente como
suplemento nutricional obtenido de los
subproductos de la uva (piel y semillas).
CYCLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DEL
RESVERATROL

25. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
RESVERATROL COMPLEJADO EN CDs
Dr. Sinclair, Science, 2004:
El resveratrol es un compuesto muy difícil de
proteger, porque es rápidamente degradado por
la luz, el calor y el oxígeno.
Su solubilidad en agua es muy baja.
Complejado en ciclodextrinas • Aumenta su solubilidad en agua.
• Aumenta su estabilidad.
• Aumenta su capacidad
antioxidante.

26. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
AUMENTA SU SOLUBILIDAD EN AGUA
[HP-β-CDs] (mM)
0 20 40 60 80
[RESV](mM)
0
5
10
15
20
25
30
35
S0= 30 µM
Diagrama de fases de resveratrol con HP-β-CDs en agua
1000 veces
( )slopeS
slope
Kc
−
=
10
Kc= 18018 M-1
Línea recta
Complejos 1:1

27. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
AUMENTA SU FLUORESCENCIA
Kc= 11035 M-1
[CDs] (mM)
0 2 4 6 8
FluorescenceIntensity
0
50
100
150
200
250
300
( ) [ ]
[ ]tc
tc
CDsK
CDsKFF
FF
+
−
+= ∞
1
0
0
Este método infravalora el valor de Kc

28. [HP-β-CDs] (mM)
0 2 4 6 8
V(µM/min)
0.0
0.5
1.0
1.5
CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
INHIBE SU OXIDACIÓN ENZIMÁTICA
Oxidación de resveratrol por LOX en presencia de HP- β-CDs
resveratrol 30 µM
resveratrol 20 µM
resveratrol 10 µM
[ ]
[ ]fM
fm
resvK
resvV
v
+
=
[ ] [ ] [ ]CDresvCDresv cK
ff −→←+
[ ] [ ]( ) [ ] [ ]( ) [ ]
[ ] [ ]( ) [ ] [ ]( ) [ ] 


 



 ++−++−−+



 



 ++−++−−
=
ctcctctctctM
ctcctctctctm
KresvKKresvKCDKresvKCDK
KresvKKresvKCDKresvKCDV
v
2/411
2/411
2
2
Kc= 18048 M-1
Kc= 18018 M-1
Kc= 11035 M-1

29. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
INHIBE SU OXIDACIÓN ENZIMÁTICA
Cálculo de la concentración de resveratrol libre
[ ]
[ ]fM
fm
resvK
resvV
v
+
=
[ ] [ ] [ ]CDresvCDresv cK
ff −→←+
[resveratrol]f
0 10 20 30
V(µM/min)
0.0
0.5
1.0
1.5
[ ] [ ] [ ]( ) [ ] [ ]( ) [ ] ctcctctctctf KresvKKresvKCDKresvKCDresv 2/411
2




 ++−++−−=
La enzima solo trabaja sobre resveratrol libre
Su complejación lo estabiliza frente a la oxidación

30. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
AUMENTA SU CAPACIDAD ANTIOXIDANTE
Capacidad antioxidante medida mediante ORAC-FL.
Time(min)
0 20 40 60 80 100 120
Relativefluorescenceintensity
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2 Fluoresceína (FL)= sonda fluorescente
AAPH= Radical libre
Resveratrol= compuesto antioxidante
AUC= área bajo la curva de caída de la
fluoresceína
sin resveratrol
2 µM resveratrol

31. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
AUMENTA SU CAPACIDAD ANTIOXIDANTE
Capacidad antioxidante del resveratrol en presencia y ausencia de HP- β-CDs.
Time(min)
0 20 40 60 80 100 120
RelativeFluorescenceIntensity
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
A
0.75 µM resveratrol
0.75 µM resveratrol + 2 mM HP- β-CDs
1.5 µM resveratrol
1.5 µM resveratrol + 2 mM HP- β-CDs

32. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
AUMENTA SU CAPACIDAD ANTIOXIDANTE
[HP-β-CDs] (mM)
0 5 10 15 20
NetAUC
0
10
20
30
40
50
Capacidad antioxidante del resveratrol en presencia de
concentraciones crecientes de HP- β-CDs.
resveratrol 1.5 µM
resveratrol 1.12 µM
resveratrol 0.75 µM
resveratrol 0.5 µM
Aumento casi al doble

33. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
AUMENTA SU CAPACIDAD ANTIOXIDANTE
HP- β-CDs no interfieren con el método de medida a las concentraciones estudiadas.
FL + AAPH + HP- β-CDs
Time(min)
0 20 40 60 80 100 120
RelativeFluorescenceIntensity
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
[HP-β-CDs](mM)
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
NetAUC
0
10
20
30
Trolox C + FL + AAPH + HP- β-CDs

34. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado
CONCLUSIONES RESVERATROL
Las CDs se pueden usar como agentes
complejantes del resveratrol con dos fines:
Proteger de su oxidación el resveratrol
presente en un alimento e incrementar
su capacidad antioxidante.
Adicionar resveratrol en grandes
cantidades de forma soluble para la
elaboración de bebidas funcionales.

35. CICLODEXTRINAS COMO AGENTES COMPLEJANTES DE
COMPUESTOS BIOACTIVOS
Dra. Estrella Núñez Delicado