SECADO POR ASPERSION.pdf

Revista Iberoamericana de Tecnología
Postcosecha
ISSN: 1665-0204
rebasa@hmo.megared.net.mx
Asociación Iberoamericana de
Tecnología Postcosecha, S.C.
México
EsquivelGonzález, B.E.; Ochoa Martínez, L.A.; Rutiaga-Quiñones, O.M.
Microencapsulación mediante secado por aspersión de compuestos bioactivos
Revista Iberoamericana de Tecnología Postcosecha, vol. 16, núm. 2, 2015, pp. 180-192
Asociación Iberoamericana de Tecnología Postcosecha, S.C.
Hermosillo, México
Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=81343176006
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Microencapsulación mediante secado… Esquivel-González B.E. y cols. (2015)
Rev. Iber. Tecnología Postcosecha Vol 16(2):180-192
180
MICROENCAPSULACIÓN
MEDIANTE
SECADO
POR
ASPERSIÓN
DE

COMPUESTOS
BIOACTIVOS

Esquivel-‐González
B.E.,
Ochoa
Martínez
L.A.*

y
Rutiaga-‐Quiñones
O.M.

Instituto
Tecnológico
de
Durango.
Departamento
de
Ingenierías
Química
y
Bioquímica.
Blvd.

Felipe
Pescador

1830
Ote.
Colonia
Nueva
Vizcaya,
34080
Durango
Dgo.,
México.
Tel:
+52
(618)
8186936.
email:

aochoa@itdurango.edu.mx.
*Autor
para
correspondencia

Palabras
clave:
microencapsulación,
secado
por
aspersión,
compuestos
bioactivos.

RESUMEN

La
microencapsulación
es
un
proceso
que
se
usa
para
convertir
líquidos
en
sólidos,
agregar
funcionalidad
y

mejorar
la
estabilidad
oxidativa
de
alimentos
y
extractos
e
ingredientes
alimenticios.
Entre
sus
principales

ventajas,
se
encuentra:
enmascarar
sabores
y
olores
desagradables
de
los
productos
encapsulados,
proteger
los

compuestos
bioactivos
de
oxidación
y
de
reacciones
indeseables,
así
como
de
condiciones
adversas
de
luz,
calor

y
gases,
además
de
alargar
su
vida
útil.
Aunque
existe
un
considerable
número
de
técnicas
que
permiten

realizar
el
proceso
de
microencapsulación,
el
secado
por
aspersión
es
un
proceso
ampliamente
utilizado
en
la

industria
de
alimentos

debido
a
las
ventajas
que
presenta,
especialmente
cuando
se
desea
proteger
aquellos

compuestos
que
presentan
una
actividad
antioxidante
y
que
se
encuentran
dentro
de
una
matriz
alimentaria.

Las
frutas
y
vegetales
son
fuentes
importantes
de
compuestos
bioactivos
cuyos
beneficios
a
la
salud
se
ha

documentado
ampliamente,
principalmente
debido
a
la
actividad
antioxidante
que
poseen.
Sin
embargo
su

perecibilidad
hace
necesaria
la
aplicación
de
procesos
de
conservación
que
permitan
mantener
los
compuestos

de
interés
y
alargar
su
vida
de
anaquel.

Esta
revisión
aborda
el
proceso
de
secado
por
aspersión
como
técnica

de
encapsulación,
incluyendo
principalmente
sobre
los
materiales
encapsulantes
y
las
diferentes
etapas
del

proceso.
Posteriormente
se
revisa
sobre
la
microencapsulación
de
compuestos
bioactivos
como
betalaínas,

polifenoles,
carotenoides
y
antocianinas.

MICROENCAPSULATION
OF
BIOACTIVE
COMPOUNDS
BY
SPRAY
DRYING

Key
words:
microencapsulation,
spray
drying,
bioactive
compounds

ABSTRACT

The
microencapsulation
process
is
used
to
convert
liquids
in
solids,
to
add
functionality
and
to
improve
the

oxidative
satability
of
food
and
food
extracts
and
ingredients.
The
main
advantages
of
this
technique
are
to
hide

flavors
and
undesirable
odors
from
the
encapsulated
material,
protect
bioactive
compounds
from
oxidative

reactions,
and
from
environmental
conditions
like
heat,
light
and
gases,
as
well
as
to
enhance
the
shelf
life.

There
are
several
techniques
that
allow
to
encapsulate
materials,
however,
spray
drying
is
the
most
widely
used

in
the
food
industry
due
to
the
advantages
presented,
especially
when
it
is
desirable
to
protect
bioactive

compounds
from
a
food
matrix
having
a
potential
as
antioxidant.
Fruits
and
vegetables
are
important
sources
of

bioactive
compounds
and
their
health
benefits
are
well
documented,
mainly
due
to
the
antioxidant
activity.

However,
due
to
their
perishability,
it
is
necessary
to
apply
any
kind
of
processes
to
allow
the
conservation
of

compounds
of
interest
and
to
extend
the
shelf
life.
This
review
deals
about
the
spray
drying
as
a

microencapsulating
method,
mainly
including
about
encapsulating
materials
and
the
steps
of
the
method.
Then,

it
includes
about
the
microencapsulation
of
bioactive
compounds
such
as,
betalains,
poliphenols,
carotenoids

and
anthocyanins.

INTRODUCCIÓN

La
microencapsulación
se
define
como

una
tecnología
de
empaque
de
materiales

sólidos,
líquidos
o
gaseosos
en
miniatura,

cápsulas
selladas
que
pueden
liberar
su

contenido
a
velocidades
controladas
bajo

condiciones
específicas.
Esta
tecnología
se
ha

utilizado
en
la
industria
de
alimentos
por
más

de
sesenta
años
a
la
fecha.
En
un
sentido

amplio,
la
tecnología
de
encapsulación
en
el

Rev. Iber. Tecnología Postcosecha Vol 16(2):180-192 181
procesamiento
de
alimentos
incluye
el

recubrimiento
de
partículas
diminutas
de

ingredientes
(por
ejemplo,
acidulantes,
grasas

y
sabores),
así
como
ingredientes
enteros

(pasas,
nueces
y
productos
de
confitería),
que

pueden
llevarse
a
cabo
mediante
técnicas
de

microencapsulación
y
macrorevestimiento

respectivamente
(Desay
y
Park,
2005).

El
proceso
de
microencapsulación
involucra

el
revestimiento
o
atrapamiento
de
un

material
puro
o
una
mezcla
dentro
de
otro

material,
formando
una
cápsula
cuyo
tamaño

aproximado
varía
de
5
a
300
micrones
de

diámetro.
El
material
a
proteger
es

generalmente
un
líquido
pero
también
puede

ser
un
sólido
o
un
gas,
el
cual
es
conocido

como
material
núcleo,
activo,
fase
interna
o

carga
útil.
El
material
de
revestimiento
es

llamado
cápsula,
material
pared,
membrana,

acarreador
o
caparazón
(Gibbs
et
al.,
1999).
El

propósito
de
la
microencapsulación
es

proteger
su
contenido
contra
el
medio

ambiente
circundante,
particularmente,

humedad,
pH
y
oxidación.
La
liberación
del

contenido
de
la
micropartícula
a
velocidades

controladas
puede
ser
desencadenada
por

cizallamiento,
solubilización,
calor,
pH
o
acción

enzimática
(Nesterenko
et
al.,
2013).
Las
frutas

y
vegetales
poseen
una
amplia
y
variada
gama

de
compuestos
bioactivos
cuyos
beneficios
a
la

salud
se
ha
documentado
ampliamente,

principalmente
debido
a
la
actividad

antioxidante
que
poseen.
Sin
embargo
su

perecibilidad
hace
necesaria
la
aplicación
de

procesos
de
conservación
que
permitan

mantener
los
compuestos
de
interés
y
alargar

su
vida
de
anaquel.
En
esta
revisión
se

abordan
tópicos
referentes
al
secado
por

aspersión
como
principal
técnica
de

encapsulación
de
productos
alimenticios,

tipos
de
materiales
encapsulantes
y
estructura

de
las
microcápsulas
obtenidas,

abordando
las

etapas
de
secado
y
los
parámetros
de

influencia
en
este
proceso.
Finalmente,
se

revisa
la
aplicación
del
secado
por
aspersión

en
la
conservación
de
diferentes
compuestos,

tal
como
betalainas,
polifenoles,

carotenoides

y
antocianinas.

TÓPICOS

1. Técnicas
de
microencapsulación

Elegir
una
técnica
de
microencapsulación

para
un
proceso
particular
dependerá
del

tamaño,
biocompatibilidad
y

biodegradabilidad
de
las
micropartículas,
las

propiedades
fisicoquímicas
del
material
núcleo

y
pared,
la
aplicación
de
las
micropartícula,
el

mecanismo
propuesto
para
liberar
el
núcleo

activo
y
el
costo
del
proceso.

Se
pueden
utilizar
varios
procesos
para

obtener
ingredientes
encapsulados:
secado

por
aspersión,
spray
cooling/chilling,
lecho

fluidizado,
separación
de
fase
(coacervación),

gelación,
evaporación
de
solvente,
expansión

de
fluido
supercrítico,
polimerización

interfacial
(policondensación),
polimerización

en
emulsión,
atrapamiento
de
liposoma,

separación
por
suspensión
centrífuga,

liofilización,
cocristalización
y
extrusión

(Nesterenko
et
al.,
2013;
Fang
y
Bhandari,

2010).

Particularmente
en
la
industria
de

alimentos,
la
microencapsulación
se
emplea

por
las
siguientes
razones:

1. Reducir
la
reactividad
del
ingrediente

activo
con
los
factores
ambientales

2. Disminuir
la
tasa
de
transferencia
del

material
núcleo
al
entorno
exterior

3. Promover
un
manejo
más
fácil
del
producto

al
modificar
las
características
físicas
del

material
original

4. Enmascarar
algún
aroma
o
sabor

indeseable
del
ingrediente
activo

5. Diluir
el
material
núcleo
cuando
debe
ser

usado
en
pequeñas
cantidades

6. Controlar
la
liberación
del
ingrediente

activo
a
través
del
tiempo
o
en
un

momento
en
particular
(Gharsallaoui
et
al.,

2007;
Fang
y
Bhandari,
2010).

Aunque
se
han
desarrollado
muchas

técnicas
para
microencapsular
ingredientes
de

alimentos,
el
secado
por
aspersión
es
la

182
tecnología
más
comúnmente
usada
en
la

industria
de
alimentos
debido
a
su
bajo
costo
y

equipo
disponible
(Gharsallaoui
et
al.,
2007).

Al
disminuir
el
contenido
y
la
actividad
de

agua,
el
secado
por
aspersión
generalmente
se

usa
en
la
industria
de
alimentos
para
asegurar

la
estabilidad
de
productos,
evitar
el
riesgo
de

degradaciones
químicas
y
biológicas,
reducir

los
costos
de
transporte
y
almacenamiento
y

finalmente
para
obtener
un
producto
con

propiedades
específicas
como
solubilidad

instantánea.

Ésta
técnica
es
la
más
común
y
económica

para
producir
alimentos
microencapsulados.
El

equipo
es
fácilmente
disponible
y
sus
costos

de
producción
son
más
bajos
que
otros

métodos.
Comparado
con
liofilización,
el

método
de
secado
por
aspersión
es
de
30
a
50

veces
más
económico.
(Gharsallaoui
et
al.,

2007;
Pitalua
et
al.,
2010)

1.1 Secado
por
aspersión

El
secado
por
aspersión
es
una
operación

unitaria
mediante
la
cual
un
producto
líquido

es
atomizado
en
una
corriente
de
gas
caliente

para
obtener
un
polvo
instantáneamente.
El

gas
generalmente
usado
es
aire
y
más

raramente
un
gas
inerte
como
nitrógeno.
El

líquido
inicial
alimentado
al
aspersor
puede

ser
una
solución,
una
emulsión
o
una

suspensión.
Dependiendo
del
material
inicial

alimentado
y
de
las
condiciones
de
operación,

el
secado
por
aspersión
produce
un
polvo
muy

fino
(10-‐50µm)
o
partículas
de
tamaño
grande

(2-‐3mm)
(Gharsallaoui
et
al,
2007);
razón
por

la
cual
es
una
técnica
común
para
producir

encapsulados
de
alimentos
(Ferrari
et
al.,

2012;
Medina-‐Torres
et
al.,
2013;
Ahmed
et

al.,
2010).

La
calidad
de
los
polvos
producidos
por

secado
mediante
aspersión
depende
de
las

características
de
la
solución
alimentada

(viscosidad,
velocidad
de
flujo,
etc),
el
aire
de

secado
(temperatura,
presión
y
flujo),

contacto
entre
el
aire
caliente
y
las
gotas
en
la

cámara
de
secado
(flujo
en
corrientes

paralelas
o
contra
corriente),
así
como
el
tipo

de
atomizador
utilizado
(Ferrari
et
al.,
2012).

Se
considera
una
microencapsulación
eficiente

mediante
secado
por
aspersión
cuando
se

alcanza
una
máxima
cantidad
de
material

núcleo
dentro
de
las
partículas
de
polvo,
una

buena
estabilidad
de
las
microcápsulas,

prevención
de
pérdida
de
compuestos

volátiles,
y
una
extensión
de
la
vida
útil
del

producto.
Por
lo
cual
resulta
importante

conocer
las
características
del
material
a
secar

así
como
las
especificaciones
deseadas
del

polvo
(Medina-‐Torres
et
al.,
2013).
La

conveniencia
del
uso
de
esta
técnica
radica
en

los
tiempos
cortos
de
producción,
la

factibilidad
económica
y

el
uso
de
bajas

temperaturas
lo
cual
es
un
parámetro
crucial

para
aquellos
productos
sensibles
al
calor,

debido
a
que
promueve
una
alta
retención
de

sabor,
color
y
nutrientes
(Ferrari
et
al.,
2012;

Ahmed
et
al.,
2010)

1.1.1 Etapas
del
secado
por
aspersión

Durante
el
secado
por
aspersión
se

pueden
distinguir
las
siguientes
etapas:

Atomización.-‐
La
atomización
líquida
en

pequeñas
gotas
se
puede
llevar
a
cabo
por

presión
o
energía
centrífuga.
Los
atomizadores

usados
incluyen
atomizador
neumático,

boquilla
de
presión,
configuraciones
de
discos

giratorios
y
recientemente
dos
boquillas
y

boquilla
sónica.
El
objetivo
de
esta
etapa
es

crear
la
máxima
superficie
de
transferencia
de

calor
entre
el
aire
seco
y
el
líquido
para

optimizar
la
transferencia
de
masa
y
calor.
La

elección
de
la
configuración
del
atomizador

depende
de
la
naturaleza
y
la
viscosidad
de
la

alimentación
y
las
características
deseadas
del

producto
seco.
Cuanto
mayor
sea
la
energía

suministrada,
más
finas
serán
las
gotas

formadas.
Para
la
misma
cantidad
de
energía,

el
tamaño
de
las
partículas
formadas
aumenta

cuando
se
incrementa
la
velocidad
de

alimentación.
Sin
embargo,
el
tamaño
de
las

partículas
aumenta
cuando
la
viscosidad
y
la

tensión
superficial
del
líquido
inicial
son

grandes.

Contacto
de
gota-‐aire
caliente.-‐
Este

contacto
toma
lugar
durante
la
atomización

y

se
inicia
la
etapa
de
secado.
De
acuerdo
al
sitio

o
lugar
donde
se
encuentra
localizado
el

atomizador
comparado
con
el
aspersor
de
aire

caliente,
se
puede
distinguir
en
sentido
de
la

corriente
(paralela)
y
en
contracorriente.
En
el

primero,

el
líquido
es
asperjado
en
la
misma

dirección
de
flujo
de
aire
caliente,
cuya

temperatura
de
entrada
es
típicamente
150-‐
220°C,
la
evaporación
ocurre

instantáneamente
y
cada
polvo
seco
será

expuesto
a
una
temperatura
de
salida

moderada
de
(50-‐80°C),
la
cual
es
el
límite
de

degradación
térmica.
Mientras
que
en
el

proceso
a
contra

corriente,
el
líquido
es

asperjado
en
dirección
contraria
al
flujo
de

aire
caliente,
para
lo
cual
el
producto
seco
es

expuesto
a
altas
temperaturas,
lo
cual
limita

su
aplicación
a
productos
termosensibles.
Sin

embargo
la
principal
ventaja
del
proceso
a

contra
corriente
es
que
se
considera
más

económico
en
términos
de
consumo
de

energía.

Evaporación
de
agua
.-‐
Al
momento
en

que
ocurre
el
contacto
de
las
gotas
de
líquido

con
el
aire
caliente,
se
establece
el
balance
de

temperatura

y
presión
parcial
de
vapor
entre

las
fases
líquido
y
gas.
Por
lo
tanto
la

transferencia
de
calor
se
lleva
a
cabo
del
aire

hacia
el
producto
como
resultado
de
la

diferencia
de
temperatura
mientras
que
la

transferencia
de
agua
se
lleva
a
cabo
en

sentido
opuesto
debido
a
la
diferencia
de
la

presión
de
vapor.

Con
base
en
el
fundamento
teórico
de

secado,
se
pueden
distinguir
tres
pasos

sucesivos.
Justo
después
del
contacto
del

líquido
con
el
aire
caliente,
la
transferencia
de

calor
causa
el
incremento
de
temperatura
de

las
gotas
hasta
un
valor
constante.
Este
valor

se
define
como
la
temperatura
de
bulbo

húmedo
de
aire
de
secado,
después
de
eso,
se

lleva
a
cabo
la
evaporación
de
las
gotas
a

temperatura
constante
y
a
la
presión
parcial

de
vapor
de
agua.
La
velocidad
de
difusión
de

agua
desde
el
núcleo
de
la
gota
hasta
su

superficie
se
considera
constante
e
igual
a
la

velocidad
de
evaporación.
Finalmente,
cuando

el
contenido
de
agua
de
la
gota
alcanza
un

valor
crítico,
se
forma
una
corteza
seca
en
la

superficie
de
la
gota
y
la
velocidad
de
secado

disminuye
rápidamente
y
se
vuelve

dependiente
de
la
velocidad
de
difusión
de

agua
a
través
de
la
corteza.
El
secado
se

termina
teóricamente
cuando
la
temperatura

de
la
partícula
es
igual
que
la
del
aire.

Estos
tres
pasos
tienen
diferente
duración

dependiendo

de
la
naturaleza
del
producto
y

de
la
temperatura
de
entrada.
De
hecho,
si
la

temperatura
de
entrada
es
alta,
la
corteza

seca
se
forma
rápidamente
debido
a
la
alta

velocidad
de
evaporación
de
agua.

En
la
primera
etapa,
el
gas
caliente

provoca
un
aumento
en
la
temperatura
de
la

gota,
lo
cual
promueve
la
evaporación
de
la

superficie
de
la
gota
y
un
consecuente

encogimiento
de
la
misma.
La
migración

rápida
del
agua
de
la
superficie
de
la
gota

mantiene
una
velocidad
de
evaporación

constante.

Separación
del
producto
seco
y
aire

húmedo.-‐
Esta
separación
se
hace
a
través
de

un
ciclón
colocado
fuera
de
la
cámara
de

secado,
lo
cual
reduce
las
pérdidas
del

producto
a
la
atmósfera:
las
partículas
de

mayor
densidad
son
recuperadas
en
la
base
de

la
cámara
de
secado,
mientras
que
las
finas

pasan
a
través
del
ciclón
para
ser
separadas

del
aire
húmedo.
Además
de
los
ciclones,
los

secadores
por
aspersión
comúnmente
están

equipados
con
filtros,
usados
para
remover
los

polvos
finos
y
lavadores
químicos
para

remover
el
polvo
restante
o
cualquier

compuesto
volátil.
Los
polvos
obtenidos
están

hechos
de
partículas
que
se
originan
a
partir

de
gotas
esféricas
tras
contraerse.

Dependiendo
de
la
composición,
el
contenido

de
gas
de
la
gota,
estas
partículas
pueden
ser

compactas
o
huecas
(Gharsallaoui
et
al.,

2007).

184
1.1.2 Parámetros
de
secado

Los
principales
factores
que
deben
ser

optimizados
en
secado
por
aspersión
son
la

temperatura
de
alimentación,
temperatura
de

entrada
y
salida
de
aire.

Temperatura
de
alimentación.-‐
La

temperatura
de
alimentación
modifica
la

viscosidad
de
la
emulsión
y
por
lo
tanto
su

capacidad
de
ser
homogéneamente
asperjada.

Cuando
la
temperatura
de
alimentación
se

incrementa,
la
viscosidad
y
tamaño
de
gota

puede
disminuir,
pero
a
altas
temperaturas

puede
ocurrir
una
volatilización
o
degradación

de
algunos
ingredientes
sensibles
al
calor.
La

velocidad
de
alimentación
suministrada
al

atomizador
se
ajusta
para
asegurar
que
cada

gota
asperjada
alcance
los
niveles
de
secado

deseados
antes
de
que
se
ponga
en
contacto

con
la
superficie
de
la
cámara
de
secado.

Temperatura
de
aire
de
entrada.-‐
La

temperatura
del
aire
de
entrada
se
determina

por
la
temperatura
que
puede
ser
usada
sin

producir
un
daño
al
producto
o
crear
riesgos

en
la
operación.
La
temperatura
de
aire
de

entrada
es
directamente
proporcional
a
la

velocidad
de
secado
de
las
microcápsulas
y
al

contenido
de
agua
final.
Una
temperatura
baja

de
aire
de
entrada
provoca
una
baja
velocidad

de
evaporación,
una
deformación
de
las

microcápsulas
con
alta
densidad,
alto

contenido
de
agua,
poca
fluidez
y
serán

susceptibles
a
aglomerarse.

Sin
embargo
una

temperatura
alta
de
aire
de
entrada
provoca

una
evaporación
excesiva
y
resulta
en
el

rompimiento
de
la
membrana,
induciendo
una

subsecuente
liberación
prematura
así
como

una
degradación
del
ingrediente
encapsulado

y
una
pérdida
de
volátiles.

Temperatura
de
aire
de
salida.-‐
La

temperatura
en
la
zona
final
de
secado
o

temperatura
de
salida
de
aire
se
considera

como
un
parámetro
de
control
del
secador,
la

cual
depende
de
la
temperatura
de
entrada
y

se
ha
reportado
que
varía
de
50
a
80°C
para

microencapsulación
de
ingredientes
de

alimentos
con
compuestos
fenólicos
como
de

té
verde
(Medina-‐Torres
et
al.,
2013).

1.2 Materiales
microencapsulantes

El
material
pared
particularmente
afecta

la
estabilidad
de
las
micropartículas,
la

eficiencia
del
proceso
y
el
grado
de
protección

del
núcleo
activo.
Los
materiales
comúnmente

usados

en
la
composición
de
ingredientes

encapsulados,
son
polímeros
sintéticos
y
co-‐
polímeros,
biomateriales
tales
como

carbohidratos,
grasas,
ceras
y
proteínas
de

origen
animal
y
vegetal.
En
la
industria

farmacéutica
se
utilizan
polímeros
derivados

del
petróleo
como
una
matriz
para
la

preparación
de
micropartículas,
tales
como

poliestirenos,
poliamidas,
poliuretanos,

poliacrilatos,
polímeros
fenólicos,
y

polietilenglicol
(Nesterenko
et
al.,
2013).
Por

otra
parte
en
la
industria
alimenticia,

numerosos
materiales
pared
o
agentes

encapsulantes
están
disponibles
para
su

aplicación
en
la
microencapsulación
dentro
los

cuales
se
encuentran:
algunas
gomas,

azúcares,
polisacáridos
naturales
y

modificados
así
como
polímeros
sintéticos

(Bakowska-‐Barczak
y
Kolodziejczyk,
2011;
Fang

y
Bhandari,
2010).

La
funcionalización
de
cadenas

poliméricas
de
los
materiales
pared
hace

posible
obtener
micropartículas
con
nuevas

propiedades,
diferentes
de
aquellas
obtenidas

con
otros
materiales
pared,
por
ejemplo
la

resistencia
a
la
acción
de
agentes
químicos.

Los
polisacáridos
estudiados
como
matriz
para

microencapsulación
son
almidones,

maltodextrina,
goma
arábiga,
pectina,

quitosán
y
alginatos.
Las
principales
ventajas

de
estos
biopolímeros
son
su
buena

solubilidad
en
agua
y
su
baja
viscosidad
a
altas

concentraciones,
comparada
con
las
proteínas.

A
menudo
los
carbohidratos
se
mezclan
con

proteínas
para
mejorar
las
propiedades
de

emulsificación
y
filmógenas
durante
la

microencapsulación
(Nesterenko
et
al.,
2013).

Actualmente
las
maltodextrinas
son
usadas

solas
o
en
combinación
con
otros
materiales

en
alimentos,

extractos
de
plantas,
aditivos

aromáticos,
carotenoides
y
vitaminas,
ya
que

presentan
distintas
funciones
como
son:

espesante,
propiedades
de
formación
de

película,
retención
de
sabores,
además
de

jugar
un
papel
importante
en
la
reducción
de

la
permeabilidad
del
oxígeno
del
material

pared
(Sansone
et
al.,
2011).

1.2.1 Estructura
de
las
microcápsulas

En
su
forma
más
simple,
una

microcápsula
es
una
esfera
pequeña
con
una

pared
uniforme
rodeándola,
cuyo
diámetro

puede
variar
de
algunos
micrones
a
pocos

milímetros
(Nesterenko
et
al.,
2013;
Fang
y

Bhandari,
2010).
Prácticamente,
el
núcleo

puede
ser
un
material
cristalino,
una
partícula

adsorbente,
una
emulsión,
una
suspensión
de

sólidos,
o
una
suspensión
de
microcápsulas

más
pequeñas.

Dependiendo
de
la
tecnología
de
proceso

utilizada
para
producir
microcápsulas,
así

como
material
núcleo
y
pared
del
cual
se

formará,
se
pueden
producir
muchas

morfologías,
pero
las
dos
principales
son:

cápsula
mononuclear,
la
cual
tiene
un
solo

núcleo
envuelto
por
una
capa,
mientras
que

los
otros
son
agregados,
es
decir
muchos

núcleos
envueltos
en
una
matriz.
(Fang
y

Bhandari,
2010;
Gharsallaoui
et
al.,
2007;

Nesterenko
et
al.,
2013;
Nazzaro
et
al.,
2012).

También
se
pueden
producir
microcápsulas

con
múltiples
paredes
o
capas.
En
la
siguiente

figura
se
presentan
diferentes
tipos
de

morfologías
de
distintas
microcápsulas,

observadas
por
Gibbs
et
al.
(1999).

Se
observa
una
esfera
simple
rodeada
por

un
recubrimiento
de
espesor
uniforme,
una

pared
o
membrana
de
forma
irregular,
algunas

partículas
de
núcleo
incrustadas
en
una
matriz

continua
de
material
pared,
una
estructura

multipared
(Gibbs
et
al.,
1999).

Figura
1.
Morfología
de
diferentes
tipos
de

microcápsulas

2. Compuestos
bioactivos

La
importancia
de
encontrar
soluciones

adecuadas
para
proteger
a
los
compuestos

bioactivos
contra
oxidación
y
reacciones

indeseables
que
impacten
directamente
sobre

la
calidad
del
producto
y
con
ello
una

disminución
de
la
vida
útil,
conlleva
al
estudio

del
proceso
de
microencapsulación
mediante

secado
por
aspersión,
el
cual
se
usa
para

convertir
líquidos
en
sólidos,
para
añadir

funcionalidades
y
mejorar
la
estabilidad

oxidativa
de
ingredientes
tales
como
los
que

se
encuentran
presentes
en
frutas
y
vegetales.

2.1 Betalaínas

Las
betalaínas
constituyen
un
grupo

importante
de
fitoquímicos
nitrogenados

solubles
en
agua,
las
cuales
se
presentan
como

dos
pigmentos
naturales:
rojo
y
amarillo
y
se

localizan
en
flores,
frutos,
raíces
y
tejidos

vegetales
de
las
plantas
del
orden
de
las

Caryophyllales
que
incluyen
entre
otras
a
las

cactáceas,
betabel,
clavel,
amaranto
y

garambullo
(Fernández-‐López
et
al.,
2012;

Reynoso
et
al.,
1997).
Las
betalaínas
se

clasifican
como
antioxidantes,
es
decir,

compuestos
que
detienen
o
retrasan
los

procesos
de
oxidación,
y
exhiben
efectos
anti-‐
tumorales
y
anti-‐ateroscleróticos

(Ravichandran
et
al.,
2013).
De
la
variedad
de

productos
de
donde
se
pueden
obtener
las

betalaínas,
el
betabel
es
una
fuente
rica
de

186
este
tipo
de
pigmentos,
los
cuales
pueden
ser

usados
como
un
aditivo
natural
para

alimentos,
cosméticos,
y
productos

farmacéuticos
(Janiszewska
2014).
Su

estabilidad
se
ve
afectada
por
diversos

factores
como
son
la
influencia
del
pH,
la

presencia
de
luz,
el
oxígeno,
la
temperatura,

presencia
de
metales,
actividad
de
agua,

ácidos
orgánicos,
cationes
y
antioxidantes

(Pedreño
y
Escribano,
2001).
Con
la
finalidad

de
proteger
a
las
betalaínas
contra
reacciones

indeseables
y

extender
su
vida
útil,
se
ha

utilizado
el
proceso
de
microencapsulación

mediante
secado
por
aspersión
como
una

técnica
que
provee
alta
productividad,
al

mismo
tiempo
que
satisface
la
calidad
del

producto
final.
La
selección
del
material

encapsulante
es
un
parámetro
muy

importante
en
el
proceso
de
secado
por

aspersión,
ya
que
éstos
intervienen

directamente
sobre
la
estabilidad
del

producto,
el
grado
de
protección
del
núcleo

activo
y
la
eficiencia
del
proceso

principalmente.
Castro-‐Muñoz
et
al.
(2015)

estudiaron
la
microencapsulación
de
jugo

clarificado
de
tuna
morada,
en
donde
se

encontró
que
el
rendimiento
y
las
propiedades

de
las
microcápsulas
dependen
de
la
relación

de
agentes
microencapsulantes,
así
como
la

temperatura,
reportándose
un
valor
óptimo

de
2.5:7.5
gelatina:maltodextrina.

Investigaciones
llevadas
a
cabo
por
Robert
et

al.
(2015)
mostraron
que
una
mezcla
de

proteína
y
polisacárido
usadas
como
agentes

microencapsulantes
en
pulpa
de
tuna,

mejoraron
la
encapsulación
de
polifenoles
y

betalaínas.
Esto
se
atribuye
a
las

características
catiónicas
de
las
betalaínas

(betacianinas
y
betaxantinas)
permitiendo
una

alta
interacción
entre
las
betalaínas
y
el

polímero
debido
a
las
interacciones

electrostáticas
o
a
los
puentes
de
hidrógeno,

éste
mismo
comportamiento
fue
reportado

por
Vergara
et
al.
(2014)
en
su
estudio
con

pulpa
de
tuna
y
extractos
ultrafiltrados,
en
el

cual
se
alcanzó
una
eficiencia
en

encapsulación
de
betalaínas
(betacianinas)
de

72.4%.
La
encapsulación
de
extracto

ultrafiltrado
mejoró
la
estabilidad
de
las

betalaínas
en
comparación
con
los
extractos

de
pulpa
durante
el
almacenamiento
a
60°C.

Este
comportamiento
se
atribuyó
a
la

composición
del
extracto
ultrafiltrado
(más

bajo
contenido
de
azúcar
que
el
extracto
de

pulpa
y
ausencia
de
mucílago).
La
hidrólisis
fue

el
principal
mecanismo
de
degradación
de
las

betalaínas
durante
el
almacenamiento,

encontrándose
que
la
condición
crítica
fue
la

higroscopicidad
de
las
micropartículas.

Continuando
con
el
efecto
del
agente

microencapsulante
sobre
el
rendimiento
en

encapsulación,
Sáenz
et
al.
(2009)
reportaron

valores
de
98
y
92%
para
betacianinas
y

betaxantinas
de
pulpa
de
tuna

respectivamente,
pudiéndose
observar
un

efecto
significativo
del
agente
encapsulante

durante
el
almacenamiento
(60°C)
en
la

degradación
de
las
betacianinas
únicamente

en
microcápsulas
de
extracto
etanólico,
no
así

en
las
de
pulpa,
sugiriendo
que
otros

componentes
de
la
pulpa
como
el
mucílago

juega
un
papel
importante
en
el
proceso
de

microencapsulación.
Además
de
la
relación

utilizada,
el
tipo
de
agente
microencapsulante

también
es
un
parámetro
substancial,
en
este

sentido
Janiszewska
(2014)
estudió
el
efecto

de
dos
tipos
de
agentes
microencapsulantes

en
el
secado
por
aspersión
de
jugo
de
betabel

como
fuente
potencial
de
betalaínas
a
una

sola
temperatura
de
entrada
(160°C)
y

encontró
el
contenido
más
alto
de
pigmento

rojo
en
microencapsulados
conteniendo
goma

arábiga,
caso
contrario
se
observó
en

micropartículas
conteniendo
maltodextrina.

Además
con
goma
arábiga
los

microencapsulados
son
más
estables
en
el

almacenamiento
debido
a
su
baja

higroscopicidad
en
comparación
con

maltodextrina.
La
actividad
de
agua
es
un

factor
muy
importante
en
la
estabilidad
de
las

betalaínas,
el
pigmento
se
vuelve
más

inestable
a
medida
que
aumenta
la
actividad

de
agua
y
el
contenido
de
humedad
del

alimento.
Como
resultado
de
distintas

reacciones
hidrolíticas,
un
decremento
en
la

actividad
de
agua
corresponde
a
una
menor

degradación
de
betanina,
la
evaluación
de
éste

parámetro
fue
estudiada
por
Pitalua
et
al.

(2010)
en
donde
se
reporta
que
la
estabilidad

de
las
betalaínas
contenidas
en
polvos

microencapsulados
de
jugo
de
betabel
así

como
su
actividad
antioxidante
depende
de
la

actividad
de
agua
(aw)
a
la
cual
se
almacenan

(30°C).
Valores
menores
a
0.21
de
aw

favorecen
la
estabilidad
de
las
microcápsulas,

aunque
a
un
valor
de
aw
mayor
a
0.74
se

reportó
una
mayor
actividad
antioxidante,
no

se
recomienda
ya
que
las
muestras
sufren

colapso
y
la
microcápsula
se
disuelve
en
un

periodo
corto
de
tiempo
(Pitalua
et
al.,
2010)

2.2 Polifenoles

Los
compuestos
fenólicos
en
alimentos
y

productos
nutracéuticos
se
originan
a
partir
de

una
de
las
principales
clases
de
metabolitos

secundarios
en
plantas
derivados
de

fenilalanina
y
en
menor
medida
en
algunas

plantas
también
de
tirosina.
Químicamente
los

compuestos
fenólicos
se
pueden
describir

como
sustancias
que
poseen
un
anillo

aromático
que
tiene
uno
o
más
grupos

hidroxilo,
incluyendo
sus
derivados

funcionales.
Debido
a
que
exhiben
efectos
que

promueven
la
salud
como
son
reducción
de

presión
arterial
y
disminución
en
la
incidencia

de
enfermedades
cardiovasculares
y
cáncer,

las
frutas
y
vegetales
son
excelentes
fuentes

de
fenólicos
(Shahidi
y
Naczk,
2006).
La

granada
(Punica
granatum)
es
una
de
las

frutas
comestibles
más
antiguas
conocidas
y
su

contenido
fenólico
total
en
jugo
se
encuentra

en
un
rango
de
1808
a
2566
mg/L
(Gil
et
al.,

2000),
sin
embargo
éstas
moléculas
son

inestables
y
en
jugo
fresco
tienen
una
vida
útil

muy
corta.
En
este
contexto
la
estabilización

de
polifenoles
para
su
uso
en
la
industria

puede
llevarse
a
cabo
usando
tecnologías
de

Ochoa-‐Martínez
et
al.

(2011)
microencapsularon
jugo
de
granada-‐
manzana
(75/25),
utilizando
goma
arábiga-‐
maltodextrina
(80/20,
60/40,
40/60
y
20/80)
y

encontraron
que
el
contenido
de
polifenoles

se
conservó
en
aproximadamente
un
50%,
sin

embargo
la
capacidad
antioxidante
fue
muy

baja.
En
estudios
llevados
a
cabo
por
Robert
et

al.
(2010)
utilizando
secado
por
aspersión
se

reportó
que
el
uso
de
proteína
aislada
de
soya

utilizada
como
agente
microencapsulante

mejora
la
eficiencia
de
encapsulación
de
jugo

de
granada
comparada
con
los
valores

obtenidos
cuando
se
utilizó
maltodextrina.
Sin

embargo
en
los
resultados
reportados
por

Çam
et
al.
(2014)
demuestraron
que
el
uso
de

maltodextrina
de
diferentes
equivalentes
de

dextrosa
utilizada
para
microencapsular

extracto
polifenólico
de
cáscara
de
granada
no

tiene
efecto
significativo
sobre
el
rendimiento

de
encapsulación
y
contenido
fenólico
durante

el
almacenamiento
a
4°C
durante
90
días.

Resultados
similares
fueron
observados
por

Bakowska-‐Barczak
y
Kolodziejczyk
(2011)
al

microencapsular
polifenoles
de
grosella
negra

(Ribes
nigrum
L.),
incluso
se
logró
una

eficiencia
mayor
con
maltodextrina
que
con

inulina.
Usando
únicamente
maltodextrina

como
material
encapsulante,
Saikia
et
al.

(2015)
reportaron
una
eficiencia
alrededor
de

80%
para
extracto
fenólico
de
pulpa
de

Averrhoa
carambola,
observándose
en
su

mayoría
la
formación
de
micropartículas
con

forma
esférica
y
algunas
con
superficie
rugosa

y
apariencia
hueca.
Durante
el
secado
por

aspersión,
la
maltodextrina
puede
inducir
una

formación
rápida
de
una
superficie
vidriosa,
lo

cual
permite
la
expansión
de
aire
dentro
de
las

partículas
favoreciendo
el
incremento
de
su

diámetro,
tal
efecto
ocurre
con
un
incremento

en
la
temperatura
durante
el
secado.
Éste

factor
ha
sido
investigado
por
Krishnaiah
et
al.

(2012)
quienes
utilizaron
un
rango
de

temperaturas
de
secado
de
90
a
140°C
para

extracto
de
noni
(Morinda
citriflora
L)

reportando
que
el
valor
mínimo
de

temperatura
es
el
óptimo
para
obtener
la

188
mayor
actividad
antioxidante,
contenido

fenólico
y
de
flavonoides.
Santiago-‐Adame
et

al.
(2015)
encontraron
hasta
alrededor
de
un

60%
de
conservación
de
polifenoles
al

microencapsular
infusiones
de
canela,

utilizando
maltodextrina
como
material

encapsulante.
Finalmente,
el
uso
de
ácidos

(ascórbico,
cítrico,
fumárico
y
málico)
en
la

encapsulación
reduce
la
higroscopicidad
de
los

polvos
obtenidos
durante
el
secado
por

aspersión
además
de
proveer
un
alto
grado
de

fluidez
sin
aglomeración
(Shahidi
y
Han,
1993).

Además
de
que
se
puede
favorecer
la

conservación
de
los
compuestos
fenólicos

debido
a
un
incremento
en
la
cantidad
de

ácido
ascórbico,
debido
principalmente
a
la

inactivación
de
enzimas
como
polifenoloxidasa

en
puré
de
camote
morado
(Ahmed
et
al.,

2010)

2.3 Carotenoides

Los
carotenoides
son
compuestos

liposolubles
que
se
encuentran
ampliamente

distribuidos
en
la
naturaleza,
en
el
centro
de

estos
compuestos
se
encuentra
un
gran

número
de
dobles
enlaces
que
constituyen
el

cromóforo,
el
cual
les
da
la
capacidad
de

absorber
la
luz
y
determinar
la
estructura

molecular
y
actividad
química
(Chacón
y

Esquivel,
2013).
Debido
a
esta
característica

estructural,
los
carotenoides
son
conocidos

por
poseer
propiedades
de
atrapamiento
de

radicales
libres,
lo
que
consecuentemente
los

hace
sensibles
al
oxígeno,
luz
y
calor
(Gonnet

et
al.,
2010).
Para
incrementar
la
estabilidad

de
éstos
compuestos
tanto
en
el
procesado

como
en
el
almacenamiento
y
conservar
sus

propiedades
antioxidantes,
se
puede
recurrir

al
uso
de
un
método
alternativo
de
empacado

como
lo
es
la

Especialmente,
los
carotenoides
son

fácilmente
vulnerables
a
tratamientos

térmicos
y
procesos
oxidativos
debido
a
que

en
su
estructura
poseen
un
sistema
conjugado

de
dobles
enlaces,
Aguiar
et
al.
(2012)

estudiaron
la
microencapsulación
de
licopeno

y
encontraron
que
un
incremento
en
la

temperatura
de
entrada
reduce
el
contenido

de
carotenoides
totales,
por
lo
que
una

temperatura
de
120°C
favorece
la
eficiencia
en

la
encapsulación
de
este
tipo
de
compuestos.

Por
otra
parte,
el
tipo
de
carotenoide

determina
su
estabilidad
ante
cierto

tratamiento,
por
ejemplo
Shen
y
Quek
(2014)

realizaron
una
investigación
con
astaxantina,

un
tipo
de
carotenoide
encontrado
en

animales
marinos,
y
reportaron
que
al

incrementar
tanto
la
temperatura
de
entrada

como
de
salida
provoca
una
evaporación

excesiva
de
vapor
del
material
encapsulante,

causando
grietas
en
la
superficie
de
la

microcápsula,
lo
cual
incrementa
el
riesgo
de

liberar
su
contenido
hacia
la
superficie.
Por
lo

que
las
condiciones
térmicas
óptimas
para

formar
una
cápsula
que
provea
de
alto
nivel

de

protección
al
material
encapsulado
son

temperaturas
de
160°C
y
70°C
de
entrada
y

salida
respectivamente.
En
este
mismo

sentido,
Kha
et
al.
(2010)
encontraron
un

comportamiento
similar,
es
decir,
un

incremento
en
la
temperatura
de
entrada
(de

120
a
200°C)
provoca
una
pérdida
mayor
del

contenido
de
carotenoides
totales
de
jugo
de

gac
(Momordica
cochinchinensis),
y
de

contenido
de
β-‐caroteno
en
jugo
de
melón

(Cucumis
melo)
en
secado
por
aspersión

(Solval
et
al.,
2012)

2.4 Antocianinas

Las
antocianinas
son
colorantes
naturales,

solubles
en
agua
que
se
encuentran
y
se

pueden
extraer
de
uvas,
berries,
col
roja,

manzanas,
rábanos,
tulipanes,
rosas
y

orquídeas
entre
otros
(Castañeda-‐Ovando
et

al.,
2009),
exhiben
distintas
propiedades,
por

ejemplo
son
compuestos
inocuos
de
fácil

incorporación
en
medio
acuoso,
lo
que
los

hace
de
interés
para
su
uso
como
colorante

natural,
además
poseen
actividad

antioxidante,
la
cual
juega
un
papel
vital
en
la

prevención
de
enfermedades
cardiovasculares

y
neuronales,
cáncer
y
diabetes,
entre
otras

(Konczak
y
Zhang,
2004).
A
pesar
del
potencial

de
aplicación
que
las
antocianinas
presentan

para
la
industria
de
alimentos,
farmacéutica
y

cosmética,
su
uso
se
limita
debido
a
la
alta

inestabilidad
y
bajos
porcentajes
de
extracción

(Frank
et
al.,
2012).
Después
de
un
proceso
de

extracción,
las
antocianinas
son
altamente

inestables
y
muy
susceptibles
a
degradación

por
diversos
factores
como
son
el
pH,

temperatura
de
almacenamiento,
estructura

química,
concentración,
luz,
oxígeno,

solventes,
presencia
de
enzimas,
flavonoides,

proteínas
e
iones
metálicos
(Rein,
2005).

Numerosas
investigaciones
se
han
llevado
a

cabo
para
evaluar
el
comportamiento
de
éstos

compuestos
en
procesos
que
permitan

protegerlos
contra
factores
externos,
como
es

el
caso
de
la
microencapsulación
mediante

secado
por
aspersión,
en
donde
los
principales

parámetros
de
proceso
que
tienen
influencia

sobre
la
calidad
del
producto
obtenido
son
la

temperatura
de
aire
de
entrada
y
el
agente

microencapsulante.
Silva
et
al.
(2013)

realizaron
un
estudio
que
condujo
a
una

optimización
simultánea
de
diferentes
agentes

encapsulantes
y
temperaturas
para
la

producción
de
microencapsulados
de

antocianinas
de
jaboticoba
(Myrciaria

jaboticaba),
y
encontraron
que
se
alcanza
una

retención
del
pigmento
mayor
al
80%
en
todas

las
condiciones
experimentales
lo
cual
es

importante
en
términos
de
producción

industrial
del
pigmento
debido
a
que
el

extracto
de
jaboticoba
demuestra
ser
una

fuente
estable
de
antocianinas.
Por
otra
parte

Ersus
y
Yurdagel.
(2007)
reportaron
que
la
más

alta
concentración
de
antocianinas
de

zanahoria
negra,
se
alcanzó
en
polvos

microencapsulados
a
la
menor
temperatura

experimental
(160°C)
y
que
el
uso
de

microencapsulante
con
el
menor
contenido
de

equivalentes
de
dextrosa
disminuyen
la

posibilidad
de
una
posible
deformación

estructural
durante
el
procesamiento,

manteniendo
así
protegido
al
compuesto

bioactivo.
Además
de
los
factores
involucrados

en
el
proceso
de
secado
por
aspersión,
la

actividad
de
agua
y
la
temperatura
durante
el

almacenamiento,
son
parámetros
importantes

en
la
estabilidad
de
antocianinas.
Tonon
et
al.

(2010)
evaluaron
éstos
parámetros
en
polvos

microencapsulados
de
jugo
de
açai
(Euterpe

oleracea
Mart.)
y
encontraron
que
las

antocianinas
de
los
polvos
producidos
exhiben

dos
cinéticas
de
primer
orden,
la
primera
de

ellas
con
la
más
alta
velocidad
de
degradación,

lo
cual
puede
atribuirse
principalmente
al

material
no
encapsulado.
Al
mismo
tiempo

que
un
incremento
en
la
temperatura
acelera

la
degradación
de
antocianinas.

CONCLUSIONES

El
uso
del
secado
por
aspersión
es
una

técnica
ampliamente
estudiada
para

microencapsular
compuestos
bioactivos

presentes
en
frutas
y
vegetales.
Sin
embargo,

la
mayoría
de
estos
compuestos
son
muy

inestables,
por
lo
tanto
el
uso
eficiente
de
esta

técnica
dependerá
de
una
serie
de
factores

como
son:
la
naturaleza
del
compuesto,
los

parámetros
de
secado
como
temperatura
de

entrada,
velocidad
de
flujo
de
alimentación,

tipo
y
concentración
de
agente

microencapsulante;
los
cuales
al
ser

optimizados
permitirán
obtener
productos

microencapsulados
de
calidad
con
un
alto

porcentaje
de
retención
del
compuesto
de

interés,
así
como
un
incremento
en
la

estabilidad
de
dichos
compuestos
durante
el

almacenamiento.

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