Conoce las ventajas y aplicaciones de la microencpsulación, las tecnologías de microencapsulación (evaporación de emulsiones, coacervación, polimerización, fluidos supercríticos...), los pasos a seguir para el desarrollo de un producto microencapsulado y el desarrollo de equipamiento de microencapsulación (con reactores y emulsionadores, con etapas de atomización, con procesos fluidos supercriticos)

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Microencapsulación
de principios activos: desarrollo
de procesos y equipos
competitivos

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Microencapsulación: ventajas y aplicaciones

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La microencapsulación consiste en la generación de
partículas en las que una sustancia o principio
activo se encuentra recubierta por otra sustancia
protectora de naturaleza distinta.
> Microencapsulación: ventajas y aplicaciones
Ejemplo: Microcápsula abierta de
almidón y gelatina
Fuente: ainia
Núcleo/sustancia
activa
Material de
recubrimiento
Matriz
pared

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Propósito de la microencapsulación:
diseñar y producir estas partículas para controlar los mecanismos
de transferencia de materia y su cinética, con diferentes fines
La aplicación de tecnologías de microencapsulación puede
ser el fundamento para:
la generación de nuevos
Principios activos o
ingredientes novedosos
base para facilitar o abaratar
procesos de producción
> Microencapsulación: ventajas y aplicaciones

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Mejora de la conservación y estabilidad durante el
almacenamiento, frente a factores externos Luz, O2, T, pH...
Luz,
O2,
T,
pH...
Luz,
O2,
T,
pH...
Ingredientes antioxidantes, vitaminas, ingredientes
funcionales…
Fármacos, principios activos…
Reactivos químicos sensibles
Aditivos microencapsulados que soportan procesos:
temperatura, presión, cizalla…
> Microencapsulación: ventajas y aplicaciones

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Liberación prolongada en el tiempo:
dosificación continuada o de manera sostenida
Aromas en alimentación que duran más tiempo, al abrir un envase, durante la
masticación de chicles, etc…
Aromas mejorados de productos líquidos o en polvo, etc…
Aditivos de proceso con una función específica: modificadores de humedad
(absorbedores y liberadores), etc…
Nutrientes que se aportan a la dieta de manera sostenida, aditivos en piensos
Fármacos de liberación prolongada
Conservantes alimentarios,
Enriquecedores del suelo, agroquímicos, fertilizantes, quelantes, liberación
selectiva o prolongada de fitofortificantes
> Microencapsulación: ventajas y aplicaciones

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Liberación selectiva en condiciones concretas:
pH, T, estrés mecánico, etc…
Activación de aditivos en ciertas condiciones de luz, H20, T…
Activación de aditivos mediante una acción determinada manual
Liberación de ingredientes en el intestino
Liberación de fármacos en células diana
Liberación de aromas con el uso, por fricción…
Soporte frente a condiciones de proceso: térmicos, extrusión, etc…
Partículas sólidas que se funden y liberan aceites
Etiquetas inteligentes, aromas en bolsas, indicadores de ruptura de cadena
de frío, contacto con oxígeno, temperatura optima de consumo.
Aditivos alimentarios espumantes, etc.
> Microencapsulación: ventajas y aplicaciones

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Enmascaramiento de olores y sabores
Aditivos de proceso de olor desagradable
Ingredientes funcionales con mal olor o mal sabor: aceites de pescado,…
Complementos alimenticios de sabor desagradable
> Microencapsulación: ventajas y aplicaciones

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Separación de ingredientes incompatibles dentro de
una misma matriz
Formulaciones con ingredientes que pueden reaccionar: p. ej. Ácidos y bases
Metales que catalizan determinadas reacciones.
Modificación de propiedades fluido-dinámicas
El manejo de productos líquidos como sólidos a granel
La disminución de la toxicidad de productos sólidos
Sólidos con mayor o menor fluidez par su manejo en proceso
Características del apilado
la simplificación del manejo de microorganismos, etc…
> Microencapsulación: ventajas y aplicaciones

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¿Qué encapsular? Tipos de núcleos
Sustancias
activas
•Fármacos,
principios activos
•Ingredientes
funcionales
•extractos
antioxidantes
•Aditivos
Vitaminas
•Vit A
•Vit B (B1, B2, B9,
B12)
•Vit. C
•Vit E
Minerales
•Hierro
•Cobre
•Magnesio
•zinc
Catalizadores
•Inmovilización de
catalizadores
orgánicos
•Biocatalizadores:
Enzimas
Aceites y ácidos
grasos
•Omega 3
(DHA/EPA/ALA)
•Aceites de pescado
•Aceites esenciales
Sabores y
aromas
alimentarios
•Sabores
menta, fresa…
•Aromas en
envases
Perfumes y
Fragancias
•Impregnación de
tejidos
•Productos de
limpieza
•Cuidado
personal
Microorganismos
•Probióticos
•Inmovilización en
procesos de
bioproducción
> Microencapsulación: ventajas y aplicaciones

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¿Con qué encapsular? Tipos de recubrimiento
shellac, (PEG) polietilenglicol, o carnaubaCeras
Sulfato de calcio, silicatos, aluminosilicatosMateriales inorgánicos
Gluten, caseina, albúminaProteínas
Ceras, parafinas, tristearina, monoglicéridos, diglicéridos, aceites,
grasas, Gelucires, ácido láurico, cáprico, palmítico, esteárico
Lípidos y ácidos grasos
Carboximetil-celulosa, metilcelulosa, etilcelulosa, nitrocelulosa,
acetilcelulosa
Celulosas
Almidón, dextranos, sacarosa, jarabes de maízCarbohidratos
Goma arábiga, agar, alginato de sodio, carrageninaGomas
COBERTURA ESPECÍFICATIPO DE COBERTURA
Aspecto fundamental: Selección del recubrimiento
Definirá el mecanismo y cinética de liberación Efecto final del producto
Íntimamente relacionado con la tecnología de encapsulación
Compatibilidad con el núcleo y con el medio o matriz
> Microencapsulación: ventajas y aplicaciones

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Tecnologías de microencapsulación

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> Tecnologías de microencapsulación
Procesos basados en fenómenos
químicos: coacervación,
polimerización,
evaporación/extracción de
disolvente, gelificación iónica,
térmica, polimerización
interfacial, in-situ
Procesos basados en fenómenos
físico-químicos:
inclusión molecular,
formación de liposomas, micelas,
nanotransportadores lipídicos,
fluidos supercríticos
Procesos basados en
fenómenos físicos:
secado por
atomización
enfriamiento por
atomización
recubrimiento en
lecho fluido

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> Tecnologías de microencapsulación
Procesos químicos:
Evaporación de emulsiones
Evaporación/extracción
disolvente orgánico
Lavado+filtración
Microcápsulas
Microcápsulas de carotenoides en polisacáridos.
Fuente: ainia
Precipitación del material de recubrimiento sobre el núcleo (dispersión
o emulsión) por disminución de su solubilidad aumento de la
concentración por evaporación disolvente
Aceite vegetal
Tenisoactivo lipofílico
Centrifugación/Evaporación
Lavado+filtración
Emulsión
A/O/A
Micro/cápsulas
oO/A
Pigmentoo en disolvente orgánico.
Fase dispersa
Quitosano en fase acuosa.
Fase Continua
A O
Aditivo cross-
linking
Tenisoactivo
no iónico

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> Tecnologías de microencapsulación
Procesos químicos:
Coacervación: Formación de coacervados-precipitación
alrededor del núcleo, por adición de reactivos o modificación de
condiciones del medio
Monómero/disolvente
orgánico
Medio acuoso
tensioactivo
Microcápsulas
Reactivo de
polimerización
Polimerización:
Precipitación de material de
recubrimiento sobre el material nuclear,
por reacción de polimerización (in situ, o
interfacial) de una solución de
monómeros.

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> Tecnologías de microencapsulación
Procesos físico-químicos:
Punto
Crítico
p
(MPa)
T
(ºC)
CO2 7.3 31.1
H2O 22.1 374
Las ventajas de los FSC
estriban en los valores que
toman sus propiedades en el
estado supercrítico, entre las
de los gases y los líquidos
Propiedad Gas FSC Líquido
Densidad (kg m-3
) 1 100-800 1000
Viscosidad (cP) 0.01 0.05-0.1 0.5-1.0
Difusividad (mm2
s-1
) 1-10 0.01-0.1 0.001
Fluidos supercríticos

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> Tecnologías de microencapsulación
RESS: Núcleo- recubrimiento Solubles. Precipitación-coprecipitación por expansión rápida de una
corriente de CO2 en la que ambos compuestos se encuentran solubilizados, debida a un descenso
repentino de las condiciones de Presión.
Procesos físico-químicos: Fluidos supercríticos. Proceso RESS
intercambiador
calor EXTRACTOR
UNIDAD
PRECIPITACIÓN
cámara
precipitación
condensador bomba
CO2
Venteo

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> Tecnologías de microencapsulación
SAS: Núcleo y recubrimiento insolubles en medio CO2-SC. Precipitación /coprecipitación por el efecto
antidisolvente del CO2. Fenómeno físico-químico similar al GAS. Diferente fluido-dinámica diferentes
propiedades de las partículas
Procesos físico-químicos: Fluidos supercríticos. Proceso tipo SAS
intercambiador
calor
UNIDAD
PRECIPITACIÓN
intercambiador
calor
bombeo
partículas
condensador
bombeo
CO2
venteo
CO2
Solution

19. www.ainia.es 19
> Tecnologías de microencapsulación
Procesos físicos: Secado por atomización/enfriamiento por atomización
•Desarrollo inicial complejo: muchas variables con efectos interrelacionados.
•Relativa sencillez de TRASLADO A ESCALA INDUSTRIAL.
•INVERSIÓN RELATIVAMENTE BAJA para grandes producciones.
•Instrumentación y CONTROL DE PROCESO INDUSTRIAL SENCILLO, una vez están definidas las variables.
Alimentación.
Emulsionador.
Filtrado
Boquilla
atomización
Aire comprimido
Aire
Aire
Filtrado
Calefacción
Producto
microencapsulado
Producto
microencapsulado
Separador ciclónico
Aire de salida

20. www.ainia.es 20
> Tecnologías de microencapsulación
Procesos físicos: Secado por atomización/enfriamiento por atomización
Microencapsulación por
sprayd drying.
Pigmentos en polímeros
orgánicos.
Microencapsulación por
spray cooling.
vitamina E en ácidos
grasos hidrogenados.
Nanopartículas
quitosano
por atomización
Microalgas
microencapsuladas en
biopolímeros por
atomización

21. www.ainia.es 21
> Tecnologías de microencapsulación
Procesos físicos: Secado por atomización
Microalgas microencapsuladas en biopolímeros Fuente: ainia
Microalgas al microscopio óptico Fuente: ainia
Microalgas encapsuladas en quitosano marcado.
Fuente: ainia

22. www.ainia.es 22
Pasos a seguir para contar con un producto
microencapsulado

23. www.ainia.es 23
> Pasos a seguir para contar con un producto microencapsulado
Desarrollo de un producto microencapsulado
1. ESTUDIO DE APTITUD
TECNOLÓGICA EN EL
LABORATORIO
DEFINIR EL OBJETIVO:
Núcleo / mecanismo de liberación
Material de
recubrimiento
Técnica/proceso de
microencapsulación
¿se puede hacer?
•Desarrollo de metodologías
•Técnicas de caracterización
•Muestras analíticas
•Evaluación de la funcionalidad
•Selección de materiales
•Ajuste de proceso
2. ESTIMACIÓN
PRELIMINAR DE
VIABILIDAD TÉCNICO-
ECONÓMICA
¿será rentable?
•Efecto de las variables
•Escalado
•Rendimiento del proceso
•Rendimiento de encapsulación
•Estimación de costes de proceso
•Cálculo de costes de inversión
•Optimización del proceso
3. ESCALADO
INDUSTRIAL
(DEMOSTRATIVO)
•Ajuste de costes
•Problemas de cambio de escala
•Producción de pequeños lotes
demostrativos/ prototipos:
mercado
4. PRODUCCIÓN
INDUSTRIAL
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE EQUIPOS Y
DE PLANTAS INDUSTRIALES
Equipamiento diseñado para un proceso y
producto concreto
SUBCONTRATACIÓN DE
LA PRODUCCIÓN
servicios de maquila
ADQUISICIÓN DE EQUIPOS
PREDISEÑADOS
Plantas versátiles
multipropósito

24. www.ainia.es 24
Desarrollo de equipamiento de microencapsulación

25. www.ainia.es 25
> Desarrollo de equipamiento de microencapsulación
Equipos de microencapsulación con reactores y emulsionadores
Reactores y
emulsionadores
1. ESTUDIO DE APTITUD
TECNOLÓGICA EN EL
LABORATORIO
2. ESTIMACIÓN
PRELIMINAR DE
VIABILIDAD TÉCNICO-
ECONÓMICA
3. ESCALADO
INDUSTRIAL
(DEMOSTRATIVO)
4. PRODUCCIÓN
INDUSTRIAL
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE EQUIPOS Y
DE PLANTAS INDUSTRIALES
Equipamiento diseñado para un proceso y
producto concreto
SUBCONTRATACIÓN DE
LA PRODUCCIÓN
servicios de maquila
ADQUISICIÓN DE EQUIPOS
PREDISEÑADOS
Plantas versátiles
multipropósito
Técnicas de Polimerización interfacial polimerización in situ,
coacervación, evaporación de emulsiones…

26. www.ainia.es 26
CONSIDERACIONES DE DISEÑO ESPECÍFICAS EN PROCESOS DE
MICROENCAPSULACIÓN CON UNA ETAPA DE FORMACIÓN DE EMULSIONES
Distribución de tamaño de gota
de la fase dispersa en la
emulsión:
•Tamaño de partícula
•Tamaño de núcleo
•Grosor de la cobertura
Homogeneidad en la
distribución: Producción
> Desarrollo de equipamiento de microencapsulación
Equipos de microencapsulación con reactores y emulsionadores

27. www.ainia.es 27
Atomización
> Desarrollo de equipamiento de microencapsulación
Equipos de microencapsulación con etapas de atomización
1. ESTUDIO DE APTITUD
TECNOLÓGICA EN EL
LABORATORIO
2. ESTIMACIÓN
PRELIMINAR DE
VIABILIDAD TÉCNICO-
ECONÓMICA
3. ESCALADO
INDUSTRIAL
(DEMOSTRATIVO)
4. PRODUCCIÓN
INDUSTRIAL
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE EQUIPOS Y
DE PLANTAS INDUSTRIALES
Equipamiento diseñado para un proceso y
producto concreto
SUBCONTRATACIÓN DE
LA PRODUCCIÓN
servicios de maquila
ADQUISICIÓN DE EQUIPOS
PREDISEÑADOS
Plantas versátiles
multipropósito
Técnicas de spray drying, spray cooling/chilling, spray con
disolventes orgánicos
Atomización de disoluciones emulsiones/dispersiones

28. www.ainia.es 28
> Desarrollo de equipamiento de microencapsulación
Microencapsulación con procesos de atomización
Particle Size Distribution
0.01 0.1 1 10 100 1000 3000
Particle Size (µm)
0
2
4
6
8
10
Volume(%)
Distribución de tamaño de gota y
de tamaño de partícula
•Tamaño de núcleo
•Tamaño de gota en la emulsión
•Tamaño de la cobertura
Homogeneidad en la
distribución :Producción
Combinación emulsión-atomización
Boquillas específicas:
•Dos fluidos: mezcla externa/interna
•Un fluido
Separadores de partículas
CONSIDERACIONES DE DISEÑO ESPECÍFICAS EN PROCESOS DE
MICROENCAPSULACIÓN CON UNA ETAPA DE ATOMIZACIÓN

29. www.ainia.es 29
> Desarrollo de equipamiento de microencapsulación
Equipos de microencapsulación con etapas de atomización
GV P5 , Calle C Stand 108

30. www.ainia.es 30
Fluidos
supercríticos
> Desarrollo de equipamiento de microencapsulación
Microencapsulación con procesos Fluidos supercríticos
Técnicas de inclusión de complejos con fluidos supercríticos,
técnicas tipo GAS, RESS, SAS,PGSS…
1. ESTUDIO DE APTITUD
TECNOLÓGICA EN EL
LABORATORIO
2. ESTIMACIÓN
PRELIMINAR DE
VIABILIDAD TÉCNICO-
ECONÓMICA
3. ESCALADO
INDUSTRIAL
(DEMOSTRATIVO)
4. PRODUCCIÓN
INDUSTRIAL
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE EQUIPOS Y
DE PLANTAS INDUSTRIALES
Equipamiento diseñado para un proceso y
producto concreto
SUBCONTRATACIÓN DE
LA PRODUCCIÓN
servicios de maquila
ADQUISICIÓN DE EQUIPOS
PREDISEÑADOS
Plantas versátiles
multipropósito

31. www.ainia.es 31
Elementos para diseño de partículas
Cámaras de precipitación de partículas:
Sistemas GAS, SAS, RESS, lecho fluido
Cámara de impregnación
Boquillas de atomización en medio
supercrítico: SAS y RESS
> Desarrollo de equipamiento de microencapsulación
Microencapsulación con procesos fluidos supercríticos
Diseño para altas presiones
Tamaño de partícula
Boquillas específicas
Diferentes procesos en función de la
solubilidad en SCF
CONSIDERACIONES DE DISEÑO ESPECÍFICAS EN PROCESOS DE
MICROENCAPSULACIÓN CON FLUIDOS SUPERCRÍTICOS

32. www.ainia.es 32
> Desarrollo de equipamiento de microencapsulación
Escalado de procesos con procesos fluidos supercríticos

33. www.ainia.es 33
Instalaciones FSC hasta nivel industrial: instalación ALTEX
09. Instalación industrial ALTEX en AINIA
Capacidad de tratamiento: 4 extractores x 1.000 litros/u
> Desarrollo de equipamiento de microencapsulación
Escalado de procesos con procesos fluidos supercríticos

34. www.ainia.es 34
Aspectos fundamentales

35. www.ainia.es 35
La microencapsulación de sustancias activas, es
una solución para el empleo de aditivos que
requieren un aislamiento del medio en el que se
pretende emplear
El modo de liberación del principio activo depende
fundamentalmente de la forma de la partícula, del
material empleado como encapsulante, y del
método de encapsulación
Existe una gran variedad de sustancias
susceptibles de encapsularse con una amplia
diversidad de funciones. Del mismo modo, la
disponibilidad de materiales a emplear como
encapsulantes es muy diversa, lo que permite
seleccionar de manera específica las propiedades
que se pretende aportar a cada caso concreto
> Aspectos fundamentales
www.ainia.es 35

36. www.ainia.es 36
El punto de vista industrial y la metodología de
traslado a proceso productivo debe tenerse en
cuenta desde las primeras etapas de estudio de
laboratorio para obtener un producto real,
económico y viable.
El desarrollo del proceso de microencapsulación
en paralelo con el diseño de equipamiento para la
producción permite alcanzar resultados
industriales de manera más efectiva.
> Aspectos fundamentales
www.ainia.es 36

37. www.ainia.es 37
Muchas gracias por su atención
J. Daniel Rivera
jdrivera@ainia.es
Tel. +34 961 366 090 (Ext. 464)
Mov. 610781173