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Revista chilena de nutrición

On-line version ISSN 0717-7518

Rev. chil. nutr. vol.47 no.5 Santiago Sept. 2020

http://dx.doi.org/10.4067/s0717-75182020000500836 

Artículo de Revisión

Encapsulación de extractos antioxidantes desde sub-productos agroindustriales: una revisión

Encapsulation of antioxidant extracts from agroindustrial by-products: a review

Mary Castromonte1 

Jurij Wacyk2   

Carolina Valenzuela1  * 

1Departamento de Fomento de la Producción Animal, Facultad de Ciencias Veterinarias y Pecuarias, Universidad de Chile, La Pintana, Santiago, Chile.

2Departamento de Producción Animal, Facultad de Ciencias Agronómicas, Universidad de Chile, La Pintana, Santiago, Chile.

RESUMEN

Actualmente se generan grandes cantidades de sub-productos agroindustriales como residuos, aun cuando pueden ser fuente importante de variados compuestos antioxidantes. Una de las formas de aprovechar esta funcionalidad es concentrar los antioxidantes mediante la elaboración de extractos, siendo las “extracciones verdes”, que usan solventes como agua o etanol, que por ser más amigables con el medio ambiente y la salud humana, han sido las más estudiadas en los últimos años. Sin embargo, uno de los principales problemas de reutilizar este tipo de compuestos bioactivos es mantener su estabilidad, debido a que luego de ser extraídos desde su matriz biológica son muy sensibles a distintas condiciones medioambientales y de almacenamiento. Una tecnología que puede reducir la inestabilidad de los compuestos antioxidantes es la encapsulación, la cual también reduce las alteraciones organolépticas que se pudieran producir cuando son incorporados en alimentos. Según nuestro conocimiento no existen revisiones de encapsulación de extractos de sub-productos agroindustriales (en donde se puede encontrar una gran variedad de compuestos antioxidantes) y la información existente se basa en compuestos antioxidantes específicos encapsulados. Por tanto, el objetivo de esta revisión fue recopilar información actualizada respecto a la encapsulación de extractos antioxidantes obtenidos a partir de sub-productos agroindustriales vegetales y su incorporación como ingredientes en alimentos.

Palabras clave: Alimentos funcionales; Encapsulación; Extractos antioxidantes; Sub-productos agroindustriales

ABSTRACT

Currently large quantities of agro-industrial by-products are generated as waste even when they can be used as important sources of various antioxidant compounds. One of the ways to take advantage of this functionality is to concentrate antioxidants via the preparation of extracts. Due to their lower impact on the environment and human health “green extractions” using solvents such as water or alcohol have been the most studied in recent years. However, one of the main problems in re-using these bioactive compounds is maintaining stability after being extracted from their biological matrix. Instability relates to different environmental and storage conditions. One technology that can reduce antioxidants instability is encapsulation, which also reduces organoleptic alterations that could occur when they are incorporated into food. To our knowledge there are no reviews of encapsulation of agroindustry by-product extracts (where a wide variety of antioxidant compounds can be found) and existing information is based on specific encapsulated antioxidant compounds. Therefore, the objective of this review was to gather up-to-date information regarding the encapsulation of antioxidant extracts obtained from vegetable agro-industrial by-products and their incorporation as ingredients in food.

Keywords: Agroindustrial by-products; Antioxidant extracts; Encapsulation; Functional foods

INTRODUCCIÓN

Los sub-productos agroindustriales de origen vegetal se consideraron durante muchos años como desechos, contándose con pocas estrategias para su reutilización, siendo su eliminación problemática y pudiendo generar contaminación del medio ambiente1. Actualmente, la urgente demanda de sostenibilidad en los sectores alimentarios y agrícolas lleva a la revalorización de este tipo de sub-productos como fuente de antioxidantes naturales2. Sin embargo, su utilización directa sin extracción es compleja, debido a su alto contenido de humedad, presencia de componentes anti-nutricionales e inadecuadas características organolépticas3. Por esto, se ha intensificado la búsqueda de métodos de extracción de los distintos tipos de antioxidantes presentes en los sub-productos agroindustriales, para su posterior implementación industrial, con métodos que sean inocuos para la salud humana, amigables con el medio ambiente y de bajo costo4.

Los compuestos antioxidantes presentes en los sub-productos agroindustriales incluyen algunas vitaminas (C, A, E); carotenoides, como carotenos y xantófilas y compuestos fenólicos, particularmente ácidos fenólicos y flavonoides, siendo un grupo de sustancias que presentan estructuras químicas y mecanismos de acción muy variados; esto último, asociado a diferentes mecanismos para inhibir o retardar ya sea captando radicales libres, uniéndose a metales pesados, absorbiendo radiación UV, entre los principales5.

Por otro lado, entre las metodologías más utilizadas para concentrar los componentes antioxidantes desde los sub-productos se puede mencionar la elaboración de extractos. Sin embargo, cuando se extraen estos compuestos desde sus matrices, éstos se vuelven susceptibles a ciertos factores ambientales como el O2, luz, pH que los hacen inestables, pudiendo degradarlos o disminuir su funcionalidad. Además, algunos antioxidantes pueden presentar sabores astringentes y/o amargos6, pudiendo interferir con procesos como el consumo de alimento si son usados en mezclas de ingredientes o insumos. Una alternativa para reducir estas desventajas es encapsularlos. La encapsulación es una tecnología de micro-empaquetamiento utilizada para recubrir variados compuestos, siendo algunas de sus ventajas, el proteger el material encapsulado de condiciones ambientales adversas, aumentando su vida útil, proteger el material encapsulado de su paso por el tracto gastrointestinal, promover una liberación controlada y enmascarar sabores desagradables, entre las más destacadas7.

Por otra parte, en la actualidad los consumidores ya no exigen alimentos que satisfagan sólo las necesidades nutricionales básicas, sino que desean alimentos con beneficios adicionales para la salud, de esta forma los extractos antioxidantes podrían usarse como un ingrediente en la elaboración de alimentos funcionales, y al estar encapsulados no perder sus propiedades antioxidantes durante el proceso de mezcla con otros ingredientes, y almacenamiento e incluso mejorar sus características organolépticas8.

Hoy en día existe bastante información acerca de la extracción y encapsulación de compuestos antioxidantes presentes en vegetales. Sin embargo, según nuestro conocimiento no existen revisiones en la literatura enfocadas en la encapsulación de los extractos antioxidantes obtenidos desde sub-productos agroindustriales, empleando nuevas técnicas de extracción amigables con el medio ambiente y su incorporación en matrices alimenticias. Así, el objetivo de esta revisión fue recopilar información actualizada respecto a la encapsulación de extractos antioxidantes obtenidos a partir de sub-productos agroindustriales vegetales y su incorporación como ingredientes en alimentos.

DESARROLLO

1. Sub-productos agroindustriales vegetales como fuente de antioxidantes

Durante la elaboración de alimentos o bebidas para consumo humano, el procesamiento de las materias primas vegetales genera considerables cantidades de sub-productos que incluyen cáscaras, piel, semillas, hojas, tallos, restos de pulpa y otras partes del vegetal9. La gran cantidad y características físicas de estos provoca serios problemas de gestión para su manejo, desde su generación hasta su disposición final; eliminarlos tiene altos costos asociados a transporte, tratamiento o disposición final, generándose focos de contaminación ambiental, ya que los residuos pueden convertirse en hábitat para vectores de enfermedades, contaminar fuentes de agua, emitir malos olores, y producir acidificación de suelos, entre otros; por otro lado, muchos de estos sub-productos, tienen el potencial de ser reutilizados1,3. El origen de estos sub-productos es variado ya que se generan después del procesamiento de vegetales para producir vino, jugos, compotas, salsas, aceites, etc10,11,12. Algunos sub-productos tienen un nombre característico, como el caso del orujo del procesamiento del vino, alperujo de la obtención del aceite de oliva y pomasa del procesamiento del tomate para salsa11,13,14. A otros se les denomina de igual forma que la parte de donde provienen (cáscara, piel, semillas, etc.)15. El rendimiento de los sub-productos agroindustriales también es variable, ya que por ejemplo, el orujo de uva representa el 20% del peso original de la uva utilizada para producir vino; en este proceso, sólo una pequeña parte de los fitoquímicos se transfiere al vino, mientras que grandes cantidades permanecen en el orujo11,16. En la elaboración de jugos de frutas, los residuos representan el 25-40% de la masa seca de las frutas17,18. Para el caso de la pomasa de tomate, ésta representa alrededor del 4% del peso del vegetal14.

En la tabla 1 15,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31, se mencionan los principales compuestos bioactivos con actividad antioxidante presentes en distintos sub-productos vegetales, los cuales varían dependiendo de la materia prima de donde provengan, siendo los ácidos fenólicos y flavonoides los predominantes; por ejemplo en sub-productos de carambola, granada, cebolla, arándanos y betarraga, se encuentran presentes el ácido gálico y elágico, los cuales pertenecen a los ácidos hidroxibenzoicos17,18,19,22,27,28, y en sub-productos provenientes de palta y aceituna los ácidos fenólicos predominantes son del tipo hidroxicinámicos15,26. Los flavonoides que se encuentran con mayor frecuencia son catequinas, presentes en sub-productos de palta, uva, manzana, betarraga y zanahoria15,18,19,20,21,30 y antocianinas en sub-productos de uva, arándanos y acerola20,22,29. En algunos de estos sub-productos también están presentes taninos, vitaminas, carotenos, pigmentos y otros. En los últimos años se han publicado diversos estudios que señalan que los compuestos bioactivos naturales extraídos de los vegetales son beneficiosos para la salud humana ya que poseen actividad antioxidante, tienen propiedades anticancerígenas, cardioprotectoras, antimicrobianas y antiinflamatorias10,23,32,33. Por esto la extracción de este tipo de compuesto en conjunto con el concepto de economía circular, es un “hot topic” en la actualidad.

Tabla 1 Principales compuestos antioxidantes presentes en sub-productos de origen vegetal. 

Autor Vegetal Proceso agroindustrial Sub-producto Compuesto bioactivo antioxidante
[15] Palta Pulpa Cáscaras y semillas Catequinas, procianidinas y taninos condensados.
[17] Carambola Jugo Orujo Ácido L-ascórbico, epicatequina, formas de ácido gálico y proantocianidinas.
[1819] Betarraga Azúcar Pomasa Betalainas, catequina, epicatequina, ferúlico, protocatúcico, vanílico, p-cumárico y p-hidroxibenzoico
[20] Uva Vino Orujo Quercetina, kaempferol, miricetina, catequinas, epicatequinas, antocianinas, resveratrol.
[21] Manzana Jugo Pomasa Procianidinas, flavonoles, dihidrochalconas, ácidos hidroxicinámicos, catequinas.
[22] Arándano Jugo Orujo Antocianinas, flavonoles, flavan-3-ols, estilbenos, procianidinas, taninos, vitaminas y ácidos fenólicos.
[23] Naranja Jugo Cáscaras Flavonoides, ácidos fenólicos y terpenos como el D –limoneno.
[2425] Tomate Salsa Pomasa Licopeno, beta-carotenos, ácidos fenólicos, flavonoides.
[26] Aceituna Aceite Alperujo Oleuropeína, hidroxitirosol, pirogalol, catecol, ácido elágico y benzoico.
[27] Granada Jugo Cáscaras y semillas Ácido elágico, flavonoides (quercetina, kaempferol) y punicalagina.
[28] Cebolla Deshidratados Escamas Quercetina, kaempferol, mircetina, ácido naringénico, ácido ferúlico, ácido elágico.
[29] Acerola Jugo Orujo Ácido clorogénico, antocianinas, flavonoides, carotenoides.
[30] Zanahoria Jugo Orujo Compuestos fenólicos (ácido clorogénico, ácido cafeico, catequina y epicatequina) y carotenoides.
[31] Papa Snacks, congelados Piel Ácidos fenólicos (ácido clorogénico y ácido cafeico), flavonoides.

2 Extracción de compuestos bioactivos antioxidantes desde sub-productos agroindustriales vegetales

La reutilización de sub-productos vegetales en su forma húmeda presenta varias desventajas, ya que la incorporación y homogenización con otros ingredientes es compleja, su almacenamiento es difícil debido al alto nivel de humedad que poseen favoreciéndose la proliferación de hongos y la generación de micotoxinas, además de elevarse los costos de su transporte3. Es así que su uso en formatos sin procesar se ha destinado principalmente a la alimentación de animales rumiantes y producción de biocombustibles34,35. Por otro lado, la generación de harinas a partir de sub-productos agroindustriales mediante procesos de secado, se ha estudiado para su aplicación en alimentación, principalmente para animales monogástricos y humanos. Una de las desventajas de las harinas de sub-productos agroindustriales vegetales es su alto contenido de fibra cruda (20-70%), y dependiendo de la matriz, pueden poseer alto contenido de compuestos anti-nutricionales, generando un efecto de dilución de los compuestos antioxidantes36. Por esta razón, la tendencia actual es elaborar extractos que permiten concentrar los compuestos antioxidantes en base a tecnologías de extracción “verde”, que son procesos más amigables con el medio ambiente e inocuos24.

La extracción sólido-líquido es una de las técnicas consideradas como convencionales para extraer los componentes antioxidantes desde los sub-productos agroindustriales, siendo un proceso donde el compuesto bioactivo de interés se transfiere desde su matriz sólida hasta una fase líquida19,37. Actualmente, los solventes más utilizados para este tipo de extracción son los denominados “verdes” (agua, etanol y sus mezclas), como alternativa a los solventes orgánicos convencionales (acetona, hexano, cloroformo, otros), debido a su baja toxicidad, producción sostenible, menores costos y efectos negativos para la salud humana24. Dentro de las técnicas no convencionales, una de las más empleadas es la extracción asistida por ultrasonido, la cual genera ondas ultrasónicas, produciendo un efecto de cavitación, lo que resulta en una mayor penetración del solvente en la matriz del sub-producto, acelerando la liberación de los compuestos22,24, con esta técnica se obtienen mejores rendimientos comparado con las convencionales22,23. En este grupo también se encuentra la extracción con fluidos supercríticos que utiliza solventes como el CO2, obteniéndose extractos libres de residuos tóxicos38.

Independiente del proceso, para optimizar la extracción de compuestos bioactivos en general se modifican parámetros tales como tipo y proporción del solvente, temperatura y tiempos de extracción18. En cuanto a la temperatura se sabe que es un factor determinante, ya que muchos compuestos bioactivos son susceptibles a temperaturas elevadas, indicando algunas investigaciones que el valor óptimo para la extracción de antioxidantes como licopeno y compuestos fenólicos fluctúa entre 40-60 °C24,39. Con respecto al tiempo de extracción se han encontrado distintos valores, los cuales están en relación con la técnica utilizada y el compuesto de interés, con un rango entre 7 y 60 min18,21. En este sentido, Pintac et al20 elaboró extractos de orujo de uva mediante la técnica de extracción sólido-líquido, utilizando distintos solventes, obteniendo como resultado que el metanol al 80% fue el mejor solvente, ya que proporcionó un mayor rendimiento de todos los polifenoles a escala industrial. Esta misma técnica fue empleada por Kushwaha et al18 para elaborar extractos a partir de subproductos de betarraga, utilizando agua destilada como disolvente, obteniendo buenos resultados. Pingret et al39 extrajo compuestos bioactivos desde la pomasa de manzana mediante ultrasonido, empleando agua destilada como solvente, demostrando que el contenido total de ácidos fenólicos era un 30% más alto que el obtenido por extracción convencional. Esta misma técnica fue utilizada por Wang et al21 para obtener extractos antioxidantes de sub-productos de manzana, con la diferencia que empleó como solvente mezclas de etanol/agua, logrando la mayor eficiencia de extracción de polifenoles a los 30 min y con 50% de etanol. Benelli et al23 realizó un estudio en donde comparó distintos métodos y solventes para extraer compuestos bioactivos antioxidantes a partir de orujo de naranja y observó que la extracción mediante fluidos supercríticos obtuvo mejores resultados en cuanto a capacidad antioxidante y concentración de fenoles totales, respecto a otros métodos como soxhlet, ultrasonido e hidrodestilación.

Luego de la obtención de los extractos, el paso siguiente es su caracterización, que se basa principalmente en determinar la capacidad antioxidante por métodos como “Oxygen Radical Absorbance Capacity” (ORAC), estabilidad del radical 1,1-difenil-2-picrilhidrazil (DPPH), eliminación del radical 2,2-azinobis-3-etilbenzotiazolina-6-sulfonato (ABTS), u otros; análisis de los compuestos antioxidantes contenidos en los extractos (fenoles, flavonoides, antocianinas, betalaínas) por diferentes técnicas, siendo las más usadas “high-performance liquid chromatography” (HPLC) y cromatografía; cuantificar el rendimiento de extracción y determinar las características físico-químicas de los extractos, como color, pH, u otras19,23,37.

3 Encapsulación de extractos antioxidantes

La tecnología de encapsulación consiste en cubrir un determinado principio activo (en este caso los extractos antioxidantes) con un material de recubrimiento o matriz7,40. Se ha descrito que la encapsulación de extractos antioxidantes brinda protección a los compuestos bioactivos frente a condiciones desfavorables, ya sea medioambientales (oxígeno, luz, agua, entre otros), del tracto gastrointestinal (pH, enzimas), del procesamiento de los alimentos (temperatura, humedad), o del almacenamiento41,42,43. Otra ventaja es enmascarar el sabor desagradable propio de algunos compuestos antioxidantes y mejorar la palatabilidad de las matrices alimentarias en donde se incorporan11,44,45. Como también dirigir la liberación del material encapsulado a un lugar específico y de forma controlada en el tiempo7. También es posible encapsular dos o más compuestos que puedan ejercer un efecto sinérgico potenciando su bioactividad, y usar más de un método de encapsulación para aumentar aún más la protección del compuesto bioactivo encapsulado, siendo este método conocido como co-encapsulación46.

Existen muchas técnicas para encapsular extractos antioxidantes y a continuación se describen las más comúnmente usadas. El secado por atomización es un tipo de evaporación rápida, lograda por el paso de la muestra líquida por boquillas en donde para aire caliente a alta presión. Esta es la técnica más utilizada debido a que este proceso es considerado de bajo costo, simple y con mayores aplicaciones industriales44. Mediante esta técnica se generan nano y micropartículas y es posible cambiar la forma física del producto original de estado líquido a sólido, lo cual es un atributo muy importante en la industria de alimentos, porque permite adicionar el producto encapsulado en una gran variedad de matrices alimentarias47.

El secado por congelación o liofilización consiste en deshidratar la muestra sometiéndola a una rápida congelación y posteriormente un ligero calentamiento al vacío que lo transforma en vapor. Es otra técnica de uso común, que tiene la ventaja de no aplicar calor a la muestra, obteniendo productos en formato de polvo, sin embargo, esta técnica es más costosa que la anterior48.

Las micro o nano emulsiones son formulaciones en base de agua con gotas emulsionadas de muy pequeño tamaño (nano o micro), termodinámicamente estables, que no presentan separación de fases. Esta técnica ha sido bastante utilizada para encapsular extractos antioxidantes de carácter lipofílico49, obteniendo suspensiones que pueden ser incorporadas en matrices alimenticias, y que a su vez pueden también ser secadas por atomización y/o liofilización41,50. Otras técnicas que también se han utilizado para encapsular antioxidantes son la gelación iónica, la que consiste en suspender el principio activo a encapsular en una solución acuosa de alginato de sodio, la que se gotea sobre una solución de cationes. Al entrar la gota de alginato de sodio en contacto con el cation, se produce la gelificación instantánea de la misma, obteniéndose una membrana de alginato cálcico que es insoluble en agua pero permeable28. También se ha usado el entrampamiento en liposomas, que son vesículas lipídicas compuesta de una doble capa de fosfolípidos, con secciones hidrosolubles y liposolubles, formadas por técnicas como evaporación del solvente por ejemplo51.

La elección del material encapsulante depende del tipo de compuesto bioactivo a encapsular, sus características físico-químicas, su costo y propósito de uso. Según Labuschagne52, el material más utilizado para la encapsulación de antioxidantes de origen vegetal ha sido la maltodextrina (29%), seguida de goma arábiga (20%). La maltodextrina es un polisacárido higroscópico, derivado de la hidrolisis del almidón, incoloro en soluciones acuosas, soluble en agua, de baja viscosidad y de bajo costo, por lo cual es muy utilizada en la industria alimentaria y es compatible con la técnica de secado por atomización y la liofilización53. Por otro lado, la goma arábiga posee una combinación de características favorables asociadas a su capacidad de formación de película, ser hidrosoluble, tener baja viscosidad, mostrar buena retención de componentes volátiles y propiedades emulsionantes, siendo su principal desventaja su alto costo y disponibilidad limitada, por esto se suele combinar con maltodextrina y también es compatible con el secado por atomización y la liofilización44. El alginato, otro material muy utilizado para encapsular extractos antioxidantes, es un polisacárido proveniente desde las algas pardas, que se caracteriza por ser indigerible por humanos y animales monogástricos, poseer buenas propiedades coloidales y de formación de gel, formar películas, micropartículas y microesferas, y tiene la destacada característica de liberar su contenido en intestino delgado de forma controlada, se emplea principalmente en la gelación iónica, atomización y liofilización54. La carboximetilcelulosa es un polisacárido derivado de la celulosa ampliamente utilizado en la industria alimentaria, pero es de elevado costo, se ha utilizado en técnicas de secado por atomización11. El quitosano es un polisacárido, derivado de la quitina, con excelentes propiedades como agente encapsulante, que es indigerible y es bastante usado con estos fines, se ha empleado en técnicas como gelación iónica y emulsiones55.

En la tabla 2 se resumen los resultados de diversas investigaciones sobre la encapsulación de extractos antioxidantes provenientes de sub-productos agroindustriales, siendo uno de los resultados más relevantes la mejora en la estabilidad al almacenamiento de los extractos encapsulados. Waterhouse et al42 encapsuló extractos de residuos de arándano donde la utilización de alginato como recubrimiento obtuvo mejor estabilidad que las muestras encapsuladas con inulina. También en algunos estudios se demostró que la encapsulación mejora las propiedades organolépticas de los extractos antioxidantes, por ejemplo, para el caso de extractos de orujo de uva, ya que su encapsulación con maltodextrina y carboximetilcelulosa redujo la astringencia característica de este sub-producto y los panelistas describieron un menor amargor11.

Tabla 2 Ejemplos de extractos antioxidantes obtenidos desde sub-productos agroindustriales encapsulados. CMC: carboximetilcelulosa, GA: goma arábiga, MD: maltodextrina. 

Autor Fuente Tipo de extracción Técnica de encapsulación Material encapsulante Resultados obtenidos
[41] Pomasa de tomate Dióxido de carbono supercrítico Emulsión Gelatina y ácido poliglutámico Tamaño de partícula promedio de 38,7 μm. Liberación controlada de licopeno que aumenta a pH 5,5 y 7,0. Mayor estabilidad térmica.
[11] Orujo de uva Hidroalcohólica Secado por atomización MD con CMC Mayor estabilidad al almacenamiento y altas eficiencias de encapsulación. Rendimientos bajos (7,7%).
[17] Orujo de carambola Hidroalcohólica Secado por atomización/liofilización MD Mayor eficiencia de encapsulación en muestras liofilizadas. Simulación gastrointestinal in vitro mostró mayor liberación de compuestos fenólicos en el fluido gástrico a pH 1.
[42] Residuos de arándano Acuosa Secado por atomización Alginato e inulina El alginato obtuvo mejor rendimiento (72,1%) concentración de fenoles totales (30,32 mg GAE/g) y estabilidad al almacenamiento.
[29] Residuos de acerola Hidroalcohólica Secado por atomización/liofilización MD y GA Actividad antioxidante más alta, bajo contenido de humedad, menor tamaño de partícula y mejores características morfológicas con secado por atomización.
[56] Piel de uva Hidroalcohólica Secado por atomización MD, GA y leche en polvo descremada Altos rendimientos, liberación prolongada de antocianinas y compuestos fenólicos en diferentes medios, micropartículas no porosas y esféricas con MD y GA.
[57] Alperujo de aceituna Hidroalcohólica Secado por atomización MD Partículas esféricas con superficie lisa, diámetro promedio de 5 a 25 μm. Alta recuperación de polifenoles, notable actividad antioxidante y buena estabilidad al almacenamiento.
[58] Orujo de uva Hidroalcohólica Secado por atomización Mezclas de MD y GA Las microcápsulas más eficientes se obtuvieron con una relación 8:2 de MD:GA a una temperatura de entrada de 140°C.
[48] Orujo de guinda Hidroalcohólica Liofilización Mezclas de MD y GA Las microcápsulas con relación entre principio activo: recubrimiento de 1:20 tenían tamaños de partículas más pequeños y mayores eficiencias de encapsulación (78-92%).
[59] Pomasa de betarraga Hidroalcohólica Liofilización Proteína de soya La digestión in vitro y liberación de compuestos fenólicos mostraron una mayor liberación en el fluido intestinal simulado que en el gástrico.
[28] Escamas de cebolla Hidroalcohólica Gelación iónica Alginato Las perlas de alginato con 6% de principio activo mostraron la actividad antioxidante máxima manteniéndose estables en el fluido gástrico e intestinal simulado.
[60] Orujo de uva Hidroalcohólica Gelación iónica alginato Extractos encapsulados fueron más estables que extractos libres. La eficiencia de encapsulación (20-30%) en perlas fue independiente de la concentración de extracto.
[61] Orujo de uva Alcohólica Gelación iónica Alginato/ quitosano El mejor sistema fue alginato:quitosano (1:3% p/v). La eficiencia de encapsulación disminuyó al aumentar el diámetro de las perlas.

CMC: carboximetilcelulosa, GA: goma arábiga, MD: maltodextrina.

La literatura disponible indica que las características físico-químicas de las micropartículas como el contenido de compuestos bioactivos, capacidad antioxidante, eficiencia de encapsulación, rendimiento del proceso, liberación, tamaño, color, etc., dependen de la técnica de encapsulación, el tipo y proporciones del material encapsulante y las condiciones de encapsulación, entre otras. Por ejemplo, Rezende et al29 encapsuló extractos de residuos de acerola comparando dos técnicas, obteniendo mejores características para las micropartículas atomizadas ya que obtuvieron concentraciones más altas de compuestos fenólicos y actividad antioxidante; con un bajo contenido de humedad, higroscopicidad y tamaño de partícula respecto de las micropartículas liofilizadas. En otra investigación. Waterhouse et al42 indicó que las micropartículas encapsuladas con alginato obtuvieron mejor resultado comparado con las encapsuladas con inulina en cuanto al rendimiento (72,1%) y concentración de fenoles totales (30,32 mg GAE/g). Con respecto a las proporciones Cilek et al48 describió que las micropartículas de extractos de orujo de guinda (EOG) con relación entre EOG: recubrimiento de 1:20 mostraban tamaños de partículas más pequeños y mayores eficiencias de encapsulación (78–92%), en comparación con la relación de 1:10, posiblemente porque al aumentar la concentración de material de recubrimiento, aumenta la viscosidad y se dificulta la difusión del principio activo a la superficie de la micropartícula.

En la figura 1 se muestran imágenes de extractos antioxidantes de sub-productos agroindustriales encapsulados. Se observan diferentes tipos de micropartículas incluyendo microcápsulas, perlas, liposomas y emulsiones, con diferencias morfológicas externas notables, dependiendo de la técnica de encapsulación utilizada y material encapsulante empleado. En la figura 1A se aprecian liposomas de lecitina que encapsulan extractos de sub-productos de mora recubiertos con quitosano y maltodextrina51. En la figura 1B-C se observa la apariencia de perlas de alginato que encapsulan extractos de cebolla y orujo de uva, encapsulados por la técnica de gelación iónica. Estas perlas exhiben un tamaño grande aproximado de 0,28 a 2,4 mm y formas esféricas28,60. En la figura 1D-L se muestran imágenes de micropartículas captadas mediante microscopía electrónica de barrido, excepto en la figura 1J que fue tomada con microscopio confocal. Las imágenes 1D-I, son micropartículas que encapsulan extractos de piel de uva, residuos de arándano, tuna, alperujo de oliva y orujo de uva mediante secado por atomización, utilizando distintos tipos de material encapsulante (suero de leche, inulina, alginato, maltodextrina y mezcla de maltodextrina con goma arábiga)42,56,57,58,62. La figura 1D-F muestran micropartículas con una superficie rugosa, con formas esféricas pero heterogéneas, mientras que las imágenes G-I exhiben superficies más lisas con formas esféricas y tamaños más homogéneos, aspecto asociado al material pared utilizado en cada caso. En la figura 1J-K se presentan nanoemulsiones, la primera de aceite de maíz con proteína de soja que encapsulan resveratrol63 y la segunda de lecitina de soja con extractos de orujo de uva50. Finalmente, en la figura 1L se aprecian micropartículas elaboradas con mezclas de maltodextrina y goma arábiga que encapsulan extractos de orujo de guinda liofilizados; éstas presentan formas y tamaños irregulares, que son característicos de la técnica empleada48.

Figura 1 Morfología externa de extractos antioxidantes encapsulados con distintos materiales pared y mediante diferentes técnicas. A: liposomas de lecitina recubiertos con quitosano y maltodextrina que encapsulan extractos de sub-productos de mora utilizando la técnica de entrampamiento en liposomas. B y C: Perlas de alginato de sodio con extractos de orujo de uva y escamas de cebolla generadas por gelación iónica. D, E, F, G, H, I: Micropartículas de varios materiales que encapsulan extractos de piel de uva, residuos de arándano, tuna, alperujo de oliva y orujo de uva, respectivamente, elaboradas por secado por atomización. J y K: nanoemulsiones que encapsulan resveratrol y extractos de orujo de uva, desarrolladas por la técnica de microemulsión. L: Micropartículas de mezclas de maltodextrina con goma arábiga que encapsulan extractos de orujo de guinda mediante liofilización. 

4 Extractos antioxidantes encapsulados incorporados en matrices alimenticias

Actualmente, los consumidores exigen alimentos que satisfagan las necesidades nutricionales, y que además provean beneficios adicionales para la salud, como los alimentos funcionales8. Una estrategia para funcionalizar alimentos animales o humanos es la incorporación de extractos encapsulados provenientes de sub-productos agroindustriales. En la tabla 3 se presentan algunos estudios en donde se incorporaron antioxidantes naturales encapsulados extraídos de sub-productos agroindustriales, en matrices alimenticias tales como galletas, helado, chocolate, pasta de avellana, leche y té. Las galletas y los helados son productos particularmente interesantes para la adición de ingredientes funcionales debido a su demanda, variedad, bajo costo y porque son consumidos por todos los estratos socioeconómicos de la población, ambos productos generalmente son pobres en antioxidantes naturales. Šaponjac et al8 describió que la incorporación de extractos de orujo de cereza amarga encapsulados en galletas influyó positivamente en sus características funcionales, en su conservación y también en su coloración. Un efecto similar fue observado por Davidov et al64 con microcápsulas de extractos de semilla de uva, agregadas en galletas, que presentaron mayor capacidad antioxidante, sin embargo, en este caso la astringencia fue percibida por los panelistas. Cam et al12 concluyó que helados enriquecidos con extractos de cáscaras de granada encapsulados mejoraron la actividad antioxidante de este alimento y tuvieron una evaluación sensorial satisfactoria. En la leche, los extractos de piel de manzana encapsulados junto a probióticos han demostrado potenciar la viabilidad de los microorganismos utilizados65. De la misma forma, en productos con alto contenido de lípidos como la pasta de la avellana, propensos a la oxidación, la incorporación de extractos antioxidantes de orujo de uva y cáscara de granada encapsulados contribuyeron a prolongar su vida útil50,66. En el chocolate, extractos de sub-productos de mora ricos en antocianinas encapsulados como liposomas, mostraron mejor estabilidad al aumento de temperatura y al pH durante su procesamiento51. Estas investigaciones demuestran que la incorporación de compuestos antioxidantes encapsulados como ingrediente en distintos tipos matrices alimenticias mejora la estabilidad de los principios activos encapsulados y entrega propiedades funcionales a los alimentos, abriendo así posibilidades de aplicación en otros tipos de productos de la industria alimentaria.

Tabla 3 Ejemplos de extractos antioxidantes encapsulados e incorporados en matrices alimenticias. 

Autor Fuente del extracto Encapsulación Alimento Matriz Resultados
[64] Semilla de uva Microcápsulas de goma de mezquite y de maltodextrina con zeína Galletas Galletas con mayor capacidad antioxidante. Los panelistas encontraron que las galletas enriquecidas fueron más astringentes y con aromas y sabores similares a las del control
[50] Orujo de uva Nanoemulsiones Pasta de avellana Pastas con menor oxidación lipídica
[65] Piel de manzana más probióticos Perlas de alginato Leche El probiótico co-encapsulado con el extracto mostró mayor viabilidad en la leche que el encapsulado sin el extracto
[12] Cáscara de granada Microcápsulas de maltodextrina Helado Mejora significativa de actividad antioxidante de los helados enriquecidos. Más del 75% de aceptación en la evaluación sensorial
[66] Cáscara de granada Micropartículas de mezclas de maltodextrina, leche desnatada en polvo, proteína de suero y goma arábiga Pasta de avellana El extracto fenólico encapsulado fue eficaz para mejorar la vida útil de la pasta, a pesar de su solubilidad limitada en una matriz de alto contenido de lípidos
[8] Orujo de cereza amarga Micropartículas de suero de leche y proteína de soja Galletas La encapsulación influyó positivamente en las características funcionales de las galletas fortificadas, su conservación y color y recibieron una aceptación sensorial satisfactoria
[51] Sub-producto de mora Liposomas de lecitina cubiertos con quitosano y maltodextrina Chocolate Los liposomas cubiertos con quitosano proporcionaron mejor protección a las antocianinas tanto al aumento de la temperatura como al pH durante el procesamiento del chocolate
[67] Pieles de naranja y té verde Micropartículas de gelatina y goma arábiga Bolsa de té Las bolsas con micropartículas mejoraron la calidad del té

Finalmente, en el mercado existen productos patentados elaborados en base a extractos de sub-productos agroindustriales, por ejemplo la empresa Abrobiotec S.L. cuenta con una gama de productos patentados como Eminol® y Vinesenti® elaborados a partir de extractos de orujo de uva, los cuales tienen como objetivo potenciar y enriquecer alimentos, aportando color, sabor y aromas característicos, además de prolongar su vida útil según lo informado en su página web (https://matarromera.es/vinesenti/)68. Otro producto comercial es el extracto de semilla de uva que utiliza el secado por atomización y se comercializa bajo la línea MegaNatural® y se emplea para funcionalizar alimentos o bebidas según la información de la empresa Polyphenolics S.A (https://www.polyphenolics.com/meganatural-bp/)69. La empresa Diana Food, con su producto CranPure™ es otro producto comercializado, que contiene extracto de orujo de arándano secado por atomización utilizando carbohidratos (maltodextrina, almidones resistentes, inulina) como material encapsulante70. Estos son algunos ejemplos comerciales del uso de extractos antioxidantes de sub-productos agroindustriales y una pequeña muestra de los posibles usos de la tecnología de encapsulación.

CONCLUSIONES

Los sub-productos agroindustriales vegetales son una fuente natural prometedora de compuestos bioactivos antioxidantes beneficiosos para la salud, y la encapsulación de sus extractos permite mejorar la estabilidad y enmascarar los sabores desagradables principalmente, pudiendo incorporarse en matrices alimenticias sin perder sus características antioxidantes para la producción de distintas variedades de alimentos saludables.

Agradecimientos

Proyecto Fondef Idea ID16I10274 y Proyecto VID Enlace código ENL 04/19.

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Recibido: 20 de Diciembre de 2019; Revisado: 10 de Abril de 2020; Aprobado: 05 de Junio de 2020

*Dirigir correspondencia: Carolina Valenzuela. Departamento de Fomento de la Producción Animal, Facultad de Ciencias Veterinarias y Pecuarias, Universidad de Chile. Avda. Santa Rosa 11735, La Pintana, Santiago, Chile Email: cvalenzuelav@u.uchile.cl.

Jurij Wacyk. Departamento de Producción Animal. Facultad de Ciencias Agronómicas. Universidad de Chile. Av. Santa Rosa N° 11315. La Pintana, Santiago, Chile. Email: jwacyk@uchile.cl

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