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La encapsulación en alimentos

Las microcápsulas actúan como barreras contra malos olores y sabores y ayudan a resistir a las condiciones de procesamiento y empaquetado

img_microp Imagen: ICMAN-CSIC

La encapsulación es un proceso mediante el cual sustancias bioactivas de los alimentos se introducen en una matriz para impedir que se pierdan, para protegerlas de la reacción con otros compuestos o para frenar reacciones de oxidación a causa de la luz o del oxígeno. En líneas generales, la encapsulación constituye un medio de envasar, separar y almacenar materiales para su posterior liberación bajo condiciones controladas. Esta tecnología aporta, en el ámbito alimentario, productos con mejores características sensoriales y nutricionales.

Los procesos de encapsulación empezaron a desarrollarse entre 1930 y 1940 por la National Cash Register (NCR), en Ohio, EEUU, para la aplicación comercial de un tinte a partir de gelatina como agente encapsulante. La aplicación en alimentos es más reciente, debido sobre todo a un abaratamiento de la tecnología, que ha despertado el interés de la industria alimentaria. Este proceso permite, en función de la tecnología aplicada, encapsular nutrientes para que no sean atacados, degradados u oxidados, así como enzimas o células completas, permitiendo que los sustratos y productos entren y salgan de la cápsula.

Esta última idea se aplicó en el desarrollo de un hígado artificial con enzimas hepáticas colocadas en membranas semipermeables para mejorar su función. Las membranas de nylon han sido empleadas para encapsular y atrapar enzimas como la pepsina, la pectin-esterasa, la invertasa para la inversión de sacarosa y la renina para coagulación de leche. Incluso bacterias ácido lácticas como Lactobacillus lactis también pueden ser encapsuladas, lo que podría llegar a facilitar la elaboración de productos fermentados de forma continua.

Para la producción de microcápsulas se han propuesto diversos métodos que se dividen en procesos físicos (secado por aspersión, extrusión y recubrimiento por aspersión), procesos fisicoquímicos (coacervación simple o compleja y atrapamiento en liposomas) y procesos químicos. La selección del método dependerá del tamaño medio de la partícula requerida y las propiedades fisicoquímicas del agente encapsulante y la sustancia a encapsular, las aplicaciones para el material microencapsulado, el mecanismo de liberación deseado y el coste.

Secado por aspersión y aspersión por enfriamiento

La encapsulación de sabores previene reacciones indeseables con otros componentes del alimento, incluso durante un largo proceso de almacenajeSe han desarrollado varios métodos para encapsular sabores y aromas. El secado por aspersión es el más utilizado en la industria de los alimentos debido a que se trata de un método económico y efectivo en la protección de materiales. Los almidones modificados, las maltodextrinas y las gomas son empleados como materiales pared. El material a encapsular es homogenizado con el portador. Posteriormente, la mezcla se seca por aspersión y se atomiza por medio de una boquilla o disco. Tras este proceso, se recogen las cápsulas formadas listas para ser empleadas.

Actualmente se están estudiando nuevos materiales pared, incluyendo coloides y gomas naturales, para la obtención de mezclas que permitan incrementar la retención de compuestos volátiles y la vida comercial de las microcápsulas. Así, se ha conseguido la retención de aceites esenciales de naranja y disminuido su oxidación al usar goma arábiga, lo que indudablemente permite la inclusión de sustancias activas sin que se vean afectadas por los procesos de digestión iniciados en la boca y estómago.

Otro método es el de aspersión por enfriamiento o congelación, que consiste en mezclar el material a encapsular con el producto portador y atomizarlo por medio de aire frío. Las microcápsulas se producen por nebulización de la emulsión o suspensión que contiene el material pared y la sustancia activa sólida o líquida. Las coberturas más utilizadas son aceites vegetales en el caso de aspersión por enfriamiento o aceite vegetal hidrogenado para la aspersión por congelamiento; así pueden encapsularse líquidos sensibles al calor y materiales que no son solubles en disolventes convencionales.

La reducción de la temperatura produce una solidificación del lípido que actúa como pared y el atrapamiento de la sustancia activa en el centro de la cápsula. La aspersión por enfriamiento es usualmente empleada para encapsular sulfato ferroso, vitaminas, minerales o acidulantes. Las aplicaciones más comunes de la aspersión por congelación incluyen el secado de sopas y los alimentos con alto contenido de grasa. Las microcápsulas producidas por enfriamiento o congelación son insolubles en agua debido a su cobertura de lípidos, por lo que se encapsulan materiales solubles como enzimas, vitaminas solubles en agua y acidulantes.

Otros métodos

La microencapsulación por extrusión, otro de los métodos desarrollados, involucra el paso de una emulsión del material activo y el material pared a través de un dado a alta presión. La extrusión constituye el segundo proceso más usado, después del secado por aspersión, para la encapsulación de sabores. Un proceso típico involucra la mezcla de sabores con jarabe de maíz o almidón modificado caliente, extrusionando la mezcla en forma de esferitas (pellets) dentro de un baño con un disolvente frío como el isopropoanol. El disolvente frío solidifica el jarabe en un sólido amorfo, bañando los sabores. Los sabores tienen así una mayor vida. La vitamina C y los colorantes pueden tener una vida de almacenamiento superior a dos años, ya que se protegen de la oxidación. Además, la forma sólida de los sabores es más conveniente para su uso. La aplicación de este método en el procesamiento de alimentos incluye bebidas, pasteles, gelatinas o postres.

La cobertura por lecho fluidificado consiste en suspender partículas sólidas en aire a alta velocidad dentro de una cámara con temperatura y humedad controlada, donde se atomiza el material pared. La cantidad de partículas cubiertas depende de la longitud de la cámara y del tiempo de residencia dentro de ésta. La técnica es aplicable a coberturas que funden fácilmente (como aceites vegetales hidrogenados, estearinas, ácidos grasos, emulsionantes o ceras) o coberturas solubles (como almidones, gomas y maltodextrinas). Para coberturas fundibles se usa aire frío para endurecer el acarreador, mientras que para las coberturas solubles se usa aire caliente para evaporar el disolvente.Los ingredientes más fáciles de fundir son liberados al incrementar la temperatura o por rotura física, mientras que las coberturas solubles liberan su contenido al adicionar agua. Algunos alimentos fortificados y mezclas nutricionales contienen ingredientes encapsulados por lecho fluidizado, como por ejemplo: ácidos cítrico, láctico y sórbico o bicarbonato de sodio utilizado en productos de panificación.

Un tipo de cápsula con más propiedades versátiles y menos fragilidad que las hechas de grasa es el de los liposomas, utilizados para la liberación de vacunas, enzimas y vitaminas en el organismo, después de su paso por los tramos iniciales del aparato digestivo. El método de encapsulación en liposomas está formado de una o más capas de lípidos no tóxicos y aceptables en alimentos, cuya permeabilidad, estabilidad, actividad superficial y afinidad pueden variar con el tamaño y la composición del lípido. Los liposomas son vesículas que se forman cuando se dispersan películas de fosfolípidos en un medio acuoso. Actúan del mismo modo que las membranas naturales, siendo selectivamente permeables a iones.

APLICACIONES EN SEGURIDAD ALIMENTARIA

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Es bien conocido que el estómago, espacialmente su bajo pH, actúa de forma negativa contra algunos microorganismos beneficiosos, como las bifidobacterias, y puede alterar o reducir la absorción de otras sustancias, como algunas vitaminas y minerales, especialmente cuando se mezclan con quelantes. Estas sustancias pueden retener algunos nutrientes y evitan que sean absorbidos por el organismo.

Una de las principales ventajas de la encapsulación es la capacidad de retener ciertas sustancias de los alimentos o microorganismos y protegerlos de la acción del estómago, lo que permitiría el paso hacia el intestino de microorganismos y nutrientes no alterados con las demostradas ventajas nutricionales y de protección de aparato digestivo. Al mismo tiempo, es posible encapsular fármacos, lo que abre el campo a la utilización de sustancias que no aguantaban el paso por el estómago y los primeros tramos del tubo digestivo y que, de acuerdo con este principio, podrán ser administradas por vía oral.

Bibliografía

Yáñez Fernández J., Salazar-Montoya JA, Chaires Martínez L, Jiménez Hernández J, Márquez Robles M y Ramos Ramírez EG. 2002. Aplicaciones biotecnológicas de la microencapsulación. Avance y Perspectiva 21:313-19

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