Evaluación termofísica de los materiales utilizados en emulsiones y microcápsulas y análisis de su efecto en el retardo de la oxidación de ácidos grasos poliinsaturados del aceite de linaza Público Deposited

En este trabajo se desarrolló una metodología teórica-experimental basada en el análisis de algunas propiedades termofísicas (coeficiente de difusión efectivo, temperatura de transición vítrea, propiedades higroscópicas y densidad de carga superficial), de los materiales utilizados en emulsiones y microcápsulas, para determinar su efecto sobre el retardo de la oxidación de los ácidos grasos poliinsaturados del aceite de linaza. Se trabajó con goma arábiga (GA) y goma de mezquite (GM), que son biopolímeros que en soluciones acuosas tienen una densidad de carga negativa, y quitosano (Q) que en solución acuosa ácida tiene una densidad de carga positiva. Estos biopolímeros pueden interaccionar de forma electrostática entre si y son capaces de modificar las propiedades de la membrana interfacial en emulsiones y de la matriz biopolimérica en microcápsulas. Se utilizó la siguiente nomenclatura: GA-06Q, GM-06Q representa soluciones con el 10% de goma y 0.6% de quitosano, en el caso de emulsiones se trabajó con GA o GM al 10 % más 0.0 %Q, 0.2 %Q, 0.4%Q y 0.6 %Q; las emulsiones fueron elaboradas con dos métodos el método tradicional (MT) y el método de deposición electrostática capa por capa (DCC) obteniéndose así la siguiente nomenclatura: GA-00Q, GA-02Q-MT, GA-04Q-MT, GA-06Q-MT, GA-02Q-DCC, GA-04Q-DCC, GA-06Q-DCC y GM-00Q, GM-02Q-MT, GM-04Q-MT, GM-06Q-MT, GM02Q-DCC, GM-04Q-DCC, GM-06Q-DCC, respectivamente. Las microcápsulas fueron obtenidas a partir de las emulsiones elaboradas con el método tradicional (MT) y el método de deposición electrostática capa por capa (DCC) utilizando solamente 0.0% Q y 0.6% Q obteniéndose así la siguiente nomenclatura: M-GA-00Q, M-GA-06Q-MT, M-GA-06Q-DCC y M-GM-00Q, GM06Q-MT, GM-06Q-DCC, respectivamente. Se evaluó el coeficiente de difusión efectivo (Def); se utilizó el método del régimen regular, que permite evaluar el Def como función del contenido de humedad y del encogimiento; después se evaluó la energía de activación del proceso de secado para cada sistema acuoso a base de biopolímero y se utilizó como un criterio de selección de los materiales utilizados en emulsiones y microcápsulas. Se encontró que el uso de una mezcla de goma arábiga o de mezquite con quitosano (GA-06Q, GM-06Q) en una relación 16.7 gomas quitosano g g = , disminuyó el coeficiente de difusión durante el proceso de secado isotérmico, obteniéndose así una mayor energía de activación del proceso de secado isotérmico. Se evaluó la temperatura de transición vítrea (Tg) de GA y GM, se utilizó glicerol como plastificante, debido a que estos materiales presentaron una Tg mucho mayor a la temperatura de descomposición (200 y 240 °C, respectivamente). Se midió la Tg de la mezcla con un calorímetro diferencial de barrido, los valores de Tg de la mezcla biopolímero-glicerol fueron ajustados al modelo de Gordon-Taylor para predecir el valor de la Tg de cada biopolímero sin plastificante. Los valores encontrados fueron los siguientes: La Tg de la goma arábiga fue 908 K y para la goma de mezquite fue 697 K, estos valores son una aproximación que puede estar alejada de la realidad. Se evaluaron las isotermas de sorción de agua; se utilizó el método de celdas de equilibrio y los datos experimentales fueron ajustados al modelo de GAB, se encontró que el valor de la monocapa fue menor en las microcápsulas debido al aceite superficial comparado con los biopolímeros solos. El valor de la monocapa en los materiales que contienen quitosano también fue menor debido a que los sitios donde el agua tiende a adsorberse fueron menores. El almacenamiento de las microcápsulas a actividades acuosas entre 0.32 y 0.44, propicio la formación de una monocapa de agua adsorbida. La viscosidad en las emulsiones exhibieron curvas de flujo correspondientes a materiales “estructurados” que están caracterizados por mostrar una viscosidad newtoniana a bajas tasas de corte, una región pseudoplástica en regiones intermedias de tasa de corte y una región viscosa newtoniana a altas tasas de corte, el mejor ajuste se obtuvo con el modelo de Carreau-Yasuda; este modelo describe adecuadamente la dependencia de soluciones dispersas con respecto a la tasa de corte. Las emulsiones elaboradas con GA y el 0.6% Q no presentó la segunda viscosidad newtoniana en el intervalo de la tasa de corte del experimento, debido posiblemente al incremento de las interacciones entre la GA y el quitosano. En general al incrementar la concentración de quitosano aumento el tiempo de relajación, esto significa que la emulsión requiere de mayor tiempo para que los floculos sean disgregados (rompimiento de interacciones) o se formen floculos más pequeños; este comportamiento se observo tanto en emulsiones con GA y GM. Se midió la oxidación del aceite de linaza cuantificando los hidroperóxidos formados en el aceite de linaza emulsionado. Se elaboraron emulsiones por dos métodos: método tradicional que consistió en la mezcla de biopolímeros, con diferente densidad de carga superficial, que interactuaron de forma electrostática y difundiéndose de forma mixta a la interfase durante la formación de la emulsión y el método de deposición electrostática capa por capa de los biopolímeros, que consiste en la formación de una emulsión primaria con una densidad de carga negativa, posteriormente está emulsión se diluyó en una solución acuosa de quitosano para formar una segunda capa. La formación de hidroperóxidos fue menor en las emulsiones que contienen GM. Las emulsiones elaboradas con GM (10%) y Q (0.6%) con el método de deposición capa por capa presentaron la menor formación de hidroperóxidos. Los materiales con la mayor energía de activación del proceso de secado isotérmico (GM-06Q) mostraron la menor formación de hidroperóxidos, el de menor energía de activación (GA) presentó la mayor formación de hidroperóxidos. Se midió la oxidación del aceite de linaza cuantificando los hidroperóxidos formados en microcápsulas elaboradas a partir emulsiones hechas con el método tradicional y el método de deposición capa por capa. Las microcápsulas que contienen GA presentaron la menor formación de hidroperóxidos comparadas con las que contienen GM. Las microcápsulas obtenidas con una emulsión elaborada con el método de deposición capa por capa (M-GA-06Q-DCC) mostraron la menor formación de hidroperóxidos. Las microcápsulas están formadas por una matriz vítrea (sólido amorfo), se requiere cierta cantidad de energía para incrementar el movimiento molecular y así facilitar la difusión de agentes prooxidantes. También se determino la cinética de formación de hidroperóxidos en las emulsiones encontrándose que las emulsiones estabilizadas con GA presentaron un orden de reacción menor comparado con el obtenido para las emulsiones que contienen GM; esto significa que la velocidad de formación de hidroperóxidos depende en menor grado de su concentración. A medida que se incrementó la concentración de quitosano el orden de reacción disminuyó ligeramente en las emulsiones de GA elaboradas por el método de deposición electrostática capa por capa. Las emulsiones elaboradas con GA presentaron una constante de reacción mayor con respecto a las elaboradas con GM; por tal razón, las emulsiones elaboradas con GA presentaron una mayor oxidación. Estos resultados indican que la membrana interfacial que rodea a los glóbulos de aceite influyen directamente en la velocidad de formación de hidroperóxidos, porque todas las emulsiones se elaboraron y almacenaron bajo las mismas condiciones. Probablemente la membrana interfacial limitó la difusión de agentes prooxidantes hacia el aceite de linaza. Las microcápsulas que fueron almacenadas a actividades acuosas entre 0.3 y 0.4 mostraron la menor formación de hidroperóxidos; estos resultados se correlacionan con los obtenidos por las isotermas de adsorción de agua, la monocapa actúa como una barrera contra la difusión de oxígeno. Los parámetros termooxidativos fueron calculados con el método de Flynn-Wall-Ozawa corregido y el método de Kissinger, se encontró que el valor de la energía de activación fue similar entre el método de Kissinger y el método de Flynn-Wall-Ozawa corregido. La energía de activación, del proceso termooxidativo, en orden descendente fue el siguiente: M-GA-06Q-DCC, M-GA-06Q-MT, M-GA-00Q, M-GM-06Q-DCC, M-GM-06Q-MT y M-GM-00Q. Estos resultados tuvieron la misma tendencia mostrada en la medición de hidroperóxidos en las microcápsulas. Por lo tanto, se puede utilizar un DSC para evaluar los parámetros termooxidativos de microcápsulas con diferentes matrices poliméricas, para determinar qué biopolímero o mezcla de biopolímeros proporciona mayor protección contra la oxidación de lípidos encapsulados.

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