Estudio fisicoquímico comparativo de coacervados complejos obtenidos a partir de mezclas binarias y ternarias de biopolímeros Público Deposited

La industria alimentaria ha puesto el reto a los investigadores para que desarrollen nuevos biomateriales que puedan mejorar las características de sus productos, tanto para prolongar la vida de anaquel al estabilizar formulaciones, para mejorar las propiedades reológicas que repercutan en mejorar los procesos de fabricación, brindar nuevas propiedades favorables a las formulaciones o mejorar la experiencia sensorial de los consumidores; de sustitución de grasas u otro tipo de sustancias que resultan nocivas para algunas personas al ingerirlas en exceso o en pequeñas proporciones y que participan activamente en las propiedades reológicas de algunos alimentos. Dicho esto, se ha investigado el comportamiento de los complejos de biopolímeros. Resulta interesante la formación de complejos mediante interacciones electrostáticas entre sus componentes, debido a que sus propiedades reológicas resultan ser mucho más eficientes que las de los biopolímeros de manera individual o en mezclas. El fenómeno de la coacervación forma complejos de polielectrolitos de cargas opuestas que son electrostáticamente neutros. El objetivo de este trabajo es la obtención y caracterización de coacervados complejos a partir de mezclas binarias y ternarias de biopolímeros (goma arábiga (GA) y goma de mezquite (GM) como polianiones, quitosano (Q) y aislado de proteína de suero de leche (WPI), buscando probar que los coacervados obtenidos a partir de mezclas ternarias de biopolímeros presentan diferentes características fisicoquímicas que los coacervados obtenidos a partir de mezclas secundarias debidas a las interacciones favorables que ocurren entre sus componentes, las cuales influyen en su comportamiento reológico. Se evaluaron las condiciones en las que ocurre la mínima diferencia entre los valores de potencial zeta de los biopolímeros polianiónicos y policatiónicos que forman parte de los coacervados, esto fue a valores de pH entre 3.5 y 5.5. Se hizo una relación de los miliequivalentes necesarios para titular una porción másica de biopolímeros en solución. Se evaluó el rendimiento de coacervación de todos los tratamientos. Los parámetros reológicos que fueron determinados a los coacervados consisten en pruebas de oscilación y amplitud en un reómetro rotacional. Los rendimientos más altos son los que se relacionan con los coacervados binarios con goma de mezquite en ambos policationes (superiores al 70%), seguidos por el tratamiento binario de goma arábiga para ambos policationes (cercano al 50% en quitosano y superior al 50% en WPI). Los demás tratamientos ternarios tienen un comportamiento similar, superior al 40% con los de quitosano y superiores al 60% con los de WPI. El tratamiento con el rendimiento más bajo es el coacervado ternario 75%GM-25%GA tanto para quitosano (30%) como para WPI (40%). Algunas cuestiones favorables o desfavorables respecto a la interacción de los componentes de los coacervados se pueden explicar con respecto al comportamiento polielectrolítico de las macromoléculas en solución. Los coacervados binarios y ternarios de los tratamientos con quitosano como policatión y los coacervados ternarios de WPI como policatión presentaron características predominantemente viscosas y comportamiento de gel débil. Los coacervados binarios de WPI como policatión presentaron características predominantemente elásticas y comportamiento de gel débil también. Todos los tratamientos presentaron un carácter reoadelgazante, ajustándose al modelo de Carreau con altos coeficientes de correlación. No se observa evidencia de sinergia entre GA y GM tanto en tratamientos binarios y ternarios de Quitosano y WPI como policatión. Por el ccosto bajo que representa utilizar WPI como materia prima, los coacervados obtenidos a partir de este policatión tienen potencial de utilizarse como estabilizantes y como matriz para contener compuestos de alto valor agregado en formulaciones alimenticias. Los coacervados con quitosano como policatión pueden aplicarse como estabilizante y como matriz contenedora de compuestos de alto valor agregado en formulaciones para el cuidado de la salud.

Food industry has challenged researchers to develop new biomaterials capable to improve product features as microencapsulation matrix, shell life extension by formulation stabilization, to improve rheological properties that ameliorate industrial processes, to endow new outstanding properties to formulations or enhancing a better sensorial experience to consumers, fat substitution or substances that result harmful in small or excessive amounts that participate in an active way in rheological properties of some food. Complex formation by electrostatic interactions between its components results important due to the efficiency in rheological properties compared with individual biopolymers on mixtures of them. Coacervation phenomenon consists in complex formation between opposite charged biopolymers resulting electrostatically neutral. The aim of this work is to obtain and characterize complex coacervates obtained from binary and ternary biopolymer mixtures: arabic and mesquite gum (GA, GM) as polyanions and chitosan (Q) and whey protein isolate (WPI) as polycathions. to probe that coacervates from ternary mixtures present different features than those obtained from binary mixtures, due to favorable interactions between its components, which impact on their rheological behavior. Optimal conditions where zeta potential minimal difference occurs between polyanionic and polycathionic biopolymers involved in coacervation were evaluated at pH values between 3.5 and 5.5. To determine amount of functional groups that react in biopolymer solution, a miliequivalent rate was made, taking account how many from NaOH are necessary to titrate a mass fraction of biopolymer solutions. Rheological parameters determined to coacervates were oscillation and flow tests in a rotational rheometer. Highest yieldings are related to binary coacervates with mesquite gum in both polycathions (more than 70%) followed by binary treatment of gum Arabic with both polycathions (up to 50% with chitosan and over 50% with WPI). The other ternary treatments have a similar behavior, over 40% with chitosan and over 60% with WPI. The lowest treatment yielding is ternary coacervate 75%GM-25%GA even for chitosan (30%) as for WPI (40%). Some favorable or unfavorable facts about interaction between component interactions are explained about polyelectrolytic behavior of macromolecules in solution. Binary and ternary coacervates obtained from treatments with chitosan as polycathion and ternary coacervates with WPI as polycathion presented predominantly viscous characteristics and weak gel behavior. Every treatment presented a shear-thinning behavior, fitting to Carreau model with high correlation coefficients. No evidence about synergy between GA and GM was found in binary and ternary treatments of Chitosan and WPI as polycathion. Due to WPI as a low cost material, coacervates obtained from it could be used potentially as stabilizers and as a matrix to contain high added value products in food formulations. Coacervates with chitosan as polycathion could be used potentially as stabilizers and as a matrix to contain high added value products in healthcare formulations.

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Última modificación: 09/30/2022
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