Síntesis y caracterización de nanopartículas biopoliméricas y su aplicación para la encapsulación de aceite de chía a través de emulsiones pickering

Abstract

En los últimos años ha aumentado el interés por la aplicación de la nanotecnología en la industria alimentaria para diseñar nuevos ingredientes. En particular, pueden sintetizarse nanopartículas (NPS) sólidas a partir de biopolímeros para aplicarlas a la formulación de emulsiones Pickering, y vehiculizar así compuestos bioactivos de interés. Este estudio tuvo como objetivo sintetizar y caracterizar NPS de proteínas de suero lácteo (WPI) y conjugados WPI/dextranos (DX) de distintos pesos moleculares (6 y 100 kDa) para encapsular aceite de chía en emulsiones Pickering. Los conjugados WPI/DX se obtuvieron mediante la Reacción de Maillard y presentaron mayor actividad antioxidante que el WPI solo. Las NPS se sintetizaron por dos métodos: (i) NP1, nanopartículas formadas por agregación al azar en solución acuosa, y (ii) NP2, nanopartículas esféricas obtenidas a partir de emulsiones W/O tratadas térmicamente. Las NP1 mostraron tamaños de 10-50 nm, mientras que las NP2 eran esféricas y rígidas, con tamaños de 200-500 nm. Luego las emulsiones formuladas con NP2 presentaron mayores tamaños de gota y propiedades reológicas tipo gel, mientras que las NP1 generaron gotas más pequeñas y homogéneas. Tras el secado spray, se obtuvieron polvos finos y libres de aceite para todos los sistemas. Las microcápsulas estabilizadas con NP2, particularmente MC-NP2 WPI/DX6 y MC-NP2 WPI/DX100, mostraron la mejor estabilidad oxidativa, manteniendo el índice de peróxidos dentro de los límites del Codex Alimentarius tras 3 meses de almacenamiento a 25°C. Este comportamiento estaría atribuido a la barrera física de las NPS esféricas y su mayor actividad antioxidante.

In recent years, there has been growing interest in applying nanotechnology in the food industry to design new ingredients. Specifically, solid nanoparticles (NPs) can be synthesized from biopolymers and used in Pickering emulsions to encapsulate bioactive compounds. This study aimed to synthesize and characterize NPs from whey protein isolate (WPI) and WPI/dextran (DX) conjugates with different molecular weights (6 and 100 kDa) for the encapsulation of chia oil in Pickering emulsions. The WPI/DX conjugates were obtained through the Maillard Reaction and exhibited higher antioxidant activity than WPI alone. NPs were synthesized using two methods: (i) NP1, nanoparticles formed by random aggregation in aqueous solution, and (ii) NP2, spherical nanoparticles obtained from thermally treated W/O emulsions. NP1 showed sizes of 10-50 nm, while NP2 were spherical and rigid, with sizes ranging from 200 to 500 nm. Emulsions formulated with NP2 exhibited larger droplet sizes and gel-like rheological properties, while NP1 produced smaller and more homogeneous droplets. After spray drying, fine, oil-free powders were obtained for all systems. Microcapsules stabilized with NP2, particularly MC-NP2 WPI/DX6 and MC-NP2 WPI/DX100, showed the best oxidative stability, maintaining peroxide index values within Codex Alimentarius limits after 3 months of storage at 25°C. This behavior is attributed to the physical barrier provided by the spherical NPs and their higher antioxidant activity.