1
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICAS
“EFECTO DE LAS CONDICIONES DE PROCESO EN LA CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS
ENCAPSULADOS POR EL MÉTODO DE GELIFICACIÓN IÓNICA”.
TESIS
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE
MAESTRA EN CIENCIAS EN ALIMENTOS
PRESENTA
I.A. MARIA ISABEL CUATZO LOZANO
DIRECTORES: M. EN C. YOJA TERESA GALLARDO NAVARRO
DRA. ROSA MARTHA PEREZ GUTIÉRREZ
MEXICO, D.F. 2010
2
3
4
INDICE GENERAL
RESUMEN 15
ABSTRACT 17
INTRODUCCION 19
1. ANTECEDENTES 21
1.1 Encapsulación de alimentos 21
1.1.1 Estructuras de las cápsulas 23
1.1.2 Materiales utilizados en la encapsulación 24
1.1.3 Métodos de encapsulación 26
1.2 Gelificación iónica 27
1.2.1 Propiedades gelificantes 28
1.2.2 Diferentes uniones intermoleculares 29
1.2.3 Solubilidad de los hidrocoloides 29
1.2.4 Alginato 30
1.2.5 Procesos de gelificación del alginato 33
1.2.6 Propiedades del alginato 34
1.2.7 Funcionalidad y reología del alginato en solución 35
1.2.8 Método de encapsulación con alginato 35
1.3 Proceso térmico de los alimentos
36
2. JUSTIFICACION 42
3. OBJETIVO GENERAL 43
3.1 Objetivos particulares.
43
4. MATERIALES Y EQUIPO 44
4.1 Materias Primas 44
4.2 Material de laboratorio y reactivos 44
4.3 Equipo
44
5. DESARROLLO EXPERIMENTAL 45
5
5.1 Análisis de materia prima 47
5.1.1 Metodología de encapsulación 48
5.1.2 Caracterización del alginato 48
5.2. Elaboración de alimentos comerciales encapsulados y determinación
de las condiciones de proceso óptimas para la encapsulación
53
5.2.1. Elaboración de alimentos comerciales encapsulados 53
5.2.2. Análisis de textura de los alimentos comerciales encapsulados 56
5.2.3. Análisis sensorial de los alimentos comerciales encapsulados 57
5.3. Análisis la estabilidad de los alimentos comerciales encapsulados
envasados durante 6 meses
60
5.3.1. Envasado y tratamiento térmico de los alimentos comerciales
encapsulados
60
5.3.2. Estabilidad del alimento comercial encapsulado a 6 meses 64
5.4. Elaboración de alimentos encapsulados con el proceso establecido 64
5.5 Análisis estadístico
65
6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 66
6.1 Análisis de materia prima 66
6.1.1 Alimentos comerciales y líquidos de envasado utilizados para la
encapsulación
66
6.1.2 Caracterización del alginato 66
6.2 Elaboración de alimentos comerciales encapsulados y determinación
de las condiciones de proceso óptimas para la encapsulación
90
6.2.1 Consideraciones durante la elaboración de los alimentos comerciales
encapsulados
90
6.2.2 Análisis de textura de los alimentos comerciales encapsulados 93
6.2.3 Análisis sensorial de los alimentos comerciales encapsulados 95
6.3 Análisis de la estabilidad de los alimentos comerciales encapsulados
envasados durante 6 meses
98
6
6.3.1 Envasado y tratamiento térmico de los alimentos comerciales
encapsulados.
98
6.3.2 Estabilidad del alimento comercial encapsulado a 6 meses 105
6.4 Elaboración de alimentos encapsulados con el proceso establecido
115
7. CONCLUSIONES 120
8. BIBLIOGRAFÍA 122
ANEXO 1 125
ANEXO 2 127
7
INDICE DE CUADROS.
Cuadro 1. Métodos de encapsulación y tamaño de cápsula promedio. 27
Cuadro 2. Termorresistencia de algunas bacterias esporuladas utilizadas
para el cálculo de los procesos de esterilización de alimentos de baja
acidez
38
Cuadro 3. Diseño factorial 2*2 con 3 puntos centrales y dos repeticiones,
para las variables de proceso de los alimentos comerciales
encapsulados.
59
Cuadro 4. Normas oficiales mexicanas tomadas como referencia para el
análisis microbiológico
63
Cuadro 5. Caracterización de puré de durazno y puré de cuitlacoche
comercial.
66
Cuadro 6. Caracterización de líquidos de envasado. 67
Cuadro 7. Tiempo promedio de flujo para las soluciones de alginato con
variación de temperatura.
67
Cuadro 8. Tiempo promedio de flujo para las soluciones de alginato con
variación de pH.
68
Cuadro 9. Calcio (base seca) fijado en encapsulados de alginato
elaborados a diferentes condiciones de temperatura.
69
Cuadro 10. Calcio (base seca) fijado por encapsulados de alginato
elaborados a diferentes condiciones de pH.
69
Cuadro 11. Sólidos solubles en las soluciones de envasado de
encapsulados de solución isotónica y alginato al 0.8%, con variación de
temperatura de disolución.
71
Cuadro 12. Polinomios obtenidos para la difusión de sólidos solubles de
los encapsulados de solución isotónica con alginato al 0.8% y variación
de temperatura.
72
8
Cuadro 13. Sólidos solubles en las soluciones de envasado de
encapsulados de solución isotónica con alginato al 1% y variación de
temperatura.
73
Cuadro 14. Polinomios obtenidos para la difusión de sólidos solubles de
los encapsulados de solución isotónica con alginato al 1% y variación de
temperatura.
74
Cuadro 15. Sólidos solubles en las soluciones de envasado de
encapsulados de solución isotónica con alginato al 1.2% y variación de
temperatura.
75
Cuadro 16. Polinomios obtenidos para la difusión de sólidos solubles de
los encapsulados de solución isotónica con alginato al 1.2% y variación
de temperatura.
76
Cuadro 17. Sólidos solubles en las soluciones de envasado de
encapsulados de solución isotónica con alginato al 0.8% y variación de
pH.
78
Cuadro 18. Polinomios obtenidos para la difusión de sólidos solubles de
los encapsulados de solución isotónica con alginato al 0.8% y variación
de pH.
79
Cuadro 19. Sólidos solubles en las soluciones de envasado de
encapsulados de solución isotónica con alginato al 1% y variación de pH.
80
Cuadro 20. Polinomios obtenidos para la difusión de sólidos solubles de
los encapsulados de solución isotónica con alginato al 1% y variación de
pH.
81
Cuadro 21. Sólidos solubles en las soluciones de envasado de
encapsulados de solución isotónica con alginato al 1.2% y variación de
pH.
82
Cuadro 22. Polinomios obtenidos para la difusión de sólidos solubles de
los encapsulados de solución isotónica con alginato al 1.2% y variación
de pH.
83
9
Cuadro 23. Iones H+ en las soluciones de envasado de encapsulados de
solución isotónica con alginato al 0.8% y variación de pH.
84
Cuadro 24. Polinomios obtenidos para la difusión de iones H+ de los
encapsulados de solución isotónica con alginato al 0.8% y variación de
pH.
85
Cuadro 25. Iones H+ en las soluciones de envasado de encapsulados de
solución isotónica con alginato al 1% y variación de pH.
86
Cuadro 26. Polinomios obtenidos para la difusión de iones H+ de los
encapsulados de solución isotónica con alginato al 1% y variación de pH.
87
Cuadro 27. Iones H+ en las soluciones de envasado de encapsulados de
solución isotónica con alginato al 1.2% y variación de pH.
88
Cuadro 28. Polinomios obtenidos para la difusión de iones H+ de los
encapsulados de solución isotónica con alginato al 1.2% y variación de
pH.
89
Cuadro 29. Fórmula de la mezcla para el encapsulado de durazno
comercial con alginato
92
Cuadro 30. Formula de la mezcla para el encapsulado de cuitlacoche
comercial con alginato
92
Cuadro 31. Análisis de textura de los alimentos comerciales
encapsulados
94
Cuadro 32. Monitoreo térmico durante la esterilización de los
encapsulados de cuitlacoche comercial y resultados de letalidad
considerando Z=18 y O=121°C
99
Cuadro 33. Monitoreo térmico durante la esterilización de los
encapsulados de durazno comercial y resultados de letalidad
considerando Z=18 y O=121°C
101
Cuadro 34. Monitoreo térmico durante la esterilización de los
encapsulados de uva-arándano comercial y resultados de letalidad
considerando Z=15 y O=100°C
103
10
Cuadro 35. Calidad microbiológica a los alimentos comerciales
encapsulados
105
Cuadro 36. Sólidos solubles y pH de los líquidos de envasado 106
Cuadro 37. Sólidos totales (% humedad) y pH de los alimentos
comerciales encapsulados.
107
Cuadro 38. Volumen (cm3) de los alimentos comerciales encapsulados. 108
Cuadro 39. Resultados del peso de los alimentos comerciales
encapsulados.
109
11
INDICE DE FIGURAS.
Figura 1 Estructura de los monosacáridos que conforman al
alginato 32
Figura 2 Formación de gel bajo la estructura “caja de huevo” del
alginato 33
Figura 3. Medición de la consistencia del alginato con solución
isotónica 49
Figura 4. Microscopio estereoscópico de la CM de la ENCB. 50
Figura 5. Espectrofotómetro de absorción atómica Perkin Elmer
AANALYST 300. 50
Figura 6. Diagrama de experimento de permeabilidad de
encapsulados de solución isotónica con diferentes concentraciones
de alginato, por determinación de color y ºBx.
52
Figura 7. Diagrama de proceso de encapsulación de solución
isotónica utilizando diferentes concentraciones de alginato y con
variación de pH y temperatura en el proceso.
54
Figura 8. Diagrama de elaboración de encapsulados de jugo uva-
arándano envasado. 55
Figura 9. Diagrama de elaboración de encapsulados de durazno
comercial. 57
Figura 10. Diagrama de elaboración de encapsulados de
cuitlacoche comercial. 58
Figura 11. Diagrama de la celda con muestra para la prueba de
textura 60
Figura 12. Cuestionario de preferencia sensorial 61
Figura 13. Cuestionario de evaluación sensorial hedónica 7 puntos 62
Figura 14. Efecto de la concentración de alginato en la difusión de
colorante encapsulado y envasado en la solución isotónica (S.I.) o
agua en función del tiempo.
70
12
Figura 15. Efecto de la temperatura y el tiempo de difusión de
sólidos solubles de un encapsulado de solución isotónica con
alginato al 0.8%
72
Figura 16. Efecto de la temperatura y el tiempo en la difusión de
sólidos solubles de un encapsulado de solución isotónica con
alginato al 1%.
73
Figura 17. Efecto de la temperatura y el tiempo en la difusión de
sólidos solubles de un encapsulado de solución isotónica con
alginato 1.2%.
75
Figura 18. Imágenes al microscopio (10x) de encapsulados de
solución isotónica con alginato al 0.8%, a la izquierda los
encapsulados recién elaborados, a la derecha los encapsulados
después de 21 días de almacenamiento.
77
Figura 19. Efecto del pH y el tiempo en la difusión de sólidos
solubles de un encapsulado de solución isotónica con alginato al
0.8%.
78
Figura 20. Efecto del pH y el tiempo en la difusión (sólidos solubles)
de un encapsulado de solución isotónica con alginato al 1%. 80
Figura 21. Efecto del pH y el tiempo en la difusión de sólidos
solubles de un encapsulado de solución isotónica con alginato al
1.2%.
82
Figura 22. Imágenes al microscopio de encapsulados de solución
isotónica con alginato al 0.8% recién elaborados y después de 21
días de almacenamiento a 4ºC.
84
Figura 23. Efecto del pH y el tiempo en la difusión de iones H+ de
un encapsulado de solución isotónica con alginato al 0.8%. 85
Figura 24. Efecto del pH y el tiempo en la difusión de iones H+ de
un encapsulado de solución isotónica con alginato al 1%. 87
Figura 25. Efecto del pH y el tiempo en la difusión de iones H+ de
un encapsulado de solución isotónica con alginato 1.2% 89
13
Figura 26. Cambio de peso de encapsulados de solución isotónica
con alginato a 0.8% y almacenado a 4ºC por 21 dias. 90
Figura 27. Lado izquierdo goteo para encapsulados de uva-
arándano comercial, lado derecho durazno comercial en moldes
circulares.
93
Figura 28. Encapsulados de cuitlacoche comercial en reposo en la
solución de CaCl2 93
Figura 29. Encapsulados de durazno comercial envasados 94
Figura 30. Histograma de frecuencia con resultados sensoriales
para encapsulados de durazno comercial 96
Figura 31. Histograma con resultados sensoriales para
encapsulados de jugo uva-arándano comercial 97
Figura 32. Histograma de frecuencia con resultados sensoriales
para encapsulados de cuitlacoche comercial 97
Figura 33. Curva de letalidad vs tiempo para la esterilización de
encapsulados de cuitlacoche comercial en frasco de 32 ml 100
Figura 34. Curva de letalidad vs tiempo para la esterilización de
encapsulados de cuitlacoche comercial en frasco de 250 ml 100
Figura 35. Curva de letalidad vs tiempo para la esterilización de
encapsulados de durazno comercial en frasco de 32 ml 102
Figura 36. Curva de letalidad vs tiempo para la esterilización de
encapsulados de durazno comercial en frasco de 250 ml 102
Figura 37. Curva de letalidad vs tiempo para la esterilización de los
encapsulados uva-arándano comercial en frasco de 32 ml 104
Figura 38. Curva de letalidad vs tiempo para la esterilización de los
encapsulados uva-arándano comercial en frasco de 250 ml 104
Figura 39. A: encapsulado durazno comercial antes de
esterilización. B: encapsulado durazno comercial antes de
esterilización corte transversal. C: encapsulado durazno comercial
después de almacenamiento. D: encapsulado durazno comercial
111
14
después de almacenamiento corte transversal (aumento 10X).
Figura 40. A: encapsulado cuitlacoche comercial antes de
esterilización. B: encapsulado cuitlacoche comercial antes de
esterilización corte transversal. C: encapsulado cuitlacoche
comercial después de almacenamiento. D: encapsulado cuitlacoche
comercial después de almacenamiento corte transversal (aumento
10X)
112
Figura 41. A: encapsulado uva-arándano comercial antes de
esterilización. B: encapsulado uva-arándano comercial antes de
esterilización corte transversal. C: encapsulado uva-arándano
comercial después de almacenamiento. D: encapsulado uva-
arándano comercial después de almacenamiento corte transversal
(aumento 12X).
113
Figura 42. Evaluación sensorial para el durazno comercial
encapsulado 114
Figura 43. Evaluación sensorial para el cuitlacoche comercial
encapsulado 115
Figura 44. Evaluaciones sensorial para el jugo uva-arándano
comercial encapsulado 116
Figura 45. Diagrama desarrollado de encapsulados de puré de
durazno fresco. 117
Figura 46. Diagrama desarrollado de encapsulados de puré
cuitlacoche fresco. 118
Figura 47. Diagrama desarrollado de encapsulados de jugo de uva
fresca. 119
15
RESUMEN.
La encapsulación de un alimento por gelificación iónica utilizando alginato de calcio,
ofrece una posibilidad de diversificar la presentación de un mismo alimento con los
beneficios que ofrece la encapsulación, prolongando sus características sensoriales y
nutricionales. El objetivo del trabajo es establecer y evaluar las condiciones de proceso
para obtener un alimento encapsulado en una matriz de alginato a través del método de
gelificación iónica de alginato. Inicialmente se caracterizó la permeabilidad del alginato
al formar encapsulados que contenían una solución isotónica, posteriormente se
evaluó el efecto de la temperatura y el pH en la permeabilidad del encapsulado de
alginato. Se realizaron determinaciones de absorción de calcio y observaciones
microscópicas de los encapsulados para determinar el efecto de las condiciones de
proceso sobre los encapsulados. De acuerdo a los resultados de difusión de sólidos
solubles se pudo obtener el polinomio del estudio de permeabilidad del alginato
sometido a diferentes condiciones de elaboración, tales como pH y temperatura. Se
elaboraron encapsulados con tres tipos de alimentos: cuitlacoche, durazno y jugo uva-
arándano y las variables de proceso que se estudiaron fueron: concentración de
alginato (0.8, 1.0 y 1.2%) y temperatura de proceso (25ºC, 50ºC y 75ºC); se realizaron
determinaciones de textura y la evaluación sensorial para establecer las condiciones
finales de encapsulación. Los alimentos ya encapsulados, se esterilizaron y se
analizaron microbiológicamente para comprobar su esterilidad, posteriormente se
realizó el análisis de los mismos durante 6 meses para determinar posibles cambios
que indicaran degradación del encapsulado. Los resultados obtenidos para evaluar la
permeabilidad del encapsulado indican que las mejores condiciones de proceso para
encapsular son: temperatura de 75°C y pH de 4-6, ya que se obtuvo la menor difusión
de sólidos solubles y la capa formada fue la más homogénea. El valor de la absorción
de calcio indicó que en todas las condiciones de proceso evaluadas la cantidad de
calcio absorbida fue igual o superior a lo encontrado en la literatura. De acuerdo a los
resultados del análisis de textura y evaluación sensorial, las condiciones finales de
elaboración de los alimentos encapsulados fueron: 70°C como temperatura de
16
disolución del alginato y concentración de alginato del 1%. Los resultados del monitoreo
térmico durante el tratamiento térmico de los alimentos encapsulados, indicaron que sí
se alcanzó la esterilidad comercial. Los alimentos encapsulados se analizaron durante
seis meses durante los cuales no se encontraron señales de degradación de los
encapsulados y fueron bien aceptados sensorialmente. Como conclusiones del
presente trabajo tenemos que en lo referente a la caracterización del alginato, las
soluciones aumentan su velocidad de flujo al aumentar el pH y si se envasa un
encapsulado en un medio diferente al del interior del encapsulado, la difusión ocurre de
forma exponencial. Con respecto a los alimentos encapsulados, fueron bien aceptados
sensorialmente y son capaces de resistir el tratamiento térmico, así como el
almacenamiento por 6 meses sin evidencia de degradación, con lo que se puede
considerar como una opción de diversificación de los alimentos con buenas
perspectivas para su industrialización y consumo.
17
ABSTRACT
The encapsulation of a food by ionic gelation using calcium alginate offers a chance to
diversify the presentation of the same food with the benefits of encapsulation, extending
their sensory and nutritional characteristics. The study aims to establish and evaluate
the process conditions to obtain a food encapsulated in an alginate matrix through ionic
gelation method of alginate. Initially, the permeability of alginate encapsulated was
characterized containing an isotonic solution, then, the effect of temperature and pH on
the permeability of alginate encapsulation was evaluated. The calcium absorption was
measured and the encapsulated microscopic observations to determine the effect of
process conditions on the encapsulated. According to the results of diffusion of soluble
solids was possible to obtain the polynomial of the study of permeability of alginate
under different processing conditions such as pH and temperature. Encapsulated were
prepared with three types of food: cuitlacoche, peach and grape-cranberry juice and the
process variables studied were: alginate concentration (0.8, 1.0 and 1.2%) and process
temperature (25°C, 50ºC and 75ºC); determinations were made of texture and sensory
evaluation to establish the final terms of encapsulation. Food encapsulated were
sterilized and analyzed microbiologically to check for commercial sterility, then subjected
to the same analysis for 6 months to determine possible changes to indicate
encapsulated degradation. The results to evaluate the permeability of the package
indicated that the best conditions for encapsulation process are: temperature of 75°C
and pH 4-6, as it had the lowest diffusion of soluble solids and the layer formed was the
most homogeneous. The value of calcium absorption indicated that in all process
conditions evaluated the amount of calcium absorbed was less than that found in the
literature. According to the results of texture analysis and sensory evaluation, the final
terms of food processing encapsulated were: temperature 70°C as the dissolution of
alginate and alginate concentration of 1%. The results of thermal monitoring during the
heat treatment of encapsulated food, indicate that commercial sterility is achieved.
Encapsulated foods were analyzed for six months during which there were no signs of
degradation were well encapsulated and sensory acceptability. As conclusions of this
work we have regarding the characterization of alginate solutions increase your flow rate
18
by increasing the pH and if a package is packaged in a different medium inside the
enclosure, the diffusion occurs exponentially. With respect to food encapsulated, were
well received sensory and can withstand the heat treatment and storage for 6 months
without evidence of degradation, which can be considered as an option for
diversification of food with good prospects for industrialization and consumption.
19
INTRODUCCION La industria de alimentos debe responder a los requerimientos del consumidor, los
cuales suelen ser cada día más complejos y deben ser satisfechos para asegurar la
estancia de un producto en el mercado. El uso de ciertos ingredientes o procesos
tecnológicos le imparten características novedosas a un producto ya existente o bien,
se puede crear un producto innovador que pueda ofrecer beneficios a la salud o
sensoriales, o darle una presentación innovadora de consumo a un alimento ya
existente.
La industria de los alimentos funcionales ha tenido un considerable incremento a partir
de 1990. Entre los productos más representativos de esta industria pueden
considerarse las leches con probioticos o fortificadas con vitaminas, así como las
barras de cereal. Estos productos deben contener algunos ingredientes ajenos al
contenido original del alimento que le proporcione ciertos beneficios al ser consumidos.
Dichos ingredientes pueden ser inestables o ser difíciles de manipular, como las
vitaminas, minerales y aminoácidos. Esta problemática se puede resolver con el uso de
alguna técnica de encapsulación.
La encapsulación es un proceso mediante el cual ciertas sustancias activas (sabores,
vitaminas o aceites esenciales) son introducidas en una matriz o sistema de pared con
el objetivo de impedir su pérdida, para protegerlos de la reacción con otros compuestos
presentes en el alimento o para impedir que sufran reacciones de degradación. Una
ventaja adicional es que un compuesto encapsulado se libera gradualmente o bajo un
estímulo específico como la masticación, brindando la oportunidad de obtener
productos alimenticios con mejores características sensoriales y nutricionales.
La utilización de los encapsulados abarca una amplia gama de campos: la eliminación o
liberación controlada de sabores, colores, aromas, perfumes, drogas, fertilizantes y
precursores de impresiones. Las enzimas y las células también pueden ser
encapsuladas, permitiendo que los sustratos y productos entren y salgan de la cápsula.
Bajo este concepto se han encapsulado enzimas como la pectin esterasa para la
20
clarificación de jugos, la invertasa para la inversión de sacarosa y la renina para la
coagulación de leche. Una bacteria ácido láctica se puede encapsular con alginato y
puede ser usada para producir yogurt de manera continua.
La encapsulación con alginato es conocida como gelificación iónica y es una técnica
que se desarrolló para inmovilizar células, donde se utiliza el alginato como material
encapsulante al entrar en contacto con iones de calcio y formar un gel de forma
instantánea. Esta facilidad de obtención permite tener una técnica de encapsulación
con buenas perspectivas de aplicación industrial, no sólo por el bajo costo de los
materiales formadores del gel, además, las mermas durante la gelificación iónica son
mínimas una vez que se establecen las mejores condiciones de proceso.
La importancia de la presente investigación consiste en la obtención de un producto
alimenticio innovador, ya que no existen investigaciones reportadas en la literatura que
hagan mención de un alimento encapsulado, solamente de ingredientes o células
aplicadas en alimentos. El presente estudio permitió generar un alimento encapsulado
para consumirlo en una presentación diferente a las ya existentes, con los beneficios de
la estabilidad que ofrece la encapsulación y presentando un producto de agrado
sensorial al consumidor.
Cabe mencionar que es posible manipular las características del gel obtenido
modificando las condiciones de elaboración, como la temperatura de disolución, el pH y
la concentración de alginato.
Para la obtención de este producto innovador resulta esencial evaluar y establecer las
condiciones de proceso tecnológicamente más adecuadas para preservar la apariencia
y el sabor, sin que se vean afectados durante su proceso y almacenamiento.
21
1. ANTECEDENTES.
1.1. Encapsulación de alimentos.
Una cápsula consiste en una membrana delgada y fuerte de material permeable o impermeable, de forma esférica que contiene un núcleo sólido ó líquido (Pimentel, et al. 2009).
La encapsulación se define como una tecnología de empaque en miniatura de
materiales sólidos, líquidos o gaseosos contenidos en cápsulas que pueden liberar su
contenido de forma controlada bajo condiciones específicas. La tecnología de
encapsulación ha sido empleada en la industria de alimentos por más de 60 años. En
un sentido más amplio, la tecnología de encapsulación en procesos alimenticios incluye
ingredientes de partículas diminutas como acidulantes, grasas y saborizantes, hasta
ingredientes más complejos como pasas, nueces o productos de confitería (Desai y
Park, 2005).
La encapsulación puede ser considerada como una forma especial de empacar, en la
que un material en particular puede ser cubierto de manera individual para protegerlo
del ambiente y de influencias externas. En un sentido amplio, la encapsulación provee
un medio de envasar, separar y almacenar materiales en escala microscópica para su
liberación posterior bajo condiciones controladas. Dentro del término de encapsulación,
se incluyen las microcápsulas, las micropartículas y nanocápsulas en función de su
tamaño (Pedroza, 2002).
Un hecho destacable del proceso de encapsulación radica en que su aplicación no se
limita únicamente al campo de los medicamentos o sustancias biológicas, sino que se
extiende a campos tan diversos como la agricultura, la cosmética y la alimentación. De
hecho, el origen de la encapsulación data del año 1931 con el descubrimiento de la
técnica conocida como “coacervación”. Esta técnica fue objeto de múltiples variaciones
durante los años 40 y su aplicación más importante fue dirigida a la encapsulación de
colorantes para la elaboración del papel. Dicho papel consistía, en una fina película de
22
microcápsulas adherida a una hoja de papel, de tal modo que la presión ejercida por el
bolígrafo sobre el papel provocaba la fractura de las microcápsulas y la consiguiente
liberación del marcador, dejando patente la impresión en la hoja de copia. Años más
tarde, la encapsulación encontró aplicaciones interesantes en el campo de la
alimentación, por ejemplo para la encapsulación de aromas, vitaminas, etc., y de la
agricultura, especialmente para la encapsulación de pesticidas y fertilizantes
(http://www.ffyb.uba.ar/farmacotecnia%20I/Microencapsulacion.htm , 2008).
La encapsulación hoy en día se aplica para preservar y/o proteger numerosos
ingredientes comerciales (Pedroza, 2002). Entre los materiales a encapsular podemos
mencionar saborizantes, antioxidantes, colorantes, ácidos, reguladores, agentes
antimicrobianos, nutracéuticos y terapéuticos, vitaminas, minerales, edulcorantes,
enzimas y levaduras, sólo por mencionar algunos (Lakkis, 2007). El material que es
cubierto se refiere como fase interna o núcleo y el material que recubre es llamado
pared y generalmente no reacciona con el material a encapsular (Pedroza, 2002).
La gran ventaja que presenta la encapsulación es que el núcleo o fase interna se libera
bajo condiciones controladas en el momento y lugar deseado:
Liberación térmica: durante la cocción del alimento.
Liberación física: rompimiento de la cápsula por esfuerzo físico (masticado).
Disolución: la cubierta se disuelve bajo condiciones determinadas de pH o de
concentración de sales, como ocurre durante la digestión (Brownlie, 2007).
La aplicación de la encapsulación en la industria de ingredientes para alimentos surge
por diferentes razones (Desai y Park, 2005):
1. La encapsulación protege el material de su núcleo de la degradación al impedir
las reacciones con su medio (calor, humedad, aire y luz).
2. Se reduce o retarda la velocidad de transferencia o evaporación del material
hacia el exterior.
23
3. Las características físicas del material original se pueden modificar para facilitar
su manejo.
4. El ingrediente se puede adaptar para una liberación lenta de la cápsula hasta
lograr el estímulo correcto.
5. El ingrediente puede diluirse en pequeñas cantidades y lograr una dispersión
uniforme con el medio.
6. Se pueden enmascarar algunos sabores indeseables en el alimento.
7. Se puede utilizar para separar materiales que sin la encapsulación, tendrían
reacciones indeseables al mezclarse, a través de la encapsulación pueden estar
en contacto sin reacciones adversas.
1.1.1 Estructuras de las cápsulas.
Las cápsulas presentan una gran variedad de estructuras, algunas son de geometría
esférica con una fase interna continua rodeada por una pared también continua
(estructura de partícula simple), mientras que otras pueden tener una geometría
irregular y pueden tener la fase interna distribuida en una matriz de material de pared o
cubierta (estructuras agregadas) (Pedroza, 2002).
En su mayoría, las cápsulas son pequeñas esferas, aunque el tamaño y la forma
dependen tanto del material, como del método de obtención. La forma de las cápsulas
depende de las propiedades fisicoquímicas del material encapsulado, la composición
de la pared, la técnica de encapsulación, así, que se pueden obtener diferentes formas
de cápsulas:
Esfera simple: material o núcleo rodeado de una capa con espesor uniforme. Se
puede tratar de una cubierta inerte alrededor del núcleo (Lakkis, 2007).
Partículas irregulares: con núcleo sin forma definida.
24
Estructura agregada: con varios núcleos dentro del material de encapsulación.
(Gharsallaouni et al, 2007). El compuesto encapsulado se encuentra disperso en el
medio encapsulante, como en el caso de los geles.
Estructura combinada: este tipo de cápsulas se obtienen por congelación del
material ya encapsulado y cubierto de nuevo con otro material de cubierta, como
ejemplo tenemos algunos medicamentos de liberación prolongada (Lakkis, 2007).
1.1.2 Materiales utilizados en la encapsulación.
La variedad de materiales que pueden emplearse en encapsulación se va ampliando
gradualmente en la medida en que surgen nuevos biomateriales y se perfilan nuevas
aplicaciones de la encapsulación. De un modo general, los materiales capaces de
encapsular se clasifican en tres categorías: grasas, proteínas y polímeros (Pedroza,
2002).
Grasas
La cera de carnauba, el alcohol estearílico y el ácido esteárico, son grasas que funden
al elevar la temperatura y son erosionables por acción de las lipasas que existen a nivel
gástrico (Pedroza, 2002).
Proteínas
Las proteínas (gelatina, caseinatos, suero de leche, zeína, etc.) que son biopolímeros
muy complejos y de gran diversidad funcional debido a su naturaleza química. Su
conformación espacial se ve fuertemente afectada por el pH del ambiente y la fuerza
iónica, por ejemplo en procesos de encapsulación por coacervación, el tamaño de las
cápsulas puede variarse con cambios en el pH que modifiquen las densidades de carga
de la gelatina (carga positiva, neutra o negativa), dando lugar a moléculas expandidas o
contraídas en función de las fuerzas de repulsión intramoleculares. Ello afecta también
propiedades como la solubilidad, siendo mínima en el denominado punto isoeléctrico
25
(PI) (Pedroza, 2002).La gelatina fue el primer material utilizado en encapsulación y
sigue siendo, en la actualidad, un material con un importante potencial. La albúmina es
otro ejemplo de proteína que se aplica en microencapsulación
(http://www.ffyb.uba.ar/farmacotecnia%20I/Microencapsulacion.htm, 2008).
Polímeros
Debido a su gran versatilidad, ésta es la familia de materiales más utilizada en
encapsulación. Dentro de esta gran familia podemos distinguir entre polímeros
naturales, semisintéticos y sintéticos. Los polímeros naturales son principalmente de
naturaleza polisacarídica, de origen animal y vegetal; destacan el alginato, el dextrano,
la goma arábiga (goma acacia) y el quitosano. Los polímeros semisintéticos engloban
los derivados celulósicos, de los cuales existen una amplia variedad en el mercado con
diferentes características de solubilidad; la etilcelulosa y el acetobutirato de celulosa,
por ejemplo, son polímeros insolubles, mientras que el acetoftalato de celulosa presenta
una solubilidad dependiente del pH. Los polímeros sintéticos más destacables son los
derivados acrílicos y los poliésteres
(http://www.ffyb.uba.ar/farmacotecnia%20I/Microencapsulacion.htm, 2008).
El pH es un factor que puede afectar a los polisacáridos que se comportan como
electrolitos (goma arábiga, goma de mezquite, alginato, carragenina), alterando su
conformación debido a las cargas intramoleculares, lo que da como resultado diferentes
tamaños de partícula de las cápsulas, modificaciones en la permeabilidad de las
películas que forman y en la eficiencia de encapsulación y de retención de los aceites
(Pedroza, 2002).
Cada grupo de materiales tiene ciertas ventajas y desventajas. Por esta razón, muchas
cubiertas son, actualmente, formulaciones compuestas por mezclas. La elección del
material de cobertura, depende de varios factores mencionados a continuación:
Especificaciones del producto que se quiere obtener.
Naturaleza del núcleo.
26
Proceso de encapsulación que se va a utilizar.
Costos.
Si el material de cobertura se encuentra probado por la legislación aplicable al
alimento (Madene et al, 2006).
1.1.3 Métodos de encapsulación.
Para preparar las cápsulas hay numerosas técnicas, y se ha sugerido que podrían
identificarse más de 200 métodos en la literatura de patentes (Pedroza, 2002). Y es
previsible que ese número siga creciendo en la medida en que vayan apareciendo
nuevos materiales de encapsulación y surjan nuevos principios activos que requieran
procesamientos específicos para su encapsulación.
(http://www.ffyb.uba.ar/farmacotecnia%20I/Microencapsulacion.htm , 2008)
No obstante algunos autores clasifican a los métodos de encapsulación en: físicos o
mecánicos y químicos (Pedroza, 2002).
Como métodos químicos pueden citarse: Coacervación compleja, polimerización
interfacial, gelificación iónica, incompatibilidad polimérica y atrapamiento en
liposomas.
Entre los métodos físicos se encuentran: El secado por aspersión y la encapsulación
por lecho fluidificado como los más comunes.
La selección del método estará en función del presupuesto, los costos, las propiedades
del material a encapsular, el tamaño deseado de las cápsulas, la aplicación y los
mecanismos de liberación (Pedroza, 2002).La mayoría de los métodos que hoy se
desarrollan a nivel industrial se presentan en el Cuadro 1,
(http://www.ffyb.uba.ar/farmacotecnia%20I/Microencapsulacion.htm , 2008).
27
En general se habla de “encapsulación” de alimentos, al término de contener a un
alimento dentro de un medio encapsulante. El presente trabajo se enfoca a un
mecanismo de encapsulación de alimentos procesados por gelificación iónica
(http://www.ffyb.uba.ar/farmacotecnia%20I/Microencapsulacion.htm , 2008).
Cuadro 1 Métodos de encapsulación y tamaño de cápsula promedio.
Método Tamaño de la partícula
Coacervación (separación de fases) 1-1000 m
Polimerización interfacial 1-1000 m
Extracción / evaporación disolvente 0,1-1000 m
Atomización y atomización-
congelación
1-1000 m
Suspensión en aire 50-5000 m
Gelificación iónica 1000 m*
*Procedimientos tradicionales: tamaño de partícula 1.000 m. En condiciones
controladas: tamaño 1000 m
(http://www.ffyb.uba.ar/farmacotecnia%20I/Microencapsulacion.htm , 2008).
1.2 Gelificación iónica.
La encapsulación a través del método de gelificación puede proteger al núcleo de
condiciones adversas del medio como pH, temperatura, disolventes orgánicos y
contaminación (Ko, et al, 2008).
En esta técnica la formación de la cubierta de las cápsulas tiene lugar por una reacción
de gelificación iónica entre un polisacárido y un ion de carga opuesta. También se
conoce como método de goteo con alginato, éste ha sido extensamente utilizado debido
a que es un método fácil de reproducir a nivel laboratorio. El proceso se lleva a cabo
rápidamente y se puede encapsular cualquier tipo de alimento ya sea hidrofóbico,
hidrofílico, termosensible, líquido ó sólido (Gouin, 2004).
28
Es un proceso que se desarrolló para inmovilizar células, donde se utiliza
principalmente alginato como componente de la membrana y la combinación con iones
divalentes como el calcio, para inducir la gelificación (Pedroza, 2002).
Otra aplicación a mencionar son los productos “bajos en grasas”, en los cuales se
introducen compuestos encapsulados encargados de liberar de forma controlada los
aromas característicos de los lípidos, las cápsulas se incorporan en la emulsión y el
aroma se libera de forma definitiva del alimento en el momento de consumirlo. Entre los
materiales utilizados como agentes encapsulantes se incluyen: Alginato de calcio,
gelatina, goma arábiga, agar y almidón. Todos ellos han demostrado generar partículas
que se pueden romper durante el proceso de masticación (Appelqvist, 2007).
1.2.1 Propiedades gelificantes.
Un gel se define como un sistema difásico constituido por una red macromolecular
tridimensional sólida que retiene entre sus mallas una fase líquida. La formación del gel
implica la asociación de cadenas entre sí o de segmentos de cadenas entre ellas. Se
pueden distinguir diversas etapas de transición (Multon, 2000):
El estado “sol” donde el polímero forma una disolución; las macromoléculas no están
organizadas unas respecto de otras.
El estado “gel” que aparece cuando las cadenas están suficientemente asociadas
para formar una red o gel elástico.
A medida que las cadenas se organizan entre sí, el gel se transforma cada vez más
rígido, lo que da lugar al fenómeno de la sinéresis, el gel se contrae y exuda una
parte de la fase líquida.
Si se poseen algunos elementos que introduzcan una irregularidad estructural, el gel
será más elástico puesto que la cadena de polímero podrá poseer las zonas de reunión
comunes con muchos participantes, lo que asegurará la cohesión de la red (Multon,
2000).
29
El número de uniones que se establezcan y su rigidez son los factores responsables de
la dureza del gel y de su posible reversibilidad. Entre los polímeros de alto peso
molecular formadores de geles se incluyen polisacáridos, proteínas, quitina, quitosan,
etc., (Lakkis, 2007).
1.2.2 Diferentes uniones intermoleculares.
Configuración de doble hélice. La configuración lineal de la molécula permite la
formación de dobles hélices estabilizadas mediante puentes de hidrógeno que se
destruyen al elevar la temperatura y que hacen al gel termorreversible (Cubero, et al,
2002).
Configuración “caja de huevos”. Es la que forman los alginatos y las pectinas
débilmente metiladas a través de la interacción de los iones de calcio intercalados en
las zonas plegadas de una forma regular de la molécula (Cubero, et al, 2002).
Configuración mixta. Se produce cuando moléculas que no son gelificantes por sí
mismas pueden asociarse con otras diferentes gracias a las posibilidades de
acoplamiento. Es el caso de la xantana, que no forma hélices reticuladas, pero que se
puede acoplar a las zonas regulares sin ramificaciones de la goma de garrofin,
generando una estructura gelificada (Cubero, et al, 2002).
1.2.3 Solubilidad de los hidrocoloides.
El principio de acción de todo hidrocoloide empieza por la disolución de la
macromolécula y su facilidad de solubilización depende de la naturaleza de la misma.
También hay que tener en cuenta la granulometría, porosidad, superficie específica,
presencia de impurezas, etc. La necesidad de solubilizar las moléculas del hidrocoloide
obliga a que la dispersión asegure que cada partícula se encuentre separada en la
disolución para evitar la formación de grumos. Una vez hidratado, si las uniones
intermoleculares son relativamente débiles, una elevación de temperatura o una
30
agitación mecánica conseguirán que las moléculas del hidrocoloide se dispersen
completamente (Cubero, et al, 2002).
La gelificación del alginato se trata de un fenómeno cooperativo: la asociación de dos
cadenas es capaz de unir fuertemente el calcio y se organizan simulando una caja de
huevos (Multon, 2000). Este gelificante es preferido porque es fácil de manejar, no es
tóxico y tiene bajo costo. Bajo condiciones de pH bajo, las matrices del gel de alginato
rompen enlaces y se genera una degradación del alginato, generando una liberación
rápida del núcleo (Chen y Chen, 2007; Kim, et al. 2008).
La actividad o comportamiento del alginato se ve afectada en general por los siguientes factores (Cubero, et al, 2002): Temperatura: a temperatura alta no gelifican porque las cadenas tienen exceso de
energía y no se alinean para formar un gel.
pH: a pH ácido aumenta la viscosidad y dependiendo de la cantidad de iones calcio
disponibles, puede llegar a gelificar a pH 5. La disminución del pH aumenta la
eficacia del alginato ya que se precisa menos calcio libre en el medio para lograr su
funcionalidad. A pH entre 3 y 3.2 el alginato es insoluble y precipita en forma de
ácido algínico.
Presencia de proteínas: a pH ácido y temperatura suave los alginatos pueden
desnaturalizar las proteínas.
Azúcares: niveles altos de azúcares solubles disminuyen la fuerza del gel.
El alginato suele aplicarse en la fabricación de productos de pastelería, confitería y en
la fabricación de helados y productos cárnicos (Cubero, et al, 2002).
1. 2.4 Alginato.
El alginato es un polisacárido que se obtiene de algunas “algas marrones”, algas de
gran tamaño, entre las que se encuentran fundamentalmente Laminaria hyperborea,
que prolifera en las costas de Noruega, donde incluso se recoge en forma mecanizada
31
en aguas poco profundas. Otras fuentes de alginato son: Laminaria digitata, presente
en el Cantábrico, Laminaria japónica, que se cultiva en China y Japón, Macrocystis
pyrifera, de aguas del Pacífico, y algunas especies de los géneros Lessonia, Ecklonia,
Durvilles y Ascophyllyum. Todas estas algas contienen entre 20 y 30 % de alginato
sobre su peso seco. El alginato fue extraído de las algas, por tratamiento en medio
alcalino y estudiado por primera vez en el siglo XlX, por el químico E.C. Standord, que
lo llamó “Algin”. El alginato se utiliza extensamente en la industria alimentaria desde
mediados del siglo XX. Los principales países productores de alginatos son: Estados
Unidos, Reino Unido, Francia, España, Noruega, Canadá y Japón. Los alimentos
reestructurados generan gran interés por sus características visuales, sensoriales y de
textura como bocadillos, aderezos o en sopas enlatadas. Para que los alimentos
puedan ser reestructurados deben contener geles termoestables. El alginato es
utilizado en este tipo de productos debido a que forma geles irreversibles y
termoestables. La capacidad que posee el alginato de gelificar en sistemas con bajas
temperaturas, lo distingue de las gomas que provienen de algas rojas (Dziezak, 1991).
El alginato es uno de los biopolímeros más versátiles y es ampliamente utilizado en la
industria de alimentos y farmacéutica. Sus principales propiedades son: estabilizante,
espesante, gelificante y formador de películas (Junter y Vinet. 2009).
El alginato está formado por dos tipos de monosacáridos: el ácido gulurónico y el ácido
manurónico (Figura 1). Las algas sintetizan el alginato inicialmente como un polímero
de ácido manurónico, que posteriormente modifican transformando unidades de
manurónico en gulurónico (Junter y Vinet. 2009).
El contenido relativo de cada uno de estos bloques depende del tipo de alga y en
menor medida de las condiciones de crecimiento. La composición del alginato depende
también del grado de desarrollo del alga. Las algas más jóvenes tienen menor
contenido de alginato, y con menor viscosidad y capacidad gelificante, que las algas
maduras (Junter y Vinet. 2009). Como todos los productos de origen natural, las
propiedades del alginato están sujetas a variaciones estacionales (FMCBioPolymer).
32
Figura 1. Estructura de los monosacáridos que conforman al alginato (FMC,
BioPolymer)
Durante el almacenamiento de las algas secas antes de su procesado, o incluso del
producto en polvo, el alginato se degrada con facilidad en presencia de oxígeno,
disminuyendo su viscosidad. Para poder formar un gel, los alginatos deben contener un
nivel suficiente de ácido gulurónico (G) que pueda reaccionar con el calcio. La reacción
con el calcio y su consecuente capacidad gelificante es una función que depende
directamente del promedio de ácido gulurónico contenido. Los alginatos con altos
niveles de bloques ácido gulurónico- ácido gulurónico (GG) poseen una gran capacidad
de formar geles firmes (FMCBioPolymer).
Los bloques de ácido gulurónico (G) y ácido manurónico (M) se unen de la siguiente
forma: GG, MM y MG. La proporción, distribución y longitud de estos bloques
determinan las propiedades fisicoquímicas de las moléculas del alginato. Los bloques G
proveen el potencial de formación de gel, mientras que los MM y MG proporcionan la
flexibilidad a las cadenas. Los bloques G de una molécula de alginato se pueden unir a
regiones similares de otras moléculas de alginato por medio de iones de calcio (Figura
2) (FMCBioPolymer).
Los alginatos no requieren de un proceso con cambios de temperatura para formar un
gel. Para asegurar unas condiciones óptimas de gelificación, es esencial que el alginato
se encuentre muy bien hidratado y se encuentre homogéneamente distribuido en el
producto final (FMCBioPolymer).
33
Figura 2. Formación de gel bajo la estructura “caja de huevo” del alginato (FMC
BioPolymer).
1.2.5 Procesos de gelificación del alginato.
Proceso de gelificación a pH neutro.
Este proceso es muy apropiado para materiales de pequeñas dimensiones. El proceso
de difusión se incrementa al aumentar la concentración de calcio a través de un baño o
por medio de aspersión, de esta forma se genera un gel de forma muy rápida siempre
que el alginato contenga suficientes bloques G en su composición (FMCBioPolymer).
Proceso de gelificación a pH ácido.
La difusión del sistema también se puede llevar a cabo en condiciones ácidas. En este
sistema, las sales de calcio se disuelven a PH neutro y se mezcla con alginato. Cuando
entra en contacto con un ácido, la sal de calcio se solubiliza. Cuando esto ocurre, el
alginato comienza a gelificar (FMCBioPolymer).
34
Gelificación después de un tratamiento térmico.
En este proceso el alginato se disuelve en agua con las sales de calcio y un
secuestrante y se calienta la mezcla. La alta temperatura impide la gelificación debido
a que las cadenas de alginato se encuentran en movimiento, lo cual impide que las
moléculas se asocien. La formación comienza al enfriarse el sistema. Una vez que
disminuye la temperatura, el alginato y el calcio forman un gel termoestable. Se pueden
formar geles relativamente suaves en rangos de 0-50°C, bajo estas condiciones
(FMCBioPolymer).
1.2.6 Propiedades del alginato.
El alginato, en forma sódica, potásica o magnésica, es soluble en soluciones acuosas a
pH por encima de 3.2. También es soluble en mezclas de agua y disolventes orgánicos
miscibles con ella, como el alcohol, pero es insoluble en leche, por la presencia del
calcio. La gelificación del alginato es del tipo de caja de huevo por el acomodo que
tienen los iones de calcio entre las cadenas de alginato (http://milksci.uniza<r.es/
bioquimica/temas/azucares/alginato.html).
Las zonas con bloques de gulurónico pueden considerarse como las zonas de unión
entre cadenas, mientras que las de manurónico son las de interacción preferentemente
con el agua. Consecuentemente, los alginatos ricos en bloques G forman geles mucho
más resistentes, pero presentan problemas de sinéresis al descongelar alimentos
congelados. Los alginatos ricos en bloques M forman geles menos firmes, pero no
presentan sinéresis (http://milksci.uniza<r.es/bioquimica/temas/azucares/alginato.html).
La difusión de iones de calcio desde el exterior funciona bien, especialmente en
materiales de pequeño tamaño, o cuando la velocidad no es importante, o cuando se
pretende obtener una película adherente en la parte externa del material
(http://milksci.uniza<r.es/bioquimica/temas/azucares/alginato.html).
35
1.2.7 Funcionalidad y reología del alginato en solución.
Los alginatos deben hidratarse perfectamente para obtener una funcionalidad óptima.
En las soluciones acuosas de alginatos son fluidos no-newtonianos o pseudoplásticos.
La viscosidad de las soluciones acuosas de alginatos depende de la concentración de
alginato y la longitud de las cadenas del que conforman al alginato. Al disolver el
alginato en agua, las moléculas se hidratan y la solución gana viscosidad
(FMCBioPolymer).
La temperatura define el estado energético de las moléculas. La temperatura influye en
la respuesta que tiene el alginato a la fuerza de corte. Al aumentar la temperatura se
obtiene una disminución de la viscosidad. Como regla general se puede decir que, el
aumento de la temperatura en 1°C disminuye la viscosidad en un 2.5 %
(FMCBioPolymer).
1.2.8 Método de encapsulación con alginato.
El método consiste en suspender el compuesto que se va a encapsular en una solución
acuosa de alginato sódico, adicionando la mezcla, mediante goteo, sobre una solución
acuosa de CaCl2 que se encuentra sometida a una velocidad de agitación adecuada. Al
entrar la gota de alginato sódico en contacto con Ca2+, se produce la gelificación
instantánea de la misma, obteniéndose una membrana o cubierta de alginato cálcico
que es insoluble en agua pero permeable (http://www.ffyb.uba.ar/farmacotecnia%
20I/Microencapsulacion.htm).
La reacción que tiene lugar es:
2Na – Alginato + Ca2+ Ca – Alginato + 2Na+
En esta interacción tiene lugar un entrecruzamiento iónico entre los iones de calcio y las
unidades de ácido gulurónico del alginato, dando lugar a un gel conocido como “modelo
36
de caja de huevo”. Estequiométricamente se requiere de 7.2% de Calcio (basado en el
peso del alginato de sodio) para una sustitución completa, sin embargo con sólo 2.2%
de calcio se logra la formación del gel (http://www.ffyb.uba.ar/farmacotecnia%
20I/Microencapsulacion.htm).
Al entrar en contacto con los iones calcio, el alginato forma un gel instantáneamente.
Los iones se siguen difundiendo en el alginato, logrando que el gel se vaya
endureciendo con el tiempo. Cabe mencionar que es posible manipular la dureza del
gel formado modificando las condiciones de elaboración (temperatura, pH,
concentración de iones, concentración de alginato, etc.) (Pedroza, 2002).
1.3 Proceso térmico de alimentos.
Como parte de la conservación de los encapsulados se encuentran los aspectos más
relevantes del proceso térmico de los alimentos, el cual tiene como objeto la inhibición
de microorganismos que dé como resultado la sanidad y la extensión de la vida útil del
producto. De entre los microorganismos patógenos esporulados eventualmente
presentes en los alimentos de baja acidez (pH> 4.5) el Clostridium botulinum es el más
peligroso. Este microorganismo, que es capaz de crecer en condiciones anaerobias en
envases cerrados, libera al medio una toxina muy potente que es fatal para el 65% de
las personas. El C. botulinum se encuentra en el suelo y es probable encontrarlo en
pequeñas cantidades en cualquier material crudo que haya estado en contacto con el
suelo. Debido a su extremo peligro, los procesos de esterilización se diseñan para que,
como mínimo, sean capaces de lograr su destrucción. En los alimentos moderadamente
ácidos (pH 4.5 a 3.7), para calcular los tiempos y temperaturas de tratamiento se
emplean otros microorganismos (por ejemplo mohos y levaduras) o enzimas termo-
resistentes. El objetivo de la esterilización de los alimentos ácidos (pH<3.7) consiste en
inactivar sus enzimas y es por ello que en estos alimentos los tratamientos de
esterilización aplicados son más suaves. (Fellows, 2007).
El tiempo de reducción decimal D se define como el tiempo necesario para reducir en
un 90% o en un ciclo logarítmico, la población microbiana, es decir desde 104 a 103, a
37
una temperatura constante. Cada microorganismo tiene su propia característica de
resistencia al calor y mientras mayor sea su valor D mayor será su resistencia. La
resistencia al calor también se ve afectada por numerosos factores tales como pH,
actividad de agua y presencia de otros solutos como azúcares y sales (Brennan, 2008).
En base a la definición de tiempo de reducción decimal, puede utilizarse la siguiente
ecuación (1):
𝐷 =𝑡
log 𝑁0−log 𝑁 ...(1)
Donde D es el tiempo de reducción decimal, t es el tiempo de calentamiento, N0
corresponde a la población microbiana inicial y N es la población microbiana final
(Singh, 1998).
Como la termodestrucción de los microorganismos sigue un curso logarítmico la
esterilidad absoluta es imposible de alcanzar, aunque el tiempo de tratamiento se
prolongue al infinito. Sin embargo, a partir de su termorresistencia (Cuadro 2) y de la
temperatura y tiempo de tratamiento, si puede calcularse la probabilidad de
supervivencia en un envase de un único microorganismo (Fellows, 2007). Ello nos lleva
al concepto de esterilidad comercial, que implica en la práctica, que el tratamiento
térmico inactiva a la mayoría de los microorganismos y formas esporuladas (Brennan,
2008).
Así, por ejemplo, el proceso de esterilización capaz de reducir el número de
microorganismos en 12 reducciones decimales (un proceso equivalente a 12D) aplicado
a un producto que contuviera 1000 esporas/envase reduciría el número de
microorganismos en cada uno de ellos a 10-9, o lo que es lo mismo, un microorganismo
por cada 1000 millones de envases (Fellows, 2007).
La probabilidad de supervivencia se halla determinada por el tipo de microorganismo
eventualmente presente en la materia prima. Aquellos alimentos en los que existe
riesgo de contaminación por C. botulinum se someten a procesos de esterilización
equivalentes a 12D, pero estos niveles de reducción microbiana, aplicados a alimentos
38
que contuvieran microorganismos termorresistentes resultarían excesivos, por ello, con
objeto de compaginar el número de envases alterados y la calidad nutritiva y
organoléptica del alimento, en la práctica, se aplican procesos equivalentes a 2D-8D,
con los que, dada la inferior termorresistencia de C. botulinum, su probabilidad de
supervivencia es semejante a la que se obtendría con procesos equivalentes a 12D
(Fellows, 2007).
Cuadro 2 Termorresistencia de algunas bacterias esporuladas utilizadas para el cálculo de los procesos de esterilización de alimentos de baja acidez (Felows, 2007).
Microorganismo Valor Z Valor D121
(min)
Alimentos típicos
Bacillus stearothermophilus 9-10 3-4 Verduras, leche
Clostridium
thermosaccharolyticum
7.2-10 3-4 Verduras
Clostridium sporógenes 8.8 -11.1 0.7-1.5 Carnes
Bacillus subtilis 4.1 – 7.2 0.3-0.76 Productos lácteos
Clostridium botulinum toxinas
A y B
5.5 0.1-0.3 Alimentos baja acidez
Bacillus coagulans 6-9 0.01-0.07 Leche
Bacillus cereus 36 3.8 Leche
Clostridium boulinum toxina E 10 3 (60°C) Alimentos baja acidez
La mayoría de los procesos no tienen lugar a temperatura constante sino que implican
un periodo de calentamiento y otro de enfriamiento, los cuales pueden contribuir a la
letalidad global del proceso. Se puede demostrar que la velocidad de una reacción
aumenta al incrementarse la temperatura y la inactivación microbiana no constituye una
excepción. Para describir la dependencia de la temperatura se utiliza un parámetro
conocido como valor o constante de resistencia térmica, Z, y es el número de grados
de temperatura necesarios para que se modifique el tiempo de reducción decimal por
un factor de 10. Un valor Z bajo indica que la reacción en cuestión es muy sensible a la
39
temperatura, como la inactivación microbiana, siendo las formas vegetativas más
sensibles a la temperatura que las esporas resistentes al calor (Brennan, 2008).
Para comparar la eficacia de distintos procesos de esterilización o tiempo de muerte
térmica se utiliza el valor F, que representa la combinación de tiempo/temperatura
recibida por el alimento. El valor F se representa con un subíndice que indica la
temperatura del autoclave durante el tratamiento y un superíndice con el valor Z del
microorganismo considerado. Así, por ejemplo, un proceso de esterilización a 115°C
calculado para un microorganismo con un valor Z de 10°C se representaría de esta
forma F10115 . El valor F representa también el tiempo durante el que es preciso someter
una población microbiana a una temperatura determinada para provocar una reducción
en el número de microorganismos por un múltiplo equivalente al valor D. Se calcula de
esta forma (2) (Fellows, 2007):
𝐹 = 𝐷(𝑙𝑜𝑔𝑁0 − 𝑙𝑜𝑔𝑁) … (2)
Donde N0 es la población inicial de microorganismos y N corresponde a la población
final de microorganismos (Fellows, 2007).
Un término comúnmente utilizado como referencia es el tiempo de muerte térmica F18250
en la escala Fahrenheit de temperaturas o F10121 en la escala Celsius. Este tiempo de
muerte térmica de referencia, generalmente denominado F0, representa el tiempo
necesario para lograr una determinada reducción en la población de una espora
microbiana con un valor Z de 10°C (ó 18°F) a 121°C (ó 250°F) (Singh, 1998).
El método general de cálculo o método gráfico se basa en el hecho de que mediante
distintas combinaciones de tiempo de tratamiento/temperatura pueden obtenerse
efectos letales idénticos, la letalidad L es por tanto el efecto integrado de temperatura y
tiempo sobre los microorganismos. Al aumentar la temperatura, se produce una
disminución logarítmica del tiempo necesario para destruir el mismo número de
microorganismos. Esto se puede expresar como la velocidad o eficacia letal L (número
40
adimensional recíproco a F) y que se puede representar mediante la siguiente ecuación
(3) (Brennan, 2008):
𝐿 = 10(𝑇−𝑂)
𝑍 …(3)
Donde T es la temperatura de calentamiento y o la temperatura de referencia.
Como la temperatura de un alimento aumenta durante el procesado, hay una mayor
velocidad de destrucción de microorganismos. La parte inicial de calentamiento
contribuye poco a la letalidad total, hasta que la temperatura se aproxima a la del
autoclave, de forma que la mayor parte de la letalidad acumulada tiene lugar en los
últimos minutos, antes de que comience el enfriamiento (Brennan, 2008).
En los alimentos enlatados, la temperatura se determina colocando un termopar en el
punto de más lento calentamiento del recipiente y midiendo la temperatura a lo largo del
proceso de esterilización. La severidad del proceso (valor F0) seleccionado para un
alimento dado depende de la naturaleza de la flora alterante asociada con el alimento,
los probables recuentos microbianos presentes de ese alimento y el tamaño del envase,
ya que mientras mayor sea el envase más microorganismos habrá (Brennan, 2008). En
los envases cilíndricos, el centro térmico de aquellos alimentos que se calientan por
conducción se encuentran aproximadamente en el centro geométrico y en los que se
calientan por convección a un tercio del fondo del envase (Fellows, 2007).
Los siguientes factores influyen de forma importante en la velocidad de penetración de
calor al alimento (Fellows, 2007):
Tipo de alimento. Los productos líquidos o particulados en los que se establecen
corrientes de convección natural, se calientan más rápidamente que los
alimentos sólidos, en los que el calor se transmite por conducción.
Tamaño del envase. La penetración de calor hasta el centro del envase es más
rápida en los envases de menor tamaño.
41
Agitación del envase. En los alimentos viscosos o semisólidos la velocidad y
calentamiento producidos por las corrientes naturales de convección se puede
aumentar con agitación del envase.
Temperatura de la autoclave. Un mayor salto térmico entre el alimento y el medio
de calentamiento hace que la penetración del calor es más rápida.
Forma del envase. Los envases más altos favorecen el calentamiento de
aquellos alimentos en los que la transmisión del calor se produce esencialmente
por convección.
Tipo de envase. La conductividad térmica de los materiales es muy distinta, la de
los envases metálicos es más elevada que la de los de vidrio o plástico (Fellows,
2007).
42
2. JUSTIFICACION
La encapsulación de aditivos cobró mayor importancia a finales de los años 90 con la
encapsulación de sabores que incrementaron el interés por encontrar y mejorar
técnicas de encapsulación. Lo que abre nuevas oportunidades de su aplicación en la
industria alimentaria y farmacéutica.
La encapsulación de un preparado almenticio por gelificación iónica utilizando alginato
de calcio, ofrece una posibilidad de diversificar la presentación de un mismo alimento
con los beneficios que ofrece la encapsulación prolongando sus características
sensoriales y nutricionales.
De tal forma que resulta de esencial importancia determinar las mejores condiciones de
proceso de encapsulación a través de encontrar la influencia que tienen ciertas
variables sobre el producto final. Tales variables son: temperatura, pH y concentración
de gelificante.
Establecer y evaluar las condiciones de proceso de los alimentos preparados
encapsulados por gelificación iónica con alginato ofrece una alternativa de
industrialización de una nueva presentación de un alimento con una excelente
aceptación por los consumidores.
43
3. OBJETIVO GENERAL.
Establecer y evaluar las condiciones de proceso para obtener un alimento encapsulado
en una matriz de alginato a través del método de gelificación iónica.
3.1 Objetivos particulares.
Estudiar el efecto de la temperatura, el pH y la concentración en la consistencia
del alginato en solución.
Evaluar el efecto de la concentración de alginato en la permeabilidad de un
encapsulado con colorante y solución isotónica.
Estudiar el efecto del pH y temperatura en la permeabilidad del encapsulado de
alginato con solución isotónica.
Conocer el efecto del pH y la concentración en la fijación de calcio durante la
encapsulación
Establecer la metodología de elaboración de los alimentos comerciales
encapsulados: puré de cuitlacoche, puré de durazno y jugo de uva-arándano.
Estudiar el efecto de la concentración de alginato y temperatura en la
elaboración de un alimento comercial encapsulado (puré de cuitlacoche, puré de
durazno y jugo de uva-arándano), para seleccionar las condiciones más
adecuadas tecnológicamente para su elaboración.
Establecer las condiciones más adecuadas del proceso térmico del alimento
comercial encapsulado y envasado.
Evaluar la efectividad del proceso térmico mediante análisis microbiológicos
Analizar la estabilidad del alimento comercial encapsulado envasado durante 6
meses.
Aplicar la tecnología de gelificación iónica para la elaboración de encapsulados
de puré de cuitlacoche, puré de durazno y jugo de uva elaborados en el
laboratorio.
44
4. MATERIALES Y EQUIPOS.
4.1 Materias primas.
Se utilizaron alimentos comerciales como cuitlacoche enlatado, durazno en almíbar
enlatado y jugo de uva-arándano envasado. Como agente gelificante se utilizó alginato
grado alimenticio y cloruro de calcio grado alimenticio.
4.2 Material de laboratorio y reactivos:
Material general de laboratorio.
Soluciones reguladoras para potenciómetro.
Recipientes desechables para evaluación sensorial.
4.3. Equipo.
Estufa Convection.
Potenciómetro Thermo Orion 410.
Microscopio estereoscópico Zeiss modelo Stemm SV II.
Texturómetro universal Instron 5565.
Espectrofotómetro de absorción atómica Perkin Elmer AANALYST 300.
Termobalanza Santorius MA45.
Refractómetro Atago N-1E
Espectrofotómetro Spectro 23
45
5. DESARROLLO EXPERIMENTAL.
Para el desarrollo de la presente investigación en la parte experimental, se realizaron
las siguientes etapas:
Caracterización de la materia prima:
Caracterización de alimentos comerciales y líquidos de envasado: Se
caracterizaron los alimentos comerciales y los líquidos de envasado que se
utilizaron en la encapsulación, a través de la determinación de consistencia,
sólidos totales, sólidos solubles y pH.
Caracterización del alginato: se determinó el efecto sobre la consistencia del
alginato en solución cuando se variaron condiciones de proceso (temperatura y
pH), así como el efecto que tuvieron dichas variaciones sobre la absorción de
calcio. Se estableció una metodología de elaboración de encapsulados de
alginato a través de gelificación iónica. La siguiente fase de caracterización del
alginato consistió en la evaluación del efecto de permeabilidad de un
encapsulado de solución isotónica y envasado en agua, variando condiciones de
proceso, tales variaciones fueron: temperatura (21, 50, 70 y 90°C), pH (3, 3.5,
4,5,6,7) y concentración de alginato (0.8, 1 y 1.2%), dicha evaluación se realizó
mediante la medición de sólidos solubles y pH del líquido de envasado (agua),
se obtuvieron las ecuaciones que predicen el comportamiento de difusión de
sólidos solubles y pH, además, se analizó la morfología de los encapsulados de
solución isotónica a través del microscopio estereoscópico.
Elaboración de alimentos encapsulados y determinación de las condiciones de
proceso óptimas para la encapsulación.
Elaboración de los alimentos comerciales encapsulados (durazno, cuitlacoche y
jugo de uva-arándano) utilizando alimentos procesados y variando condiciones
de proceso, como temperatura de disolución (25, 50 y 75°C) y concentración de
alginato (0.8, 1 y 1.2%).
46
Análisis de textura de los alimentos comerciales encapsulados: mediante un
diseño factorial se encontraron las combinaciones de variables con diferencia de
textura.
Análisis sensorial de los alimentos comerciales encapsulados: ayudó a descartar
las combinaciones de condiciones que no presentaban diferencia sensorial y a
determinar su aceptabilidad por los consumidores. Con los resultados se
establecieron las condiciones óptimas de elaboración de los alimentos
encapsulados.
Analisis la estabilidad de los alimentos comerciales encapsulados envasados
durante 6 meses.
Envasado y tratamiento térmico de los alimentos comerciales encapsulados:
los alimentos comerciales encapsulados se envasaron en frascos de vidrio y
para asegurar su inocuidad durante el almacenamiento, se sometieron a una
esterilización comercial.
Estudio de estabilidad durante el almacenamiento: los alimentos comerciales
encapsulados se almacenaron a temperatura ambiente y se analizaron cada
30 dias. Se realizaron determinaciones de peso, volumen, pH y sólidos
totales de los encapsulados, así como microscopía de las cápsulas, por otra
parte, a los líquidos de envasado se les determinó pH y sólidos solubles.
Análisis sensorial de los alimentos comerciales encapsulados durante el
almacenamiento: después del tratamiento térmico se realizó un análisis
sensorial tipo hedónico con escala de 7 puntos y al término de los 6 meses de
almacenamiento, se repitió dicho análisis, con el objetivo de determinar si
existía un cambio en la aceptabilidad de los productos por los consumidores
al final del almacenamiento.
Elaboración de alimentos elaborados en el laboratorio y encapsulados con el
proceso establecido: una vez establecidas las condiciones de proceso óptimas para la
encapsulación, se elaboraron alimentos encapsulados a partir de alimentos preparados
en el laboratorio, para corroborar que este proceso se puede aplicar a diversos tipos de
47
alimentos, utilizando las condiciones de concentración de alginato y temperatura de
disolución obtenidas en este estudio.
5.1 Análisis de materia prima:
A la materia prima (cuitlacoche enlatado, durazno en almíbar enlatado y jugo de uva-
arándano envasado) se le realizaron las siguientes determinaciones:
Sólidos totales.
Determinación de consistencia.
Determinación de pH
Líquido de envasado:
Determinación de pH.
Sólidos solubles.
Métodos analíticos.
A continuación se mencionan los métodos analíticos aplicados en las diversas etapas
de la experimentación.
Método Referencia
Actividad de agua. AOAC 978.18.
Determinación de consistencia. Serpil y Sumnu, 2006
Determinación de color Socaciu, 2007
Prueba de absorción de calcio Günter, 1995
Determinación de pH AOAC 981.12
Sólidos solubles AOAC 932.14 (C)
Sólidos totales AOAC 964.22
Morfología de la cápsula (microscopia) Gray, 1973
Textura Bourne, 1982
Evaluación sensorial por prueba de hedónica de aceptación Ibáñez y Barcina. 2001
48
5.1.1 Metodología de encapsulación.
De acuerdo a la revisión bibliográfica se diseñó una metodología para realizar
encapsulados de alginato con la técnica de gelificación iónica. A continuación se
describen los pasos utilizados:
Disolución del alginato en un medio acuoso.
Preparación de una solución de cloruro de calcio al 1%
Goteo de la solución de alginato en la solución de cloruro de calcio, los
encapsulados se forman instantáneamente al entrar en contacto el alginato y el
cloruro de calcio.
Reposo de los encapsulados por 2 minutos en la solución de cloruro de calcio.
Separación de los encapsulados del cloruro de calcio y enjuagado con agua para
eliminar los remanentes de la solución.
Envasado de los encapsulados en un medio acuoso para mantener su apariencia
y evitar que se sequen.
5.1.2 Caracterización del alginato.
Evaluación de la consistencia del alginato en solución medida como velocidad de flujo, por efecto de la variación de la temperatura, pH y concentración de alginato.
Para determinar la consistencia del alginato en solución a través de la velocidad de
flujo, se diseñó una metodología modificando la técnica establecida por De Hombre, R,
1986. Se utilizó un embudo de separación y se midió el tiempo que tardan en pasar por
el embudo, 100 ml de la solución de alginato con una abertura de ¼ de vuelta de la
válvula, la cual se marcó para tener siempre la misma abertura (Figura 3). Se realizaron
5 repeticiones y la prueba se realizó a temperatura de 21 ±2ºC.
49
Morfología de los encapsulados.
Para observar los cambios que se generan en los encapsulados al variar la
concentración de alginato, el pH y la temperatura, se observaron en el microscopio
estereoscópico con fondo oscuro y aumento 10X (Figura 4).
Figura 3. Medición de la consistencia del alginato con solución isotónica.
Efecto del pH, temperatura y la concentración de alginato en la fijación de calcio durante la encapsulación.
Para analizar el contenido de calcio de los encapsulados de alginato conteniendo agua
destilada, se tomaron muestras de los encapsulados a cada valor de pH y de
temperatura, se secaron en el horno de convección a 100ºC hasta peso constante y
posteriormente se incineraron en mufla a 700ºC por 2h.
La cuantificación del calcio en las cápsulas de alginato se realizó por una técnica
espectrofotométrica en un equipo de absorción atómica, de acuerdo con el Manual de
laboratorio de análisis metalúrgicos del IPN-ESQIE, utilizando una lámpara de Calcio
Perkin Elmer. En la Figura 5, se muestra el equipo.
50
Figura 4. Microscopio estereoscópico de la CM de la ENCB.
Figura 5. Espectrofotómetro de absorción atómica Perkin Elmer AANALYST 300.
51
Determinación del cambio de peso de los encapsulados de solución isotónica.
Durante la evaluación de la permeabilidad de las cápsulas de alginato conteniendo
solución isotónica, se determinó el cambio de peso que sufren estas al envasarlas en
agua durante su almacenamiento en refrigeración. Se tomaron 10 muestras de
cápsulas, se filtraron para retirar el exceso de agua y se pesaron, obteniendo un valor
promedio. Esta determinación se realizó al inicio y al final de cada prueba (día 1 y día
21).
Efecto de la concentración de alginato en la permeabilidad de un encapsulado de colorante y solución isotónica, envasado en solución isotónica y agua.
Se realizaron encapsulados de solución isotónica (sacarosa 0.3M-NaCl 0.1M) y con
colorante artificial de grado alimenticio verde limón (0.01%) a tres concentraciones de
alginato (0.8,1 y 1.2%), las condiciones del proceso fueron temperatura ambiente y pH
7.15, utilizando cloruro de calcio al 1% para realizar la gelificación del alginato. Para su
caracterización, los encapsulados se envasaron en solución isotónica y en agua, se
almacenaron en refrigeración y durante 15 días. Para evaluar la cantidad de colorante
que pasa a través de la membrana de alginato, se midió la absorbancia a 440nm del
líquido de envasado en un espectrofotómetro. Para determinar si existe paso de
sólidos solubles a través de la membrana se determinó la cantidad de sólidos solubles
de la solución de envasado utilizando un refractómetro. En la Figura 6, se muestra el
diagrama del experimento.
Efecto del pH, temperatura y concentración de alginato en la permeabilidad de un encapsulado de solución isotónica y envasado en agua.
Una vez determinada la presencia del fenómeno de difusión de color, se realizaron
encapsulados de solución isotónica utilizando alginato a las concentraciones de 0.8, 1
y 1.2%, pero con variación de las condiciones de proceso, entendiéndose éstas como
condiciones de disolución del alginato. Se disolvió el alginato con variación de
temperatura: 21, 50, 70 y 90ºC y se encapsuló con CaCl2 al 1% con inmersión de 2
52
Figura 6. Diagrama de experimento de permeabilidad de encapsulados de solución
isotónica con diferentes concentraciones de alginato, por determinación de color y ºBx.
53
minutos en promedio, por otra parte se disolvió el alginato con variación de pH y se
encapsuló la solución isotónica a las mismas condiciones de los encapsulados a las
temperaturas antes mencionadas. En todos los casos el líquido de envasado de los
encapsulados fue agua destilada. Se realizaron mediciones de pH y ºBx a la solución de
envasado para conocer el paso de sólidos solubles y iones H+ a través de los
encapsulados, este fenómeno se da por la transferencia de estas partículas que se
encuentran dentro del encapsulado hacia el exterior para poder llegar a un equilibrio
entre los dos sistemas. En la Figura 7, se encuentra el diagrama de proceso.
5.2. Elaboración de alimentos comerciales encapsulados y determinación de las
condiciones de proceso óptimas para la encapsulación.
5.2.1. Elaboración de alimentos comerciales encapsulados.
Una vez establecida la metodología de encapsulación con alginato, se seleccionaron
tres diferentes alimentos comerciales estandarizados, para su conservación por éste
método. Los alimentos que se encapsularon fueron: puré de cuitlacoche enlatado, puré
de durazno en almíbar enlatado y jugo uva arándano envasado. La selección de los
alimentos se realizó en función al pH. El cuitlacoche presenta un pH superior a 4.5 y se
considera de baja acidez, el durazno presenta un pH entre 3.5 y 4 y se considera un
alimento de mediana acidez y el jugo de uva-arándano tiene un pH menor a 3.5, por lo
que representa un alimento de alta acidez. El parámetro de selección por pH tuvo dos
propósitos, el primero, para evaluar el efecto del pH en la encapsulación y el
almacenamiento del alimento ya encapsulado; el segundo propósito fue como
parámetro para establecer las condiciones del tratamiento térmico (esterilización
comercial) ya que las temperaturas y los tiempos de la esterilización comercial están en
función del valor de pH del alimento.
Se partió de alimentos comerciales estandarizados: cuitlacoche enlatado, durazno en
almíbar enlatado y jugo uva-arándano envasado. En el caso de los alimentos sólidos se
realizó un pulpeo. Se solubilizó el alginato en agua (solo en el caso de los purés) y
posteriormente se incorporó al puré, en el caso del jugo de uva-arándano, la disolución
54
se hizo con el mismo jugo.En la Figura 8, se muestra el diagrama de elaboración de
encapsulados de jugo uva-arándano.
Figura 7. Diagrama de proceso de encapsulación de solución isotónica utilizando
diferentes concentraciones de alginato y con variación de pH y temperatura en el
proceso.
55
Figura 8. Diagrama de elaboración de encapsulados de jugo uva-arándano envasado.
56
Se preparó una solución de cloruro de calcio al 1% sobre la cual se goteó la mezcla
alginato-alimento.
Debido a que la mezcla de alginato-puré es difícil de gotear, se optó por colocar una
capa de la mezcla en una placa de moldes circulares para formar las esferas de
alginato.
Se dejaron reposar por dos minutos en la solución de cloruro de calcio y se retiraron, se
enjuagaron con agua potable para retirar el exceso de la solución de cloruro de calcio y
se escurrieron. Después se procedió al envasado y refrigeración. En la Figura 9, se
observa el diagrama de elaboración de encapsulados de durazno y en la Figura 10, se
muestra el diagrama para encapsulados de cuitlacoche.
5.2.2. Análisis de textura de los alimentos comerciales encapsulados.
El Texturómetro Universal tiene por objetivo simular algunos procesos propios de la
masticación a través de diferentes tipos de celdas. El instrumento puede simular los
fenómenos de penetración, corte o aplastamiento del alimento. Cada simulación puede
realizarse a un tiempo o una distancia de penetración/deformación (Kilcast, 2000). La
prueba consiste en ejercer una fuerza sobre la muestra con un dispositivo específico
(según el efecto buscado) para generar una fractura o un orificio en el alimento. La
fuerza máxima que se aplica es registrada y se utiliza como un parámetro de calidad.
La gran ventaja que ofrece este equipo es el amplio rango de alimentos que se pueden
analizar (Bourne, 1982).
Se realizó un diseño factorial para observar la influencia de las condiciones de proceso
en la textura del encapsulado, se consideraron como variables: Temperatura (25, 50 y
75ºC) y concentración de alginato (0.8, 1 y 1.2%). El diseño se aplicó a los tres
alimentos comerciales encapsulados (Cuadro 3).
57
Figura 9. Diagrama de elaboración de encapsulados de durazno comercial.
58
Figura 10. Diagrama de elaboración de encapsulados de cuitlacoche comercial.
59
Cuadro 3. Diseño factorial 2*2 con 3 puntos centrales y dos repeticiones, para las variables de proceso de los alimentos comerciales encapsulados.
Experimento Concentración Tº
1 0.8 25
2 1.2 25
3 0.8 75
4 1.2 75
5 1 50
6 1 50
7 1 50
Se utilizó un texturómetro Instron 5565 con una celda tipo cilíndrica de 42.5mm2 y un
émbolo cilíndrico. Se colocó la muestra formando una capa homogénea en el fondo de
la celda, en la Figura 11, se muestra un esquema de la celda con la muestra.
5.2.3. Análisis sensorial de los alimentos comerciales encapsulados.
Se realizó una prueba de preferencia de los encapsulados de durazno comercial para
saber si las personas percibían la diferencia en la textura del encapsulado al variar la
concentración de alginato al 1 y 1.2%. La prueba se realizó con 80 jueces no
entrenados. Como no se encontró diferencia significativa de acuerdo a los resultados
obtenidos, se decidió trabajar con la concentración del 1% debido a que la
concentración del 0.8% se descartó porque los encapsulados realizados con esta
concentración se aglomeraban. En la Figura 12 se muestra el formato de la evaluación
sensorial de preferencia.
Una vez establecida la concentración de alginato preferida en los alimentos
encapsulados, se realizó una evaluación sensorial tipo hedónica de 7 puntos con 80
jueces no entrenados.
60
Figura 11. Diagrama de la celda con muestra para la prueba de textura.
El objetivo de estas pruebas es cuantificar la preferencia de los sujetos por un producto
midiendo cuánto les gusta o les disgusta, es decir, el grado de satisfacción. Para llevar
a cabo las medidas de aceptación se utilizan escalas hedónicas que miden el grado de
placer o rechazo que produce el alimento. En este caso se utilizó una escala de 7
puntos (Ibáñez y Barcina. 2001).
Se evaluaron los tres alimentos comerciales encapsulados: durazno, cuitlacoche y uva-
arándano. En la Figura 13 muestra el cuestionario de la evaluación sensorial hedónica.
5.3. Análisis de la estabilidad de los alimentos comerciales encapsulados
envasados durante 6 meses.
5.3.1. Envasado y tratamiento térmico de los alimentos comerciales encapsulados.
Se prepararon encapsulados de puré de durazno en almíbar, puré de cuitlacoche
enlatado y jugo de uva-arándano envasado, y se envasaron en frascos de vidrio. Se
utilizaron dos tipos de frascos: 32 ml y 250 ml, los más pequeños utilizaron para realizar
pruebas de caracterización de los encapsulados (textura, peso, dimensiones, pH, %
61
humedad). Y los frascos de mayor capacidad para la evaluación sensorial. En ambas
presentaciones se utilizó tapa tipo twist off, que es la recomendada para envasado al
vacío.
Figura 12. Cuestionario de preferencia sensorial
Previo al envasado se tomó una tapa por cada producto para adaptarle un termopar
que permitió realizar la curva de penetración de calor al registrar las temperaturas en el
punto más frío del envase. En el caso de los encapsulados de cuitlacoche y durazno,
por su tamaño y limitación de movimiento se consideró una transferencia de calor por
conducción, colocando el termopar a la altura del centro geométrico del envase y en los
encapsulados de uva-arándano se consideró una transferencia por convección, ya que
al ser más pequeños tienen mayor movilidad en el medio de envasado y el termopar se
colocó a una altura de 1/3 del fondo del envase.
62
Figura 13. Cuestionario de evaluación sensorial hedónica 7 puntos.
Los líquidos de envasado variaron dependiendo del alimento encapsulado, para el
encapsulado de durazno se utilizó un almíbar de pH 3.61 y 16°Bx que es similar al
almíbar de los duraznos enlatados. Para los encapsulados de cuitlacoche se utilizó una
salmuera al 3%, que es el porcentaje recomendado para las verduras enlatadas. Para
los encapsulados de uva-arándano se utilizó el jugo de uva-arándano envasado.
En cada envase se cuidó de no llenar por completo los envases para que quedara un
espacio, que es necesario para generar el vacío. Se colocaron los envases en un túnel
de deareación por 4 minutos que a través de la inyección de vapor se arrastra el aire en
el espacio y al salir se cierra el envase. Esta operación permite elevar la temperatura
63
de los productos y disminuir así el tiempo total del tratamiento térmico. La temperatura
inicial de los tres productos fue de 23°C y la temperatura después del deaereador fue
de 64°C.
Se colocaron los envases en la canastilla de la autoclave, el envase con el termopar se
colocó al centro y el cable del termopar se sacó por un orificio del equipo para poder
darle el seguimiento a la temperatura.
El proceso de esterilización se realizó en la planta de Frutas de Ingeniería Bioquímica
de la ENCB, el proceso se llevó a cabo por lotes, entendiendo que cada lote
correspondió a un mismo producto y tamaño de envase, para asegurar un proceso
uniforme en todos los envases. El número de frascos que conformaron el lote de 32 ml
fue de 20 y el lote de los frascos de 250 ml estuvo formado por 6 frascos.
Además del monitoreo térmico se realizaron análisis microbiológicos a los alimentos
comerciales encapsulados una vez sometidos a la esterilización comercial, esta
determinación se llevó a cabo en el departamento de microbiología sanitaria de la
ENCB, se utilizaron como referencia las normas oficiales mexicanas mencionadas en el
Cuadro 4.
Cuadro 4. Normas oficiales mexicanas tomadas como referencia para el análisis
microbiológico.
Código Nombre
NOM-113-SSA1-1994 Método pala la cuenta de microorganismos coliformes
totales en placa.
NOM-112-SSA1-1994 Determinación de bacterias coliformes. Técnica del número
más probable.
NOM-130-SSA1-1995 Alimentos envasados en recipientes de cierre hermético y
sometidos a tratamiento térmico. Disposiciones y
especificaciones sanitarias.
NOM-092-SSA1-1994 Método para la cuenta de bacterias aerobias en placa.
NOM-111-SSA1-1994 Método para la cuenta de mohos y levaduras en alimentos.
64
5.3.2. Estabilidad del alimento comercial encapsulado a 6 meses.
Para analizar la estabilidad del alimento comercial encapsulado se realizaron las siguientes determinaciones cada 30 dias.
En los alimentos comerciales encapsulados:
Morfología de la cápsula.
Tamaño de cápsula.
Sólidos totales y pH.
Evaluación sensorial por prueba de hedónica de aceptación (al inicio y fin del
estudio).
En el líquido de envasado:
Sólidos solubles.
Determinación de pH.
5.4. Elaboración de alimentos encapsulados con el proceso establecido.
Una vez que se establecieron las condiciones tecnológicamente más adecuadas para la
elaboración de los tres alimentos comerciales encapsulados, tales como concentración
de alginato y temperatura de disolución, se decidió realizar en el laboratorio los
encapsulados a partir de alimentos naturales como cuitlacoche crudo, durazno amarillo
fresco y uvas frescas.
La primera etapa del proceso la conformó el acondicionamiento de la materias primas,
que consistió en la selección de la materia prima (color característico y sin golpes),
posteriormente se sometió a un lavado por aspersión. En el caso del cuitlacoche, se
sometió a una cocción con epazote y cebolla por 20 minutos para posteriormente
someterlo a un pulpeo con batidora de inmersión. El durazno, una vez lavado, se
sometió a un pelado y deshuesado, para después escaldarlo por 3 minutos a 92°C y
posteriormente pulpearlo con batidora de inmersión. En el caso de la uva, después del
lavado, se colocó en un extractor de jugos para obtener el jugo de uva.
65
Una vez realizadas las operaciones ya mencionadas, se realizó la mezcla del alginato
con cada uno de los alimentos en pulpa o jugo. El siguiente paso fue la encapsulación,
que consistió en la dosificación de la mezcla anterior sobre la solución de CaCl2 y un
reposo de 2 minutos.
Se realizó un enjuague de los encapsulados por inmersión con agua potable y su
posterior escurrimiento para eliminar el exceso de agua.
El último paso fue el envasado en frasco de vidrio de cada uno de los alimentos
encapsulados elaborados, se utilizaron diferentes líquidos de envasado de acuerdo al
tipo de alimento encapsulado. Para el cuitlacoche se utilizó una salmuera al 3%, para el
durazno se realizó un almíbar con azúcar y ácido cítrico y para el jugo de uva
encapsulado se utilizó el mismo jugo de uva.
5.5. Análisis estadístico.
Se realizaron cálculos de valores promedio y desviación estándar con el programa de
Excel. Se realizó un análisis de varianza de 1 vía con un intervalo de confianza del 95%
y la prueba de tuckey, con el programa estadístico Minitab V15.
66
6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN.
6.1. Análisis de materia prima.
6.1.1. Alimentos comerciales y líquidos de envasado utilizados para la encapsulación.
Se realizaron determinaciones de sólidos totales, consistencia y pH al puré de durazno
y al puré de cuitlacoche comercial antes de someterlos al proceso de encapsulado. En
el Cuadro 5, se muestran los resultados.
Cuadro 5. Caracterización de puré de durazno y puré de cuitlacoche comercial.
Parámetro Puré de durazno Puré de cuitlacoche
Humedad (%) 75.69 87.26
pH 3.94 4.70
Consistencia Bostwick (cm) 8.3 6.7
A los líquidos utilizados como el almíbar del durazno, la salmuera al 3% para el
envasado del cuitlacoche y el jugo de uva-arándano envasado, se les midió pH y
sólidos solubles. En el Cuadro 6, se encuentran los resultados.
6.1.2. Caracterización del alginato.
Medición de consistencia de las soluciones de alginato medida como velocidad
de flujo.
Para conocer la influencia de la temperatura de elaboración de la mezcla de alginato
sobre su capacidad de formación de la cápsula, se determinó el tiempo promedio de
flujo de cada solución de alginato elaborada con las variaciones de temperatura. Se
encontró que no hubo diferencia significativa (p>0.05) para el valor de la temperatura de
elaboración de la mezcla de a las tres concentraciones de alginato, Por lo tanto la
67
diferencia en los valores de la consistencia es debida solamente al efecto de la
concentración. Los valores obtenidos al variar la temperatura se muestran en el Cuadro
7.
Cuadro 6. Caracterización de líquidos de envasado.
Parámetro Almíbar Salmuera Jugo uva-arándano
pH 3.61 7.68 3.24
Sólidos solubles (°Bx) 16 5.2 22
Cuadro 7. Tiempo promedio de flujo para las soluciones de alginato con variación de temperatura.
Temperatura de
elaboración (ºC)
Tiempo promedio de flujo (seg)
0.8% 1% 1.2%
21 10.76 ± 0.11a 21.8±0.30
a 35.6±0.24
a
50 10.74±0.09 a 21.6±0.14
a 35.5±0.13
a
70 10.8±0.10 a 21.64±0.15
a 35.54±0.19
a
90 10.78±0.11 a 21.56±0.1
3
a 35.52±0.16
a
Los valores promedios con la misma letra no son significativamente diferentes. Efecto del pH en la consistencia del alginato en solución.
Al realizar la prueba en las soluciones con variación de pH se observó un cambio en la
consistencia debida en mayor medida a la concentración del alginato. En el Cuadro 8,
se muestran los valores promedio del tiempo de flujo para las diferentes condiciones.
68
Cuadro 8. Tiempo promedio de flujo para las soluciones de alginato con variación de pH.
pH de elaboración
(ºC)
Tiempo promedio de flujo (seg)
0.8% 1% 1.2%
3 14.4±0.17a 22.12±1.96a 37.32±0.47a
3.5 11.1±0.35cb 18.7±0.27c 35.7±0.25b
4 11.1±0.20cb 18.9±0.45c 35.8±0.57b
5 11.4±0.13b 21±0.35ab 37.5±0.64a
6 10±0.11d 20±0.24bc 37±0.25a
7 10.76 ± 0.11c 21.8±0.30a 35.6±0.24b
Los valores promedios con la misma letra no son significativamente diferentes (p>0.05) Al aumentar la concentración de alginato se obtiene una solución más espesa, lo que
implica un mayor tiempo de recorrido en el embudo. De acuerdo a Davidson et al
1980,la viscosidad del alginato en solución aumenta a pH 5 y es inestable a pH por
arriba de 11, además de que se reporta una elevación cuando el pH varía entre 3 y 4
por la pérdida de solubilidad de los componentes del alginato (Glicksman, 1969).
Las soluciones de alginato a las tres concentraciones presentaron un aumento en la
velocidad de flujo al aumentar el pH, lo cual debe tenerse en consideración al
encapsular alimentos con diferentes intervalos de pH. Los alimentos con pH elevados
serán más fluidos al combinarse con el alginato.
Prueba de fijación de calcio.
Fijación de calcio con variación de temperatura en el proceso
De acuerdo a los resultados, a una concentración de alginato de 0.8% y 1.2 % se
observa que se fija más calcio a 50ºC. En cambio a 1% de alginato, la mayor fijación se
dá a 70ºC (Cuadro 9).
69
Cuadro 9. Calcio (base seca) fijado en encapsulados de alginato elaborados a diferentes condiciones de temperatura.
% Calcio absorbido (base seca)
Condición de
elaboración
0.8% 1% 1.2%
A A A
21ºC 9 9.2 8.5
50ºC 9.25 8.4 8.67
70ºC 8.5 8.8 7.17
90ºC 9 8.2 8.5
A: % de calcio fijado en función del peso total de alginato empleado.
Fijación de calcio con variación de pH en el proceso
En la concentración de alginato de 0.8% se observa que el pH al que se fija más calcio
es a pH 3.5. Para concentración de alginato de 1% a pH 4 se observa la menor fijación
de calcio, mientras que al 1.2% de alginato y pH de 5 se obtiene la mayor fijación de
calcio (Cuadro 10).
Cuadro 10. Calcio (base seca) fijado por encapsulados de alginato elaborados a diferentes condiciones de pH.
% Calcio fijado (base seca)
Condición de
elaboración
0.8% 1% 1.2%
A A A
pH 3 11 9 10
pH 3.5 12 8.8 10.5
pH 4 9.75 7.8 9.17
pH 5 9.75 8.4 9
pH 6 9 8.6 9.17
pH 7 9 9.2 8.5
A: % de calcio fijado en función del peso total de alginato empleado.
70
En todos los casos se obtuvieron valores superiores al 7.2% mencionado por
Pedroza,2002, como el valor máximo de fijación.
Efecto de la concentración de alginato en la permeabilidad de un encapsulado de solución isotónica con colorante y envasado en solución isotónica y agua como líquido de envasado.
De acuerdo a la Figura 14, se observó que en los encapsulados de solución isotónica
con colorante y envasados en agua, la difusión es de tipo exponencial, empiezan a
difundir y alcanzan su valor máximo en las condiciones experimentadas a 15 días. De
tal forma que si se envasa en un medio diferente al contenido del encapsulado, existirá
una difusión de tipo exponencial y se estabilizará posteriormente. Este fenómeno
deberá de tomarse en consideración durante el almacenamiento de un alimento
encapsulado, ya que existirá una difusión del interior del encapsulado hacia el líquido
de envasado, lo cual puede tener consecuencias en la apariencia del producto una vez
envasado y almacenado; así como en su aceptación sensorial por el posible cambio de
sabor del producto.
Figura 14. Efecto de la concentración de alginato en la difusión de colorante encapsulado y envasado en la solución isotónica (S.I.) o agua en función del tiempo.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
1 6 8 13 15
A4
40
nm
Tiempo (dias)
alginato 0.8% + S.I.
alginato 1% + S.I.
alginato 1.2% + S.I.
alginato 0.8% + agua
alginato 1% + agua
alginato 1.2% + agua
71
Efecto del pH, temperatura y concentración de alginato en la permeabilidad de un encapsulado de solución isotónica y envasado en agua.
Efecto de la temperatura y el tiempo en la difusión de sólidos solubles de
un encapsulado de solución isotónica con alginato 0.8%.
En el Cuadro 11 y la Figura 15, se puede observar que se presenta una difusión
máxima y después se estabiliza en todas las muestras. No se observa ninguna
influencia de la temperatura en la difusión ya que en todas las curvas se presenta una
tendencia similar. Al realizar el análisis de ANOVA a las diferentes temperaturas a lo
largo del periodo de almacenamiento, se encontró que a 70°C, la difusión se estabiliza
al segundo día, que es un día antes que las otras temperaturas que lo hacen al tercer
día.
Cuadro 11. Sólidos solubles en las soluciones de envasado de encapsulados de solución isotónica y alginato al 0.8%, con variación de temperatura de disolución.
Lectura °Bx
Dia 21°C 50ºC 70ºC 90ºC
0 0 ± 0f 0 ± 0 d 0 ± 0 c 0 ± 0 g
1 3 ±0.2 e 2 ± 0.2 c 2 ± 0.2 b 2.8 ± 0.2 f
2 3.15 ±0.2d 3.85 ± 0.2 b 4.2 ± 0.2 a 4 ± 0.4 e
3 3.55 ± 0.1 bcd 4.35 ± 0.3 ab 4.35 ± 0.4 a 4.2 ± 0.3 d
4 3.85 ± 0.3 cd 4.6 ± 0.2 ab 4.5 ± 0.4 a 3.6 ± 0.4 cd
5 4.1 ± 0.3 bcd 4.55 ± 0.4 ab 4.25 ± 0.4 a 4.4 ± 0.3 bcd
6 4.25 ± 0.2 bcd 4.75 ± 0.4 a 4.8 ± 0.3 a 4 ± 0.3 abcd
7 4.65 ± 0.4 ab 4.55 ± 0.5 ab 4.8 ± 0.3 a 4.6 ± 0.3 abc
10 4.8 ± 0.5 ab 4.6 ± 0.4 ab 4.65 ± 0.2 a 5 ± 0.3 abcd
17 4.55 ± 0.4 abc 4.35 ± 0.3 ab 4.75 ± 0.2 a 4.8 ± 0.3 ab
21 4.6 ± 0.4 a 4.65 ± 0.4 ab 4.8 ± 0.4 a 5 ± 0.2 ab
24 4.55 ± 0.3 abc 4.85 ± 0.3 a 4.65 ± 0.3 a 4.4 ± 0.3 a
Las series de valores promedios con la misma letra no son significativamente diferentes (p>0.05).
Por el tipo de gráfica que se presenta en la difusión de sólidos solubles de los
encapsulados de solución isotónica, se realizó una regresión de tipo cúbica. En el
72
Cuadro 12, se encuentran las ecuaciones obtenidas para la difusión de sólidos solubles
de los encapsulados de solución isotónica con alginato al 0.8% y variación de
temperatura. Donde t es el tiempo medido en días.
Figura 15. Efecto de la temperatura y el tiempo de difusión de sólidos solubles de un encapsulado de solución isotónica con alginato al 0.8%
Cuadro 12. Polinomios obtenidos para la difusión de sólidos solubles de los encapsulados de solución isotónica con alginato al 0.8% y variación de temperatura.
Variación Ecuación R2
21ºC °Bx= 1.135 + 0.921t – 0.068t 2 + 0.001t 3 0.85
50ºC °Bx= 0.982 + 1.15t – 0.096t 2 + 0.002t 3 0.84
70ºC °Bx= 0.954 + 1.085t – 0.084t 2 + 0.002t 3 0.86
90ºC °Bx= 0.696 + 1.125t – 0.089t 2 + 0.002t 3 0.93
Efecto de la temperatura y el tiempo en la difusión de sólidos solubles de
un encapsulado de solución isotónica con alginato 1%.
Para los encapsulados de solución isotónica con alginato al 1% y con variación de
temperatura de proceso, se observa en el Cuadro 13 y la Figura 16, que la difusión se
73
presenta de forma gradual del día cero al día 3 y posteriormente se estabiliza. Partiendo
de una solución isotónica encapsulada de 13.2ºBx, la difusión hacia el agua es de un
34%. Al realizar el análisis de ANOVA a las diferentes temperaturas a lo largo del
periodo de almacenamiento, se encontró que, en casi todas las temperaturas, la
difusión se estabiliza al día 3, pero a 70°C, la estabilidad de la difusión se dio el día 2.
Cuadro 13. Sólidos solubles en las soluciones de envasado de encapsulados de solución isotónica con alginato al 1% y variación de temperatura.
Lectura °Bx
Dia 21°C 50ºC 70ºC 90ºC
0 0 ± 0g 0 ± 0 d 0 ± 0 e 0 ± 0 e
1 2 ± 0.16 f 3.1 ± 0.2 c 2.25 ± 0.19 d 2.15 ± 0.19 d
2 2.6 ± 0.16 f 3.8 ± 0.43b 3.5 ± 0.25 c 2.7 ± 0.41 d
3 3.3 ± 0.25 e 4.5 ± 0.2 a 3.85 ± 0.19 bc 4.65 ± 0.3 bc
4 3.7 ± 0.11 de 4.6 ± 0.23 a 4.45 ± 0.25 ab 4.85 ± 0.19 bc
5 3.75 ± 0.19 cde 4.65 ± 0.3 a 4.6 ± 0.16 a 4.55 ± 0.3 c
6 3.75 ± 0.25 cde 4.9 ± 0.11 a 4.66 ± 0.23 a 4.9 ± 0.25 abc
7 3.85 ± 0.41 bce 4.75 ± 0.3 a 4.75 ± 0.25 a 4.9 ± 0.25 abc
10 4.3 ± 0.33 abcd 4.85 ± 0.43 a 4.75 ± 0.34 a 5 ± 0.43 abc
17 4.4 ± 0.34 abc 4.5 ± 0.2 a 4.7 ± 0.2 a 5 ± 0.16 ab
21 4.55 ± 0.34 a 4.55 ± 0.26 a 4.85 ± 0.61 a 5.55 ± 0.3 7 a
24 4.45 ± 0.33 ab 4.65 ± 0.25 a 5.1 ± 0.25 a 5.3 ± 0.25 ab
Las series de valores promedios con la misma letra no son significativamente diferentes (p>0.05).
Figura 16. Efecto de la temperatura y el tiempo en la difusión de sólidos solubles de un encapsulado de solución isotónica con alginato al 1%.
74
Por el tipo de gráfica que se presenta en la difusión de sólidos solubles de los
encapsulados de solución isotónica con alginato al 1%, se realizó una regresión de tipo
cúbica. En el Cuadro 14, se encuentran las ecuaciones obtenidas para la difusión de
sólidos solubles de los encapsulados de solución isotónica con alginato al 1% y
variación de temperatura. Donde t es el tiempo medido en días.
Cuadro 14. Polinomios obtenidos para la difusión de sólidos solubles de los encapsulados de solución isotónica con alginato al 1% y variación de temperatura.
Variación Ecuación R2
21ºC °Bx= 0.808 + 0.853t – 0.061t 2 + 0.001t 3 0.91
50ºC °Bx= 1.338 + 1.082t – 0.089t 2 + 0.002t 3 0.80
70ºC °Bx= 0.925 + 1.115t – 0.089t 2 + 0.002t 3 0.90
90ºC °Bx= 0.814 + 1.172t – 0.09t 2 + 0.002t 3 0.88
Efecto de la temperatura y el tiempo en la difusión de sólidos solubles de
un encapsulado de solución isotónica con alginato 1.2%
En general la difusión es menor, aproximadamente de un 30%.Tarda entre 3 y 4 días en
dar la mayor difusión y después se estabiliza. Se observa que al aumentar la
temperatura aumenta la difusión (Cuadro 15 y Figura 17). Al realizar el análisis de
ANOVA a las diferentes temperaturas a lo largo del periodo de almacenamiento, se
encontró que a 70°C la difusión se estabiliza al segundo día, lo que representa un día
menos que las otras temperaturas que lo hacen al tercer día.
Por el tipo de gráfica que se presenta en la difusión de sólidos solubles de los
encapsulados de solución isotónica con alginato al 1.2%, se realizó una regresión de
tipo cúbica. En el Cuadro 16, se encuentran las ecuaciones obtenidas para la difusión
de sólidos solubles de los encapsulados de solución isotónica con alginato 1.2% y
variación de temperatura. Donde t es el tiempo medido en días.
75
Cuadro 15. Sólidos solubles en las soluciones de envasado de encapsulados de solución isotónica con alginato al 1.2% y variación de temperatura.
Dia 21°C 50ºC 70ºC 90ºC
0 0 ± 0 f 0 ± 0 d 0 ± 0 C 0 ± 0 g
1 2.05 ± 0.25 e 1.75 ± 0.19 c 2.9 ± 0.11 b 1.6 ± 0.16 f
2 2.15 ± 0.19 d 2.4 ± 0.32 b 2.95 ± 0.19 a 3.3 ± 0.34 e
3 3.05 ± 0.25 cd 2.45 ± 0.19 ab 3.75 ± 0.25 a 3.6 ± 0.28 d
4 3.3 ± 0.25 cd 2.75 ± 0.25 ab 4.2 ± 0.16 a 3.85 ± 0.19 d
5 3.05 ± 0.1 bcd 3.25 ± 0.25 ab 4.2 ± 0.16 a 4.35 ± 0.34 cd
6 3.35 ± 0.25 bcd 3.85 ± 0.25 ab 4.25 ± 0.3 a 4.45 ± 0.25 abcd
7 3.8 ± 0.16 ab 4.15 ± 0.5 ab 4.55 ± 0.2a 4.4 ± 0.23 abc
10 4.25 ± 0.19 ab 4.1 ± 0.26 ab 4.75 ± 0.44 a 5.1 ± 0.52 abcd
17 4 ± 0.16 abc 4.1 ± 0.26 ab 4.85 ± 0.19 a 5.3 ± 0.34 bcd
21 4.05 ± 0.1 a 4.4 ± 0.28 ab 5.05 ± 0.41 a 5.7 ± 0.34 ab
24 3.9 ± 0.26 ab 4.3 ± 0.25 a 5 ± 0.28 a 5.75 ± 0.52 a
Las series de valores promedios con la misma letra no son significativamente diferentes (p>0.05).
Figura 17. Efecto de la temperatura y el tiempo en la difusión de sólidos solubles de un encapsulado de solución isotónica con alginato 1.2%.
76
Cuadro 16. Polinomios obtenidos para la difusión de sólidos solubles de los
encapsulados de solución isotónica con alginato al 1.2% y variación de temperatura.
Variación Ecuación R2 21ºC °Bx= 0.724 + 0.767t – 0.052t 2 + 0.001t 3 0.91 50ºC °Bx= 0.525 + 0.828t – 0.056t 2 + 0.001t 3 0.95 70ºC °Bx= 1.127 + 0.928t – 0.068t 2 + 0.001t 3 0.87 90ºC °Bx= 0.897 + 1.025t – 0.072t 2 + 0.001t 3 0.94
Se observaron al microscopio los encapsulados de solución isotónica con alginato
recién elaborados y después de 21 días de almacenamiento a 4ºC. De acuerdo a las
imágenes, los encapsulados elaborados a 0.8, 1 y 1.2% de alginato, con altas
temperaturas mantienen una estructura firme e incluso un engrosamiento de la capa
externa del 76% (Figura 18), por lo que a pesar de aumentar la difusión a altas
temperaturas se obtienen estructuras más homogéneas y gruesas; por lo tanto la
temperatura facilita la formación de una cobertura más homogénea y firme. Las
imágenes de los encapsulados de solución isotónica con concentraciones de 1 y 1.2%
de alginato se encuentran en el Anexo 1.
Efecto del pH y el tiempo en la difusión de sólidos solubles de un
encapsulado de solución isotónica con alginato 0.8%
En el Cuadro 17 y la Figura 19, se observa que a pH 3 y 7 se presenta la mayor difusión
mientras que a pH 6 presenta la menor difusión de sólidos solubles. Al realizar la
prueba de ANOVA a los diferentes pH con respecto del tiempo de almacenamiento, se
encontró que a los pH de 5 y 7 la estabilidad de la difusión de sólidos solubles se da el
día 3, mientras que al resto de los valores de pH, la estabilidad se dio con un día menos
(día 2). Estos resultados sirven para poder saber con anticipación lo que puede suceder
con la permeabilidad de un alimento encapsulado dependiendo de su valor de pH.
77
Figura 18. Imágenes al microscopio (10x) de encapsulados de solución isotónica con
alginato al 0.8%, a la izquierda los encapsulados recién elaborados, a la derecha los
encapsulados después de21 días de almacenamiento.
Por el tipo de gráfica que se presenta en la difusión de sólidos solubles de los
encapsulados de solución isotónica con alginato al 0.8%, se realizó una regresión de
tipo cúbica. En el Cuadro 18, se encuentran las ecuaciones obtenidas para la difusión
de sólidos solubles de los encapsulados de solución isotónica con concentración de
alginato 0.8% y variación de pH. Donde t es el tiempo medido en días.
1 día de almacenamiento 21 días de almacenamiento
78
Cuadro 17. Sólidos solubles en las soluciones de envasado de encapsulados de solución isotónica con alginato al 0.8% y variación de pH.
Lectura °Bx
Dia pH3 pH3.5 pH4 pH5 pH6 pH7
0 0± 0 c 0 ± 0 c 0 ± 0 c 0 ± 0 d 0 ± 0 c 0 ± 0 f
1 3.15 ± 0.36 b 3.25 ± 0.23 b 3.8 ± 0.25 b 3 ± 0.16 c 2.2 ± 0.28 b 3 ±0.2 e
2 3.65 ± 0.42 a 3.45 ± 0.19 ab 4 ± 0.19 ab 3.1 ± 0.2 c 2.6 ± 0.28 ab 3.15 ±0.2d
3 4 ± 0.33 ab 3.55 ± 0.44 ab 4 ± 0.3 ab 3.65 ± 0.28 ab 3.05 ± 0.1 ab 3.55 ± 0.1 bcd
4 4.15 ± 0.19 a 4 ± 0.1 a 4 ± 0.55 ab 4.05 ± 0.25 ab 3.45 ± 0.19 ab 3.85 ± 0.3 cd
5 4.4 ± 0.28 a 3.6 ± 0.33 a 4.6 ± 0.36 ab 4 ± 0.41 ab 3.65 ± 0.34 a 4.1 ± 0.3 bcd
6 4.6 ± 0.28 a 3.75 ± 0.38 a 4.8 ± 0.19 ab 4.15 ± 0.34 ab 3.3 ± 0.26 ab 4.25 ± 0.2 bcd
7 4.7 ± 0.34 a 4.05 ± 0.1 a 4.6 ± 0.3 ab 4.5 ± 0.38 ab 3.85 ± 0.72 a 4.65 ± 0.4 ab
10 4.75 ± 0.25 a 4.2 ± 0.38 a 4.6 ± 0.36 ab 4.45 ± 0.34 ab 3.4 ± 0.49 ab 4.8 ± 0.5 ab
17 4.45 ± 0.3 a 4.1 ± 0.19 a 4.8 ± 0.38 a 4.55 ± 0.55 a 3.9 ± 0.77 a 4.55 ± 0.4 abc
21 4.55 ± 0.25 a 4.25 ± 0.36 a 4.6 ± 0.44 a 4.5 ± 0.58 a 3.7 ± 0.39 a 4.6 ± 0.4 a
24 4.5 ± 0.35 a 4.1 ± 0.25 a 4.8 ± 0.34 a 4.35 ± 0.52 a 3.75 ± 0.9 a 4.55 ± 0.3 abc
Las series de valores promedios con la misma letra no son significativamente diferentes (p>0.05).
Figura 19. Efecto del pH y el tiempo en la difusión de sólidos solubles de un encapsulado de solución isotónica con alginato al 0.8%.
79
Cuadro 18. Polinomios obtenidos para la difusión de sólidos solubles de los encapsulados de solución isotónica con alginato al 0.8% y variación de pH.
Variación Ecuación R2
pH3 °Bx= 1.312 + 0.983t – 0.078t 2 + 0.002t 3 0.81
pH3.5 °Bx= 1.373 + 0.862t – 0.07t 2 + 0.002t 3 0.73
pH4 °Bx= 1.233 + 0.805t – 0.062t 2 + 0.001t 3 0.78
pH5 °Bx= 1.215 + 0.876t – 0.065t 2 + 0.002t 3 0.82
pH6 °Bx= 0.931 + 0.767t – 0.059t 2 + 0.001t 3 0.82
pH7 °Bx= 1.218 + 0.908t – 0.067t 2 + 0.001t 3 0.83
Efecto del pH y el tiempo en la difusión de sólidos solubles de un
encapsulado de solución isotónica con alginato 1%.
En el Cuadro 19 y la Figura 20, se muestra la difusión de sólidos solubles de
encapsulados de solución isotónica con alginato al 1% y elaborados con variación de
pH. Al disminuir el pH, aumenta la difusión y después se estabiliza la tendencia. Hay
una mayor diferencia entre las gráficas de los diferentes pH. La mayor difusión se da a
pH 3 y 3.5. Los pH con menor difusión son 4 y 6. El análisis de ANOVA del pH con
respecto del tiempo de almacenamiento mostró que los de pH de 3, 3.5, 4 y 5,
presentan una estabilidad de la difusión de sólidos solubles a partir del día 2, mientras
que a pH de 6 y 7 la estabilidad de la difusión se dio hasta el día 4.
Por el tipo de gráfica que se presenta en la difusión de sólidos solubles de los
encapsulados de solución isotónica con alginato al 1%, se realizó una regresión de tipo
cúbica. En el Cuadro 20, se encuentran las ecuaciones obtenidas para la difusión de
sólidos solubles de los encapsulados de solución isotónica con alginato al 1% y
variación de pH. Donde t es el tiempo medido en días.
80
Cuadro 19. Sólidos solubles en las soluciones de envasado de encapsulados de solución isotónica con alginato al 1% y variación de pH.
Lectura °Bx
Día pH3 pH3.5 pH4 pH5 pH6 pH7
0 0 ± 0 e 0 ± 0 e 0 ± 0 e 0 ± 0 e 0 ± 0 e 0 ± 0 f
1 3.65 ± 0.25 d 3.25 ± 0.19 d 2.4 ± 0.28 d 3.05 ± 0.12 d 1.2 ± 0.16 d 2 ± 0.16 e
2 4.35 ± 0.16 cd 3.45 ± 0.19 bcd 2.55 ± 0.3 bcd 3.3 ± 0.38 bc 1.65 ± 0.3 d 2.6 ± 0.16 e
3 4.85 ± 0.19bcd 4.75 ± 0.34 bcd 2.8 ± 0.28 bc 3.95 ± 0.34bc 2.55 ± 0.44 c 3.3 ± 0.25 d
4 5.05 ± 0.10 bc 5 ± 0.16 abcd 3.1 ± 0.12 bc 3.9 ± 0.38 bc 3 ± 0.16 bc 3.7 ± 0.11 dc
5 5.25 ± 0.25abc 4.95 ± 0.38abcd 3.3 ± 0.26 ab 4 ± 0.1 c 3 ± 0.28 bc 3.75± 0.19bcd
6 5.15 ± 0.19abc 5.15 ± 0.2 cd 3.6 ± 0.23 a 4.15 ± 0.19bc 3.5 ± 0.12 ab 3.75± 0.25bcd
7 5.45 ± 0.3 ab 5.27 ± 0.19abcd 3.4 ± 0.28 ab 4.55 ± 0.3 ab 3.4 ± 0.28 ab 3.85± 0.41bcd
10 5.55 ± 0.34abc 5.5 ± 0.48 ab 3.5 ± 0.26 a 4.65 ± 0.3 a 3.55 ± 0.19ab 4.3 ± 0.33 abc
17 5.25 ± 0.38abc 5.35 ± 0.38 abc 3.6 ± 0.33 a 4.75 ± 0.19 a 3.75 ± 0.19 a 4.4 ± 0.34 ab
21 5.15 ± 0.30abc 5.55 ± 0.5 a 3.65 ± 0.25 a 4.55 ± 0.38ab 3.7 ± 0.12 a 4.55 ± 0.34 a
24 5.55 ± 0.38 a 5.4 ± 0.33 abc 3.45 ± 0.38 ab 4.7 ± 0.12 a 3.45 ± 0.1 ab 4.45 ± 0.33 a
Las series de valores promedios con la misma letra no son significativamente diferentes (p>0.05).
Figura 20. Efecto del pH y el tiempo en la difusión (sólidos solubles) de un encapsulado de solución isotónica con alginato al 1%.
81
Cuadro 20. Polinomios obtenidos para la difusión de sólidos solubles de los
encapsulados de solución isotónica con alginato al 1% y variación de pH.
Variación Ecuación R2
pH3 °Bx= 1.555 + 1.175t – 0.096t 2 + 0.002t 3 0.80
pH3.5 °Bx= 1.283 + 1.146t – 0.087t 2 + 0.002t 3 0.85
pH4 °Bx= 0.976 + 0.698t – 0.052t 2 + 0.001t 3 0.81 pH5 °Bx= 1.275 + 0.882t – 0.066t 2 + 0.001t 3 0.81 pH6 °Bx= 0.335+ 0.786t – 0.053t 2 + 0.001t 3 0.96 pH7 °Bx= 0.802 + 0.86t – 0.062t 2 + 0.001t 3 0.91
Efecto el pH en la difusión de sólidos solubles de un encapsulado de
solución isotónica con alginato al 1.2%.
En el Cuadro 21 y la Figura 21, se observa el comportamiento de difusión de sólidos
solubles de los encapsulados de solución isotónica con alginato al 1.2% y variación de
pH. Los pH con mayor difusión fueron a 3 y 3.5. Los pH con menor difusión fueron 4,6 y
7. Las curvas a pH 4 y 7 presentan un comportamiento muy similar. Al disminuir el pH
aumenta la difusión. El ANOVA del pH con respecto del tiempo de almacenamiento
indicó que los pH 5 y 6 tienen una estabilidad de la difusión a partir del día 1, mientras
que el resto se estabilizó el día 2.
Por el tipo de gráfica que se presenta en la difusión de sólidos solubles de los
encapsulados de solución isotónica con alginato al 1.2%, se realizó una regresión de
tipo cúbica. En el Cuadro 22, se encuentran las ecuaciones obtenidas para la difusión
de sólidos solubles de los encapsulados de solución isotónica con alginato al 1.2% y
variación de pH. Donde t es el tiempo medido en días.
82
Cuadro 21. Sólidos solubles en las soluciones de envasado de encapsulados de solución isotónica con alginato al 1.2% y variación de pH.
Lectura °Bx
Día pH3 pH3.5 pH4 pH5 pH6 pH7 0 0 ± 0 c 0 ± 0 c 0 ± 0 c 0 ± 0 d 0 ± 0 c 0 ± 0 f
1 3.45 ± 0.25 b 3.25 ± 0.28 b 2 ± 0.16 b 2.15 ± 0.19 c 2.85 ± 0.1 b 2.05 ± 0.25 e
2 3.55 ± 0.19 a 3.65 ± 0.41 ab 2.5 ± 0.38 ab 3 ± 0.28 c 3.2 ± 0.28 b 2.15 ± 0.19 d
3 4 ± 0.16 ab 4.4 ± 0.33 ab 3.15 ± 0.19ab 3.8 ± 0.33 ab 3.5 ± 0.26 ab 3.05 ± 0.25 bcd
4 4.25 ± 0.38 a 4.75 ± 0.34a 3.65 ± 0.19ab 3.95 ± 0.19 ab 3.6 ± 0.43 ab 3.3 ± 0.25 cd
5 4.4 ± 0.33 a 4.45 ± 0.41 a 3.85 ± 0.19ab 4.15 ± 0.29 bc 3.8 ± 0.28 a 3.05 ± 0.1 bcd
6 4.65 ± 0.19 a 4.65 ± 0.19 a 3.7 ± 0.35 ab 4.25 ± 0.25 b 4.3 ± 0.35 a 3.35 ± 0.25 bcd
7 4.9 ± 0.38 a 4.8 ± 0.12 a 4.1 ± 0.35 ab 4.45 ± 0.34 a 4.55 ± 0.28 a 3.8 ± 0.16 ab
10 5.5 ± 0.26 a 4.9 ± 0.15 a 4.4 ± 0.16 a 4.5 ± 0.26 ab 4.7 ± 0.38 ab 4.25 ± 0.19 ab
17 5.55 ± 0.19 a 4.75 ± 0.38 a 4.75 ± 0.25 a 4.65 ± 0.3 a 4.55 ± 0.34 a 4 ± 0.16 abc
21 5.65 ± 0.19 a 4.7 ± 0.48 a 4.4 ± 0.28 a 5 ± 0.16 a 4.1 ± 0.35 a 4.05 ± 0.1 a
24 5.55 ± 0.38 a 4.9 ± 0.35 a 4.55 ± 0.38 a 4.75 ± 0.25 ab 4.25 ± 0.53 a 3.9 ± 0.26 abc
Las series de valores promedios con la misma letra no son significativamente diferentes (p>0.05).
Figura 21. Efecto del pH y el tiempo en la difusión de sólidos solubles de un encapsulado de solución isotónica con alginato al 1.2%.
83
Cuadro 22. Polinomios obtenidos para la difusión de sólidos solubles de los
encapsulados de solución isotónica con alginato al 1.2% y variación de pH.
Variación Ecuación R2
pH3 °Bx= 1.391 + 0.927t – 0.064 t 2 + 0.001 t3 0.84
pH3.5 °Bx= 1.383 + 1.031t – 0.083 t 2 + 0.002 t3 0.79
pH4 °Bx= 0.736 + 0.869t – 0.059 t 2 + 0.001 t3 0.93
pH5 °Bx= 0.905 + 0.963t – 0.071 t 2 + 0.002 t3 0.90
pH6 °Bx= 1.089 + 0.898t – 0.066 t 2 + 0.001 t3 0.85
pH7 °Bx= 0.725 + 0.768t – 0.052 t 2 + 0.001 t3 0.91
En la Figura 22, se muestran las imágenes de los encapsulados de solución isotónica
con alginato al 0.8% y las imágenes correspondientes al 1 y 1.2% de alginato se
encuentran en el Anexo1. Se observa que al inicio los pH de 5 y 7 forman una capa
más delgada, pero en las imágenes de 21 días después (imágenes de la derecha) se
observa que hay un engrosamiento de la capa en todos los pH hasta de un 60%. Este
comportamiento indica que el almacenamiento genera un engrosamiento de la capa,
independientemente del pH de formación inicial, por lo que el pH del alimento que se
desee encapsular no influirá en el grosor posterior de la capa ya que con el tiempo de
almacenamiento se engrosará, generando un encapsulado más firme y resistente.
Efecto del pH y el tiempo en la difusión de iones H+ de un encapsulado de
solución isotónica con alginato 0.8%.
En la difusión de iones H+ para los encapsulados de solución isotónica y elaborados al
0.8% de alginato a diferentes pH, de acuerdo al Cuadro 23 y la Figura 23, se observa
que a pH3 se presenta la mayor difusión. El ANOVA realizado al pH con respecto del
tiempo de almacenamiento, indicó que casi a todas las variaciones de pH, la estabilidad
de la difusión de iones H+ se estabiliza a partir del día 1, con excepción del pH 3.5 que
lo hace el día 2.
84
Figura 22. Imágenes al microscopio de encapsulados de solución isotónica con alginato al 0.8% recién elaborados y después de 21 días de almacenamiento a 4ºC.
Cuadro 23. Iones H+ en las soluciones de envasado de encapsulados de solución isotónica con alginato al 0.8% y variación de pH.
Dia pH3 pH3.5 pH4 pH5 pH6 pH7
0 7.45 ± 0.01a 7.45 ± 0.01 a 7.45 ± 0.01 a 7.45 ± 0.01 a 7.45 ± 0.01 a 7.45 ± 0.01 a
1 4.31 ± 0.06 bc 5.77 ± 0.21 d 6.21 ± 0.14 b 7.11 ± 0.15 ab 7.33 ± 0.05ab 7.32 ± 0.09ab
2 4.32 ± 0.06 bc 6.42 ± 0.11 bc 6.37 ± 0.04 b 6.95 ± 0.05 bc 7.38 ± 0.07 abc 7.34 ± 0.05ab
3 4.17 ± 0.06 c 6.17 ± 0.06 bcd 6.33 ± 0.1 b 6.73 ± 0.07 bcd 7.09 ± 0.11 bcd 7.41 ± 0.11ab
4 4.28 ± 0.11 bc 6.35 ± 0.08 bc 6.32 ± 0.06 b 6.5 ± 0.07 cd 6.94 ± 0.08 bcd 7.31 ± 0.1ab
5 4.36 ± 0.1 bc 6.23 ± 0.14 bcd 6.36 ± 0.12 b 6.73 ± 0.16 bcd 6.98 ± 0.11 abc 7.34 ± 0.08ab
6 4.21 ± 0.14 bc 6.13 ± 0.28 cd 6.32 ± 0.24 b 6.59 ± 0.26 cd 6.77 ± 0.23 d 7.07 ± 0.15ab
7 4.39 ± 0.07 bc 6.51 ± 0.07 bc 6.37 ± 0.22 b 6.69 ± 0.12 bcd 7.01 ± 0.13abcd 7.38 ± 0.34ab
10 4.41 ± 0.2 bc 6.62 ± 0.2 b 6.56 ± 0.26 b 6.99 ± 0.18 abc 6.82 ± 0.23 d 7.17 ± 0.26ab
17 4.32 ± 0.05 bc 6.57 ± 0.09 bc 6.54 ± 0.16 b 6.76 ± 0.26 bc 6.79 ± 0.15 d 6.97 ± 0.06ab
21 4.45 ± 0.16 bc 6.42 ± 0.46 bc 6.48 ± 0.38 b 6.83 ± 0.45 bc 6.84 ± 0.18 d 6.94 ± 0.2b
24 4.51 ± 0.17 b 6.29 ± 0.14 bc 5.53 ± 0.28 b 6.25 ± 0.25 d 6.14 ± 0.49 e 6.35 ± 0.47c
Las series de valores promedios con la misma letra no son significativamente diferentes (p>0.05).
21 días de
almacenamiento
21 días de
almacenamiento
1 día de
almacenamiento 1 día de
almacenamiento
85
Figura 23. Efecto del pH y el tiempo en la difusión de iones H+ de un encapsulado de solución isotónica con alginato al 0.8%. Las ecuaciones de la regresión para predecir el comportamiento de difusión de iones H+
de los encapsulados de solución isotónica con alginato al 0.8% y variación de pH se
encuentran en el Cuadro 24, donde t es el tiempo medido en días.
Cuadro 24. Polinomios obtenidos para la difusión de iones H+ de los encapsulados de solución isotónica con alginato al 0.8% y variación de pH.
Variación Ecuación R2
pH3 pH= 4.248 + 0.02t – 0.0016t 2 + 0.00005t 3 0.54
pH3.5 pH=5.89 + 0.11t – 0.005t 2 + 0.0003t 3 0.56
pH4 pH= 6.38 + 0.065t – 0.0014t 2 - 0.0005t 3 0.88
pH5 pH= 7.332 + 0.234t – 0.024t 2 - 0.00057t 3 0.79
pH6 pH= 7.527 + 0.191t – 0.0017t 2 - 0.0005t 3 0.90
pH7 pH= 7.452 + 0.059t – 0.006t 2 - 0.0005t 3 0.89
86
Efecto del pH y el tiempo en la difusión de iones H+ de un encapsulado de
solución isotónica con alginato al 1%.
En el Cuadro 25 y la Figura 24, se observa que los pH con mayor difusión son 3 y 3.5.
Los pH con menor difusión son 4 y 5. Al realizar la prueba de ANOVA del pH con
respecto del tiempo de almacenamiento se encontró que la estabilidad de la difusión se
realiza el día 1 con los pH de 3, 3.5, 4 y 5, mientras que en los pH 6 y 7 se realiza
desde el inicio o dia 0.
Las ecuaciones de la regresión para predecir el comportamiento de difusión de iones H+
de los encapsulados de solución isotónica con alginato al 1% y variación de pH, se
encuentran en el Cuadro 26, donde t es el tiempo medido en días.
Cuadro 25. Iones H+ en las soluciones de envasado de encapsulados de solución isotónica con alginato al 1% y variación de pH. Dia pH3 pH3.5 pH4 pH5 pH6 pH7
0 7.45 ± 0.01 a 7.45 ± 0.01 a 7.45 ± 0.01 a 7.45 ± 0.01 a 7.45 ± 0.01 a 7.45 ± 0.01 a
1 4.19 ± 0.05 bc 4.61 ± 0.07 b 6.75 ± 0.09 b 7.08 ± 0.12 b 7.37 ± 0.05 a 7.31 ± 0.05 abc
2 4.17 ± 0.02 bc 4.56 ± 0.14 b 6.68 ± 0.11 bcd 7.08 ± 0.08 b 7.38 ± 0.05 a 7.41 ± 0.05 ab
3 4.2 ± 0.03 bc 4.48 ± 0.03 b 6.71 ± 0.08 bc 7.05 ± 0.11 b 7.36 ± 0.06 a 7.25 ± 0.07 abc
4 4.19 ± 0.05 bc 4.46 ± 0.08 b 6.8 ± 0.12 b 6.89 ± 0.17cb 7.32 ± 0.08 a 7.34 ± 0.06 abc
5 4.19 ± 0.03 bc 4.53 ± 0.09 b 6.6 ± 0.09 bcd 6.86 ± 0.13cd 7.29 ± 0.06 a 7.16 ± 0.09 cd
6 4.2 ± 0.06 bc 4.54 ± 0.09 b 6.58 ± 0.11 bcd 6.63 ± 0.1 c 7.27 ± 0.1 a 7.2 ± 0.12 bcd
7 4.12 ± 0.12 bc 4.45 ± 0.19 b 6.45 ± 0.08 cde 6.71 ± 0.25bc 6.82 ± 0.13 b 6.92 ± 0.11 e
10 4.3 ± 0.12 b 4.58 ± 0.08 b 6.67 ± 0.17 bcd 6.75 ± 0.1 bc 6.82 ± 0.13 b 7.01 ± 0.11 de
17 4.21 ± 0.13 bc 4.55 ± 0.12 b 6.45 ± 0.08 cde 6.66 ± 0.11cd 6.53 ± 0.12 c 6.86 ± 0.1 e
21 4.06 ± 0.1 c 4.47 ± 0.1 b 6.41 ± 0.18 de 6.35 ± 0.22de 6.41 ± 0.12 c 6.53 ± 0.14 f
24 4.28 ± 0.09 b 4.62 ± 0.11b 6.27 ± 0.13 e 6.21 ± 0.07 e 6.5 ± 0.19 c 6.49 ± 0.09 f
Las series de valores promedios con la misma letra no son significativamente diferentes (p>0.05).
87
Figura 24. Efecto del pH y el tiempo en la difusión de iones H+ de un encapsulado de solución isotónica con alginato al 1%.
Cuadro 26. Polinomios obtenidos para la difusión de iones H+ de los encapsulados de solución isotónica con alginato al 1% y variación de pH.
Variación Ecuación R2
pH3 pH= 5.9 - 0.578t + 0.0486t 2 - 0.0011t 3 0.47
pH3.5 pH= 5.9 3 - 0.551t + 0.046t 2 - 0.0011t 3 0.48
pH4 pH= 6.106 - 0.54t + 0.045t 2 - 0.0011t 3 0.50
pH5 pH= 7.366 - 0.164t + 0.013t 2 - 0.0003t 3 0.94
pH6 pH= 7.47 - 0.036t - 0.042t 2 + 0.002t 3 0.94
pH7 pH= 7.459 - 0.068t + 0.003t 2 - 0.00008t 3 0.93
Efecto del pH y el tiempo en la difusión de iones H+ de un encapsulado de
solución isotónica con alginato al 1.2%.
En el Cuadro 27 y la Figura 25, se observa que la mayor difusión se presenta a pH 3 y
3.5. La menor difusión se da a pH 4. Al realizar la prueba de ANOVA del pH con
88
respecto del tiempo de almacenamiento se encontró que la estabilidad de la difusión se
realiza el día 1 en casi todas las variaciones de pH, con excepción del pH 3.5 que se
estabiliza el día 3.
Las ecuaciones de la regresión para predecir el comportamiento de difusión de iones H+
de los encapsulados de solución isotónica con alginato al 1.2% y variación de pH, se
encuentran en el Cuadro 28, donde t es el tiempo medido en días.
Las mejores condiciones para la encapsulación son altas temperaturas y pH entre 4 y 6
para obtener una capa uniforme del encapsulado y que no exista alta cantidad de
difusión de sólidos solubles y/o iones H+.
Cuadro 27. Iones H+ en las soluciones de envasado de encapsulados de solución isotónica con alginato al 1.2% y variación de pH. Dia pH3 pH3.5 pH4 pH5 pH6 pH7
0 7.45 ± 0.01 a 7.45 ± 0.01 a 7.45 ± 0.01 a 7.45 ± 0.01 a 7.45 ± 0.01 a 7.45 ± 0.01 a
1 4.66 ± 0.44 bc 4.54 ± 0.14 d 6.62 ± 0.15 b 6.52 ± 0.21 ab 7.39 ± 0.03 abc 7.39 ± 0.06 bc
2 4.46 ± 0.17 bc 4.58 ± 0.18 c 6.7 ± 0.19 b 6.61 ± 0.12 abc 7.38 ± 0.05 abc 7.34 ± 0.06 bc
3 4.45 ± 0.18 c 4.48 ± 0.23cd 6.57 ± 0.13 b 6.71 ± 0.14 bcd 7.21 ± 0.14 abc 7.24 ± 0.11 bc
4 4.47 ± 0.22 c 4.64 ± 0.19bc 6.53 ± 0.23 b 6.57 ± 0.21 bcd 7.22 ± 0.04 bcd 7.25 ± 0.16 bc
5 4.33 ± 0.31 bc 4.86 ± 0.2 bcd 6.61 ± 0.09 b 6.33 ± 0.12 bcd 7.14 ± 0.15 bcd 7.32 ± 0.14 bc
6 4.44 ± 0.12 c 4.72 ± 0.1 cd 6.5 ± 0.17 b 6.61 ± 0.13 cd 7.03 ± 0.21 cd 7.13 ± 0.09 bc
7 4.09 ± 0.15 bc 4.69 ± 0.26bc 6.33 ± 0.25 b 6.49 ± 0.19 cd 6.8 ± 0.14 abcd 7.03 ± 0.1 bc
10 4.24 ± 0.07 bc 5.18 ± 0.2 b 6.38 ± 0.3 b 6.8 ± 0.13 abc 6.62 ± 0.03 d 6.79 ± 0.11 bc
17 4.2 ± 0.14 bc 5.07 ± 0.2 bc 6.19 ± 0.13 b 6.61 ± 0.07 bc 6.72 ± 0.24 d 6.71 ± 0.24 bc
21 4.05 ± 0.14 bc 4.81 ± 0.17bc 5.76 ± 0.44 b 5.93 ± 0.57 bc 5.98 ± 0.56 cd 6.32 ± 0.47 bc
24 4.1 ± 0.11 c 5.2 ± 0.21 bc 6.07 ± 0.15 c 6.13 ± 0.14 d 5.87 ± 0.5 e 6.5 ± 0.41 c
Las series de valores promedios con la misma letra no son significativamente
diferentes (p>0.05).
89
Figura 25. Efecto del pH y el tiempo en la difusión de iones H+ de un encapsulado de solución isotónica con alginato 1.2%
Cuadro 28. Polinomios obtenidos para la difusión de iones H+ de los encapsulados de solución isotónica con alginato al 1.2% y variación de pH.
Variación Ecuación R2
pH3 pH= 6.168 - 0.596t + 0.048t 2 - 0.0011t 3 0.62
pH3.5 pH= 4.34 - 0.115t + 0.007t 2 - 0.00014t 3 0.69
pH4 pH= 7.081 - 0.153t + 0.009t 2 - 0.0002t 3 0.78
pH5 pH= 6.57 - 0.009t + 0.003t 2 - 0.0014t 3 0.63
pH6 pH= 7.531 - 0.125t + 0.0073t 2 - 0.0002t 3 0.94
pH7 pH= 7.452 - 0.046t - 0.0017t 2 + 0.00008t 3 0.95
En la Figura 26, se aprecia el cambio de peso de los encapsulados de solución
isotónica con alginato al 0.8%, durante un almacenamiento a 4ºC por 21 días. En casi
todas las condiciones se observa una disminución de peso, con excepción del pH 3.5,
90
que es la única condición a la que se gana peso y el pH 4 se mantiene en el peso
inicial. El mismo comportamiento se presentó para los encapsulados de solución
isotónica con alginato al 1 y 1.2%, las figuras se encuentran en el Anexo 2.
Figura 26. Cambio de peso de encapsulados de solución isotónica con alginato a 0.8%
y almacenado a 4ºC por 21 dias.
La concentración de alginato que se utilizó para elaborar los alimentos comerciales
encapsulados dependió de cuestiones de textura del encapsulado y del proceso
tecnológico, ya que los comportamientos de difusión son similares a diferentes
concentraciones de acuerdo a los resultados antes mencionados. También es
importante el estudio realizado ya que permite ubicar la posible permeabilidad de un
alimento encapsulado de acuerdo a su pH, en caso de que se envase en agua.
6.2. Elaboración de alimentos comerciales encapsulados y determinación de las
condiciones de proceso óptimas para la encapsulación.
6.2.1. Consideraciones durante la elaboración de los alimentos comerciales encapsulados.
91
Instrumento de goteo.
Para la mezcla de jugo-alginato se utilizó inicialmente una pipeta plástica con una
ampliación de la punta, pero por cuestiones prácticas, se decidió utilizar un embudo de
separación, el cual permite regular la salida del líquido y genera encapsulados de las
mismas dimensiones que la pipeta.
La literatura indica que la gelificación iónica se lleva a cabo mediante un goteo. De
acuerdo a la consistencia de la mezcla alimento-alginato el goteo como tal no se puede
dar en mezclas con una consistencia de puré. Para lograr encapsulados uniformes de
los alimentos sólidos se utilizó una placa con moldes circulares, en los que se dosifica
la mezcla y se sumergen en el CaCl2 para generar la encapsulación.
Procedimiento de incorporación de alginato.
Se realizaron pruebas de disolución de alginato con los alimentos comerciales que se
utilizaron y se encontró que la mejor opción era una disolución previa del alginato en un
medio acuoso para impedir la formación de grumos, ya que evitan la formación del
encapsulado.
Preparación del alimento comercial con el alginato.
Para elaborar los encapsulados del alimento líquido se disolvió el alginato directamente
en el jugo.
En el caso de los alimentos sólidos se tuvieron que realizar una serie de diluciones con
agua y/o almíbar (en el caso del durazno) hasta lograr la encapsulación de la mezcla en
la solución de CaCl2.
La formulación final para los encapsulados de durazno y cuitlacoche se encuentran en
el Cuadro 29 y 30. En el caso del cuitlacoche, se molía hasta hacerlo puré y el agua
servía para disolver el alginato.
92
Cuadro 29. Fórmula de la mezcla para el encapsulado de durazno comercial con
alginato.
Ingrediente Porcentaje
Durazno 60%
Almíbar 20%
Agua 20%
Cuadro 30. Formula de la mezcla para el encapsulado de cuitlacoche comercial con
alginato.
Ingrediente Porcentaje
Cuitlacoche enlatado 65%
Agua 35%
Se solubilizó el alginato con agua y posteriormente se adicionó al puré y se mezcló
perfectamente, de tal forma que no se observaran grumos. En el caso del jugo de uva-
arándano se adicionó directamente el alginato al jugo y se disolvió hasta la desaparición
de grumos. Una vez realizada la mezcla se dejó reposar para que el aire ocluido se
separe y se obtenga una mezcla tersa y libre de burbujas, las cuales, afectan la
apariencia de los encapsulados.
La consistencia de las mezclas alimento comercial-alginato determinaron el medio por
el cual se introducen a la solución de CaCl2, la mezcla uva-arándano con alginato, por
ser muy fluida se goteó directamente con ayuda de una pipeta plástica. En cambio, las
mezclas cuitlacoche comercial-alginato y durazno comercial-alginato resultaron muy
espesas y se utilizaron moldes circulares, se llenaron los moldes y posteriormente se
introdujeron en la solución de CaCl2. En la Figura 27, se muestran ejemplos de lo
anteriormente mencionado.
93
Figura 27. Lado izquierdo goteo para encapsulados de uva-arándano comercial, lado
derecho durazno comercial en moldes circulares.
Una vez en la solución de CaCl2 se dejaron reposar 2 minutos para permitir una
adecuada formación del encapsulado, transcurrido este tiempo se sumergieron en agua
para eliminar los restos del CaCl2 y se escurrieron para retirar el exceso de líquido. En
la Figura 28, se muestran encapsulados de cuitlacoche comercial sumergidos en CaCl2.
Figura 28. Encapsulados de cuitlacoche comercial en reposo en la solución de CaCl2. El envasado se realizó en envases de vidrio con tapa metálica, el líquido de envasado
depende del alimento encapsulado: para los encapsulados de uva-arándano se utilizó el
jugo de uva-arándano comercial, para evitar el fenómeno de permeabilidad de sólidos
solubles; para los encapsulados de durazno comercial, se utilizó el almíbar del durazno
94
enlatado y para los encapsulados de cuitlacoche comercial, se utilizó una salmuera al
3%. En la Figura 29, se muestran encapsulados de durazno comercial envasados.
Figura 29. Encapsulados de durazno comercial envasados.
6.2.2. Análisis de textura de los alimentos comerciales encapsulados.
Se realizó un diseño factorial 2*2 con tres puntos centrales. Al analizar las
combinaciones del diseño factorial en el texturómetro se obtuvieron valores de carga
aplicada para los tres alimentos comerciales encapsulados. En los tres casos, los
valores menores se dan con la combinación de 0.8% y 25ºC, los valores mayores se
dan con la combinación de 1.2% y 75ºC (ver Cuadro 31).
Cuadro 31. Análisis de textura de los alimentos comerciales encapsulados.
Uva- arándano Durazno Cuitlacoche
Concentración Tº Kg f Concentración Tº Kg f Concentración Tº Kg f
0.8 25 6.83a 0.8 25 1.04 a 0.8 25 1.36a
1.2 25 7.24 a 1.2 25 3.65 bc 1.2 25 2.41 bc
0.8 75 6.88 a 0.8 75 1.84 ab 0.8 75 1.60 ab
1.2 75 7.84 a 1.2 75 4.14 c 1.2 75 3.50 c
1 50 7.06 a 1 50 2.15 bc 1 50 2.15 bc
1 50 6.92 a 1 50 2.27 bc 1 50 2.17 bc
1 50 6.84 a 1 50 2.60 bc 1 50 1.89 bc
Los valores promedios con la misma letra no son significativamente diferentes (p>0.05).
95
Se realizó un análisis de ANOVA a los valores obtenidos de cada producto obteniendo
los siguientes resultados:
En el caso del encapsulado de uva-arándano comercial, no se encontró
diferencia significativa para las combinaciones del factorial.
Para los encapsulados de durazno comercial, sí se obtuvo diferencia significativa
(p<0.05), de acuerdo a la prueba de Tuckey la mayor diferencia se dió en las
combinaciones de 0.8%-25ºC y 1.2%-75ºC.
En los encapsulados de cuitlacoche comercial, sí se encontró diferencia
significativa con un valor de p<0.05 y los resultados de la prueba de Tuckey
muestran que la mayor diferencia se dió en las combinaciones de 0.8%-25ºC y
1.2%-75ºC.
Al aumentar la concentración del alginato y la temperatura se obtiene una textura más
firme del encapsulado. Por otra parte, al aumentar la cantidad de sólidos, como en el
caso de los purés, hay un aumento de la respuesta de la carga aplicada, con respecto
al alimento en forma líquida (jugo de uva-arándano comercial), obteniendo propiedades
de textura muy diferentes de acuerdo al tipo de alimento de que se trate.
6.2.3. Análisis sensorial de los alimentos comerciales encapsulados.
Se realizó una prueba de preferencia de los encapsulados de durazno comercial al 1%
y 1.2% de alginato, para saber si las personas percibían la diferencia en la textura al
variar la concentración de alginato. La prueba se realizó con 80 jueces no entrenados,
de los cuales 44 prefirieron la concentración de 1% y 36 prefirieron la concentración del
1.2%, según la tabla de comparación pareada, para un total de 80 jueces se necesitan
50 jueces que prefieran una muestra para establecer diferencia significativa, por lo que
en este caso no se encontró diferencia sensorial entre concentraciones.
Se decidió trabajar con la concentración del 1% para ahorrar ingredientes. La
concentración del 0.8% se descartó ya que los encapsulados realizados con esta
concentración se aglomeraban.
96
Análisis sensorial de aceptación tipo hedónico de los encapsulados de alimentos comerciales encapsulados.
Una vez establecida la concentración para los tres alimentos comerciales encapsulados
(1%), se realizó una evaluación sensorial de aceptación tipo hedónica con escala de 7
puntos con 80 jueces no entrenados. El número 7 correspondió a me gusta mucho y el
1 a me disgusta mucho.
Para el encapsulado de durazno comercial, la mayor frecuencia la obtuvo el punto 6
(me gusta), dentro de la zona de aceptación de la escala. En la Figura 30, se muestra el
histograma de frecuencia obtenido.
Figura 30. Histograma de frecuencia con resultados sensoriales para encapsulados de durazno comercial. El encapsulado de jugo uva-arándano comercial, tuvo la mayor frecuencia en el punto
7 (me gusta mucho), resultando el producto con la mayor calificación. En la Figura 31,
se encuentra el histograma para los encapsulados de jugo de uva-arándano comercial.
Para el encapsulado de cuitlacoche comercial, la mayor frecuencia correspondió al
punto 5 (me gusta ligeramente) (Figura 32). La calificación relativamente baja, aunque
8765432
40
30
20
10
0
durazno
Po
rce
nta
je
Media 5.787
Desv.Est. 0.9638
N 80
Histograma de resultados sensoriales encapsulados duraznoNormal
97
por arriba del punto medio, que obtuvo el cuitlacoche con respecto a los otros dos
alimentos se pudo deber a que no es ampliamente consumido por nuestra población.
Figura 31. Histograma con resultados sensoriales para encapsulados de jugo uva-arándano comercial.
Figura 32. Histograma de frecuencia con resultados sensoriales para encapsulados de cuitlacoche comercial.
87654
60
50
40
30
20
10
0
uva-arándano
Po
rce
nta
je
Media 6.388
Desv.Est. 0.7377
N 80
Histograma de resultados sensoriales encapsulados uva-arándanoNormal
86420
25
20
15
10
5
0
Cuitlacoche
Po
rce
nta
je
Media 4.162
Desv.Est. 1.783
N 74
Histograma de resultados sensoriales encapsulados cuitlacocheNormal
98
6.3. Análisis la estabilidad de los alimentos comerciales encapsulados envasados durante 6 meses.
6.3.1. Envasado y tratamiento térmico de los alimentos comerciales encapsulados.
Se realizaron corridas previas para evaluar las condiciones óptimas de esterilización.
Las condiciones iniciales para los tres productos correspondieron a la eliminación del C.
botulinum como referencia. En el caso del cuitlacoche y el durazno comercial, no se
observó ningún cambio en el producto, se conservaron la forma y las características
organolépticas, pero en el caso del encapsulado uva-arándano comercial, se observó
una disminución del tamaño del encapsulado, generando una textura dura, debido a lo
cual, se decidió realizar una esterilización a 100°C (212°F) suficiente para inactivar al C.
pasteurianum que puede estar presente en frutas procesadas. De acuerdo a Singh y
Heldman, 1998 y Brennan, 2008; las condiciones de referencia para inactivar este
microorganismo con un D=0.3 a una temperatura de 100°C (212°F) a un nivel de 5D=
Fo es de 2.5 minutos. Cabe mencionar que de acuerdo a Fellows, 2007, en la práctica
se aplican procesos equivalentes a 2D-8D, con los que, dada la inferior
termorresistencia de C. botulinum, su probabilidad de supervivencia es semejante a la
que se obtendría con procesos equivalentes a 12D. Para que estos procesos produzcan
los efectos esperados, la carga microbiana inicial del producto debe mantenerse lo más
baja posible, mediante las adecuadas medidas de higiene durante su preparación. Para
el caso de los encapsulados de cuitlacoche comercial, que tienen un pH de 4.55, fue
necesario utilizar las condiciones de referencia para inactivar al C. botulinum de
F=12D, tomando en cuenta que el D corresponde a 0.3 minutos, entonces el Fo es de
3.6 minutos a la temperatura de 121°C (250°F), de acuerdo a lo mencionado por Singh
y Heldman, 1998 y Brennan, 2008.
Para el durazno comercial, por su pH de 3.78, no representa un medio óptimo para el
crecimiento del C. botulinum, pero por cuestiones de seguridad microbiológica se
decidió tomar la misma temperatura de referencia que para el cuitlacoche.
99
En el Cuadro 32, se encuentran los resultados del monitoreo térmico realizado en el
proceso de esterilización para el cuitlacoche comercial encapsulado. En la Figura 33, se
encuentra la gráfica de letalidad vs tiempo en el proceso de esterilización de los
encapsulados de cuitlacoche comercial, en frascos de 32 ml y en la Figura 34, se
encuentra la gráfica correspondiente al proceso térmico del cuitlacoche comercial
encapsulado en frasco de 250 ml. El área bajo la curva corresponde a 4.53 minutos
para la presentación de 32 ml (que también corresponde a la suma de la letalidad del
Cuadro 32) y para la presentación de 250 ml es de 8.7 minutos, estos resultados son
superiores al valor Fo=3.6 tomado como referencia. Con este resultado se puede decir
que sí se alcanzó la esterilidad comercial en este producto y en ambas presentaciones.
Cuadro 32. Monitoreo térmico durante la esterilización de los encapsulados de cuitlacoche comercial y resultados de letalidad considerando Z=18 y O=121°C.
Encapsulado de cuitlacoche
frasco 32 ml
Encapsulado de cuitlacoche
frasco 250 ml
Tiempo
(min)
Temperatura
(°C)
Letalidad Tiempo (min) Temperatura
(°C)
Letalidad
0 44.11 0 0 51.22 0
1 44 0 1 67.55 0
2 50.11 0 2 93.22 0.03
3 68.89 0 3 109.28 0.22
4 89.89 0.02 4 119.28 0.80
5 105.61 0.14 5 124.55 1.57
6 113.33 0.37 6 126.67 2.07
7 122.17 1.16 7 128.5 2.61
8 126.22 1.95 8 122.83 1.26
9 118.89 0.76 9 105 0.13
10 104.44 0.12 10 81.56 0.01
11 72.5 0.00
100
Figura 33. Curva de letalidad vs tiempo para la esterilización de encapsulados de cuitlacoche comercial en frasco de 32 ml.
Figura 34. Curva de letalidad vs tiempo para la esterilización de encapsulados de cuitlacoche comercial en frasco de 250 ml.
En el Cuadro 33, se encuentran los resultados del monitoreo térmico realizado en el
proceso de esterilización para el durazno comercial encapsulado.
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Leta
lidad
Tiempo (min)
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Leta
lidad
Tiempo (min)
101
En la Figura 35, se muestra la gráfica de letalidad vs tiempo en el proceso de
esterilización de los encapsulados de durazno comercial en frasco de 32 ml y en la
Figura 36, se encuentra la gráfica correspondiente al proceso térmico del durazno
comercial encapsulado en frasco de 250 ml. El área bajo la curva corresponde a 7.02
minutos para la presentación de 32 ml (que también corresponde a la suma de la
letalidad del Cuadro 33) y para la presentación de 250 ml es de 8.53 minutos, estos
resultados son superiores al valor Fo=3.6 tomado como referencia. Con este resultado
se puede decir que sí se alcanzó la esterilidad comercial en este producto y en ambas
presentaciones.
Cuadro 33. Monitoreo térmico durante la esterilización de los encapsulados de durazno comercial y resultados de letalidad considerando Z=18 y O=121°C.
Encapsulado de durazno
frasco 32 ml
Encapsulado de durazno
frasco de 250 ml
Tiempo
(min)
Temperatura
(°C)
Letalidad Tiempo
(min)
Temperatura
(°C)
Letalidad
0 50.44 0 0 59.83 0
1 70.44 0 1 59.78 0
2 96.2 0.04 2 78.39 0
3 113.22 0.37 3 98.78 0.06
4 123.39 1.36 4 112.17 0.32
5 128.22 2.52 5 119.89 0.87
6 128.44 2.59 6 124.5 1.56
7 105.56 0.14 7 127.22 2.22
8 128.72 2.68
9 119.22 0.80
10 88.17 0.02
102
Figura 35. Curva de letalidad vs tiempo para la esterilización de encapsulados de durazno comercial en frasco de 32 ml.
Figura 36. Curva de letalidad vs tiempo para la esterilización de encapsulados de durazno comercial en frasco de 250 ml.
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
0 1 2 3 4 5 6 7
Leta
lidad
Tiempo (min)
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Leta
lidad
Tiempo (min)
103
En el Cuadro 34, se encuentran los resultados del monitoreo térmico realizado en el
proceso de esterilización para uva-arándano comercial encapsulado.
En la Figura 37, se muestra la gráfica de letalidad vs tiempo en el proceso de
esterilización de los encapsulados uva-arándano comercial en frascos de 32 ml y en la
Figura 38, se encuentra la gráfica correspondiente al proceso térmico del encapsulado
uva-arándano comercial en frasco de 250 ml. El área bajo la curva corresponde a 5.24
minutos para la presentación de 32 ml (que también corresponde a la suma de la
letalidad del Cuadro 34) y para la presentación de 250 ml es de 5.33 minutos, estos
resultados son superiores al valor Fo=2.5 tomado como referencia. Con este resultado
se puede decir que sí se alcanzó la esterilidad comercial en este producto y en ambas
presentaciones.
Cuadro 34. Monitoreo térmico durante la esterilización de los encapsulados de uva-arándano comercial y resultados de letalidad considerando Z=15 y O=100°C.
Encapsulados uva-arándano
frasco 32 ml
Encapsulados uva-arándano
frasco 250 ml
Tiempo
(min)
Temperatura
(°C)
Letalidad Tiempo
(min)
Temperatura
(°C)
Letalidad
0 34.89 0 0 66.33 0
1 44.78 0 1 69.28 0.01
2 79 0.4 2 90.44 0.23
3 98.72 0.82 3 105.82 2.44
4 105.23 2.23 4 104.52 2.00
5 102.78 1.532 5 96.42 0.58
6 90.78 0.243 6 82.45 0.07
7 72.94 0.016
104
Figura 37. Curva de letalidad vs tiempo para la esterilización de los encapsulados uva-arándano comercial en frasco de 32 ml.
Figura 38. Curva de letalidad vs tiempo para la esterilización de los encapsulados uva-arándano comercial en frasco de 250 ml. El análisis microbiológico dio como resultados todos los parámetros negativos o dentro
de norma, tal y como se muestra en el Cuadro 35. Se realizaron los análisis al
cuitlacoche, durazno y jugo de uva-arándano comerciales encapsulados en cada
presentación sometida a tratamiento térmico, en todos los casos los resultados fueron
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 1 2 3 4 5 6 7
Leta
lidad
Tiempo (min)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 1 2 3 4 5 6
Leta
lidad
Tiempo (min)
105
los mismos, de tal forma que en el Cuadro 35, sólo se mencionan los resultados
generales para evitar repeticiones que puedan causar confusión.
De acuerdo a las normas mencionadas en el Cuadro 4, se puede afirmar que los
parámetros encontrados en los análisis microbiológicos se encuentran dentro de norma.
Con estos resultados se puede confirmar que los tratamientos térmicos aplicados a los
diferentes alimentos comerciales encapsulados fueron eficientes ya que no se
encontraron microorganismos patógenos que pudieran contaminar el producto y
representaran un peligro al consumidor.
Cuadro 35. Calidad microbiológica a los alimentos comerciales encapsulados. Nombre de la prueba Resultado (cuitlacoche, durazno
y jugo de uva-arándano comercial
encapsulados).
Resultados de acuerdo a
las normas
Mesófílicos aerobios Negativo Negativo
Mesofílicos
anaerobios Negativo Negativo
Termófilos aerobios Negativo Negativo
Termófilos
anaerobios Negativo Negativo
Mesofílicos <10 ufc/g <10 ufc/g
Coliformes en placa <10 ufc/g <10 ufc/g
Coliformes en tubo <3 nmp/g <3 nmp/g
Mohos <10 ugc/g <10 ugc/g
Levaduras <10 ufc/g
Ufc: unidades formadoras de colonias. Nmp: Número más probable.
6.3.2. Estabilidad del alimento comercial encapsulado a 6 meses.
El estudio de estabilidad de los alimentos comerciales encapsulados se realizó
determinando los parámetros iniciales e inmediatamente después de llevar a cabo el
106
tratamiento térmico, a partir de ahí se analizaron cada 30 días y se conformó de las
siguientes partes:
Líquido de envasado de los alimentos comerciales encapsulados:
Sólidos solubles y pH.
En el Cuadro 36, se muestran los resultados de las determinaciones de sólidos solubles
y pH a los tres líquidos de envasado.
En el caso del almíbar y el jugo de uva arándano, los valores de pH tienen un
comportamiento ligeramente variable a través del tiempo, aunque los intervalos en los
que se encuentran son relativamente cortos, para el caso de la salmuera el
comportamiento es más estable aunque hay un ligero incremento durante los últimos
tres meses.
Cuadro 36. Sólidos solubles y pH de los líquidos de envasado.
Almibar Salmuera
Jugo uva-arándano
pH °Bx pH °Bx pH °Bx
con tratamiento termico 4 9.8 4.83 4.2 3.45 15.4
mes 1 3.7 14.4 4.84 4.2 3.38 15.8
mes 2 3.68 15 4.73 4 3.68 16.4
mes 3 3.6 14.8 4.86 4.2 3.46 16.8
mes 4 3.84 14.4 5.05 4.4 3.31 16.2
mes 5 3.7 14.4 5.06 4.4 3.55 16
mes 6 3.72 14.6 5.01 4.4 3.33 16.4
En cuanto al comportamiento de los sólidos solubles, los valores muestran muy poca
variación a través del tiempo, por lo que se puede decir que no se presentó ningún tipo
de degradación de este tipo de componentes.
107
Alimentos comerciales encapsulados:
Sólidos totales y pH.
En el Cuadro 37, se muestran los resultados de sólidos totales y pH de los
encapsulados de durazno, cuitlacoche y jugo de uva-arándano comercial.
En lo referente al pH, los encapsulados de durazno comercial mantuvieron un
comportamiento ligeramente variable en los primeros meses, pero se estabilizó a partir
del cuarto mes, para el cuitlacoche comercial, se mantuvo estable durante los 6 meses
aunque con un ligero aumento en los últimos meses; y para los encapsulados de jugo
uva-arándano comercial, el pH no mantuvo una tendencia, sino un comportamiento
variable aunque dentro de un intervalo relativamente corto (3.32 a 3.51 pH).
Cuadro 37. Sólidos totales (% humedad) y pH de los alimentos comerciales
encapsulados.
Durazno Cuitlacoche Jugo de uva-
arándano
pH
% humeda
d pH
% humeda
d pH
% humeda
d
con tratamiento termico 4.01 70.46 4.8 84.53 3.45 72.68
mes 1 3.6 78.36 4.83 87.66 3.36 72.4
mes 2 3.82 79.58 4.93 88.22 3.49 71.96
mes 3 3.6 78.33 4.83 69.75 3.51 69.75
mes 4 3.73 83.64 4.98 88.45 3.32 73.94
mes 5 3.77 86.23 5.07 89.96 3.42 72.36
mes 6 3.75 84.27 5.03 88.74 3.43 74.1
Los resultados de sólidos totales mostraron, para los encapsulados de durazno
comercial, una tendencia muy estable, al igual que los encapsulados de jugo uva-
arándano comercial. Para los encapsulados de cuitlacoche comercial, se muestra una
tendencia estable a partir del cuarto mes.
108
Tamaño del alimento comercial encapsulado.
Para determinar el tamaño de los encapsulados se midió mediante un vernier el
diámetro de la esfera y se calculó el volumen total (cm3) del encapsulado, cada
determinación se realizó a 10 muestras tomadas azar de los envases que contenían los
encapsulados. En el Cuadro 38, se presentan los resultados promedio así como la
desviación estándar de cada una de las determinaciones.
En los encapsulados de durazno comercial, después del tratamiento térmico se muestra
un aumento del volumen inicial hasta alcanzar un valor máximo en el mes 4 y después
comienza a descender. Para los encapsulados de cuitlacoche comercial, después del
tratamiento térmico hay una disminución del volumen inicial, pero al pasar de los meses
se vuelve a estabilizar por encima del valor inicial. En el caso de los encapsulados de
jugo de uva-arándano comercial, se tuvo una notada disminución del volumen inicial
después del tratamiento térmico y aumenta al pasar el tiempo hasta llegar a un máximo
después de tres meses, alcanzando un valor superior al inicial.
Cuadro 38. Volumen (cm3) de los alimentos comerciales encapsulados.
Durazno (cm3) Cuitlacoche (cm3) Uva-arándano (cm3)
Con tratamiento térmico 0.174 ± 0.034 c 0.15 ± 0.045 d
0.014 ± 0.002 c
Mes 1 0.195 ± 0.038 bc 0.16 ± 0.038 cd
0.035 ± 0.032 ab
Mes 2 0.189 ± 0.046 bc 0.17 ± 0.039 cd
0.035 ± 0.026 ab
Mes 3 0.224 ± 0.042 ab 0.21 ± 0.026 ab
0.04 ± 0.019 a
Mes 4 0.254 ± 0.039 a 0.20 ± 0.029 abc
0.035 ± 0.018 ab
Mes 5 0.218 ± 0.021 abc 0.21 ± 0.041 a
0.04 ± 0.025 a
Mes 6 0.207 ± 0.051 abc 0.21 ± 0.033 a
0.038 ± 0.026 b
Los valores promedio con la misma letra no son significativamente diferentes (p>0.05).
109
Peso del alimento comercial encapsulado.
Para determinar el peso de los encapsulados se pesaron 10 muestras al azar de cada
alimento comercial encapsulado. En el Cuadro 39, se muestran los resultados.
Los encapsulados de durazno comercial, tienen una tendencia ascendente desde el
inicio hasta el mes 4 en que alcanzan un valor máximo. Los encapsulados de
cuitlacoche comercial tienen una tendencia más o menos estable con valores máximos
en los meses 3 y 6. Para los encapsulados de uva-arándano comercial, el peso
presentó el valor menor al someterse al tratamiento térmico y después aumenta hasta
un valor máximo en el mes 4.
Cuadro 39. Resultados del peso de los alimentos comerciales encapsulados.
Durazno (g) Cuitlacoche (g) Uva-arándano (g)
Con tratamiento térmico 0.221± 0.024 a 0.17 ± 0.031 d
0.0333 ± 0.003 d
Mes 1 0.220 ± 0.018 a 0.19 ± 0.029 cd
0.0514 ± 0.007 b
Mes 2 0.226 ± 0.026 a 0.17 ± 0.032 cd
0.0513 ± 0.003 b
Mes 3 0.227 ± 0.017 a 0.21 ± 0.046 ab
0.0588 ± 0.005 a
Mes 4 0.232 ± 0.029 a 0.20 ± 0.006 abc
0.0545 ± 0.003 ab
Mes 5 0.223 ± 0.021 a 0.18 ± 0.036 a
0.0579 ± 0.002 a
Mes 6 0.227 ± 0.030 a 0.22 ± 0.038 a
0.0417 ± 0.006 c
Los valores promedio con la misma letra no son significativamente diferentes (p>0.05).
Morfología del alimento comercial encapsulado.
Para la evaluación de la morfología del alimento comercial encapsulado, se utilizó un
microscopio estereoscópico para evaluar algún tipo de daño en la superficie del
encapsulado. También se realizó un corte transversal para determinar algún cambio en
el interior del alimento comercial encapsulado.
110
Para el caso de los tres alimentos comerciales encapsulados, no se observó ningún
cambio en la superficie ni tampoco en el interior. En el caso del durazno y el cuitlacoche
comercial, resultó muy difícil apreciar la capa del encapsulado por el color similar en el
interior y el exterior y la textura pastosa del interior.
En la Figura 39, se muestran los encapsulados de durazno comercial al inicio y al final
del estudio. No hubo diferencia entre las muestras ni se observó señal alguna de
degradación del encapsulado.
En la Figura 40, se encuentran los encapsulados de cuitlacoche comercial, no se
encontraron evidencias de degradación en el microscopio durante el almacenamiento a
6 meses. No se puede apreciar la capa del encapsulado por el color y la textura del
interior, igual que en el caso del encapsulado de durazno comercial.
Por otra parte los encapsulados de jugo de uva arándano comercial, sí mostraron la
formación de la cápsula e incluso se logra diferenciar el centro, tal como se observa en
la Figura 41. La razón se debe al contenido translúcido del jugo de uva-arándano. En
los encapsulados enteros se puede observar una zona en el centro más translúcida, la
cual corresponde al centro de la cápsula que contiene el jugo de uva-arándano
comercial.
Evaluación sensorial por prueba de hedónica de aceptación de los alimentos
comerciales encapsulados y almacenados.
La evaluación sensorial se realizó en tres etapas: antes de la esterilización, después de
la esterilización y al final de los 6 meses de almacenamiento. Con el fin de comparar la
aceptación del producto por los consumidores. Se realizó una prueba de aceptación con
una escala hedónica de 7 puntos con 80 jueces tipo consumidor.
111
Figura 39. A: encapsulado durazno comercial antes de esterilización. B: encapsulado
durazno comercial antes de esterilización corte transversal. C: encapsulado durazno
comercial después de almacenamiento. D: encapsulado durazno comercial después de
almacenamiento corte transversal (aumento 10X).
112
Figura 40. A: encapsulado cuitlacoche comercial antes de esterilización. B: encapsulado
cuitlacoche comercial antes de esterilización corte transversal. C: encapsulado
cuitlacoche comercial después de almacenamiento. D: encapsulado cuitlacoche
comercial después de almacenamiento corte transversal (aumento 10X).
113
Figura 41. A: encapsulado uva-arándano comercial antes de esterilización. B:
encapsulado uva-arándano comercial antes de esterilización corte transversal. C:
encapsulado uva-arándano comercial después de almacenamiento. D: encapsulado
uva-arándano comercial después de almacenamiento corte transversal (aumento 12X).
114
En la Figura 42, se muestra la gráfica comparativa de los tres análisis realizados a los
encapsulados de durazno comercial. La escala indica como punto 1 me disgusta mucho
y como punto 7 me gusta mucho, por lo que se puede observar que la mayor frecuencia
se encuentra en la zona de aceptación para los tres sensoriales y que el resultado del
último análisis al producto almacenado resultó muy parecido al obtenido antes de
esterilizar.
Figura 42. Evaluación sensorial del durazno comercial encapsulado. En la Figura 43, se encuentran los resultados de las evaluaciones sensoriales de los
encapsulados de cuitlacoche comercial. Se puede observar que aumenta la
aceptación del consumidor al transcurrir el tiempo, tal vez el cambio en la textura
facilitó la aceptación de los jueces. Los resultados de la evaluación de los
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1 2 3 4 5 6 7
Frec
uen
cia
Escala hedónica
encaps durazno sin esterilizar encaps durazno esterilizado almacenados
115
encapsulados ya esterilizados y los almacenados por 6 meses no difieren mucho
entre sí.
Figura 43. Evaluación sensorial del cuitlacoche comercial encapsulado.
En la Figura 44, se encuentran los resultados de las evaluaciones sensoriales de los
encapsulados de uva-arándano comercial. Aunque la mayor frecuencia se obtuvo antes
de esterilizar, los resultados de los sensoriales aplicados a los encapsulados ya
esterilizados y con almacenamiento tienen la mayor frecuencia en la zona de
aceptación y son similares.
6.4. Elaboración de alimentos encapsulados elaborados en el laboratorio con el proceso establecido.
Se elaboraron alimentos encapsulados a partir de alimentos naturales como, se utilizó
durazno amarillo, cuitlacoche crudo y para la obtención del jugo se partió de uva roja
0
5
10
15
20
25
30
1 2 3 4 5 6 7
Fre
cue
nci
a
Escala hedónica
encaps cuitlacoche sin esterilizar encaps cuitlacoche esterilizado almacenados
116
fresca. En las Figuras 45, 46 y 47, se muestran los diagramas para la obtención de los
tres alimentos encapsulados.
Figura 44. Evaluación sensorial del jugo uva-arándano comercial encapsulado.
Los tres alimentos encapsulados no mostraron ninguna dificultad durante el proceso de
encapsulación por gelificación iónica y presentaron propiedades sensoriales semejantes
a las presentadas por los encapsulados de alimentos comerciales.
La elaboración de los encapsulados a partir de alimentos naturales permitió corroborar
que este proceso se puede aplicar sin problemas a diversos tipos alimentos utilizando
las condiciones de concentración de alginato y temperatura de disolución obtenidas en
este estudio.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1 2 3 4 5 6 7
Fre
cue
nci
a
Escala hedónica
encaps uva-arándano sin esterilizar encaps uva-arándano esterilizado almacenados
117
Figura 45. Diagrama desarrollado de encapsulados de puré de durazno fresco.
118
Figura 46. Diagrama desarrollado de encapsulados de puré cuitlacoche fresco.
119
Figura 47. Diagrama desarrollado de encapsulados de jugo de uva fresca.
120
7. CONCLUSIONES.
Las soluciones de alginato a las tres concentraciones presentaron un aumento
en la velocidad de flujo al aumentar el pH. Por lo que los alimentos con pH mayor
tendrán un mejor flujo.
Si se envasa el encapsulado en agua o un medio diferente al del interior del
encapsulado la difusión ocurre de forma exponencial. Por esta razón se utilizaron
líquidos de envasado similar o igual a los contenidos dentro del encapsulado.
Las mejores condiciones para encapsular son altas temperaturas y pH entre 4 y
6 para obtener una capa uniforme del encapsulado y que no exista alta cantidad
de difusión de sólidos solubles.
Al variar el pH y la temperatura en la elaboración del encapsulado se obtuvieron
porcentajes iguales o mayores de absorción de calcio con referencia a lo
reportada en la literatura.
La dosificación de la mezcla alginato- alimento depende de la consistencia de la
mezcla y determinará el tamaño y forma del alimento encapsulado.
El cambio de concentración de alginato no fue detectada sensorialmente y por
otra parte, la elaboración a 75 °C facilitó la disolución del alginato.
Los alimentos encapsulados resistieron el tratamiento térmico de esterilización
ya que no se deshicieron.
121
En todos los alimentos envasados en las dos presentaciones de envase, se
obtuvo una F mayor a la Fo, logrando una esterilización eficiente. Los análisis
microbiológicos corroboraron la eficiencia del tratamiento térmico.
Los resultados de pH y sólidos solubles en el líquido de envasado no indicaron
una degradación de sus componentes. No se encontró evidencia en el
microscopio que muestre degradación de los encapsulados con el
almacenamiento. La evaluación sensorial obtuvo un alto porcentaje de
aceptación en todos los alimentos encapsulado.
La presente investigación permitió establecer y evaluar las condiciones de
proceso para elaborar un alimento encapsulado por gelificación iónica con
alginato, ofreciendo así una alternativa innovadora de presentación de un
alimento capaz de ser sometido a una esterilización comercial y almacenado, sin
sufrir una degradación del producto, manteniendo sus características de
apariencia y sabor.
122
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125
ANEXO 1
Imágenes al microscopio (10X) de encapsulados de solución isotónica con alginato al 1% y variación de temperatura al inicio (izquierda) y después de 21 días de almacenamiento a 4ºC.
Imágenes (10X) de encapsulados de solución isotónica con alginato al 1.2% y variación de temperatura al inicio y después de 21 dias de almacenamiento a 4ºC.
21 días de almacenamiento 1 día de almacenamiento
21 días de almacenamiento 1 día de almacenamiento
126
Imágenes (10X) de encapsulados de solución isotónica con alginato al 1% y variación de pH, al inicio y después de 21 días de almacenamiento a 4ºC.
Imágenes (10X) de encapsulados de solución isotónica con alginato al 1.2% y variación de pH, al inicio y después de 21 dias de almacenamiento.
21 días de
almacenamiento
1 día de
almacenamiento
21 días de
almacenamiento
1 día de
almacenamiento
21 días de
almacenamiento
1 día de
almacenamiento 21 días de
almacenamiento
1 día de
almacenamiento
127
ANEXO 2
Cambio de peso con el almacenamiento de encapsulados de solución isotónica con alginato al 1%.
Cambio de peso con el almacenamiento de encapsulados de solución isotónica con alginato al 1.2%.
