El equipo de I+D de Ainia, especializado en técnicas de microencapsulación, está trabajando en aportar nuevas soluciones tecnológicas

La innovación en técnicas de microencapsulación es constante. Su versatilidad está posibilitando el desarrollo de nuevos productos de valor, pero también materiales inteligentes y activos capaces de adaptarse al entorno. En el desarrollo de microcápsulas multifuncionales hay un gran potencial de avance.

Para usos concretos y procesados específicos, las técnicas de microencapsulación aún tienen retos por superar. Un ejemplo de ello es el proyecto INORCAP, cuyo objetivo es el desarrollo de microcápsulas multifuncionales de alta resistencia mecánica y térmica a partir de materiales antimicrobianos de aplicación en los alimentos.

Las investigaciones en la aplicación de compuestos antimicrobianos microencapsulados a ingredientes, alimentos y materiales están desarrollándose ampliamente en los últimos años. Paralelamente, los avances en las técnicas y procesos de microencapsulación también son constantes. Aunar en una misma investigación ambos objetivos abre un gran abanico de posibilidades para la industria de alimentación y bebidas.

Si conseguimos materiales antimicrobianos microencapsulados capaces de ser aplicados en materiales en contacto con alimentos, y que además, esas microcápsulas sean capaces de resistir los intensos procesos térmicos o mecánicos a los que se someten los materiales en sus procesos de fabricación (prensado, extrusión, conformado, etc.), el campo de aplicaciones es muy amplio para sectores como el de ingredientes y aditivos, fabricantes de materiales y envases y fabricantes de alimentos. Lo mismo ocurre con ingredientes que directamente forman parte del alimento, la microencapsulación permite que determinados compuestos sensibles, como extractos o aceites esenciales, se mantengan protegidos frente a los propios procesos térmicos del alimento, o procesados agresivos como la extrusión.

No obstante, hay grandes dificultades técnicas y pocas líneas de investigación en este aspecto. En este artículo hacemos un análisis prospectivo de la situación actual y cómo el equipo de I+D de Ainia, especializado en técnicas de microencapsulación, está trabajando en aportar nuevas soluciones tecnológicas.

La mayoría de investigaciones y desarrollos que se han hecho hasta la fecha en la UE relacionados con la microencapsulación de antimicrobianos van orientadas al empleo de materiales de naturaleza orgánica, y las tecnologías empleadas están centradas en la preparación de emulsiones. Se ha hecho muy poco en lo relativo a la microencapsulación con materiales antimicrobianos de aplicación en alimentos orientada principalmente a superar barreras mecánicas y térmicas que puedan hallarse en los procesos productivos. No obstante, hay algunos antecedentes.

Así, por ejemplo, el proyecto europeo SVARNISH (2013-2015) ha desarrollado un barniz para envases flexibles de uso en alimentos con propiedades antimicrobianas, además de barrera al oxígeno, vapor, etc. para simplificar las estructuras multicapa habituales. Se centra en superar las limitaciones de los actuales materiales de envasado flexibles relacionadas con materiales plásticos tradicionales de uso alimentario. Se plantea la encapsulación de agentes antimicrobianos pero no se incide en las tecnologías empleadas. Su objetivo es retrasar su liberación desde el polímero, sin incidir en la necesidad de resistir a procesos térmicos o mecánicos al que el material que contiene la microcápsula es sometido.

También el proyecto PROMETHEUS (2011-2014) presenta la microencapsulación como alternativa para reducir la exposición de los consumidores a los compuestos no deseables formados durante la elaboración de alimentos, sin afectar a la calidad de alimentos o a la seguridad microbiológica. El objetivo, en este caso, no se centra en la protección frente a condiciones de proceso, sino en limitar y/o reducir la disponibilidad de determinados sustratos para la formación de contaminantes durante los procesos de fabricación de alimentos.

Finalmente, hay una patente orientada el empleo de hydroxypropilcellulosa para la encapsulación de fragancias o aromas de uso en productos alimenticios pero también en detergentes. Se presenta como alternativa de estabilización frente a la aplicación de elevadas temperaturas y a reducir su capacidad de solubilización en matrices acuosas, particularmente en el caso de compuestos volátiles como los presentes en aromas y fragancias. En este caso se incide en la fórmula que compone el material encapsulante y no tanto en la técnica de microencapsulación, que pasa en este caso por la preparación de emulsiones.

Las técnicas y los materiales empleados para la microencapsulación han ido evolucionando para adaptarse a cada sector y a las necesidades del usuario final. Sin embargo, aún existen retos que es necesario superar para el desarrollo de microencapsulados antimicrobianos específicos de aplicación en alimentos.

La microencapsulación podría definirse como un proceso de recubrimiento de sustancias activas. Estas sustancias forman el núcleo y pueden ser de naturaleza sólida o líquida. Para su protección se utiliza una cubierta inerte, generalmente de naturaleza polimérica, que aísla el núcleo de los agentes externos y permite su liberación controlada. El producto resultante son partículas de tamaño micrométrico y/o nanométrico.

Sin embargo, los principios activos con capacidad aromática o antimicrobiana son, generalmente, sustancias termolábiles. Es decir, que se alteran con facilidad por la acción del calor. Por esta razón, muchos compuestos y extractos naturales son incompatibles con algunos procesos de fabricación.

Por otra parte, con el objetivo de reducir el efecto de la aplicación de fuerzas mecánicas, desde hace años se producen microcápsulas funcionales que, incorporadas a diferentes matrices, permiten liberar las sustancias al medio de manera controlada. Sin embargo, en el caso de los trabajos enfocados al desarrollo de materiales con propiedades aromáticas o con actividad antimicrobiana, ciertas etapas del proceso de fabricación (prensado, extrusión, conformado, etc.) imponen limitaciones.

Las microcápsulas necesarias son, a menudo, inestables y alterables ante los procesos mecánicos a los que se les somete o frente al calor. Por tanto, es necesario investigar y desarrollar microcápsulas en las que los materiales que constituyen la cubierta del núcleo sean capaces de soportar las condiciones de procesado.

De esta manera, podremos evitar que se produzca la liberación del agente activo prematuramente durante la fabricación, en lugar de cuando el consumidor lo necesita. Si se consigue, las ventajas de la aplicación de la tecnología serán amplias para muchos sectores, no solo el de fabricantes de alimentos, también para el de aditivos e ingredientes y el de fabricantes de materiales de envase o incluso en el calzado.

Ainia, Inescop y Aimplas están colaborando en el proyecto INORCAP. Este proyecto tiene como fin el desarrollo de microcápsulas multifuncionales de alta resistencia mecánica y térmica.

Entre todos los centros involucrados se está trabajando en la puesta a punto de técnicas de sol-gel y precipitación de partículas sólidas (obtención de ‘pickering emulsions’), técnicas de polimerización, técnicas de inclusión molecular y técnicas de naturaleza física como son el spray drying o/o spray chilling. De tal forma, se ensayan diferentes técnicas para su posterior evaluación en cuanto a versatilidad y aplicación a materiales aptos para diferentes sectores.

El trabajo realizado está posibilitando la obtención de microcápsulas multifuncionales con cubiertas de naturaleza inorgánica principalmente, pero con algunas salvedades orgánicas, cuyo uso está enfocado en productos alimenticios. Además, estas microcápsulas multifuncionales presentan una elevada resistencia, tanto mecánica como térmica. De esta forma las nuevas microcápsulas cumplen las condiciones necesarias para su utilización en los sectores del envase alimentario.

La aportación de Ainia Centro Tecnológico está relacionada con la selección de materiales de recubrimiento (tanto orgánico como inorgánico), así como con la evaluación de diferentes técnicas de microencapsulación. Con ellas se pretende proteger los compuestos volátiles de aceites esenciales incluidos en microcápsulas multifuncionales con efecto antimicrobiano y aromático.

Los principales componentes de los aceites esenciales son volátiles y químicamente inestables en presencia de oxígeno, humedad y temperatura. Por esa razón, Ainia ha trabajado en la definición de las condiciones de los procesos para diferentes aplicaciones en la industria alimentaria, y actualmente estudia diferentes opciones tecnológicas que podrían aportar soluciones.

Entre ellas se encuentran las técnicas de inclusión molecular. El estudio de estas técnicas ha sido complementado por la investigación en procesos físicos. Es destacable la aplicación de tecnología de secado por atomización (spray drying). Por su lado, los procesos de atomización se muestran como la opción más adaptable para su escalado industrial. Esto es debido a su relativo bajo coste y su sencillez de control a escala indsutrial, una vez el proceso ha sido correctamente definido a escala de laboratorio.

INORCAP está en la mitad de su desarrollo, tiene una duración de dos años y ha sido financiado por el Instituto Valenciano de Competitividad (IVACE) y por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).