Extracción supercrítica de emulsiones para nanoencapsular compuestos bioactivos líquidos lipofílicosdesarrollo y cambio de escala del proceso

Resumen

La extracción supercrítica de emulsiones (SFEE) es una de las últimas tecnologías desarrolladas para satisfacer la demanda de nuevos productos que cubran las necesidades fundamentales de la sociedad en términos de salud, bienestar y belleza. Consiste en la combinación de la ingeniería de partícula de las tecnologías de encapsulación basadas en emulsiones con la eficiencia de extracción de los fluidos supercríticos. Mediante esta técnica se pueden conseguir nanopartículas de tamaño y morfología controlados que permiten proteger y transportar compuestos bioactivos hasta su lugar fisiológico de acción. Por este motivo, el principal objetivo de esta tesis fue explorar el potencial de la tecnología SFEE para nanoencapsular compuestos bioactivos lipofílicos líquidos con aplicación en productos alimentarios o farmacéuticos. Concretamente, se abordó la nanoencapsulación de la vitamina E y de aceite de pescado rico en omega 3 en policaprolactona. Estas dos sustancias modelo fueron seleccionadas debido a sus conocidos beneficios para la salud y su biodisponibilidad reducida. Además, se realizó el desarrollo del proceso y su escalado. En primer lugar, se empleó la extracción supercrítica de emulsiones SFEE para encapsular vitamina E en policaprolactona. El proceso SFEE se llevó a cabo en una columna de burbujas operando a 8,0 MPa y 313 K, con un caudal de CO2 de 7,2 kg por hora y kilogramo de emulsión. Tras 240 min y 101 kg CO2 por kg de acetona, se obtuvieron nanopartículas esféricas con estructura núcleo-carcasa, elevada eficiencia de encapsulación y una baja concentración residual de disolvente orgánico (50 ppm). Además, mostraron gran estabilidad incluso bajo periodos de almacenamiento de hasta 1 año. En segundo lugar, esta tecnología fue usada para la encapsulación de aceite de pescado rico en ácidos grados omega 3 poliinsaturados. Bajo las mismas condiciones de operación que la vitamina E, se obtuvieron nanopartículas esféricas y no agregadas con tamaños entre 6 y 73 nm dependiendo de la formulación de partida, con eficiencia de encapsulación del 40 por ciento. Se requirió un consumo de CO2 de 127 kg CO2 por kg acetona para alcanzar la máxima concentración de acetona permitida en la industria alimentaria (50 ppm). Con el objetivo de aumentar la capacidad de producción, se realizó una comparación de la operación de encapsulación en cuatro instalaciones diferentes (columna de burbujas, columna de burbujas con redistribuidor de gas, columna de espray y columna de relleno) en términos de eliminación de disolvente orgánico, consumo de CO2 y características de las nanocápsulas obtenidas (eficacia de encapsulación, distribución de tamaño de partícula y morfología). De todas ellas, la operación en contracorriente en la columna de relleno proporcionó una elevada capacidad de producción, mantuvo una buena calidad de las partículas, y requirió un bajo consumo de CO2 para eliminar el disolvente orgánico. De acuerdo con las simulaciones en Aspen Plus sería necesario aumentar la altura de relleno a 3,5 m o aumentar el caudal de CO2 a 60 g por min para alcanzar niveles de disolvente orgánico aceptables en alimentación. En conclusión, el proceso SFEE es un método nuevo y eficiente para nanoencapsular compuestos bioactivos líquidos y lipofílicos. En base a nuestros conocimientos, no hay otra tecnología convencional o emergente capaz de encapsular este tipo de compuestos en nanopartículas con estructuras núcleo-carcasa, elevada eficiencia de encapsulación y alta estabilidad de almacenamiento como SFEE. Además, puede ser fácilmente escalada mediante una columna de relleno operando en contracorriente. Sin embargo, para llevar esta tecnología a escala comercial sería necesario optimizar el diseño de la columna, así como aumentar la capacidad de producción, lo que podría realizarse en colaboración con ingenierías especializadas.