Funciones termodinámicas diferenciales e integrales para establecer condiciones de almacenamiento de microcápsulas de aceite de Pimienta dioca L. Merril

Abstract

El objetivo de este trabajo fue realizar un análisis termodinámico de microcápsulas de aceite esencial de Pimenta dioica L. Merril obtenidas mediante secado por aspersión, para establecer condiciones de almacenamiento de estas. Para asegurar que se obtendrían microcápsulas con propiedades funcionales deseadas es decir protegerlas de procesos deteriorativos y, al mismo tiempo, poder establecer condiciones de estabilidad para prolongar la vida de anaquel de las microcápsulas se emplearon tres tipos de biopolímeros como agentes encapsulantes o materiales de pared: goma de mezquite (GM), proteína de suero de leche (PSL) y maltodextrina DE-10 (MD). La goma de mezquite es un agente emulsionante y estabilizante; la proteína de suero de leche es un excelente emulsionante, y la maltodextrina es considerada como buen material para proteger lípidos contra la oxidación. Una vez seleccionados los agentes encapsulantes se procedió a formular emulsiones del tipo aceite en agua (O/W), mezclas ternarias en las siguientes relaciones: GM17%-MD66%-PSL17% m/m y GM17%-MD17%-PSL66% m/m con una fracción de la fase volumétrica dispersa O/W = 0.10 y con dos relaciones de material de pared a material encapsulado (2:1 y 4:1) a las que posteriormente se les adiciono la fase oleosa (aceite esencial de Pimenta dioica L. Merril). Estas emulsiones se secaron por aspersión empleando un secador a nivel planta piloto con una temperatura de entrada de 170 °C, una temperatura de salida de 85 °C, una presión de atomización de 4 bar y un flujo de alimentación de 40 mL/min. Una vez obtenidas las microcápsulas formadas, estas se colocaron en cajas Pretri dentro de un desecador con P2O5 a temperatura ambiente por un periodo de 3 semanas para reducir la humedad relativa de los polvos (2%); posteriormente se determinaron experimentalmente isotermas de adsorción de humedad en las microcápsulas con temperaturas de 25, 35 y 45 °C utilizando el método termogavimetrico de celdas de equilibrio. El proceso de adsorción se ajustó con la ecuación de Guggenheim-Anderson-De Boer (GAB) ya que se ha sugerido como el modelo más versátil para explicar el proceso de adsorción en los alimentos. El modelo de GAB se ajustó satisfactoriamente a los datos experimentales, el módulo de desviación relativo promedio (E) fue menor del 5%. Los valores de los parámetros de la ecuación de GAB (M0, C, K) se determinaron por un análisis de regresión no-lineal con el software Polymath versión 5.1. Finalmente se llevó a cabo un análisis termodinámico de las microcápsulas GM17%-MD66%-PSL17% y GM17%-MD17%-PSL66% con las dos relaciones de material de pared a material encapsulado (2:1 y 4:1), determinando las propiedades termodinámicas (entalpía, entropía y energía libre) diferenciales e integrales a 25, 35 y 45 °C, con las que se analizaron los cambios que sufren estos sistemas microencapsulados en el proceso de adsorción. Se determinó el punto o zona de estabilidad máxima (entropía integral), la cual se comparó con las condiciones correspondientes a los valores de humedad de monocapa obtenidos a través de la ecuación de Guggenheim-Anderson-de Boer (GAB). Los valores obtenidos con esta ecuación difieren de los de entropía mínima. Las condiciones de estabilidad máxima de las microcápsulas se obtuvieron a una aw de 0.551, un contenido de humedad de 13.79 kg H2O/100 kg s.s. y una temperatura de 25 °C para GM17%-MD66%-PSL17%, y para el caso de las microcápsulas GM17%-MD17%-PSL66%, estas se deben almacenar a una aw de 0.713, un contenido de humedad de 19.63 kg H2O/100 kg s.s. y una temperatura de 25 °C. Se concluyó que los microencapsulados más estables fueron los formulados con la mezcla GM17%-MD66%-PSL17% como agente encapsulante tanto para la relación de material de pared a material encapsulado de 2:1 como de 4:1 y debido a que la mezcla GM17%-MD66%-PSL17% exhibió el valor de entropía integral más bajo que el arreglo GM17%-MD17%-PSL66% se puede considerar como un mejor material de pared.