Cinética de degradación de betalaínas de pulpa de tuna púrpura (Opuntia ficus-indica) y extracto nanofiltrado antes y después de su encapsulación mediante secado por atomización

Abstract

Las betalaínas son pigmentos coloreados que se clasifican en betacianinas (rojo- púrpura) ó betaxantinas (amarillo-anaranjado). La tuna púrpura (Opuntia ficus-indica) es una de las pocas fuentes de estos pigmentos, siendo rica en betacianinas, principalmente betanina, aceptada como colorante rojo por la Unión Europea y EEUU. Se encapsuló pulpa (P) y extracto nanofiltrado (NF) de tuna púrpura por secado por atomización, utilizando K4484 (K) (dextrina de tapioca) y Capsul (C) (almidón modificado hidrofóbicamente de maíz ceroso), como agentes encapsulantes. Se obtuvo altas eficiencias de encapsulación para las betacianinas (>99%) y betaxantinas (>98%) de los sistemas de micropartículas (P-K, P-C, NF-K y NF-C), lo cual se podría atribuir a interacciones por puentes de hidrógeno y/o electroestáticas entre las betalaínas y los polímeros. Se estudió la cinética de degradación de betanina a tres temperaturas de almacenamiento (30°C, 45°C y 60°C) para los sistemas P, NF, P-K, P-C, NF-K y NF-C. Los resultados mostraron que la degradación de betanina en los seis sistemas estudiados siguió una cinética de pseudo-primer orden (R2= 0,83-0,99), siendo la kobs significativamente menor en las micropartículas (P-K, P-C, NF-K y NF-C) respecto a los extractos (P y NF), mostrando el efecto protector de la encapsulación sobre la betanina. Se obtuvo los parámetros cinéticos y termodinámicos a partir de las ecuaciones de Arrhenius y de Eyring. Al comparar el tipo de extracto en las micropartículas, se encontró un efecto diferente entre K y C. En el sistema NF-K (3,4*10-3 días-1; 5,8*10-3 días-1) se observó una constante de degradación de betanina significativamente menor que en el sistema P-K a 45°C y 60°C (5,7*10-3 días-1; 7,1*10-3 días-1), atribuido a la ausencia de mucílagos en el extracto NF. Contrariamente, las kobs en NF-C (9,8*10-3 días-1; 15,0*10-3 días-1; 30,4*10-3 días-1) fueron significativamente mayores que en P-C (3,1*10-3 días-1; 6,4*10-3 días-1; 8,1*10-3 días-1) a 30°C, 45°C y 60°C, atribuido al mayor contenido de azúcares en el extracto NF. Estos resultados sugieren que la presencia de mucílago y azúcares en las micropartículas favorecieron la degradación de la betanina, lo que se atribuye principalmente al mecanismo de hidrólisis del enlace aldimina (N=C), siendo la higroscopicidad un factor crítico en su estabilidad. El gráfico de H≠ vs S≠ mostró una relación lineal, sugiriendo que la degradación de betanina siguió el mismo mecanismo para todos los sistemas de micropartículas estudiados

Betalains are colored pigments classified as betacyanins (red-purple) and betaxanthins (yellow- orange). The purple cactus pear (Opuntia ficus -indica) is one of the few sources of these pigments, being rich in betacyanins mainly betanin and accepted as red dye by the European Union and USA. Pulp (P) and nanofiltered extract (NF) of purple cactus pear were encapsulated by spray drying, using K4484 (tapioca dextrin) and Capsul® (hydrophobically modified waxy maize starch), as encapsulating agents. The microparticles systems (P-K, P-C, NF- K and NF-C) showed high encapsulation efficiencies for betacyanins (> 99 %) and betaxanthins (> 98 %), which could be attributed to hydrogen bond and/or electrostatic interactions between betalains and polymers. Betanin degradation kinetics was studied at three storage temperatures (30, 45 and 60 °C) for P, NF, P-K, P-C, NF-K and NF-C systems. The results showed that the betanin degradation in all the systems studied followed pseudo-first order kinetics (R2 = 0.83-0.99), being kobs significantly lower in the microparticles (P-K, P-C, NF-K and NF-C) in regard to extracts (P and NF), showing the protective effect of betanin encapsulation. The kinetic and thermodynamic parameters were calculated from the Arrhenius and Eyring equations. Different effect between K and C was observed when the type of extract in the microparticles was compared. Betanin degradation rate constant in NF-K (3.4*10-3 day -1, 5.8*10-3 day-1) was significantly lower than P-K system for both 45 and 60 °C (5.7*10-3 day -1, 7.1*10-3 day-1), attributed to the absence of mucilages in the NF extract. Contrary, the kobs for NF-C (9.8*10-3 day-1, 15.0*10-3 day -1, and 30.4*10-3 day- 1) were significantly higher than P-C ( 3.1 day-1*10-3, 6.4*10-3 day-1, 8.1*10-3 day-1) at 30, 45 and 60 °C , attributed to the higher content of sugars in the NF extract. These results suggest that the presence of mucilage and/or sugars in the microparticles increase the betanin degradation. The hydrolysis of the aldimine bond (N = C) is the mainly pathway of betanin degradation in microparticles, being hygroscopicity a critical factor. The H≠ vs S ≠ graph showed a linear relationship, suggesting that the degradation of betanin followed the same mechanism for all systems of microparticles studied