Cinética y mecanismo de liberación de flavonoides desde micropartículas y su efecto sobre la estabilidad oxidativa en linoleato de metilo

Abstract

La oxidación lipídica es una de las principales reacciones que afectan la calidad de los aceites, transformándose en uno de los principales problemas para la industria alimentaria por la aparición de olores y sabores indeseables. Para la protección de la oxidación lipídica, se pueden utilizar micropartículas de flavonoides de liberación controlada para extender la vida útil de las materias grasas y disminuir la utilización inefectiva del antioxidante natural. De acuerdo a estos antecedentes el objetivo de este estudio fue estudiar la cinética y mecanismo de liberación de flavonoides desde micropartículas con y sin la adición de un agente canalizante en linoleato de metilo (LM) y su efecto en la formación de compuestos polares. Se encapsularon los flavonoides quercetina (Q), naringenina (N) o epicatequina (E), mediante secado por atomización, utilizando inulina (IN) o hidroxipropilcelulosa (HPC) como agentes encapsulantes y Capsul® (C) como agente canalizante, de acuerdo a un diseño Box-Behnken, con un total de 15 experimentos para cada sistema de micropartículas estudiado (Q-(IN-C), N-(IN-C), E-(IN-C), Q-(HPC-C), N-(HPC-C) y E-(HPC-C)). Las variables independientes fueron la relación flavonoide/agente encapsulante, temperatura del aire entrada y contenido de Capsul. Las variables dependientes fueron la eficiencia de encapsulación y liberación de flavonoides a los 14 días (t14) y a los 28 días (t28) de almacenamiento en hexano (H) para los sistemas con IN y HPC, respectivamente. Se utilizó la metodología de Superficie Respuesta para la obtención de micropartículas bajo condiciones óptimas. Los sistemas de micropartículas obtenidos bajo condiciones óptimas (Q-IN, Q-(IN-C), N-IN, N-(IN-C), E-IN, E-(IN-C), Q-(HPC-C), N-(HPC-C) y E-(HPC-C)) se utilizaron para determinar la EE y el perfil de liberación de flavonoides en H y LM. La determinación de flavonoides se realizó mediante HPLC. Las micropartículas obtenidas mostraron EE superiores al 60% para los sistemas de Q y E y menores para los sistemas con N. Un incremento en el número de grupos OH en el flavonoide aumentó la EE debido a la interacción entre los grupos OH del flavonoide con los sitios OH de IN y HPC mediante puentes de hidrógeno. El perfil de liberación de flavonoides desde las micropartículas en H y en LM durante el almacenamiento en estufa a 30 ºC, mostró que para las micropartículas con IN sin y con C, la constante de velocidad de liberación de N fue significativamente mayor (p≤0,05) respecto a las de Q y E en LM y en H. Mientras que la constante de velocidad de liberación de E fue significativamente menor (p≤0,05) respecto a Q y N en LM y en H. El parámetro “n” en el modelo de Peppas para las micropartículas con IN sugiere que el mecanismo de liberación de los flavonoides se atribuye a la presencia de un agente canalizante, independiente de la naturaleza del flavonoide. Para las micropartículas con HPC solamente se observó la liberación de N en LM y correspondió a liberación de los flavonoides superficiales. Mientras que en H se observó liberación de N y Q sin diferencias significativas (p>0,05) entre las constantes de liberación. El parámetro “n” en el modelo de Peppas sugiere que el mecanismo de liberación de los flavonoides se atribuye a la interacción agente encapsulante-medio de disolución y flavonoide-agente encapsulante. Se realizaron ensayos de estabilidad oxidativa en linoleato de metilo a 60 ºC con la adición de flavonoides libres (LM-N, LM-Q y LM-E) y encapsulados (LM-Q-IN, LM-Q-(IN-C), LM-Q-(HPC-C), LM-E-IN, LM-E-(IN-C) y LM-E-(HPC-C)) (200 mg/Kg). Las micropartículas de flavonoides se elaboraron utilizando la misma relación flavonoide-agente encapsulante, mientras que el contenido de C y temperatura de entrada al secador correspondieron a las utilizadas en la elaboración de micropartículas obtenidas bajo condiciones óptimas. La determinación de compuestos de oxidación se realizó por HPSEC y la retención de flavonoides por HPLC. La adición de flavonoides libres mostró un factor de protección y tiempo de inducción significativamente mayor para E, en relación a Q y N, mientras que N no ejerció ningún efecto sobre la estabilidad oxidativa. La adición de flavonoides encapsulados al LM mostró un aumento significativo en el factor de protección y tiempo de inducción, respecto al LM y fue mayor para el sistema LM-Q-(IN-C) mostrando el efecto del agente canalizante sobre el control de la liberación. En todos los sistemas el final de la fase lag e inicio de la propagación fue claramente marcado por la desaparición de Q y E y la iniciación de la formación de polímeros coincide con el tiempo de inducción Se puede concluir que conocer el perfil de liberación y capacidad antioxidante determina la aplicabilidad de las micropartículas en sistemas lipídicos

Lipid oxidation is one of the main reactions affecting the quality of oils; it is also responsible for the appearance of unwanted smells and tastes, negatively impacting the food industry. However, the use of controlled-release flavonoid microparticles can reduce the effects of lipid oxidation, thus extending the shelf life of fats, and reducing the ineffective use of natural antioxidants. Based on the above, the objective of this research was to study the kinetics and mechanism of flavonoid release from microparticles with and without the addition of a channeling agent in methyl linoleate (ML), and its effect on the formation of polar compounds. The flavonoids quercetin (Q), naringenin (N) or epicatechin (E) were encapsulated by spray-drying, using Inulin (IN) or Hydroxypropylcellulose (HPC) as encapsulating agents, and Capsul (C) as channeling agent, using a Box-Behnken design. A total of 15 experiments were conducted for each microparticles system (Q-(IN-C), N-(IN-C), E-(IN-C), Q-(HPC-C), N-(HPC-C) and E-(HPC-C)). The independent variables were the flavonoid/encapsulating agent ratio, air inlet temperature and Capsul content, whereas the dependent variables were encapsulation efficiency and flavonoid release at 14 (t14) and 28 (t28) days of storage in hexane (H) for the IN and HPC systems, respectively. The Response Surface methodology was used to obtain microparticles under optimal conditions. The microparticles systems obtained under optimal conditions (Q-(IN-C), N-(IN-C), E-(IN-C), Q-(HPC-C), N-(HPC-C) and E-(HPC-C)) were used to determine the EE, and the flavonoid release profile in H and ML. The determination of flavonoids was performed using HPLC. The obtained microparticles indicated that the encapsulation efficiency (EE) to be greater than 60% for the Q and E systems, and less for the N systems. An increase in the number of OH groups in the flavonoid increased the EE due to the interaction between the OH groups of the flavonoid with the OH sites of IN and HPC through hydrogen bonds. The release profile of flavonoids from the microparticles in H and in ML during oven storage at 30° showed that, for the microparticles with IN and with and without C, the constant release rate of N was significantly greater than (p≤0.05) with respect to the one of Q and E in ML and in H. While the release rate constant of E was significantly lower (p≤0.05) with respect to Q and N in ML and in H, the “n” parameter for Peppas model for the microparticles with IN suggests that the release mechanism of flavonoids is attributed to the presence of a channeling agent, irrespective of the nature of the flavonoid. For the microparticles with HPC, only the release of N in ML was observed, and it corresponded to the release of superficial flavonoids, whereas for H the release of N and Q was observed without significant differences (p>0,05) amongst the release constants. The “n” parameter in Peppas model suggests that the release mechanism of flavonoids is attributed to the interaction of both the encapsulating agent-dissolution medium and flavonoid-encapsulating agent medium. Oxidative stability trials were performed in methyl linoleate at 60° with the addition of free flavonoids (ML-N, ML-Q and ML-E) and encapsulated flavonoids (ML-Q-IN, ML-Q-(IN-C), ML-Q-(HPC-C), ML-E-IN, ML-E-(IN-C) and MLE-E-(HPC-C)) (200 mg/kg). The flavonoid microparticles were elaborated using the same flavonoid-encapsulating agent ratio, while the content of C and inlet temperature of the dryer corresponded to those used in the elaboration of microparticles obtained under optimal conditions. The determination of oxidative compounds was performed using HPSEC, and the retention of flavonoids using HPLC. The addition of free flavonoids presented a protection factor and induction time significantly higher for E in relation to Q and N, whereas N did not have an effect on the oxidative stability. The addition of encapsulated flavonoids to ML showed a significant increase in the protection factor and induction period with respect to ML, and it was greater for the ML-Q-(IN-C) system, displaying the effect of the channeling agent over the release control. In all systems, the end of lag phase and the initiation of propagation were clearly marked by the vanishing of Q and E. The appearance of the formation of polymers coincides with the induction period. It can be concluded that knowing the release profile and antioxidant capacity determine the applicability of microparticles in a lipid systems