Estructuración de aceites vegetales como vehículos de entrega de curcumina

Abstract

Los sistemas a base de lípidos se han establecido como buenos candidatos para el desarrollo de vehículos de entrega de bioactivos lipofílicos para una administración oral. Sin embargo, lograr una entrega efectiva y una alta biodisponibilidad de este tipo de moléculas puede ser un desafío. En este contexto, la organogelificación se ha propuesto en los últimos años como una tecnología novedosa y prometedora para la estructuración de aceites vegetales y/o marinos. Un oleogel se puede definir como un sistema semisólido donde un líquido orgánico (aceite) queda atrapado en una red tridimensional formada por un sólido lipofílico (organogelificante). Los oleogeles permiten sustituir las grasas saturadas y/o trans en los alimentos y obtener un perfil nutricional reducido en ácidos grasos saturados y libre de ácidos grasos trans. Además, debido a su composición, propiedades funcionales y estructurales, también pueden constituir un sistema adecuado de liberación controlada de compuestos bioactivos liposolubles y determinados ácidos grasos. Así, el objetivo de este proyecto de investigación fue diseñar y caracterizar oleogeles como vehículos de liberación de curcumina mediante la estructuración de aceites vegetales con alto contenido en ácidos grasos monoinsaturados y/o poliinsaturados, utilizando cera de abeja o etilcelulosa como agentes organogelificantes y curcumina como molécula bioactiva lipofílica. Se formularon oleogeles de aceite de linaza, girasol o palta con curcumina y cera de abeja o etilcelulosa (EC) como agentes organogelificantes, de acuerdo con un diseño compuesto central más punto estrella para cada sistema estudiado. La concentración del organogelificante tuvo un efecto significativo sobre la fuerza mecánica y la capacidad de retención de aceite (CRA) del oleogel. Los oleogeles obtenidos bajo condiciones óptimas con cera de abeja (OLC, OGC, OPC) mostraron una alta CRA (superior a un 85%), mientras que los oleogeles óptimos con EC (OLEC, OGEC, OPEC) presentaron una CRA entre 56 y 68%. En ambos sistemas estructurados, se obtuvieron fuerzas mecánicas cercanas a la fuerza mecánica objetivo, grasa de tocino dorsal de cerdo a la que se pretende sustituir. Además, todos los oleogeles mostraron un comportamiento reológico de sólido elástico. La incorporación de curcumina en una concentración de 0,2% p/p, no interfirió con la formación de la red tridimensional y aumentó la estabilidad oxidativa de los oleogeles durante el almacenamiento y/o en condiciones aceleradas. La estructura del oleogel y sus propiedades mecánicas afectaron significativamente la bioaccesibilidad de los ácidos grasos libres (AGL), donde una mayor fuerza mecánica resultó en un menor grado de lipolisis, mientras que el grado de transferencia de la curcumina hacia la fase micelar fue similar en todos los sistemas estudiados. Los estudios en modelos celulares (permeabilidad en células CaCo-2) mostraron una biodisponibilidad potencial de la curcumina presente en la fase micelar de los oleogeles, con una rápida velocidad de permeación apical-basolateral y valores de Papp entre 2,1 – 2,3 x 10-5 cm/s, que posteriormente fue capaz de ejercer un potente efecto antiinflamatorio en un ensayo de inmunoestimulación en células ThP-1. Adicionalmente, la sustitución total o parcial de grasa de tocino dorsal de cerdo por oleogeles de aceite de linaza y cera de abeja, con o sin la adición de curcumina, permitió modificar el perfil de ácidos grasos del sistema cárnico, aumentando considerablemente su contenido de ácidos grasos poliinsaturados y su estabilidad oxidativa en el tiempo. Finalmente, los resultados obtenidos en este estudio proporcionan información útil para considerar los oleogeles con cera de abeja o EC, como vehículos de incorporación y entrega controlada de bioactivos lipofílicos, además de potenciales sustitutos de grasa para variadas aplicaciones en la industria farmacéutica y/o alimentaria.

Lipid-based systems have been established as good candidates for the development of lipophilic bioactive delivery vehicles for oral administration. However, achieving effective delivery and high bioavailability of these types of molecules can be challenging. In this context, organogelation has been proposed in recent years as a novel and promising technology for the structuring of vegetable and/or marine oils. An oleogel can be defined as a semi-solid system where an organic liquid (oil) is entrapped in a three-dimensional network formed by a lipophilic solid (organogelator). Oleogels allow replacing saturated and/or trans fats in foods, providing a nutritional profile reduced in saturated fatty acids and free of trans fatty acids. In addition, due to their composition, functional and structural properties, they can also constitute a suitable system for the controlled release of lipophilic bioactive compounds and certain fatty acids. Thus, the objective of this research project was to design and characterize oleogels as curcumin release vehicles by structuring vegetable oils with high content of monounsaturated and/or polyunsaturated fatty acids, using beeswax or ethylcellulose as organogelators and curcumin as lipophilic bioactive molecule. Linseed, sunflower or avocado oil oleogels were formulated with curcumin and beeswax or ethylcellulose (EC) as organogelator, according to an experimental design (central composite design plus axial point) for each system studied. The concentration of the organogelator had a significant effect on the mechanical strength and oil binding capacity (OBC) of the oleogels. Beeswax oleogels obtained under optimal conditions (OLC, OGC, OPC) showed a high OBC (over 85%), while optimal oleogels with EC (OLEC, OGEC, OPEC) had an OBC in the range 56 - 68%. Both structured systems showed a mechanical strength close to the target mechanical strength, that of pork backfat which it is intended to imitate. In addition, all the oleogels showed a rheological behavior of elastic solid. The incorporation of curcumin at a concentration of 0.2% w/w, did not interfere with the formation of the three-dimensional network and increased the oxidative stability of oleogels during storage and/or under accelerated conditions. The oleogel structure and its mechanical properties significantly affected the bioaccessibility of free fatty acids (FFAs), where higher mechanical strength resulted in a lower degree of lipolysis, while the degree of curcumin transferred to the micellar phase was similar in all the systems studied. Studies in cellular models (permeation in CaCo-2 cells) showed a potential bioavailability of curcumin present in the micellar phase of oleogels, with a high rate apical-basolateral permeation where Papp values were 2.1 - 2.3 x 10-5 cm/s, which was subsequently able to exert a potent anti-inflammatory effect in an immunostimulation assay in ThP-1 cells. Additionally, total or partial substitution of pork backfat by linseed-beeswax oleogels, with or without the addition of curcumin, allowed to modify the fatty acid profile of the meat system, considerably increasing its polyunsaturated fatty acid content and its oxidative stability over time. Finally, the results obtained in this study provide useful information to consider oleogels with beeswax or EC as vehicles for the incorporation and controlled release of lipophilic bioactives, as well as potential fat substitutes for various applications in the pharmaceutical and/or food industry.