Microencapsulación de ácido elágico por secado por atomización en inulina semicristalina/amorfa : efecto del grado de cristalinidad sobre las propiedades fisicoquímicas y de liberación durante la digestión simulada in vitro

Abstract

El ácido elágico (AE) ha mostrado capacidad para inhibir la producción de citoquinas proinflamatorias y disminuir el estrés oxidativo en modelos de inflamación intestinal. No obstante, su baja solubilidad limita su efectividad terapéutica. La encapsulación de AE con inulina se propone como estrategia para proteger y dirigir su liberación. La inulina puede obtenerse en estructuras amorfas o semicristalinas, en las que el índice de cristalinidad (IC) depende de las condiciones de secado por atomización. En esta tesis se evaluó el efecto del grado de cristalinidad de micropartículas de AE encapsulado con inulina, obtenidas mediante secado por atomización, sobre sus propiedades fisicoquímicas y el perfil de liberación del polifenol durante la digestión simulada in vitro. Se aplicó un diseño estadístico Box-Behnken para establecer las condiciones para la obtención de micropartículas amorfas y semicristalinas, considerando variables de formulación (AE:inulina) y de proceso (temperatura del aire de entrada al secador y de alimentación) y su influencia en el IC y la eficiencia de encapsulación (EE). Las micropartículas se caracterizaron fisicoquímicamente y se evaluó la liberación del AE encapsulado durante la digestión gastrointestinal simulada in vitro. Los resultados indicaron que temperaturas de alimentación bajas (37°C) y altas (85 °C) condujeron a la obtención de sistemas semicristalinos y amorfos, respectivamente. Las micropartículas amorfas presentaron mayor EE, solubilidad e higroscopicidad que las semicristalinas. El análisis térmico (DSC) mostró que las micropartículas semicristalinas tuvieron una menor temperatura de transición vítrea (Tg) debido a su mayor humedad, mostrando un efecto plastificante del agua. En la digestión simulada in vitro (protocolo INFOGEST 2.0), la encapsulación mejoró la solubilidad del AE en la fase oral, independientemente del IC. Sin embargo, el AE no se detectó en la fase gástrica debido a su baja solubilidad en condiciones ácidas. En la fase intestinal no se observaron diferencias significativas en la cantidad de AE presente en la fracción soluble, lo que sugiere que la bioaccesibilidad está limitada principalmente por su solubilidad inherente, más que por la encapsulación y el estado físico de las micropartículas. En conclusión, la cristalinidad influye en las propiedades fisicoquímicas de las micropartículas, pero no en la liberación de AE durante la digestión simulada in vitro. Estos resultados sugieren el potencial de la inulina como un vehículo para la entrega dirigida al colon, siendo necesarios estudios in vivo que evalúen la eficacia antiinflamatoria de estos sistemas.

Ellagic acid (EA) is a polyphenolic compound recognized for its anti-inflammatory and antioxidant properties, rendering it a promising therapeutic agent for intestinal inflammatory diseases. However, its low solubility limits its therapeutic effectiveness. Encapsulation of EA using inulin is proposed as a strategy to protect the compound and target its release. Inulin can be obtained in amorphous or semicrystalline structures, in which the crystallinity (CI) depends on the spray-drying conditions. In this thesis, the effect of the CI of EA-loaded inulin microparticles obtained by spray drying on their physicochemical properties and on the release profile of the polyphenol during simulated in vitro digestion was evaluated. A Box–Behnken statistical design was applied to establish the conditions for obtaining amorphous and semicrystalline microparticles, considering formulation (EA:inulin ratio) and process (inlet air temperature and infeed temperature) variables, and their influence on CI and encapsulation efficiency (EE). The microparticles were physicochemically characterized, and the release of encapsulated EA during simulated in vitro gastrointestinal digestion was assessed. The results indicated that low infeed temperatures (37 °C) and high infeed temperatures (85 °C) resulted in the formation of semicrystalline and amorphous systems, respectively. Amorphous microparticles exhibited higher EE, solubility, and hygroscopicity compared to their semicrystalline particles. Thermal analysis (DSC) showed that semicrystalline particles had a lower glass transition temperature (Tg) due to higher moisture content and the plasticizing effect of water. Regarding the release profile under simulated gastrointestinal conditions (INFOGEST 2.0 protocol), encapsulation significantly improved EA solubility in the oral phase compared to free EA, regardless of the inulin crystallinity. In the gastric phase, no release was detected due to the low solubility of EA in acidic media. Notably, during the intestinal phase, both amorphous and semicrystalline systems exhibited similar bioaccessibility, indicating that the release is predominantly governed by the solubility of EA in the intestinal medium rather than the physical state of the polymer matrix. In conclusion, while the degree of crystallinity significantly affects the physical properties and stability of the microparticles, it does not substantially alter the in vitro gastrointestinal release profile of EA. These findings support the potential of inulin as a carrier for colon-targeted delivery, supporting further in vivo studies to assess the anti-inflammatory efficacy of these systems.