Desarrollo de un sistema de oleogel de etilcelulosa para la vehiculización de astaxantina

Abstract

La astaxantina es un carotenoide de potente actividad antioxidante, cuyo uso en la industria alimentaria y nutracéutica se ve limitado por su baja solubilidad en agua, alta lipofilia y extrema sensibilidad a la degradación por la luz, el calor y el oxígeno. El objetivo de este trabajo fue desarrollar un sistema de vehiculización basado en oleogeles de etilcelulosa y aceite de maravilla para proteger la astaxantina, evaluando sus propiedades fisicoquímicas y su estabilidad frente al estrés lumínico, además de explorar la incorporación de nanopartículas de albúmina en estas matrices. Los oleogeles fueron preparados mediante el método de dispersión con cambio de solvente (acetato de etilo), logrando formar redes tridimensionales termorreversibles. La caracterización reológica, demostró un comportamiento pseudoplástico con un aumento de la viscosidad dependiente de la concentración de polímeros. En los ensayos de fotoestabilidad, los oleogeles demostraron actuar como un entorno protector eficiente, reduciendo significativamente la degradación de la astaxantina frente a luz UV y visible en comparación con el carotenoide en solución. Paralelamente, se sintetizaron nanopartículas de albúmina cargadas con astaxantina mediante el método de desolvatación. Los resultados mostraron partículas esféricas de aproximadamente 195 nm, con alta estabilidad coloidal (potencial zeta ~ −14 mV) y una eficiencia de encapsulación cercana al 88%. Sin embargo, al intentar integrar estas nanopartículas en la matriz de oleogel, se observó una marcada incompatibilidad de fases debido a la naturaleza hidrofílica de las partículas proteicas y la lipofilia del medio. Como alternativa tecnológica, se formularon hidrogeles de hidroxietilcelulosa, los cuales demostraron ser vehículos compatibles y eficaces para la incorporación de las nanopartículas. En su conjunto, el presente estudio determina que los oleogeles de etilcelulosa son plataformas idóneas para la estabilización directa de astaxantina libre, mientras que los hidrogeles representan una matriz adecuada para la vehiculización de nanotransportadores proteicos. Lo anterior, sugiere rutas distintas para el diseño de nutracéuticos según el tipo de sistema de entrega requerido.

Astaxanthin is a carotenoid with potent antioxidant activity, yet its application in the food and nutraceutical industries is limited by its low water solubility, high lipophilicity, and extreme susceptibility to degradation by light, heat, and oxygen. The main goal of this work was to develop an ethylcellulose-sunflower oil oleogel-based delivery system to protect astaxanthin, assessing its physicochemical properties and stability under light stress, as well as exploring the incorporation of albumin nanoparticles into these matrices. Oleogels were prepared using the solvent-exchange oleogelation method (ethyl acetate), achieving the formation of thermoreversible three-dimensional networks. Rheological characterization revealed pseudoplastic behavior, with viscosity increasing as a function of polymer concentration. Photostability studies demonstrated that the oleogels acted as an efficient protective environment, significantly reducing astaxanthin degradation under UV and visible light compared to the carotenoid in solution. In parallel, astaxanthin-loaded albumin nanoparticles were synthesized via desolvation method, yielding spherical particles of approximately 195 nm with high colloidal stability (zeta potential ~ −14 mV) and an encapsulation efficiency of ~88%. However, attempts to incorporate these nanoparticles into the oleogel matrix showed pronounced phase incompatibility, attributed to the hydrophilic nature of the protein particles and the lipophilic character of the oleogel medium. As an alternative technological approach, hydroxyethylcellulose hydrogels were formulated and proved to be compatible and effective vehicles for nanoparticles incorporation. Overall, the study concludes that ethylcellulose oleogels are ideal platforms for the direct stabilization of free astaxanthin, whereas hydrogels constitute suitable matrices for accommodating or carrying protein-based nanocarriers. These findings suggest distinct formulation routes for nutraceuticals development depending on the delivery system required.