Extracción de compuestos fenólicos de subproductos provenientes de la industria del aceite de oliva y su estabilización mediante microencapsulación

Abstract

En Chile la industria del aceite de oliva ha crecido considerablemente en los últimos años, lo que trae consigo una importante producción de subproductos agroindustriales, dentro de éstos, destacan el orujo y alpechín, los cuales tienen un elevado contenido de compuestos fenólicos que están asociados a diversos efectos biológicos como la prevención de enfermedades relacionadas con el estrés oxidativo, las enfermedades cardiovasculares y el cáncer. Estos beneficios pueden presentarse como una oportunidad para utilizar estos subproductos como una materia prima para la elaboración de ingredientes alimentarios con propiedades funcionales y/o saludable. En este contexto, se seleccionó la extracción de compuestos fenólicos con líquidos presurizados desde el orujo y la filtración para el alpechín, ambos métodos para la obtención de compuestos bioactivos, los que se encapsularon por secado por atomización para su protección y luego se recubrieron con lecho fluidizado para modificar la liberación de los compuestos fenólicos en el tracto gastrointestinal. De acuerdo con estos antecedentes, el objetivo de esta tesis fue desarrollar micropartículas de extractos de orujo y de alpechín con propiedades de liberación controlada en el tracto gastrointestinal. Para la obtención del extracto de orujo se realizó una optimización de la extracción de hidroxitirosol y los compuestos fenólicos que lo contienen por extracción con líquidos presurizados, obteniendo un extracto óptimo (EO-LP), que presentó un contenido de compuestos fenólicos 5,8 veces mayor en comparación con la materia prima. En cuanto al alpechín por filtración (Al-filtrado), mostró un contenido de compuestos fenólicos 1,3 veces mayor a la materia prima. Ambos extractos mostraron diferencias en el perfil de compuestos fenólicos en comparación con la materia prima. EO-LP y Al-filtrado se encapsularon mediante secado por atomización, utilizando Maltodextrina (MD) e Inulina (In) como agentes encapsulantes, de acuerdo a un diseño experimental Composito central más punto axial para cada sistema de micropartículas estudiado (O-MD, O-In, Al-MD y Al-In). La temperatura del aire de entrada al secador y la relación (EO-LP ó Al-filtrado)/agente encapsulante tuvieron un efecto significativo sobre la eficiencia de encapsulación (EE) y el rendimiento del proceso. Las condiciones óptimas para la obtención de todas las micropartículas fueron características y exclusivas para cada sistema. Los sistemas de micropartículas obtenidos bajo condiciones óptimas mostraron diferencias en las EE asociadas al agente encapsulante (MD e In) y a los distintos compuestos fenólicos presentes en los extractos, lo que podría explicarse por las interacciones electrostáticas y/o formación de puentes de hidrógeno entre el activo encapsulado y el agente encapsulante utilizado. El rendimiento de proceso fue mayor a 82% en todos los sitemas. Posteriormente, las micropartículas elaboradas con maltodextrina (O-MD y Al-MD), se recubrieron con inulina (In) y alginato de sodio (Alg) por lecho fluidizado, obteniendo micropartículas recubiertas (O-MD-In, O-MD-Alg, Al-MD-In y Al-MD-Alg), las que presentaron diferencias significativas asociadas a la solubilidad en agua, tamaño y morfología, al compararlas con las micropartículas sin recubrir. Se estudió la estabilidad de los compuestos fenólicos encapsulados (O-MD, O-In, O-MD-In, O-MD-Alg, Al-MD, Al-In, Al-MD-In y Al-MD-Alg) y compuestos fenólicos encapsulados (EO-LP y Al-filtrado) por 180 días a 60°C. Los resultados mostraron que la encapsulación pesentó una protección de los compuestos fenólicos durante el almacenamiento. Sin embargo, en los extractos y micropartículas algunos compuestos fenólicos aumentaron en el tiempo, lo que podría estar asociado a su formación por rutas de degradación y oxidación de compuestos secoiridoides y alcoholes fenólicos. Finalmente, se estudió la bioaccesibilidad y el perfil de liberación de los compuestos fenólicos en el tractogastrintesinal simulado in vitro desde las micropartículas óptimas (O-MD, O-In, O-MD-In, O-MD-Alg, Al-MD, Al-In, Al-MD-In y Al-MD-Alg). Lo que mostró una disminución en la liberación de los compuestos fenólicos en condiciones gástricas y un aumento de la bioaccesibilidad a nivel intestinal simulado en las micropartículas recubiertas por lecho fluidizado, al compararlas con las obtenidas por secado por atomización elaboradas con maltodextrina. Es importante destacar que las etapas de optimización de extracción y encapsulación, además de la caracterización en todas las actividades de la tesis, se realizó por HPLC-DAD-ESI-TOF/MS para la identificación y cuantificación de los distintos compuestos fenólicos estudiados

In Chile, the olive oil industry has grown considerably in recent years, which brings with it an important production of agroindustry by-products, among them, the pomace and olive mill waste water, which have a high content of phenolic compounds that are associated with to diverse biological effects such as the prevention of diseases related to oxidative stress, cardiovascular diseases and cancer. The above can be presented as an opportunity to use these by-products as raw material for the preparation of food ingredients with functional and/or healthy properties. In this context, the extraction of phenolic compounds with pressurized liquids from the pomace and filtration for olive wastewater were selected, both methods for obtaining bioactive compounds, which were encapsulated by spray drying for protection and then coated with bed fluidized to modify the release of phenolic compounds in the gastrointestinal tract. According to this background, the objective of this thesis was to develop microparticles of pomace and olive mill wastewater extracts with controlled release properties in the gastrointestinal tract. To obtain the pomace extract, an optimization of the extraction of hydroxytyrosol and the phenolic compounds containing it by extraction with pressurized liquids was performed, obtaining an optimal extract (EO-LP), which presented a content of phenolic compounds of 5.8 times higher compared to the raw material. As for olive mill wastewater by filtration (Al-filtering), it showed a content of phenolic compounds of 1.3 times greater than the raw material. Both extracts showed differences in the profile of phenolic compounds compared to the raw material. EO-LP and Al-filtered were encapsulated by spray drying, using Maltodextrin (MD) and Inulin (In) as encapsulating agents, according to an experimental design Central composite plus axial point for each microparticle system studied (O-MD, O-In, Al-MD and Al-In). The temperature of the air entering the dryer and the ratio (EO-LP or Al-filtering)/ encapsulating agent had a significant effect on encapsulation efficiency (EE) and process performance. It was observed that the optimal conditions for obtaining all the microparticles are characteristic and exclusive for each system. The microparticle systems obtained under optimal conditions showed differences in EE associated with the encapsulating agent (MD and In) and the different phenolic compounds present in the extracts, which could be explained by electrostatic interactions and/or hydrogen bridge formation between the encapsulated asset and the encapsulating agent used. The process yield was greater than 82% in all cases. Subsequently, the microparticles made with maltodextrin (O-MD and Al-MD) were coated with inulin (In) and sodium alginate (Alg) by fluidized bed, obtaining coated microparticles (O-MD-In, O-MD-Alg, Al-MD-In and Al-MD-Alg), which presented significant differences associated with water solubility, size and morphology, when compared with uncoated microparticles, made with maltodextrin. The stability of encapsulated phenolic compounds (O-MD, O-In, O-MD-In, O-MD-Alg, Al-MD, Al-In, Al-MD-In and Al-MD-Alg) and uncapsulated phenolic compounds (EO-LP and Al-filtered) was studied, for 180 days at 60 °C. The encapsulation showed protecting of the polyphenols during storage demonstrating effective protection of most polyphenols with the encapsulation process. However, there is an increase in some phenolic compounds over time (both in the microparticles and in the extracts), which could be associated with their formation by degradation and oxidation pathways of secoiridoid compounds and phenolic alcohols. Finally, the bioaccessibility and release profile of the phenolic compounds present in the optimal microparticles (O-MD, O-In, O-MD-In, O-MD-Alg, Al-MD, Al-In, Al-MD -In and Al-MD-Alg), it was studied in simulated gastric (SGF) and intestinal simulated (ISF) conditions. This showed a decrease in the release of phenolic compounds under gastric conditions and an increase in bioaccessibility at the simulated intestinal level in the coating microparticles, when compared to those obtained by spray drying made with maltodextrin