Encapsulación de antimicrobianos naturales y su aplicación en una bebida proteica saborizada : estudio de la efectividad antimicrobiana y características sensoriales

Abstract

Según diversos estudios, la elección de alimentos está fuertemente influenciada por los beneficios que estos ofrecen para la salud, con una clara preferencia por aquellos que no están procesados y son de origen natural. Los alimentos ricos en carbohidratos, proteínas y otros nutrientes son vulnerables a la contaminación por microorganismos como L. innocua y E. coli. En respuesta, la industria alimentaria emplea antimicrobianos sintéticos para combatir estos patógenos. Sin embargo, actualmente el uso de antimicrobianos químicos enfrenta un creciente rechazo por parte de los consumidores, lo que ha impulsado el interés de la industria alimentaria por utilizar antimicrobianos de origen natural. Aunque estos compuestos han sido ampliamente estudiados, su aplicación directa a menudo resulta ineficaz debido a incompatibilidades fisicoquímicas con la matriz alimentaria, lo que puede causar separación de fases o alterar las características sensoriales del producto final. Este estudio tiene como objetivo desarrollar sistemas nanoencapsulados de vainillina y cinamaldehído (NE-cin y NE-van), evaluar su actividad antimicrobiana frente a E. coli y L. innocua inoculados en una bebida saborizada, y realizar un estudio comparativo del perfil sensorial y la percepción en la bebida por parte de los consumidores, respecto de los antimicrobianos microencapsulados (ME-cin y ME-van) Los sistemas nanoencapsulados se caracterizaron a través del tamaño de gota, potencial Z e índice de polidispersidad para determinar la proporción más estable (1:1 o 1:2). Se evaluó la efectividad contra E. coli y L. innocua en bebidas proteicas durante 14 días, usando concentraciones de 0,75 y 1 g/L para NE-cin, y concentraciones 1 y 1,5 g/L para NE-van. En cuanto a la evaluación sensorial, se entrenó a 9 panelistas para realizar un test descriptivo y obtener el perfil descriptivo de las muestras, que incluían bebidas con y sin antimicrobiano. Además, se llevó a cabo una prueba con consumidores para medir aceptabilidad, justo agrado, intención de compra y se realizó una prueba CATA (Check all that applies). Los resultados mostraron que las proporciones 1:1 y 1:2 de NE-cin no presentaron diferencias significativas en tamaño de gota, pero sí en el índice de polidispersidad y potencial Z. En contraste, NE-van mostró diferencias en tamaño de gota, índice de polidispersidad y potencial Z. En base a estos resultados se seleccionaron la proporción 1:1 de NE-cin con 5 minutos de ultrasonido (US) y la proporción 1:1 de NE-van con 10 minutos de US como los sistemas estimativamente más estables. En cuanto a la actividad antimicrobiana, ambos antimicrobianos mostraron mayor eficacia contra L. innocua que contra E. coli. El cinamaldehído nanoencapsulado demostró una acción antimicrobiana significativamente más efectiva que la vainillina, logrando hasta 5 ciclos logarítmicos de reducción al día 12 para L. innocua y al día 14 para E. coli. La vainillina nanoencapsulada alcanzó entre 1,4 - 2,0 y 1,2 - 1,7 ciclos logarítmicos de reducción de L. innocua y E. coli, respectivamente. No hubo diferencias significativas entre las 2 concentraciones de cada nanoencapsulado evaluadas, por lo que se seleccionaron las concentraciones 1 g/L NE-van y 0,75 g/L NE-cin para los siguientes ensayos. El análisis descriptivo reveló que la bebida proteica adicionada con antimicrobianos naturales experimentó cambios sensoriales durante el tiempo de almacenamiento. La muestra control se caracterizó por presentar un aroma y sabor a manzana cocida y lácteo, mientras que las muestras con antimicrobianos presentaron el aroma y sabor correspondientes a los nano o microencapsulados utilizados. No obstante, las muestras con nanoencapsulados lograron preservar mejor estas características en comparación con las muestras con microencapsulados. En la prueba con consumidores, las muestras con vainillina fueron evaluadas de manera más favorable que aquellas que contenían cinamaldehído. En la prueba CATA, se observó que las muestras con cinamaldehído causaron sensaciones de picor y astringencia, mientras que las de vainillina se describieron con un aspecto lechoso. A pesar de esto, ninguna de las muestras fue recomendada a amigos o familiares. En conclusión, el cinamaldehído y la vainillina nanoencapsulados en proporción 1:1 demostraron ser estables, siendo el cinamaldehído nanoencapsulado más efectivo frente a L. innocua y E. coli. Además, los antimicrobianos naturales aportaron características sensoriales distintivas a la bebida proteica, enmascarando el aroma y sabor del WPC y la manzana cocida.

According to various studies, food choices are strongly influenced by the health benefits they offer, with a clear preference for unprocessed and natural products. Foods rich in carbohydrates, proteins, and other nutrients are vulnerable to contamination by microorganisms such as L. innocua and E. coli. In response, the food industry employs synthetic antimicrobials to combat these pathogens. However, the use of chemical antimicrobials is currently facing increasing rejection from consumers, prompting the food industry to explore the use of natural antimicrobials. Although these compounds have been extensively studied, their direct application often proves ineffective due to physicochemical incompatibilities with the food matrix, which can lead to phase separation or alter the sensory characteristics of the final product. This study aims to develop nanoencapsulated systems of vanillin and cinnamaldehyde (NE-cin and NE-van), evaluate their antimicrobial activity against E. coli and L. innocua inoculated in a flavored beverage, and conduct a comparative study of the sensory profile and consumer perception of the beverage regarding the microencapsulated antimicrobials (ME-cin and ME-van). The nanoencapsulated systems were characterized by droplet size, Z potential, and polydispersity index to determine the most stable ratio (1:1 or 1:2). The effectiveness against E. coli and L. innocua in protein beverages was evaluated over 14 days, using concentrations of 0.75 and 1 g/L for NE-cin, and 1 and 1.5 g/L for NE-van. For the sensory evaluation, nine panelists were trained to conduct a descriptive test and obtain the sensory profile of the samples, which included beverages with and without antimicrobials. Additionally, a consumer test was conducted to measure acceptability, just about right (JAR), and purchase intention, as well as a Check All That Applies (CATA) test. The results showed that the 1:1 and 1:2 ratios of NE-cin did not present significant differences in droplet size, but did in the polydispersity index and Z potential. In contrast, NE-van exhibited differences in droplet size, polydispersity index, and Z potential. Based on these results, the 1:1 ratio of NE-cin with 5 minutes of ultrasound (US) and the 1:1 ratio of NE-van with 10 minutes of US were selected as the most stable systems. Regarding antimicrobial activity, both antimicrobials showed greater efficacy against L. innocua than against E. coli. Nanoencapsulated cinnamaldehyde demonstrated significantly more effective antimicrobial action than vanillin, achieving up to 5 logarithmic cycles of reduction by day 12 for L. innocua and by day 14 for E. coli. Nanoencapsulated vanillin reached reductions of 1.4 - 2.0 and 1.2 - 1.7 logarithmic cycles for L. innocua and E. coli, respectively. There were no significant differences between the two concentrations of each nanoencapsulated compound evaluated, so the concentrations of 1 g/L NE-van and 0.75 g/L NE-cin were selected for the subsequent tests. The descriptive analysis revealed that the protein drink with added natural antimicrobials underwent sensory changes during storage. The control sample was characterized by a cooked apple and dairy aroma and flavor, while the samples with antimicrobials exhibited the aroma and flavor corresponding to the nano or microencapsulation used. However, the samples with nanoencapsulation better preserved these characteristics compared to the samples with microencapsulation. In the consumer test, the samples with vanillin were rated more favorably than those containing cinnamaldehyde. In the CATA test, it was observed that the cinnamaldehyde samples caused sensations of tingling and astringency, while the vanillin samples were described as having a milky appearance. Despite this, neither of the samples was recommended to friends or family. In conclusion, the cinnamaldehyde and vanillin nanoencapsulated in a 1:1 ratio were stable, with nanoencapsulated cinnamaldehyde being more effective against L. innocua and E. coli. Furthermore, the natural antimicrobials contributed distinctive sensory characteristics to the protein drink, masking the aroma and flavor of the WPC and cooked apple.