Proyecto Fondecyt 1161079

Efecto de la incorporación de liposomas que contienen polifenol sobre las propiedades de suspensiones formadoras de recubrimiento comestible durante el impacto de gotas líquidas. Aplicación de recubrimientos en superficies de alimentos calientes y fríos.

Con el fin de mejorar la calidad de los alimentos, recubrimientos y films comestibles han sido considerados para preservarlos ya que pueden actuar como barrera (CO2, O2, vapor de agua, etc.), mejorar las propiedades mecánicas, evitar el daño en diferentes partes del alimento, e incluso funcionar como portador (de antioxidantes, saborizantes, colorantes, aditivos nutricionales y antimicrobianas, componentes activos, etc.). Los recubrimientos comestibles pueden ser usados como cobertura de alimentos o formando bolsas, reduciendo el uso de películas plásticas sintéticas. Estos pueden ser formados directamente sobre la superficie de los alimentos para proteger o mejorar sus propiedades organolépticas, llegando a formar parte del alimento y quedando disponible para el consumo. Tanto el recubrimiento como la cobertura comestible pueden ayudar a controlar la oxidación, además de la humedad, aroma y perdida o ganancia de aceite, resultando en alimentos con calidad y vida útil mejorada. La formulación de recubrimientos comestibles depende en gran medida de la función deseada (biodegradabilidad, comestibilidad, apariencia estética y buenas propiedades de barrera).

La encapsulación liposomal ha demostrado proteger y controlar la liberación de polifenoles, además de mejorar su bioactividad y biodisponibilidad. Las interacciones de los polifenoles con la matriz biopolimérica se reducen cuando los polifenoles son atrapados en liposomas, junto con una controlada liberación de los componentes antioxidantes desde el recubrimiento comestible al alimento.

La idea de este proyecto es incorporar liposomas que contienen polifenol en suspensiones formadoras de recubrimientos comestibles a base de polisacáridos (CMC, HPMC y/o carragenina), para controlar la liberación del componente con capacidad antioxidante desde recubrimientos comestibles. El efecto de la incorporación de liposomas sobre las propiedades físicas y de barrera de los recubrimientos resultantes serán estudiados en este proyecto. Actualmente, pocas referencias que abordan este ítem pueden ser encontradas en la literatura científica. Una vez adicionados los polifenoles antioxidantes encapsulados en liposomas en la suspensión formadora de recubrimiento comestible (ECFS) con matriz de polisacáridos (CMC, HPMC y/o carragenina), esta será aplicada en superficies de alimentos usando la metodología spray. Por esta razón, es necesario estudiar el impacto de gotas líquidas sobre la superficie de alimentos. El impacto de gotas líquidas de este tipo de suspensión formulada no ha sido estudiado; no han sido reportadas referencias en literatura que refieran características de humectabilidad, valores de ángulo de contacto o niveles de energía superficial. Otro objetivo de esta investigación es estudiar estos parámetros (ángulo de contacto, energía superficial, comportamiento reológico y densidad de las suspensiones formadoras de recubrimiento comestible con liposomas que contienen polifenoles) cuando las gotas de líquido impactan superficies a diferentes temperaturas. Además, la caracterización mecánica (módulo de Young, máxima fuerza de ruptura, etc.) y térmica (temperatura de transición vitrea, Tg) de este tipo de recubrimientos comestibles no han sido encontrados en la literatura científica.

Las ECFS con liposomas encapsulando antioxidantes seleccionadas, serán aplicadas sobre superficies de alimentos secos con las adecuadas condiciones de operación spray, y sus características resultantes serán evaluadas como un indicado de vida útil.

Effects of incorporation of polyphenol-containing liposomes on film forming suspension properties during liquid drop impact. Application to coating formation on heated/cooled food surfaces.

To improve food quality, edible coating/films have been considered for food reservation since they can act as a barrier (to CO2, O2, water vapor, etc.), to improve mechanical properties, avoid damaging different parts of a food, and even serve as carriers (for antioxidants, flavors, color, nutritional or antimicrobial additives, active components, etc.). Edible films can be used as food wraps or formed into pouches for foods, thus reducing the use of synthetic plastic films. They may also be formed directly on the surfaces of the food as coatings to protect or enhance organoleptic properties, becoming part of the food and remaining on the food through consumption. Both edible films and coatings can help to control food oxidation as well as moisture, aroma and oil loss or gain, resulting in improved food quality and shelf life. Formulation for edible film is largely dependent on its desired function biodegradability, edibility, aesthetic appearance and good barrier properties).

Liposomal entrapment has shown to protect and control polyphenols release, as well as to improve their bioactivity and bioavailability. Polyphenols interactions with the biopolymeric matrix decrease when polyphenols are entrapped in liposomes, together with a controlled release of antioxidant compounds from the resulting edible films into the food.

In this project, the idea is to incorporate polyphenol-containing liposomes to edible coating suspensions with polysaccharides matrix (CMC, HPMC and/or carrageenan), as well as to control the release of antioxidant capacity from the coating films. The effect of the incorporation of liposomes on the physical and barrier properties of the resulting films will be studied in this project. At present, only a few references addressing this item can be found in the scientific literature. Once the edible coating forming suspensions (ECFS) with polysaccharides matrix (CMC, HPMC and/or carrageenan) have been added with liposomes encapsulating polyphenolic antioxidants; the resulting edible coating forming suspensions will be applied to food surfaces using sprying methodology. For this reason, it is necessary to study the liquid drop impact on the food surface. This kind of formulation has not been studied when liquid drops impact on a food surface; nor literature references have been obtained reporting wetting characteristics, neither contact angle values nor surface energy levels. Another goal of this research is to study these parameters (contact angle, surface energy, rheological behavior and density of the polyphenol-containing liposomes added to edible film forming suspensions) when the liquid drop impacts on surfaces at different temperatures. Besides, mechanical (Young modulus, maximum tearing force, etc) and thermal (vitreous transition temperature Tg) characteristics of these types of edible film are not found in the scientific literature.

The selected ECFS with liposomes encapsulating polyphenolic antioxidants, with the adequated sprying operating conditions will be applied onto dried food surfaces and their resulting characteristics will be evaluated as an indicator of shelf life.

Trabajo derivados del proyecto

Tesis doctorado 

• Johana López. (2019). Estudio de las propiedades termofísicas y de transporte de recubrimientos comestibles con liposomas que encapsulan antioxidante. Trabajo de titulación para obtener el título de Doctor en Ciencia y Tecnología de los Alimentos. Tesis en desarrollo.

Tesis de magister

• Catalina Rocco. (2018). Aplicación de una matriz biopolimérica de derivados de celulosa con polifenol atrapado en liposomas mediante aspersión en alimentos secos. Trabajo de titulación para obtener el título de Magister en Tecnología de Alimentos. Tesis en desarrollo.

Tesis de pregrado

• Nicolás Céspedes - Paula Torres. (2017). Propiedades físicas de suspensiones formadoras de recubrimientos comestibles con matriz de hidroxipropilcelulosa aplicadas en superficies de almendra y chocolate. Trabajo de titulación presentado para obtener el título de Ingeniero de Alimentos. Tesis concluida.
• Andrea Soto. (2017). Estudio de las propiedades físicas, mecanicas y de barrera de recubrimientos comestibles que contienen nanopartículas de celulosa y liposomas que encapsulan rutina. Trabajo de titulación presentado para obtener el título de Ingeniero de Alimentos. Tesis concluida.
• Javiera Sanz. (2018). Trabajo de titulación presentado para obtener el título de Ingeniero de Alimentos. Tesis en desarrollo.
• Almendra Chamorro. (2018). Trabajo de titulación presentado para obtener el título de Ingeniero de Alimentos. Tesis en desarrollo.

Publicaciones

• Wladimir Silva-Vera; Marcela Zamorano-Riquelme; Catalina Rocco-Orellana; Ricardo Vega-Viveros; Begoña Gimenez-Castillo; Andrea Silva-Weiss; Fernando Osorio-Lira. (2018). Study of Spray System Applications of Edible Coating Suspensions Based on Hydrocolloids Containing Cellulose Nanofibers on Grape Surface (Vitis vinifera L.). Food Bioproc Tech. En prensa. ISI 
• Fernando Osorio, Gonzalo Valdés, Olivier Skurtys, Ricardo Andrade, Ricardo Villalobos-Carvajal, Andrea Silva-Weiss, Wladimir Silva-Vera, Begoña Giménez, Marcela Zamorano and Johana Lopez. (2018). Surface Free Energy Utilization to Evaluate Wettability of Hydrocolloid Suspension on Different Vegetable Epicarps. Coatings, 8(1), 16. ISI