Fenómenos de transferencia asociados a la protección y vehiculización de componentes activos en alimentos

Abstract

En la industria de alimentos, la encapsulación es utilizada para prevenir la degradación de componentes activos (probióticos, vitaminas, aceites esenciales, etc.), aumentando su estabilidad y biodisponibilidad y asegurando su liberación en el momento y sitio deseados. En este sentido, el modelado matemático de la cinética de liberación podría ser una herramienta importante durante el desarrollo y/u optimización de los sistemas de encapsulación. El objetivo general de esta Tesis fue estudiar los fenómenos de transferencia de materia de componentes activos tanto para su protección como para su vehiculización. En primera instancia, los principales fenómenos de transferencia asociados al proceso de liberación de activos encapsulados (difusión, erosión, disolución e hinchamiento) fueron estudiados a través de modelos desarrollados para predecir la liberación de fármacos. Luego, se desarrolló y validó un modelo matemático mecanístico para predecir la cinética de liberación de un activo alimentario encapsulado considerando condiciones intestinales bajo difusión del activo y la solución circundante, la disolución del activo no disuelto, las tensiones y la erosión de la matriz. La validación del modelo fue complementada con la determinación experimental de los parámetros necesarios para caracterizar a la matriz y a los fenómenos de transporte asociados a la cinética de liberación. Finalmente, se analizó el comportamiento de un sistema de encapsulación a través de un análisis de sensibilidad del modelo desarrollado. Los resultados obtenidos mostraron que el modelo presentado posee una gran versatilidad y puede ser utilizado para predecir y optimizar la cinética de liberación de un amplio rango de sistemas de encapsulación.

In the food industry, encapsulation is used for preventing the degradation of active compounds (probiotics, vitamins, essential oils, etc.), increasing their stability and bioavailability and ensuring their release at the desired time and site. In this regard, mathematical modelling of the release kinetics could be an important tool during development and/or optimisation of the encapsulation systems. The main objective of this Thesis was to study the mass transport phenomena associated with the protection and vehiculisation of active components. Firstly, the transport phenomena related to the release process of encapsulated actives (diffusion, erosion, dissolution and swelling) were studied through models developed to predict the controlled release of drugs. A mechanistic mathematical model of the release kinetics of an encapsulated food active compound was proposed and validated. The molecular diffusion of the active and the surrounding solution, the dissolution of the non-dissolved active, the stresses and the matrix erosion were considered under intestinal conditions. The model validation was complemented with the experimental determination of the necessary parameters to characterise the matrix and the transport phenomena related to the release kinetics. Lastly, a sensitivity analysis of the developed mathematical model was performed to analyse the behaviour of an encapsulation system. The results showed that the proposed mathematical model has a great versatility and it can be used to predict and optimise the release kinetics of a wide range of encapsulation systems.