“En este proceso las sustancias bioactivas de los alimentos se introducen en la matriz para impedir que se pierdan, así como protegerlas de la reacción con otros compuestos o bien, frenar las reacciones de oxidación a causa de la luz o el oxígeno. Es decir, es una manera de almacenar materiales para su posterior liberación bajo condiciones controladas”.

Dr. Rafael Zamora Vega,

Dr. José Octavio Rodiles López

Hoy en día, una de las tendencias en la ciencia y tecnología de los alimentos, es la encapsulación de compuestos químicos y/o microorganismos para protegerlos del medio ambiente, donde básicamente es el empaquetamiento de estos dentro de una determinada matriz.

Las cápsulas pueden ser de diferentes tamaños, en general se clasifican en micro y nanocápsulas. Las primeras son del tamaño de micras, 10⁻⁶ metros (µm); y las segundas del orden de nanómetros, 10⁻⁹ metros (nm), es decir, las nanocápsulas son mil veces más pequeñas que las microcápsulas.

Las cápsulas son esféricas por cuestiones de física, ya que esta es la forma más estable a la acción de una determinada fuerza, tal y como ocurre cuando se forman las gotas de agua o las burbujas. El principio de la encapsulación es tener primero el elemento a encapsular y después encapsularlo. Sería como tener una caja plana, colocar una cosa sobre la misma y después cerrar la caja.

Después de encapsular una sustancia, ésta se agrega a un determinado alimento que sirve como vehículo de transmisión. Por ejemplo, podríamos encapsular una dosis adecuada de todas las vitaminas del complejo B, después introducir las cápsulas a una tortilla y cuando la gente ingiera las tortillas absorberán las cápsulas con las vitaminas. En este caso se puede hablar de un alimento fortificado.

El tamaño de la cápsula depende del tipo de elemento a encapsular. Si se quiere encapsular a un microorganismo se usan microcápsulas; si lo que se quiere envolver es una sustancia química, se usan nanocápsulas. La parte externa de la cápsula se le llama pared y una de sus características es que sea totalmente inocua, es decir, no debe generar enfermedades o rechazo fisiológico por su consumo.

Una de las prioridades del encapsulamiento es proteger su contenido de diversos factores ambientales, tales como pH, temperatura, humedad, acidez, luz, oxígeno, calor, entre otros. También se usan para liberar una sustancia en una determina zona del organismo, por ejemplo, se puede encapsular una bacteria y que se libere específicamente en el intestino grueso. Entonces la cápsula pasa por el estómago llega el intestino delgado y no sucede nada, sin embargo, al llegar al intestino grueso se rompe la envoltura y se libera la bacteria. En este caso, se usa una pared que sea susceptible a los cambios de pH.

La encapsulación también se ha usado para contener sustancias volátiles, ya que permiten liberar su contenido en un momento específico; por ejemplo, se puede encapsular la sustancia volátil y que se libere exactamente cuándo se introduzca a la boca, ya que la pared se disuelve al contacto con la saliva. Una sustancia volátil se pierde durante su vida de anaquel, sin embargo, si se le encapsula, se mantendrá viable por mucho tiempo.

Hoy en día se encapsulan gran variedad de componentes o sustancias bioactivas, tales como: aromas, sabores, aceites esenciales, ácidos grasos esenciales, aminoácidos esenciales, nutracéuticos, antioxidantes, aditivos alimentarios, vitaminas, minerales, probióticos, etc.

Las paredes de las cápsulas pueden ser de diferentes materiales, principalmente sustancias poliméricas, que actúan como una pared o barrera que aísla y protege a los compuestos de interés industrial. Los polímeros pueden ser carbohidratos, lípidos o proteínas, cuya elección dependerá de varios factores, tales como solubilidad, propiedades físicas, propiedades químicas, cualidades organolépticas, y costos; además de la técnica de encapsulación a implementar. Dentro de los carbohidratos tenemos a alginatos, maltodextrinas, gomas, almidón; en los lípidos a la lecitina, fosfolípidos, mono y diglicéridos; en proteínas al colágeno, gelatinas y quitosanos.

La microencapsulación se basa en el desarrollo de microcápsulas a escala “micrométrica”, entre 100 y 500 micrómetros. Las microcápsulas formadas tienden a ser de forma esférica, delgadas y fuertes. Estas, pueden presentar diferentes estructuras como: simple, simple irregular, múltiple, matriz simple y matriz agregada; esto dependerá tanto de las características del material encapsulante como del activo a encapsular. Las técnicas de microencapsulación más utilizadas en la industria de los alimentos son emulsión, extrusión, secado por aspersión, coacervación, inclusión molecular, cristalización, centrifugación, liofilización, entre otras.

Hoy en día, muchas de las bacterias benéficas a la salud conocidas como probióticos, son encapsuladas y administradas a un determinado alimento. La concentración de estas bacterias es la adecuada para tener beneficios fisiológicos. En su forma natural los probióticos son susceptibles a la temperatura, pH y acidez gastrointestinal, con ello, disminuyen su cantidad y viabilidad. La encapsulación evita estos problemas. Además, se usa una pared específica que se rompe exclusivamente cuando llegan al intestino grueso.

El factor más importante en la encapsulación es la selección adecuada del material de recubrimiento o pared. En el caso de los probióticos se usan alginatos, gomas y almidones. Un factor por considerar en la encapsulación de microorganismos es que la pared sea resistente al ataque de estos. Los microbios son seres vivos y necesitan comer, así, la pared debe ser hecha de un material que no puedan comer los microorganismos. También se puede dar el caso de que el microorganismo genere una sustancia que pueda destruir la pared.

Un ejemplo de encapsulación de probióticos es la microencapsulación de Saccharomyces boulardii, levadura con característica probiótica, la cual ha sido encapsulada utilizando alginatos y mucilago de nopal como material de empaque. Se ha observado que las gentes que consumen antibióticos por cuestiones de salud dañan su propia flora intestinal, entonces esta levadura ayuda a reactivarla. Las microesferas se han adicionado a quesos frescos y yogurt. Estudios científicos han comprobado la eficiencia de esta tecnología, las personas que han consumido el queso fresco con microcápsulas aumenta la concentración de la levadura en su tracto intestinal.

Por otro lado, la nanoencapsulación consiste en el empacamiento de sustancias a una escala “nano”, normalmente entre 10 y 500 nanómetros, que manipula materiales a escala de átomos y moléculas. Actualmente se habla mucho de las nanotecnologías y nanociencias, que básicamente es el estudio así como aplicaciones industriales a nivel de átomos y moléculas.

Las nanocápsulas pueden penetrar órganos, tejidos hasta células, por ser de un diámetro menor a las microcápsulas. Las nanocápsulas son tan pequeñas que pueden atravesar la membrana celular de las células. Estas tienen importantes aplicaciones en la industria de los alimentos; mejoran características sensoriales, ya que pueden encapsular sustancias aromáticas, saborizantes y colorantes. También se pueden encapsular nutrientes específicos como vitaminas y minerales. Así mismo, se encapsulan aminoácidos y ácidos grasos esenciales.

Cabe señalar que un aminoácido esencial es aquel que no puede ser sintetizado por un organismo y por tanto debe ser obtenido obligadamente por el consumo de un alimento. La nanoencapsulación, podría ser una de las respuestas a la malnutrición. Se pueden encapsular complementos alimenticios y usar un alimento de fácil consumo como vehículo de transmisión, tales como tortillas, panes, leche, y hasta en botanas.

Las técnicas de nano y microencapsulación se dividen en químicas y mecánicas. En las químicas, se incluye la coacervación, cristalización, polimerización interfacial, gelificación, inclusión molecular y el uso de los liposomas. En los procesos mecánicos está el secado por aspersión, la extrusión, la aspersión por enfriamiento o congelamiento, el lecho fluidizado, el electrospray, entre otros.

Una de las técnicas más utilizadas es la de secado por aspersión. Se tiene una sustancia en estado líquido, luego se pasa a través de una malla muy pequeña que forma pequeñas gotas que al entrar a una cámara caliente forma automáticamente cápsulas. Al mismo tiempo se inyecta el material a encapsular y se forman las nanocápsulas. Con esta técnica se han encapsulado colorantes como antocianinas usando una pared de maltodextrinas, o antioxidantes utilizando carragenina como material de pared.

Otra técnica de encapsulación muy utilizada para proteger y conservar sustancias bioactivas, es la encapsulación con liposomas. En este proceso se utilizan vesículas artificiales de lípidos como los fosfolípidos que forman bicapas tipo membrana celular, donde se encapsulan bioactivos que son solubles en agua. El compuesto bioactivo se tiene en una solución acuosa, cuando se agregan los lípidos, éstos tenderán a formar las cápsulas de forma natural. Por ejemplo, se puede encapsular la vitamina C que es hidrosoluble, además de minerales.

A nivel de nanocápsulas, se han usado para encapsular minerales como hierro y calcio, para que funcionen como suplemento alimenticio y usando leche en polvo como vehículo. De esta manera, se han desarrollado nanocápsulas a partir de nanopartículas de plata, las cuales actúan como agentes antimicrobianos, que son liberados paulatinamente durante el tiempo de vida de anaquel de los alimentos en las que se introducen. La plata de las nanocápsulas actúa como un sistema de conservación en alimentos.

Por otro lado, el uso de pigmentos naturales es de gran relevancia en la industria de los alimentos, ya que su uso permite un valor agregado. La encapsulación de pigmentos aumenta su estabilidad y minimiza su degradación; ejemplos de ello son achiote utilizando como material encapsulante al quitosano, proveniente de la quitina del exoesqueleto de los crustáceos como el camarón y la langosta. Esto abre nuevos mercados ya que se puede utilizar la cáscara del camarón para elaborar las microcápsulas, que hoy en día es un desecho industrial. También se han encapsulado colorantes como luteínas y antocianinas.

La micro y nanoencapsulación son tecnologías emergentes en la industria de los alimentos con un gran futuro. Prácticamente se puede encapsular cualquier sustancia o microorganismo, con ello, aumentar su estabilidad durante la vida de anaquel. Se pueden usar sustancias de desecho industrial, como la cáscara del camarón o el mucilago de nopal para hacer las cápsulas; usar alimentos de consumo general como vehículos de transmisión, como podrían ser las botanas que tienen un alto consumo. Se podrían encapsular nutrientes básicos y adicionarlas en alimentos tipo botanas y aumentar con ello su valor nutritivo. Así mismo, se pueden manejar diferentes concentraciones de los materiales a encapsular y que vayan específicamente dirigidos a cierto tipo de población, niños, personas de la tercera edad, enfermos, etc. También se pueden encapsular fármacos y usar alimentos como vehículos de transmisión.