Microencapsulación de extractos de chile habanero (Capsicum Chinense) empleando secado por aspersión y CO2 supercrítico

Abstract

El proceso principal para la obtención de compuestos bioactivos de chile habanero (Capsicum chinense), es la extracción sólido-líquido, en el cual el chile previamente deshidratado, es puesto en contacto con un disolvente, generalmente etanol. Para la recuperación y conservación de los compuestos bioactivos se utilizan principalmente procesos de encapsulación, siendo el más usado el secado por aspersión, sin embargo, es necesario evaporar previamente el disolvente orgánico del extracto para evitar su combustión durante el secado. Una opción para evitar la etapa de evaporación es acoplar al secador una bomba de calor, lo que le confiere una configuración de ciclo cerrado, y con ello la posibilidad de utilizar gases inertes en recirculación (por ejemplo, N2). Recientemente otra alternativa utilizada para la encapsulación de compuestos bioactivos a partir de extractos etanólicos es el uso de dióxido de carbono supercrítico (CO2-SC) como antisolvente o antidisolvente (SAS). En consecuencia, el objetivo de este trabajo se centró en estudiar las condiciones de operación para la encapsulación de compuestos bioactivos de extractos de chile habanero utilizando el proceso de secado por aspersión en ciclo cerrado (SACC), y el método de CO2-SC como antisolvente (SAS) considerando las variables del proceso (temperatura del gas de secado y condiciones del fluido supercrítico) y la solución de alimentación (tipo y concentración del material encapsulante). En la primera etapa del proyecto se evaluó la evolución de capsaicinoides en el chile habanero durante la maduración del fruto. Los datos obtenidos muestran un máximo de la concentración de capsaicinoides el día 34 después de la floración. Posteriormente se estudió teórica y experimentalmente el proceso de secado de rodajas de chile habanero con respecto a la cinética de secado y compuestos bioactivos en lecho y el consumo de energía. Las condiciones óptimas para el secado son 70 ºC y 1.5 m/s de velocidad de aire de secado. Consecutivamente se realizaron cinéticas de extracción con etanol absoluto para evaluar sus propiedades de equilibrio y de transferencia de masa. Con los datos experimentales, se determinaron los parámetros de equilibrio: solución retenida específica (M) y constante de distribución entre fases al equilibrio (Keq). Se determinó el número de etapas ideales que maximizan la eficiencia de extracción mediante maceración en etapas múltiples a contracorriente. A partir de los extractos obtenidos, se evaluaron los métodos de encapsulación SACC y SAS. En el proceso de encapsulación por SACC, se evaluó el efecto de diferentes temperaturas de entrada (130 - 140 ºC) y de salida (60 - 70 ºC) del gas de secado, así como diferentes concentraciones (66.7% y 80%) y tipo de material encapsulante (maltodextrina, goma arábiga y su mezcla con sílice precipitada), sobre la retención de compuestos bioactivos, así como la estabilidad durante el almacenamiento a diferentes temperaturas (25 y 50 ºC) y humedades relativas (25, 50 y 75%). Con los datos experimentales se simulo el proceso de secado por aspersión en ciclo cerrado. Los resultados mostraron que utilizando 140 y 70 ºC de temperaturas de entrada y salida, respectivamente, y 2 g de maltodextrina: sílice precipitada (95:05) por g de sólidos de extracto, se obtiene el menor consumo de energía (30.61 kWh/kgss), el mayor rendimiento de proceso (56.19 ± 0.79%) y la mayor retención de capsaicinoides totales (74.6%) y carotenoides totales (54.6%). Para el proceso de encapsulación con SAS, se evaluaron diferentes temperaturas (35 - 55 ºC) y presiones (80 - 160 bar) así como dos configuraciones de alimentación (coaxial y paralelo). Se obtuvo la mayor retención de capsaicinoides totales (101.3 ± 4.7 mg/g) y un tamaño de partícula (d50) de 17.2 ± 0.9 µm empleando 45 ºC, 120 bar y 66.7% de PVP en una configuración en paralelo.