Nanostructured emulsions and nanolaminates: an approach toward food protection and delivery of active ingredients

Abstract

L’objectiu d’aquesta tesi doctoral va ser avaluar els factors més importants que afecten la formació i les propietats fisicoquímiques de les emulsions nanoestructurades i dels nanolaminats, així com la seva capacitat per encapsular, protegir i alliberar ingredients alimentaris. Es van obtenir nanoemulsions d’olis essencials que van ser utilitzades per la preparació de·pel·lícules comestibles. Les característiques de les nanoemulsions van afectar les propietats físiques de les pel·lícules, mentre que l’activitat antimicrobiana va estar influïda pel tipus d’oli utilitzat. Es van formular emulsions multicapa portadores de resveratrol com a substància hidrofòbica, essent més estables que les emulsions d’una capa. La deposició de 3 capes a la interfase de les gotes va millorar la seva estabilitat durant la digestió in vitro, augmentant així la bioaccessibilitat del resveratrol. Finalment, es van formar nanolamitats d’alginat/quitosà mitjançant la tècnica capa-acapa per incloure posteriorment àcid fòlic com a substància nutracèutica hidrofílica. La vitamina fou encapsulat satisfactòriament en els nanolamitats, els quals van aportar millor protecció i control en l’alliberació del compost encapsulat. Els resultats obtinguts en el present treball evidencien que els sistemes d’alliberament nanoestructurades poden millorar l’estabilitat i funcionalitat dels aditius naturals, permetent així un ús més efectiu en aliments.

El objetivo de esta tesis doctoral fue evaluar los principales factores que afectan las propiedades fisicoquímicas de las emulsiones nanostructuradas y los nanolaminados, así como su habilidad para encapsular, proteger y liberar ingredientes alimentarios. Se obtuvieron nanoemulsiones de aceites esenciales y fueron usadas para preparar películas comestibles. Las características de las nanoemulsiones afectaron las propiedades físicas de las películas, mientras que la actividad antimicrobiana estuvo gobernada por el tipo de aceite empleado. Se formularon emulsiones multicapa conteniendo resveratrol como sustancia hidrofóbica, siendo más estables que las emulsiones de una capa. La deposición de 3 capas en la interfase de las gotas mejoró su estabilidad durante la digestión in vitro, aumentando la bioaccesibilidad del resveratrol. Finalmente, se formaron nanolaminados de alginato/quitosano mediante la técnica de capa-a-capa para incluir posteriormente ácido fólico como sustancia nutracéutica hidrofílica. La vitamina fue encapsulada efectivamente dentro de los nanolaminados, los cuales aportaron mejor protección y control en la liberación del compuesto encapsulado. Los resultados obtenidos en el presente trabajo evidencian que los sistemas de liberación nanostructurados pueden mejorar la estabilidad y funcionalidad de los aditivos naturales, permitiendo así un uso más efectivo en alimentos.

The objective of this dissertation was to evaluate the most important factors affecting the formation and physicochemical properties of nanostructured emulsions and nanolaminates, and their ability to encapsulate, protect and deliver food ingredients. Essential oils nanoemulsions were obtained and used to prepare edible films. Nanoemulsions’ characteristics affected the physical properties of edible films, whereas their antimicrobial activity was governed by type of oil incorporated. Multilayer emulsions were formulated containing resveratrol as hydrophobic substance, being more stable than single-layer emulsions. A three-layer coating on droplets significantly enhanced their stability during in vitro digestion, increasing resveratrol bioaccessibility. Finally, alginate/chitosan nanolaminates were formed by the layer-by-layer technique to further include folic acid as hydrophilic nutraceutical. The vitamin was effectively encapsulated within nanolaminates, which provided better protection and control in the release of the encapsulated compound. The results of the present work evidenced that the nanostructured delivery systems can improve the stability and functionality of natural additives, allowing a more effective use in foods.