Vehiculización de aromas de uso farmacéutico y alimentario mediante tecnologías mixtas de extrusión y lecho fluido

Abstract

Los aromas se definen como productos no destinados al consumo como tales, que se añaden a los alimentos o a ciertos medicamentos para darles un olor o un sabor, o para enmascarar y/o modificar su olor o sabor. Debido a la naturaleza volátil de los aromas se suele recurrir a técnicas de encapsulación para reducir su evaporación y mejorar su vida media, así como también controlar su liberación. Esta última es una de las principales líneas de investigación que se está llevando a cabo en el sector de los aromas.

Las técnicas de extrusión y lecho fluido son de uso común en la industria farmacéutica y su aplicación en la preparación de ingredientes alimentarios es de elevado interés competitivo para la industria alimentaria, debido a que permiten la obtención de formas multiparticulares de administración oral de liberación controlada. En concreto, la técnica de extrusión-esferonización permite la elaboración de pellets matriciales, de los cuales se han reportado varias ventajas en el campo farmacéutico y que podrían aplicarse en el campo de los aromas. Los pellets son formas multiparticulares libres de flujo con una distribución de partícula que típicamente varía entre 0,5-1,5 mm, cuya ventaja principal es que permiten controlar la velocidad de liberación de la sustancia vehiculizada, a través de dos formas diferentes: a) recubriendo los pellets con una película de un material que retenga al activo en su interior, retrasando así la liberación; y b) modificando el interior de los pellets mediante la adición de sustancias que influyan en su comportamiento.

El objetivo de la presente tesis es efectuar el desarrollo de sistemas de vehiculización para aromas basados en tecnologías mixtas de extrusión y lecho fluido, con el fin de controlar temporalmente la liberación de los mismos, de manera que se pueda lograr modificar la percepción sensorial del consumidor.

Para llevar a cabo este fin se investiga, por una parte, la vehiculización de aromas tanto simples (mentol y benzaldehído) como complejos (aroma de fresa y aroma de hierbabuena) en pellets matriciales que presentan una matriz compuesta por celulosa microcristalina como agente diluyente e hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) como agente aglutinante; y por otra parte, el efecto de otras sustancias modificadoras de la liberación en dicha matriz, tales como etilcelulosa, almidón pregelatinizado y HMPC de diferentes viscosidades (E6, K4M, K100M). Paralelamente, se estudia el recubrimiento pelicular de los pellets obtenidos mediante lecho fluido en condiciones óptimas de

preservación de los aromas que vehiculizan. Asimismo, se estudia estrategias de microencapsulación para mejorar la estabilidad de los aromas líquidos previo proceso de extrusión.

A partir de los resultados obtenidos se eligen las mejores formulaciones para caracterizarlas mediante la metodología SeDeM; analizarlas mediante cromatografía de gases con un método analítico validado; aplicarlas en goma de mascar y evaluarlas a nivel sensorial para determinar la percepción sensorial provocada en el consumidor.

Los resultados demuestran que es posible obtener una plataforma de formulaciones de composición sencilla y versátil, que permiten vehiculizar aromas tanto simples como complejos, tanto sólidos como líquidos, con una carga hasta 50 % p/p con respecto a peso seco para los aromas sólidos y hasta 30 % p/p con respecto a peso seco para los aromas líquidos. Así mismo, el recubrimiento pelicular permite controlar temporalmente la liberación del aroma vehiculizado.

La presente investigación desarrollada ha dado lugar a una patente registrada en la Oficina Española de Patentes y Marcas.

Flavours are defined as products not intended for consumption as such, which are added to foods or certain medicines to give them an odour or flavour, or to mask and/or modify their odour or flavour. Due to the volatile nature of flavours, encapsulation techniques are often used to reduce their evaporation and improve their half-life, as well as to control their release.

Extrusion and fluid bed techniques are commonly used in the pharmaceutical industry and their application in the preparation of food ingredients is of highly competitive interest for the food industry, since they allow obtaining multi-particulate forms of oral administration of controlled release. Specifically, the extrusion-spheronisation technique allows the production of matrix pellets, whose several advantages have been reported in the pharmaceutical field, that could be applied in the field of flavours. The main advantage of pellets is allowing to control the release rate of the vehiculised substance in two different ways: a) coating the pellets with a film of a material that retains the active ingredient inside of them, thus delaying the release rate; and b) modifying the interior of the pellets by adding substances that influence their behaviour.

The objective of this thesis is to perform the development of vehiculisation systems for flavours, based on mixed extrusion and fluid bed technologies, in order to temporarily control release, so that the sensory perception of the consumer can be modified.

In order to accomplish this aim, on one hand, the vehiculisation of both simple (menthol and benzaldehyde) and complex flavours (strawberry flavour and peppermint flavour) is investigated in matrix pellets that present a matrix composed of microcrystalline cellulose, as a diluent agent, and hydroxypropyl methylcellulose (HPMC), as a binding agent; on another hand, the effect of other release modifying substances on the matrix is evaluated, such as ethylcellulose, pregelatinized starch and HMPC of different viscosities (E6, K4M, K100M). At the same time, the film coating of the pellets by fluid bed technique under optimal conditions of preservation of the flavours they vehiculise, is studied. Moreover, microencapsulation strategies are studied to improve the stability of liquid flavours before the extrusion process.

The best formulations of the aforementioned studies are characterised using the SeDeM methodology, analysed by gas chromatography with a validated analytical method, applied in chewing gum and evaluated at the sensory level to determine the sensory perception caused in the consumer.

The research has led to a patent registered at the Spanish Patent and Trademark Office.