COMESTIBLES

El objeto de Ia presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva consiste en un proceso de MICROEMULSIÓN DE ANTIOXIDANTES POLARES EN ACEITES COMESTIBLES. Hoy en día, existe un gran interés debido a las propiedades que ejercen sobre Ia salud los polifenoles y otros antioxidantes polares como Ia vitamina C. Este tipo de productos están presentes en varios alimentos de forma natural. Sin embargo, su solubilidad es limitada, restringiendo su aplicación en productos como aceites comestibles o margarinas donde los antioxidantes polares no son solubles. j

En ocasiones, es posible distribuir los antioxidantes polares en un medio no polar como los aceites comestibles mediante dispersión. Normalmente en Ia industria se llevan a cabo micronizaciones de los extractos enriquecidos en compuestos polifenólicos y se dispersan en un medio oleoso. Sin embargo, estas dispersiones son inestables y acaban produciendo Ia decantación de los coloides dispersos. Para llegar a un producto estable de antioxidantes polares en aceites comestibles se pueden utilizar microemulsiones que es el objeto de Ia invención. La principal diferencia entre una emulsión y una microemulsión radica en su apariencia. Las emulsiones obtenidas por dispersión presentan un elevado grado de turbidez, mientras que las microemulsiones son prácticamente transparentes. Esto es debido al tamaño de las gotas en las emulsiones. Las que contienen gotas de un tamaño igual o mayor que Ia longitud de onda de Ia luz Ia reflejan causando turbidez. Sin embargo, el tamaño de las gotas de una microemulsión es menor que Ia longitud de onda de Ia luz por Io que-su interacción con ésta se limita al choque directo. La luz atraviesa Ia microemulsión con muy poca reflexión, por Io que se ve prácticamente transparente. Las microemulsiones son termodinámicamente estables, con pocas excepciones en las que sean inestables. La energía superficial libre de una microemulsión tiene dos componentes: streching (contribución positiva) y bending (contribución negativa). Una compensa a Ia otra y Ia energía superficial libre total es muy pequeña, alrededor de 10 ^"3 mN/m. Además, las microemulsiones se forman de manera espontánea o necesitan poco tiempo de agitación para que se mezclen sus componentes. Desde que el primer sistema de microemulsión fue descrito por Schulman y Hoar (1943), se han publicado un gran número de artículos sobre el tema. Sin

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embargo, la mayoría de los sistemas descritos no son adecuados para usos farmacéuticos o alimentarios.

Las microemulsiones se definen generalmente como mezclas isotrópicas y termodinámicamente estables de al menos tres componentes: Ia matriz, el disolvente (que se encuentra encapsulado en Ia micela) y el surfactante, normalmente en combinación con un co-surfactante que suele ser un alcohol de cadena corta o una lipoproteína (Aboofazeli y lawrence, 1994). Las microemulsiones son sistemas isotrópicos donde el surfactante y el co- surfactante se localizan en Ia superficie de separación de los dos líquidos inmiscibles para estabilizar su mutua dispersión (bourrel y schechter,1988).

Las microemulsiones poseen las siguientes características distintivas: un área interfacial relativamente grande, una tensión interfacial extremadamente baja y una gran capacidad de solubilidad comparado con otros sistemas coloidales (El-Nokaly et al., 1991). Las microemulsiones están formadas por agregados coloidales de moléculas antipáticas (surfactante), formándose una vez que esta alcanza una concentración bien definida conocida como Ia Concentración Micelar Crítica (CMC). La cantidad de agregados moleculares en una micela (número de agregación) oscila de 50 a 100. El intervalo de concentraciones que separan el límite por debajo del cual no se detectan micelas y el límite por encima del cual todas las moléculas de surfactante adicional forman micelas es relativamente pequeño. Muchas de las propiedades de las soluciones surfactantes, al representarlas gráficamente frente a Ia concentración, parecen cambiar en diferentes proporciones, por encima y por debajo de este rango.

El índice HLB (Hydrophilic and Lipophilic Balance) tiene una escala arbitraria de 0 a 40 que representa el balance hidrofílico/lipofílico de un surfactante. Los productos con un bajo HLB son más solubles en aceite, mientras que un elevado HLB presentan una buena solubilidad en agua. El valor de HLB de un sistema de agua en aceite emulsionado oscila entre 3-6, de un humectante entre 7-9, de aceite en agua emulsionada entre 8-15, de un detergente 12-15, de un solubilizador 15-18, etc.

La lista de surfactantes que se pueden utilizar para obtener microemulsiones en esta patente, está descrita, pero no limitada a éstos, en Ia tabla 1.

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Tabla 1. Clasificación química de emulsionantes alimenticios y estatus legal (US FDA 21 CFR*)

* Administración federal de droga 21 Código de regulación federal ** ADI= Ingestión diaria aceptable (en humanos)

La lecitina se obtiene para fines comerciales de las semillas de las que se obtiene el aceite (en particular de Ia semilla de soja) y de Ia yema de huevo. En Ia molécula de lecitina, el ácido fosfórico está unido a un grupo hidróxi primario de glicerina y a un grupo clorado. La lecitina de soja, que contiene sólo un 33% de lecitina, contiene más de un 15% de inistofosfátidos y aproximadamente un 25% de kefalino con otros enlaces. La lecitina se utiliza, por ejemplo, durante el proceso de producción de margarina para disminuir Ia tensión superficial y obtener una buena distribución de Ia fase acuosa. (Baltes 1995).

El etanol puro trabaja como co-surfactante para preparar microemulsiones, en especial, cuando se utiliza lecitina o ácido mono oleico como surfactante. Además, ayuda a solubilizar Ia lecitina en aceites comestibles. Normalmente, los alcoholes no son adecuados para usos

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alimentarios, pero Ia utilización de una pequeña cantidad de etanol (aproximadamente 5%) en productos de este tipo es aceptable (Osborne et al., 1991).

La base de esta patente consiste en una microemulsión polar (agua, alcohol o mezcla de ambos) en una matriz no polar (aceite comestible) que es estable, transparente, homogénea y en Ia cual los antioxidantes polares son solubles o parcialmente solubles en Ia fracción polar.

Se pueden utilizar varios aceites comestibles como matriz para estabilizar las microemulsiones, preferiblemente los que sean ricos en ácidos grasos poliinsaturados como el ácido oleico, el ácido linoleico o el ácido esteárico; por ejemplo, el aceite de oliva, de girasol y otros.

Para formar microemulsiones sólo se pueden utilizar los aceites comestibles que contengan triglícéridos con menos del 30% de ácidos grasos saturados. Se pueden encontrar ejemplos de estos aceites en Ia tabla 2.

Tabla 2. Lista de algunos de los aceites comestibles con menos del 30% de ácidos grasos saturados en su composición.

G= Triglicérido

S= ácido graso saturado U= ácido graso insaturado

Los disolventes polares que se pueden utilizar en esta invención

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incluyen aquellos que han sido aprobados para el uso en Ia industria alimentaría en los códigos alimentarios americanos y europeos. Por ejemplo agua y etanol.

En Ia presente invención se pueden utilizar varios tipos de antioxidantes para preparar estas microemulsiones, preferentemente polifenoles y vitamina C. En el caso de los polifenoles debido a su solubilidad, se utilizan preferentemente aquellos que tienen un peso molecular menor de 7000 Daltons. Los polifenoles más utilizados en Ia invención se encuentran en Ia tabla 3, sin embargo se pueden utilizar polifenoles de otras fuentes para elaborar estas microemulsiones. Además, existen varias fuentes para obtener ácido ascórbico (vitamina C) como los cítricos, Ia uva y otros.

Tabla 3. Lista de algunos antioxidantes polares

Clase Nombre fuente natural

Chalcona Buteina Micelanea

Okanina

Flavona Chrysin Piel de fruta

Apigenina Perejil,Apio

Rutina Trigo, guindilla

Vino tinto, piel de tomate

Flavanona Naringina Cítricos,pomelo

Naringenína Cítricos

Taxífolina Cítricos

Eríodíctyol Limón

Hesperidína Naranja

Isosakuratenína Cítricos

Flavonol Kaemferol Puerro, Brocoli, Endivia

Pomelo, Té negro

Quercitina Cebolla, Lechuga, Brocoli

Tomate, Té, Bayas

Manzana, Aceite de oliva

Flavononol Engeletina Piel de uva blanca

Astilbina Piel de uva blanca

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Genistina Semilla de soja

Taxifolina Fruta

Isoflavona Genisteina Semilla de soja

Daidzina Semilla de soja

Daidzeina Semilla de soja

Flavanol (+) - catechina Té, cacao no fermentado

(+) - gallocatechina

(-) - epicatechina

(-) - epigallocatechina

(-) - epicatechina gállate lAnthocianidina Epigenidina Fruta almacenada

Cyanidina Cereza, Fresa, Frambuesa

Delphinium Frutos negros

Pelargonidina Frutos negros

Secoroides y derivados Oleuropeina Oliva y aceite de oliva

Hidroxitirosol

Tirosol

Vervascósido

Diterpenes fenólicos Acido carnósico Romero

Camosol

Lignanos y ligninas Sylimarína Silybum marianum

Estilbeno Resveratrol Uva, Vino

REFERENCIAS

Swern D. 1979. Bailey's industrial oil and fat producís. John Wiley & Sons, INC.

Sahidi F. and Naczk M. 2004. Phenolics in food and natraceuticals. CRC press.

US FDA 21 CFR

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Aboofazeli, R.; Lawrence, MJ. Investigations into the formation and characterization of phospholipids microemulsions. II. Pseudo-ternary phase diagrams of systems containing water-lecitin-isopropyl myristate and alcohol: influence of purity of lecithin. Int. J. Pharm., 106 (1994) 51-61

Bourrel, M.; Schechter, R. S. Microemulsions and related systems. Formulations Solvency and physical properties. Surfactant Science Series 30, Marcel Dekker, New York (1988), 27.

Schulman, J. H.;, Hoar, T. P. Transparent water in oil dispersions: oleophatic hydromicelle. Natυre 152 (1943), 102-103

Von Corswant, C; Engstrom, S.; Soderman, O., Microemulsions based on soybean phosphatidylchlorine and trfglycerides. Phase behaviour and microstructure. Langmuír 13 (1997), 5061-5070.

OsborneD. W.; Pesheck, C. V.; chipman,RJ. Dioctyl sodium sulfosuccinate- sorbitan monolaurate microemulsions. In: ^tt Microemulsions and emulsions in food", EI-Nokaly,M.; Cornell, D., Eds., ACS Symposium Series No. 448, American Chemical Society, Washington DC, (1991), p. 63-79.

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DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El proceso de obtención de microemulsiones comienza con una concentración de antioxidantes solubles en disolventes polares autorizados para el consumo humano (por ejemplo etanol y agua o una mezcla de ambos). Los antíoxidantes más utilizados son los polifenoles que aparecen en Ia tabla 3, Ia vitamina C o una mezcla de estos compuestos. En Ia presente invención, se prefieren los extractos naturales de antioxidantes polares o concentrados de estos, enriquecidos en principio activo.

Los concentrados enriquecidos en antioxidantes son 100% naturales. El proceso parte de una materia prima que proviene de fuentes vegetales por Io que no es siempre posible obtener un alto nivel de concentración en Ia extracción. De preferencia, los procesos de obtención de los concentrados se consiguen mediante solubilización, filtración y/o centrifugación, además de procesos de concentración parcial. Otras tecnologías adecuadas para concentrar antioxidantes en disolventes polares serían Ia ultrafiltración, Ia nanofiltración y Ia osmosis inversa. También se pueden utilizar sistemas especiales como separaciones sólido-líquido, líquido-líquido y destilación molecular.

Con este tipo de tecnologías, las variaciones en Ia concentración del compuesto activo final dependen de varios factores como Ia variedad de Ia materia prima, eJ grado de madurez y las condiciones de solubilización entre otros.

La concentración inicial para que se formen micelas debería ser Io bastante elevada como para garantizar una concentración adecuada de principios activos en el producto final. Es muy importante mantener esta concentración para evitar Ia precipitación. Por ejemplo, una concentración de flavonoides en el disolvente (p/V) debería ser mayor del 0.5%, preferiblemente mayor del 5%, por ejemplo, superior al 15%, donde preferiblemente el disolvente sería agua, etanol o una mezcla de ambos.

La presente mención utiliza como disolventes polares aquellos aceptados por los códigos alimentarios americanos y europeos.

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Como los concentrados utilizados en esta invención son extractos naturales, en Ia solución no hay sólo antioxidantes. Existen otros compuestos que pueden estar presentes en el extracto de forma soluble, insoluble o parcialmente soluble. Las impurezas pueden incluir macromoléculas como clorofilas, proteínas, aceites esenciales, almidón, fibras y otras moléculas orgánicas e inorgánicas insolubles en Ia fracción polar. El límite máximo de estas impurezas es de 80 % (p/V) aunque es recomendable que sea menor de

30 % (p/V), por ejemplo menor del 10 % (p/V). Opcionalmente, los concentrados pueden purificarse de forma opcional para obtener tan sólo los compuestos antioxidantes solubles sin tener ningún otro tipo de componente disperso .

El proceso de eliminación de impurezas se puede realizar utilizando varios métodos como: adsorción con agentes filtrantes inertes: tierras diatomea, carbón activo y zeolitas. También pueden utilizarse sistemas de separación por membranas como ultrafiltración, nanofiltración y osmosis inversa para purificar Ia solución. El método utilizado depende de Ia naturaleza del extracto. Uno de los métodos, o Ia combinación de varios de los arriba descritos pueden utilizarse para preparar el extracto.

Durante Ia purificación se puede perder cierta fracción de componentes activos. Del mismo modo, el método de purificación elegido debería minimizar

Ia perdida de antioxidantes. Sería adecuado no perder más del 20% (p/p) y preferiblemente menos del 10% (p/p), por ejemplo menos del 3% (p/p) del principio activo con respecto al antioxidante inicial.

En otra parte de Ia invención el concentrado de antioxidantes se mezcla con aceite comestible. La proporción de "concentrado/aceite comestible" depende de Ia naturaleza del extracto. Normalmente, esta proporción debe ser menor de 1/1, siendo preferible Vi o incluso mejor 1/4. A estas concentraciones, no se alcanza Ia concentración micelar crítica porque Ia concentración del disolvente polar es excesiva. El método para eliminar el exceso de disolvente para alcanzar Ia concentración micelar Crítica será explicado más adelante.

En esta invención de preferencia se utiliza aceite comestible para formar

Ia microemulsión. Además, estos aceites deben tener un porcentaje de ácidos grasos saturados en los triglicéridos menor del 30%, preferiblemente menor del 20%, por ejemplo 15%. Muestras de estos tipos de aceites serían el de

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oliva, girasol o el de semilla de algodón (ver tabla 2).

Ciertos parámetros como \a temperatura, deben ser controlados durante Ia mezcla . Las temperaturas apropiadas se encuentran entre 0 ^o C y 65 ⁰ C, siendo preferibles aquellos por debajo de 40 ⁰ C. Otro parámetro que se puede controlar dependiendo de Ia naturaleza del extracto es Ia composición o tipo de gas utilizado. Normalmente, Ia utilización de aire es suficiente para mezclar el extracto y el aceite comestible pero se pueden utilizar otros gases para proteger los principios activos del oxigeno, por ejemplo gases inertes como el nitrógeno o el dióxido de carbono. Los gases inertes también protegen de Ia oxidación a los aceites comestibles.

La mezcla del extracto y de los aceites se puede llevar a cabo en un tanque o en otro recipiente industrial adecuado, preferiblemente de acero inoxidable para prevenir Ia oxidación. La mezcla debe agitarse de forma continua para homogeneizar las fracciones, añadiendo simultáneamente el surfactante y el co-surfactante. La microemulisón puede contener entre 0.01 y 15% (p/V) de surfactante y co- surfactante.

Los surfactantes utilizados en este invento son aquellos permitidos en Ia industria alimentaria y que son capaces de formar una microemulsión en las composiciones indicadas en el mismo.

Los más utilizados son: lipoproteinas monoglicéridos, diglicéridos y lecitina, esteres de ácidos grasos de monoglicérido, esteres de sacarosa de ácidos grasos, esteres de sorbitano o más combinaciones de ellos (tabla 1). Como co-surfactante es preferible utilizar una molécula anfifílica, no tóxica, como un alcohol (ejemplo etanol), un ácido (ejemplo ácido acético), un ester (ejemplo butil lactato) o mezclas de ellos.

El co-surfactante o cosolvente tienen Ia función de ampliar el rango de concentración del componente parar formar microemulsiones estables. Además el co-surfactante se puede utilizar como modificador de sabor o de olor, como colorante, conservante u otro tipo de aditivo funcional.

También se pueden añadir sales a Ia microemulsión para disminuir Ia

Concentración Micelar Crítica y para dispersar las microemulsiones de los antioxidantes. En Ia presente invención debería utilizarse únicamente cloruro de sodio a ser posible. La concentración adecuada puede oscilar entre 0.02 y

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0.4 mol/L, siendo más adecuada entre 0.1 y 0.3 mol/L, por ejemplo 0.2mol/L. La microemulsión comprende una o más sales. La presencia del co- surfactante es útil para incorporar gran cantidad de sal, por ejemplo 0.2M en fase acuosa o incluso mayor. Según Ia invención, las cantidades de concentrado de antioxidante, aceite comestible, y surfactante no se añaden necesariamente en Ia proporción adecuada para alcanzar Ia Concentración Micelar Crítica.

Normalmente el disolvente polar se encuentra en exceso para asegurar Ia total solubilidad de los antioxidantes. Más adelante, se elimina el exceso por secado hasta alcanzar Ia Concentración Micelar Crítica.

Para que Ia invención se lleve a cabo mejor, Ia mezcla de disolvente (con principios activos solubles) aceites comestibles, surfactantes, co- surfactantes y sales opcionales es sometida a evaporación a vacío hasta alcanzar Ia Concentración Micelar Crítica

EJEMPLOS PE REALIZACIÓN

Ejemplo 1. Microemulsión de extracto de romero.

Se añade 1000L de metanol a 100Kg de hoja de romero seca y finamente molturada que contiene un 7.3% de ácido carnósico. La extracción sólido-líquido consta de 3 etapas: R ₁ (1/4) p/V, R ₂ (1/3) p/V y R ₃ (1/3) p/V, el tiempo de extracción es de 3 horas a temperatura ambiente. Se obtienen 900L de extracto por filtración a vacío de Ia biomasa. Esta se concentra a continuación, por evaporación a vacío, a 50 mmHg y 45 ⁰ C obteniéndose aproximadamente 30L de extracto concentrado. A Ia solución concentrada en ácido carnósico se Ie añaden 30L de agua a temperatura ambiente. La solución se decanta y se filtra para eliminar el agua y el metanol. El producto final ¡nsoluble presenta un contenido en metanol inferior a 10 ppm. El producto ¡nsoluble, 17 Kg extracto verde contiene un 18 % p/p de ácido carnósico. Este precipitado es disuelto a temperatura ambiente manteniéndolo en agitación con 3OL de etanol, posteriormente a Ia solución se Ie añade 0.7Kg de carbón activo manteniendo las condiciones de temperatura y agitación durante Ih. La solución decolorada resultante se filtra a vacío separando el carbón activo y Ia fracción clorofílica del extracto. El extracto

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final presenta un color marrón cremoso. A esta solución se Ie añade 3OL de aceite de girasol y 0.3 Kg de lecitina y se concentra por evaporación, a 100 mmHg y 4O ⁰ C. El disolvente residual se elimina por evaporación a vacío hasta obtener 32Kg de una microemulsión viscosa color marrón crema.

Ejemplo 2. Microemulsión del extracto de Oliva.

Se añade 1000 L de etanokagua 70:30 (v/v) a 100 Kg de polvo de oliva desgrasado, secado y molturado finamente. Las olivas tienen Ia siguiente composición: 52% de celulosa, 10% de proteínas, 5% de cenizas y 1,1% de polifenoles. La extracción sólido-líquido consta de dos etapas: R ₁ 1/5 (p/V) y

R ₂ 1/5 (p/V).

El proceso de extracción tarda 3 horas a presión atmosférica y 65 ⁰ C.

Se obtienen 870L de extracto por filtración y ultrafiltración. La solución rica en polifenoles se concentra a vacío a lOOmmHg y 40 ⁰ C obteniéndose 55L de concentrado. La solución presenta una concentración de 252 g/L de sólidos totales de los cuales, 6% son polifenoles en el extracto.

Se añade a Ia solución 55L de aceite de oliva y 1.3Kg de monoglicéridos y díglicéridos y se evapora a 100 mmHg y 40 ⁰ C. El disolvente residual es parcialmente eliminado en el secado a vacío hasta obtener 80kg de microemulsión. La concentración en polifenoles es del 1% y el rendimiento total del proceso del 80%.

Ejemplo 3. Microemulsión del extracto de cacao.

Se añade 1500 L de agua a 100 Kg de polvo de cacao no fermentado, desgrasado, seco y finamente molturado con un contenido del 10% polifenoles. La extracción sólido-líquido consta de 2 etapas: R _t 1/8 (p/V) y R ₂ 1/7 (p/V). El proceso de extracción se realiza durante 3 horas a presión atmosférica y a 3O ⁰ C. Se obtienen 1300L de extracto por centrifugación de Ia biomasa y después se concentra por evaporación a vacío a 100 mmHg y 55 ⁰ C, obteniéndose 6OL de extracto concentrado aproximadamente. La concentración de Ia solución es de 300g/L de sólidos totales los cuales son 26% de polifenoles.

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Se añade 66 L de aceite de algodón y 1 Kg de Lecitina a Ia solución y se evapora el concentrado, a 30 mmHg y 6O ⁰ C. El disolvente residual es eliminado parcialmente por una bomba de vacío hasta obtener 73 Kg de microemulsión. La concentración de polifenoles es del 6,4% y el rendimiento total del proceso de 73%.

Establecido el concepto expresado, se redacta a continuación Ia nota de reivindicaciones, sintetizando así las novedades que se desean reivindicar:

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