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EVALUACIÓN DE PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS, MORFOLÓGICAS Y SENSORIALES DE

MICROENCAPSULADOS DE CACAO OBTENIDOS POR SPRAY DRYING

ZAIN SANCHEZ REINOSO

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias Agrarias

Bogotá, Colombia

2016

EVALUACIÓN DE PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS, MORFOLÓGICAS Y SENSORIALES DE

MICROENCAPSULADOS DE CACAO OBTENIDOS POR SPRAY DRYING

ZAIN SANCHEZ REINOSO

Tesis de investigación presentada como requisito parcial para optar al título de

Magister en Ciencia y Tecnología de Alimentos

Director (a):

Ph.D. ANIBAL ORLANDO HERRERA ARÉVALO

Horticultura

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias Agrarias

Bogotá, Colombia

2016

Dedicatoria

A Dios, por brindarme las oportunidades y

fortaleza para alcanzar cada una de mis

metas.

A mi madre, la persona que

incondicionalmente me ha apoyado siempre

en mi formación como persona y profesional.

Agradecimientos

Quiero manifestar mis agradecimientos:

A mi director de tesis Aníbal Orlando Herrera Arévalo por su apoyo y guía durante el

desarrollo del presente proyecto.

Al Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos y al Laboratorio de Análisis y Control de

Calidad en Alimentos de Origen Vegetal.

A la profesora Coralia Osorio Roa por todo el aporte intelectual en el análisis químico de

las muestras y la colaboración recibida en el Laboratorio de Química de Aromas.

A Casa Luker S.A. por el suministro de muestras y análisis sensorial, especialmente al

ingeniero Victor Hugo Castaño García, quien brindó todo el apoyo desde el Laboratorio

Investigación y Desarrollo.

A Ingredion Colombia S.A. por el suministro de los encapsulantes empleados.

A la Facultad de Ciencias Agracias por la beca de exención de derechos académicos

otorgada.

Al Jardín Botánico José Celestino Mutis y el programa de Estímulos a la Investigación

Thomas van der Hammen con el cual se financió parte de la investigación.

A mi hermano Alefsi David Sanchez Reinoso por su motivación y constante apoyo, al

igual que a todos mis compañeros de laboratorio, especialmente a mi compañera Ibeth

Rodriguez Gonzales.

Resumen y Abstract V

Resumen

Con este estudio se evaluó el efecto de los parámetros de microencapsulación por spray

drying para la obtención de aroma de cacao en polvo. Emulsiones con encapsulante

(Maltodextrina 10DE y Hi-Cap 100) y licor de cacao (sustrato de núcleo) en proporciones

3:1 y 2:1 (p/p) respectivamente, fueron preparadas con agua destilada y secadas por

spray drying a 150, 180 y 210 °C. Los microencapsulados fueron evaluados en términos

de rendimiento, humedad, actividad acuosa, densidad volumétrica, propiedades de

rehidratación y color. La morfología y tamaño de las microcápsulas se determinaron por

SEM y la retención de aroma se determinó usando la técnica de HS-SPME y posterior

análisis por CG-O y CG-EM. Como resultados, se obtuvieron rendimientos entre 32.65 y

58.77 %, siendo mayores para encapsulados con Hi-Cap 100. La humedad de los

sólidos estuvo entre 1.05 % – 4.00 % con baja actividad de agua (0.052 – 0.269), valores

adecuados para su uso en la industria alimentaria. Los microencapsulados con Hi-Cap

100 mostraron partículas semiesféricas, superficies más lisas y pocas deformaciones;

contrario a los obtenidos con maltodextrina que presentaron mayor número de

irregularidades superficiales (pliegues, contracciones o abolladuras). Los

microencapsulados obtenidos con Hi-Cap 100 permitieron una mayor retención de aroma

a cacao (22.6 – 32.5 %), mientras que obtenidos con maltodextrina estuvieron en un

rango más bajo 12.1 a 19.2 %. La mayor retención de aroma se obtuvo con Hi-Cap 100

en proporción 2:1 y una temperatura de secado de 210 °C.

Palabras clave: “Spray drying”, microencapsulación, aroma, licor de cacao,

encapsulante, índice de retención, SEM.

VI Evaluación de propiedades fisicoquímicas, morfológicas y sensoriales de

microencapsulados de cacao obtenidos por spray drying

Abstract

In this study evaluated the effects of microencapsulation parameters by spray drying to

obtain cocoa aroma powder. Emulsions with encapsulant (Maltodextrin 10DE and Hi-Cap

100) and cocoa liquor (core substrate) in proportions 3:1 and 2:1 (w/w) respectively, were

prepared with distilled water and dried by spray dying at 150, 180 and 210 °C.

Microencapsulated were evaluated in terms of yield, humidity, water activity, bulk density,

rehydration properties and color. The morphology and size of the microcapsules were

determined by SEM and aroma retention was determined using the HS-SPME technique

and subsequent analysis by GC-O and GC-MS. As results, yields were obtained between

32.65 and 58.77 %, being higher for encapsulated with Hi-Cap 100. The humidity of

solids was to 1.05 % – 4 00% with low water activity (0052 – 0.269), suitable values for

use in the food industry. Microencapsulated with Hi-Cap 100 showed semispherical

particles, smoother surfaces and few deformations; contrary to those obtained with

maltodextrin showed a higher number of surface irregularities (folds, shrinkage or dents).

Microencapsulated obtained with Hi-Cap 100 allow greater retention of cocoa aroma

(22.6 – 32.5 %), while maltodextrin were obtained in a low range 12.1 to 19.2 %. Most

aroma retention was achieved with Hi-Cap 100 in proportion 2:1 and a drying temperature

of 210°C.

Keywords: “Spray drying”, microencapsulation, aroma, cocoa liquor, encapsulant,

retention index, SEM.

Contenido VII

Contenido

Pág.

Resumen .......................................................................................................................... V

Lista de figuras ............................................................................................................... IX

Lista de tablas ................................................................................................................ XI

Lista de símbolos y abreviaturas ................................................................................. XII

Introducción .................................................................................................................... 1

1. Capítulo 1. Marco de Referencia ............................................................................. 3 1.1 Theobroma Cacao L. ....................................................................................... 3 1.2 Aroma de cacao............................................................................................... 4 1.3 Análisis de compuestos volátiles ..................................................................... 4

1.3.1 Headspace - Microextracción en fase sólida (HS-MEFS) ...................... 4 1.3.2 Cromatografía de gases-olfatometría (CG-O) ....................................... 7 1.3.3 Identificación de los compuestos volátiles ............................................. 7

1.4 Principales técnicas de encapsulación de aromas ........................................... 8 1.5 Antecedentes de microencapsulación de productos derivados del cacao y otros productos grasos ............................................................................................. 15

2. Capítulo 2. Justificación ........................................................................................ 19

3. Capítulo 3. Objetivos. ............................................................................................. 21 3.1 Objetivo general............................................................................................. 21 3.2 Objetivos específicos ..................................................................................... 21

4. Capítulo 4. Materiales y Métodos .......................................................................... 23 4.1 Materiales ...................................................................................................... 23 4.2 Métodos ......................................................................................................... 23

4.2.1 Procedimiento experimental y análisis estadístico ............................... 23 4.2.2 Microencapsulación por spray drying .................................................. 24 4.2.3 Rendimiento del proceso ..................................................................... 25 4.2.4 Humedad y actividad de agua ............................................................. 25 4.2.5 Higroscopicidad ................................................................................... 25 4.2.6 Índice de solubilidad en agua, índice de absorción de agua y capacidad de hinchamiento ................................................................................................ 26 4.2.7 Densidad volumétrica .......................................................................... 26 4.2.8 Colorimetría triestímulo ....................................................................... 27 4.2.9 Morfología de las microcápsulas ......................................................... 27

VIII Evaluación de propiedades fisicoquímicas, morfológicas y sensoriales de


4.2.10 Análisis de compuestos volátiles de aroma mediante CG, CG-O y CG-EM 28 4.2.11 Evaluación sensorial de microencapsulados ........................................29

5. Capítulo 5. Resultados y Discusión .......................................................................31 5.1 Caracterización de propiedades físicas de los microencapsulados ................31

5.1.1 Rendimiento ........................................................................................33 5.1.2 Humedad y actividad de agua ..............................................................37 5.1.3 Densidad volumétrica ..........................................................................39 5.1.4 Índice de solubilidad en agua (ISA), índice de absorción de agua (IAA), capacidad de hinchamiento (CH) .......................................................................42 5.1.5 Higroscopicidad ...................................................................................44 5.1.6 Colorimetría triestímulo ........................................................................46

5.2 Caracterización morfológica de microcápsulas ...............................................49 5.3 Distribución de tamaño de partícula ...............................................................51 5.4 Análisis de compuestos volátiles relacionados con el aroma de cacao ..........54 5.5 Evaluación sensorial de microencapsulados ..................................................61

5.5.1 Prueba de ordenamiento .....................................................................61 5.5.2 Análisis descriptivo ..............................................................................64

6. Conclusiones y recomendaciones ........................................................................69 6.1 Conclusiones ..................................................................................................69 6.2 Recomendaciones ..........................................................................................70

A. Anexo: Análisis estadístico ....................................................................................73

B. Anexo: Cromatogramas de microencapsulados ..................................................76

C. Anexo: Formatos de evaluación sensorial ............................................................83

Bibliografía .....................................................................................................................87

Contenido IX

Lista de figuras

Pág. Figura 1. Muestreo por MEFS: extracción directa (izquierda) o extracción en espacio de

cabeza (derecha). ............................................................................................................ 5

Figura 2. Esquema de cromatógrafo de gases equipado con un detector de olfatometría.

......................................................................................................................................... 7

Figura 3. Morfología de diferentes tipos de microcápsulas. ............................................. 9

Figura 4. Esquema de equipo de secado por aspersión: Mini Spray Dryer Büchi B-290

(Büchi Labortechnik AG, Flawil, Switzerland). ................................................................ 11

Figura 5. Esquema del proceso de microencapsulación por spray drying. ..................... 12

Figura 6. Efecto de Relación EC/LC × T entrada sobre rendimiento de

microencapsulados. ....................................................................................................... 35

Figura 7. Efecto de interacciones entre factores sobre HME: (a) interacción entre

REC/LC×Tent. (b) interacción de EC×Tent de microencapsulados. ....................................... 38

Figura 8. Efecto de interacciones entre factores sobre Dv: (a) interacción entre

EC×REC/LC. (b) interacción entre EC×Tent. ....................................................................... 41

Figura 9. Efecto de EC×REC/LC sobre Hi de microencapsulados. .................................... 45

Figura 10. Gráfico de coordenadas a*b* y luminosidad de microencapsulados: M1=MD-

3:1-150, M2=MD-3:1-180, M3=MD-3:1-210, M4=MD-2:1-150, M5=MD-2:1-180, M6= MD-

2:1-210, M7=HC-3:1-150, M8=HC-3:1-180, M9=HC-3:1-210, M10=HC-2:1-150, M11=HC-

2:1-180 y M12=HC-2:1-210. ........................................................................................... 47

Figura 11. Micrografías de microencapsulados de cacao (magnificación 2000x; escala:

50 µm): (a) MD-3:1-150, (b) MD-3:1-180, (c) MD-3:1-210, (d) MD-2:1-150, (e) MD-2:1-

180, (f) MD-2:1-210, (g) HC-3:1-150, (h) HC-3:1-180, (i) HC-3:1-210, (j) HC-2:1-150, (k)

HC-2:1-180, (l) HC-2:1-210. ........................................................................................... 50

Figura 12. Histogramas de distribución de tamaño de partículas de microcápsulas

obtenidas con maltodextrina: (a) 3:1-150, (b) 3:1-180, (c) 3:1-210, (d) 2:1-150, (e) 2:1-

180, (f) 2:1-210. .............................................................................................................. 52


obtenidas con Hi-Cap 100: (a) 3:1-150, (b) 3:1-180, (c) 3:1-210, (d) 2:1-150, (e) 2:1-180,

(f) 2:1-210. ...................................................................................................................... 53

Figura 14. Cromatogramas de volátiles de olor activo para licor de cacao (a) y

microencapsulados (b): el número del pico indica el compuesto identificado (Tabla 13). 56

Figura 15. Efecto de condiciones de microencapsulación sobre la retención total de

compuestos impacto de aroma de cacao. ...................................................................... 60

Figura 16. Puntuación para prueba de ordenamiento para microencapsulados con

maltodextrina (a): M1-3:1-150, M2-3:1-180, M3-3:1-210, M4-2:1-150, M5-2:1-180 y M6-

X Evaluación de propiedades fisicoquímicas, morfológicas y sensoriales de


2:1-210. Puntuación para microencapsulados con Hi-Cap 100 (b): M7-3:1-150, M8-3:1-

180, M9-3:1-210, M10-2:1-150, M11-2:1-180 y M12-2:1-210. ......................................... 61

Figura 17. Diagramas de cajas y bigotes para prueba de ordenamiento de 4

microencapsulados seleccionados: M1 = HC-2:1-180, M2= HC-2:1-210, M3 = MD-2:1-

180, M4 = MD-2:1-210. ................................................................................................... 63

Figura 18. Perfiles de chocolate instantáneo con diferentes inclusiones de

microencapsulado MD-2:1-210. ...................................................................................... 65

Figura 19. Perfiles de bebida chocolatada con microencapsulado MD-2:1-210. ............. 67

Contenido XI

Lista de tablas

Pág. Tabla 1. Composición porcentual de granos de cacao sin fermentar de varios orígenes

geográficos. ...................................................................................................................... 3

Tabla 2. Comparación de condiciones de extracción de volátiles por HS-MEFS en

productos de cacao. ......................................................................................................... 6

Tabla 3. Tecnologías de encapsulación de aromas y sus características de carga,

tamaño de partícula y morfología. .................................................................................. 10

Tabla 4. Condiciones de microencapsulación (Diseño factorial 2×2×3). ......................... 24

Tabla 5. Condiciones ambientales y de operación durante el secado por aspersión. ..... 31

Tabla 6. Resumen de análisis de varianza del efecto de encapsulante (EC), relación

encapsulante/licor de cacao (REC/LC) y temperatura de entrada (Tent) sobre el

comportamiento de microencapsulados. ........................................................................ 32

Tabla 7. Efecto de factores sobre Rto, Aw, HME y Dv de microencapsulados. .................. 34

Tabla 8. Efecto de interacción EC×REC/LC×Tent sobre propiedades físicas de


Tabla 9. Efecto de factores sobre Hi, ISA, IAA y CH de microencapsulados. ................. 43

Tabla 10. Efecto de factores sobre parámetros de color de microencapsulados. ........... 46

Tabla 11. Efecto de interacción EC×REC/LC×Tent sobre parámetros de color de


Tabla 12. Principales compuestos volátiles de licor de cacao detectados por CG-EM. .. 55

Tabla 13. Identificación de compuestos volátiles de olor activo detectados en


Tabla 14. Prueba de Friedman y comparación de medianas por DMS para intensidad de

microencapsulados en prueba de ordenamiento de aroma y sabor a cacao. ................. 62


aroma y sabor a cacao de cuatro microencapsulados. ................................................... 63

Tabla 16. Medianas, valores máximos y mínimos entre paréntesis de diferentes atributos

de chocolate en polvo con inclusión de microencapsulados MD-2:1-210. ...................... 64


de bebida chocolatada con microencapsulado MD-2:1-210............................................ 66

Contenido XII

Lista de símbolos y abreviaturas

Símbolos Símbolo Término Unidad SI Definición

µm Micras 1 10-6 D Diámetro µm g Gramos g L Longitud m T Temperatura °C t Tiempo s

Abreviaturas Abreviatura Término

Aw Actividad de agua CG Cromatografía de gases CG-EM Cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas CG-O Cromatografía de gases acoplada a olfatometría CH Capacidad de hinchamiento DTP Distribución de tamaño de partícula Dv Densidad volumétrica EC Encapsulante FID Detector de ionización de llama HC-100 Hi-Cap 100 (almidón modificado de maíz) Hi Higroscopicidad HR Humedad relativa HS-MEFS Headspace - Microextracción en fase sólida IAA Índice de absorción en agua IK Índice de retención de Kovats ISA Índice de solubilidad en agua LC Licor de cacao MD Maltodextrina 10DE ME Microencapsulado PME Peso del microencapsulado en base seca PMZ Peso de la mezcla de alimentación REC/LC Relación de encapsulante/licor de cacao Rto Rendimiento

SD Spray Drying SEM Microscopía electrónica de barrido

Contenido XIII

Tamb Temperatura ambiente Tent Temperatura de entrada Tsal Temperatura de salida

Introducción

Colombia cuenta con un gran potencial para la producción de cacao ya que posee las

condiciones agroclimatológicas apropiadas para su cultivo. Este producto nacional, ha

recibido el reconocimiento de cacao fino y de aroma por parte de la Organización

Internacional del Cacao (ICCO), siendo este tipo de cacao alrededor del 5 % del total de

la producción mundial y se caracteriza por su aroma y sabor único. Países como

Colombia, Ecuador, Venezuela y Perú producen más de un 70 % de cacao de este tipo,

representando un gran potencial para el sector de cacao, chocolatería y confitería. Este

sector se ha caracterizado por un bajo grado de transformación, destacándose su

comercialización en grano y en menor medida dirigida a productos de transformación

primaria como la manteca y el licor de cacao, que sirven de materia prima para la

producción de chocolates. Adicionalmente, una baja inversión en programas de

desarrollo tecnológico e innovación en procesos y productos, no contribuyen a un

mejoramiento del sector.

Por lo tanto, es factible pensar en el aprovechamiento del potencial como aromatizante

y/o saborizante que presenta el cacao colombiano y adelantar estudios para su

implementación en nuevos productos. Nuevas tecnologías como la microencapsulación

pueden ser empleadas para proteger agentes activos de la oxidación causada por calor,

luz y humedad durante su vida útil, evitando la evaporación de compuestos volátiles y

controlando su liberación, como lo mencionan Martins et al. (2014). Dentro de las

técnicas empleadas para la microencapsulación, el secado por aspersión es la más

utilizada para la producción de aromas y sabores según Frascareli et al. (2012). La

encapsulación de compuestos de aroma es empleada para atrapar aromas volátiles y

lábiles en un material de soporte que protege su evaporación y degradación, asimismo

evita la aparición de malos sabores durante el almacenamiento (Błaszczak et al., 2013).

2 Introducción

Martins et al. (2014) mencionan que el secado por aspersión es un proceso simple,

rentable, capaz de producir amplia gama de microcápsulas con un buen rendimiento.

También afirman que dentro de los métodos de microencapsulación que presentaron un

mayor número de publicaciones en enero de 2014, se encuentra el secado por aspersión,

tanto en número de patentes (41185) como en artículos científicos (768). Esto indica un

creciente interés en la implementación de dicha tecnología.

La industria, por su parte, muestra un interés por la incorporación de tecnologías que

reduzcan la perdida de volátiles del cacao, a su vez que permanezcan en los productos

hasta ser consumidos. El desarrollo de microcápsulas que protejan el aroma de cacao

provee una alternativa de gran potencial por su variedad de aplicaciones, como el

aumento en el potencial aromático en bebidas solubles, así como en los diferentes

productos elaborados a partir del cacao. Sin embargo, la microencapsulación de

materiales ricos en compuestos volátiles, particularmente el secado por aspersión,

continúa siendo un desafío por la dificultad que representa la eliminación de agua sin la

pérdida de componentes de olor y sabor (Rodrigues y Grosso, 2008).

Por todo lo anterior, se considera razonable adelantar estudios para la implementación

de nuevas tecnologías en la transformación y desarrollo de nuevos productos de cacao.

Es por esta razón que se plantea el presente trabajo de investigación, con el objetivo de

evaluar el efecto de la maltodextrina 10DE y Hi-Cap 100 (almidón modificado de maíz)

como encapsulantes de licor de cacao, para preservar sus compuestos volátiles de

aroma y su posible aplicación en el aumento del potencial aromático en otros productos.

1. Capítulo 1. Marco de Referencia

1.1 Theobroma Cacao L.

Theobroma Cacao L. es el nombre científico que recibe al árbol de cacao, cuyo fruto es

conocido por su gran comercialización y variedad de productos generados a partir de sus

granos. En cuanto a su origen, Lim (2012) afirma que se originó en la cuenca alta del

amazonas y su cabecera en Perú, Ecuador, Colombia y Brasil. Posteriormente fue distribuida

por toda América Central y Mesoamérica. Sus condiciones agroclimatológicas señalan que la

planta florece en un clima cálido y húmedo tropical (hábitat natural sotobosque), generalmente

cultivado por debajo de los 300 m.s.n.m. con una temperatura favorable alrededor de los 25°C

y una precipitación media de 1250 – 3000 mm. Las características físicas y químicas de los

granos de cacao son un poco complejas y cambian a través de la vida del grano. Además, su

composición química depende de la variedad cultivada y de su origen geográfico, como se

observa en la Tabla 1.

Tabla 1. Composición porcentual de granos de cacao sin fermentar de varios orígenes geográficos.

Constituyente Trinidad Giava Arriba Caracas

Humedad 6,34 5,12 5,90 6,63

Grasa 43,66 45,50 43,31 36,81

Celulosa 13,01 13,85 14,07 16,35

Pigmentos 8,31 8,90 9,00 12,72

Albumina 11,90 9,25 10,14 11,09

Almidones 4,98 5,17 6,37 3,81

Glucosa 1,38 1,23 0,42 2,76

Sacarosa 0,32 0,51 1,58 1,56

Teobromina 0,85 1,16 0,86 1,13

Cenizas 3,60 3,31 8,73 4,36

Fuente: Tomado de Bertazzo et al. (2013).

4 Evaluación de propiedades fisicoquímicas, morfológicas y sensoriales de


1.2 Aroma de cacao

Los productos de chocolatería presentan un carácter de aroma distintivo, determinado tanto por

el genotipo del grano como por las condiciones de desarrollo y factores de transformación

(Voigt, 2013). La fermentación y el tostado son etapas cruciales en el desarrollo y calidad del

aroma a cacao. Durante la fermentación se generan diferentes precursores del aroma, mientras

que en el tostado de los granos, las reacciones de Maillard inducidas por el calor entre

aminoácidos libres (incluido péptidos) y azúcares reductores desarrollan los componentes

esenciales que proporcionan el aroma final del cacao (Voigt, 2013). Se han aislado más de 600

compuestos del cacao, sin embargo se afirma que solo cerca de 20 compuestos volátiles clave

pueden atribuir la mayoría de aroma a cacao (Goff y Hartel, 2013). Las pirazinas son productos

generados en la reacción de Maillard y son considerados compuestos impacto en el aroma del

cacao. Frauendorfer y Schieberle (2006) identificaron 24 compuestos claves del aroma a cacao

empleando una metodología de cromatografía de gases acoplada a olfatometría (GC-O). Por

otro lado, Farah et al. (2012) reportaron que dentro del grupo de pirazinas, las de mayor

impacto son 2-metilpirazina; 2,5- dimetilpirazina; 2,3,5-trimethilpirazina y 2,3,5,6-tetrapirazina.

1.3 Análisis de compuestos volátiles

1.3.1 Headspace - Microextracción en fase sólida (HS-MEFS)

Es un método de muestreo de compuestos volátiles que se aplica antes del análisis por

cromatografía de gases (GC). Este puede darse a partir de una solución acuosa que debe estar

libre de compuestos no volátiles o desde un espacio de cabeza de una muestra líquida o sólida

(IOFI Working Group on Methods of Analysis, 2010). El método se basa en la extracción de

volátiles mediante un dispositivo comercial de HS-MEFS, que consiste en una fibra de cuarzo

con revestimiento de un sorbente en su superficie. La fibra se expone a los compuestos

volátiles presentes en el espacio de cabeza de la muestra (que debe estar en un recipiente

hermético) hasta alcanzar un equilibrio (adsorción de analitos), luego la fibra es removida e

insertada en el inyector caliente del cromatógrafo de gases para volatilizar los analitos

(desorción) (IOFI Working Group on Methods of Analysis, 2010). Cuando la extracción se da

sumergiendo la fibra directamente en la solución, los solutos interactúan entre el disolvente y el

sorbente; por otro lado, cuando la extracción se da en un espacio de cabeza (contacto de la

Capítulo 1. Marco de Referencia 5

fibra con el gas de un vial cerrado herméticamente) se divide en tres fases entre la fibra, el

espacio de cabeza y la muestra (Figura 1).

Figura 1. Muestreo por MEFS: extracción directa (izquierda) o extracción en espacio de cabeza (derecha).

Tomado de IOFI Working Group on Methods of Analysis (2010)

Existen varios tipos de fibras comerciales con diferentes recubrimientos y espesores, siendo su

selección dependiente de los compuestos a analizar. Entre ellas se pueden mencionar fibras

con recubrimiento no polar con polidimetilsiloxano (PDMS), de recubrimiento de mediana

polaridad con poliacrilato (PA), recubrimiento polar con polietilenglicol (Carbowax) y

recubrimientos mixtos como Carboxeno/PDMS, PDMS/divinilbenceno (DVB) y Carbowax/DVB

(IOFI Working Group on Methods of Analysis, 2010).

Las condiciones de temperatura, tiempo de equilibrio y tiempo de exposición junto a la

selección de la fibra, son factores determinantes en la adsorción de analitos. Estudios previos

se han reportado para el análisis de productos de cacao, tal es el caso de Ducki et al. (2008)

quienes compararon diferentes tipos de fibra y condiciones de microextracción, encontrando

que la fibra CAR/PDMS/DVB proporciona una extracción más eficiente de compuestos volátiles

del espacio de cabeza; y las mejores condiciones fueron una temperatura de extracción de 60

°C con un tiempo de exposición de 15 min. Condiciones similares fueron reportadas por

Rodriguez-Campos et al. (2011) quienes emplearon el mismo tipo de fibra pero consideraron

que un tiempo de exposición de 30 min era el óptimo. En la Tabla 2 se recopilan diferentes

condiciones de HS-MEFS reportados para el análisis de compuestos volátiles en productos de

cacao.

6 Evaluación de propiedades fisicoquímicas, morfológicas y sensoriales de microencapsulados de cacao obtenidos por

spray drying

Tabla 2. Comparación de condiciones de extracción de volátiles por HS-MEFS en productos de cacao.

Tipo de muestra Tipo de fibra °Teq HS

(°C) teq HS (min)

°Text (°C)

text

(min) Autores

Licor de cacao DVB/CAR/ PDMS 50/30 µm 60 5 60 65 Di Carro et al. (2015)

Licor de cacao DVB/CAR/ PDMS 50/30 µm 60 15 60 30 Ramos et al. (2014)

Pulpa y tejido del cotiledón PDMS-DVB 65 µm 35 ND 35 15 Kadow et al. (2013)

Licor de cacao DVB/CAR/PDMS 60 10 60 15 Magi et al. (2012)

Licor de cacao de variedad criollo DVB/CAR/ PDMS 50/30 µm 55 15 50 45 Pérez et al. (2012)

Licor de cacao PDMS-DVB NR ND 60 30 Farah et al. (2012)

Cacao en polvo DVB/CAR/ PDMS 50/30 µm 65 12 65 60 Li et al. (2012)

Cacao ≠ etapas de fermentación DVB/CAR/ PDMS 50/30 µm 60 15 60 30 Rodriguez-Campos et al. (2011)

Manteca de cacao DVB/CAR/ PDMS 50/30 µm 70 ND 70 30 Misnawi y Ariza (2011a)

Licor de cacao PDMS-DVB 60 ND 60 30 Misnawi y Ariza (2011b)

Chocolate oscuro PDMS-DVB 65 µm 55 60 55 30 Afoakwa et al. (2009)

Licor de cacao PDMS-DVB 65 µm 60 15 60 10 Humston et al. (2009)

Cacao en polvo natural y conchado DVB/CAR/ PDMS 50/30 µm 60 10 60 15 Ducki et al. (2008)

Licor de cacao, cacao en polvo y chocolate

PDMS 45 24h 8 75 Perego et al. (2004)

Licor de cacao PDMS/CAR ND ND 25 20 Counet et al. (2004)

HS = headspace, °Teq HS = Temperatura de equilibrio del HS, teq = tiempo de equilibrio del HS, °Text = Temperatura de extracción. text = tiempo de extracción. ND = No descrito.


1.3.2 Cromatografía de gases-olfatometría (CG-O)

La GC-O en una técnica donde se emplea evaluadores humanos como un detector

sensible y selectivo de compuestos volátiles (Delahunty et al., 2006). Es una técnica ideal

para la evaluación sensorial de alimentos ya que permite identificar los compuestos

volátiles activos en el aroma, responsables de un olor característico (d’Acampora et al.,

2008). Consiste en un cromatógrafo de gases tradicional equipado con una columna que

al final posee un divisor de flujo, el cual distribuye la muestra entre el detector

convencional del cromatógrafo (FID o MS) y un puerto de detección olfativa o puerto de

inhalación (Brattoli et al., 2011). En el puerto de olfacción se encuentra un evaluador o

grupo de panelistas debidamente capacitados que huelen el producto eluido,

determinando si huele y que tipo de olor identifican (Figura 2).

Es así como cada uno de los compuestos es separado por elución en el cromatógrafo de

gases, seguida de la detección por parte del evaluador, quien puede determinar la

presencia o no del olor, su duración, medición de intensidad y descripción del tipo de olor

percibido (Brattoli et al., 2013).

CONTROL DE TEMPERATURA Y PRESIÓN DEL GAS

GENERADOR DE SEÑALES

COLUMNA

CROMATÓGRAFO DE GASES

INJECTOR DETECTOR

PUERTO OLFATIVO

AIRE HUMIDIFICADO

DIVISOR DE FLUJO

LÍNEA DE TRANSFERENCIA

Figura 2. Esquema de cromatógrafo de gases equipado con un detector de olfatometría. Tomado de Brattoli et al. (2013).

1.3.3 Identificación de los compuestos volátiles

La identificación correcta de compuestos volátiles relacionados con el aroma en una

muestra determinada, es una tarea difícil debido al número abundante de compuestos

volátiles que constituyen un alimento (Molyneux y Schieberle, 2007). Una comparación

de los resultados de espectros de masa únicamente con bases de datos comerciales,



pueden constituir una identificación errónea de los compuestos volátiles, debido a la

similitud de los espectros de masa que existe entre algunos compuestos (Molyneux y

Schieberle, 2007). Es por esta razón que una identificación exacta de los compuestos

volátiles en una muestra, debe cumplir una serie de condiciones como son el uso de

patrones o sustancias estándar y la combinación de varias aproximaciones de

parámetros experimentales como espectros de masa y comparación en bases de datos

de índices de retención en columnas de polaridad ortogonal (Stashenko y Martínez,

2010). En cromatografía de gases, los tiempos de retención dependen de muchos

factores como temperatura, flujo de gas de arrastre, dimensiones de las columnas, entre

otros; los cuales pueden ser eliminados si los parámetros de retención son calculados

empleando una escala relativa (Milman, 2011). Estos parámetros denominados índices

de retención, complementan la identificación de compuestos de los espectros de masa,

siendo los índices de retención de Kovats los primeros en ser implementados en GC

(Stashenko y Martínez, 2010). Éste método se basa en la medición de tiempos de

retención relativos con respecto a los tiempos de retención de una serie homóloga de n-

parafinas lineales (siendo n el número de átomos de carbono en la cadena

hidrocarbonada) evaluadas bajo las mismas condiciones de la muestra (Milman, 2011;

Stashenko y Martínez, 2010). Los índices de retención lineal se utilizan cuando se usa

una velocidad de calentamiento lineal durante el análisis. Para su cálculo se aplica la

ecuación (1).

𝐿𝑅𝐼 = 𝑛 +𝑡𝑅𝑥−𝑡𝑅𝑛

𝑡𝑛+1−𝑡𝑅𝑛 (1)

Donde n es el número de átomos de carbono de la referencia de n-alcanos que eluye

antes del compuesto de interés, tRx es el tiempo de retención del analito, tRn es el tiempo

de retención del n-alcano que eluye antes y tn+1 el tiempo de retención del n-alcano que

eluye inmediatamente después.

1.4 Principales técnicas de encapsulación de aromas

La microencapsulación es un proceso mediante el cual se aplica un recubrimiento,

revestimiento o material de pared para proteger ingredientes sensibles, evitar pérdida de

ingredientes volátiles y permitir la liberación controlada del material del núcleo (Ordoñez y

Herrera, 2013). En el campo de alimentos, se hace referencia a la microencapsulación


como una técnica mediante la cual gotas de un líquido, partículas sólidas o compuestos

gaseosos se atrapan en películas delgadas de un agente encapsulante de calidad

alimentaria, mediante la cual se proporciona una barrera física entre el compuesto de

núcleo y los componentes del producto (Gharsallaoui et al., 2007). Las microcápsulas

obtenidas son pequeñas partículas con tamaños entre 1 y 1000 µm, que se constituyen

de dos partes básicas, el núcleo o agente activo (parte interna) y la pared (parte externa)

que usualmente es constituida por una membrana polimérica la cual protege el núcleo del

ambiente externo (Martins et al., 2014). El núcleo puede ser un material cristalino, una

partícula adsorbente, una emulsión, una suspensión de sólidos o una suspensión de

micropartículas más pequeñas; mientras que la pared puede estar compuesta por una

amplia gama de materiales como monómeros y/o polímeros (Gharsallaoui et al., 2007).

Tanto el tamaño como la forma de las microcápsulas dependen de los materiales y los

métodos empleados para prepararlas. Las propiedades fisicoquímicas del núcleo, la

composición de la pared y la técnica de microencapsulación dan lugar a diferentes tipos

de partículas que pueden ser de diferentes formas (Figura 3): forma simple, constituida

de una esfera rodeada de un revestimiento de espesor uniforme; de forma irregular;

partículas de núcleo dispersas en una matriz continua de material de pared; múltiples

núcleos dentro de una misma cápsula o microcápsulas de pared múltiple (Gharsallaoui et

al., 2007).

Irregular Simple Multipared Multinúcleo Matriz insoluble Matriz soluble

Figura 3. Morfología de diferentes tipos de microcápsulas. Adaptado de Gharsallaoui et al. (2007); Vasisht (2014) y Estevinho et al. (2013).

Existe un número amplio de sustancias empleadas para la encapsulación, entre ellas

lípidos, proteínas y carbohidratos, siendo este último grupo el más empleado, donde se

encuentran los polímeros como almidones, celulosa y derivados (Wandrey et al., 2010).

La goma arábiga ha sido ampliamente utilizada como material de pared para

microencapsulación de aceites y sabores debido a su alta eficiencia de encapsulación y

buena retención de volátiles (Frascareli et al., 2012). Se compone de una goma natural

con buenas propiedades emulsionantes puesto que contiene una pequeña cantidad de



proteína en su composición. Además presenta una alta solubilidad y baja viscosidad en

solución acuosa, lo que facilita el proceso de secado por aspersión.

Los almidones modificados han sido evaluados buscando una alternativa más

económica, entre ellos, Hi–Cap 100 (Ingredion S.A.) es un almidón modificado de maíz

que ha presentado muy buenos resultados para encapsulación de compuestos lipídicos.

Tonon et al. (2012) reportan una alta estabilidad en emulsiones preparadas con este

almidón al igual que una alta eficiencia de encapsulación en aceite de linaza. Carvalho et

al. (2014) tambien rerportan bueno resultados con Hi–Cap 100 en café, encontrando que

tanto el uso de este almidón solo y en mayor medida en combinación con maltodextrina

presentaron mayor eficiencia de encapsulación y estabilidad de aceite de café que otros

materiales de pared.

Por otra parte, existen diferentes tecnologías para llevar a cabo procesos de

microencapsulación de aromas. Se pueden mencionar el secado por aspersión (spray

drying), aspersión por refrigeración (spray-cooling), extrusión, extrusión centrífuga,

liofilización (freeze-drying), coacervación, cocristalización, entre otros (Zuidam y Heinrich,

2010). En la Tabla 3 se presenta un resumen de las tecnologías más comunes para

encapsulación de aromas encontradas en la literatura.

Tabla 3. Tecnologías de encapsulación de aromas y sus características de carga, tamaño de partícula y morfología.

Tecnología Carga de

núcleo (%) Tamaño

(µm) Morfología

Mecanismo de liberación

Spray Drying 10-50 10-400 Gotas en la matriz

Disolución

Granulación/aglomeración /compactación

5-40 200-3000 Gotas en la matriz

Disolución

Recubrimiento en lecho fluido 10-50 200-5000 Gotas en la matriz

Disolución

Spray-Chilling/cooling 10-20 20-200 Matriz Difusión, calor

Inyección por fusión 5-25 200-2000 Gotas en la matriz

Disolución

Extrusión por fusión 5-40 300-5000 Gotas en la matriz

Hinchamiento + disolución, calor

Coacervados complejos 20-90 10-800 Núcleo con pared

Difusión

Co-extrusión 70-95 800-8000 Núcleo con pared

Difusión, calor

Co-cristalización/coprecipitación Varios Varios Cristales Disolución


Fuente: Tomado de Zuidam y Heinrich (2010).

El secado por aspersión o spray drying es considerado como una operación unitaria

mediante la cual un producto líquido es atomizado en una corriente de gas caliente para

obtener instantáneamente un polvo (Gharsallaoui et al., 2007). El gas utilizado para el

secado es usualmente aire caliente, mientras que el líquido pulverizado puede ser una

solución, una emulsión o una suspensión (Brennan, 2003; Gharsallaoui et al., 2007).

Dependiendo de las condiciones de operación y del material de alimentación, se puede

obtener un polvo muy fino (10 – 50 μm) o partículas de gran tamaño (2 – 3 mm)

(Gharsallaoui et al., 2007). En la Figura 4 se puede observar un esquema del equipo de

secado por aspersión empleado en el presente trabajo.

Figura 4. Esquema de equipo de secado por aspersión: Mini Spray Dryer Büchi B-290 (Büchi Labortechnik AG, Flawil, Switzerland).



La tecnología de secado por aspersión ofrece alta velocidad de producción y costos de

operación relativamente bajos, obteniendo polvos estables y de aplicación fácil (Bakry et

al., 2016). La evaporación de las muestras ocurre en un corto tiempo (ms o s) siendo

muy adecuado para productos sensibles al calor (Nedović et al., 2013).

Particularmente en la producción de aromas, el secado por aspersión es uno de los

procesos más antiguos para su elaboración; cerca del 80 – 90% del total de aromas

producidos se preparan por este método (Zuidam y Heinrich, 2010). El secado por

pulverización de aromas se consigue mediante la dispersión del aroma en una solución

acuosa con el material de soporte (encapsulante), seguido por la atomización y la

pulverización de la emulsión en una cámara caliente, como se puede observar en la

Figura 5.

Figura 5. Esquema del proceso de microencapsulación por spray drying. Tomado de Zuidam y Shimoni (2010)

Las temperaturas de secado pueden estar en un rango de 160 – 220 °C, que pueden

calentar las gotas atomizadas a 100 °C casi de forma instantánea. Durante el proceso se

forma una película delgada en la superficie de las gotitas y la concentración de

compuestos en las gotitas se incrementa; de este modo, las moléculas de aroma que son

más grandes (mayor peso molecular) se mantienen, mientras las moléculas de agua más


pequeñas continúan su difusión hacia el exterior a una velocidad considerable (Zuidam y

Heinrich, 2010). Finalmente, se obtiene un polvo constituido por una dispersión de gotitas

de aroma con tamaños entre 10 y 150 µm.

Zuidam y Heinrich (2010) mencionan que la retención de aromas después del secado por

aspersión depende en gran medida del tipo de volátil. Compuestos de mayor peso

molecular y menor polaridad serán menos volátiles, y en consecuencia mayor será la

retención de estos componentes durante el secado por aspersión. Adicional a ello,

mencionan que la retención de aromas depende en gran medida del tamaño de la

emulsión. Un tamaño óptimo para aromas de carácter hidrofílico se encuentra entre 2-3

µm, mientras que la retención de aromas lipofílicos aumenta no solo con la disminución

del tamaño de la emulsión (óptima por debajo 1-2 µm), sino con la estabilidad de la

emulsión durante el proceso y un mayor tamaño de partículas en los polvos.

Otras técnicas empleadas en la microencapsulación de aromas son Spray-Chilling,

Spray-Cooling, recubrimiento en lecho fluido, aglomeración, coacervación y extrusión.

Spray-chilling y spray-cooling son técnicas similares al secado por aspersión y son

ideales para producir partículas lipídicas con aroma. A diferencia del spray drying, el aire

empleado es frío o refrigerado y no hay presencia de agua para ser evaporada. La

muestra de alimentación está constituida por una mezcla de lípidos fundidos y el aroma,

la cual es atomizada en una cámara refrigerada donde se solidifica y finalmente se

recuperan como partículas finas (Zuidam y Heinrich, 2010).

El recubrimiento en lecho fluido consiste en aplicar un recubrimiento, usualmente una

grasa o cera, sobre las partículas de un polvo que se encuentra suspendido en el aire

(Zuidam y Shimoni, 2010). El polvo suspendido puede ser un aroma obtenido por otro

proceso, como spray drying, siendo útil para proporcionar una liberación del aroma

mediante el calentamiento.

En cuanto a la aglomeración o granulación, permite producir partículas de aroma de

mayor tamaño que las generadas por spray drying. Esta técnica puede encontrarse de

dos formas, la primera conocida como granulación por pulverización en lecho fluidizado y

la segunda como aglomeración o compactación por presión (Zuidam y Heinrich, 2010).

La granulación por pulverización en lecho fluidizado consiste en una etapa de

aglomeración después del secado por aspersión, en la que se producen partículas



grandes entre 0,3 – 0,9 mm al realizar el secado por aspersión sobre otro polvo portador

(Zuidam y Heinrich, 2010). Mientras que la aglomeración por presión consiste en

comprimir a alta presión el aroma secado por aspersión junto con maltodextrina, para ser

triturado en pequeños trozos entre 0,7 – 3,0 mm (Zuidam y Heinrich, 2010).

Por otro lado, los coacervados son elaborados mediante un mecanismo de separación de

fases líquido-líquido de una solución acuosa, entre una fase de polímeros ricos y una

fase de polímeros pobres (Zuidam y Heinrich, 2010). La coacervación puede darse de

forma simple cuando solo hay presencia de un polímero o compleja cuando dos o más

polímeros de cargas opuestas se encuentran implicados en el proceso, siendo este

último el utilizado para encapsular aromas (Zuidam y Heinrich, 2010). La coacervación

compleja consta de tres pasos básicamente los cuales se dan bajo agitación continua. En

primer lugar se da la formación de una emulsión de aceite en agua, seguida de la

formación del recubrimiento mediante la disposición del polímero sobre el material del

núcleo. Esta formación es impulsada por la diferencia de tensión superficial entre la fase

del coacervado, el agua y el material hidrofóbico. Finalmente el revestimiento es

estabilizado mediante acción térmica, reticulación o técnicas de desolvatación (Martins et

al., 2014).

Finalmente se puede destacar la microencapsulación por extrusión, se reconocen tres

diferentes procesos: inyección en fusión, extrusión en fusión y extrusión centrífuga o

coextrusión (Bakry et al., 2016). En la inyección en fusión el aroma se dispersa en

carbohidratos fundidos entre 110 – 140 °C, seguido de un prensado (entre 1 – 7 bar) a

través uno o más orificios en un baño frío favoreciendo el endurecimiento del

revestimiento y generando una dispersión de gotitas del aroma en una matriz sólida

(Bakry et al., 2016; Zuidam y Heinrich, 2010).

La extrusión en fusión es similar a la inyección en fusión. Se diferencia en el uso de un

cilindro en forma horizontal equipado con mezcladores termodinámicos que constan de

uno o más tornillos (Bakry et al., 2016). En este proceso se forma un material plastificado

dentro de la extrusora entre el aroma disperso en carbohidratos fundidos con agua.

Luego, el material es expulsado bajo alta presión dentro de una boquilla para formar

láminas o hilos del material de diferentes dimensiones, que finalmente se enfrían y

rompen en pequeños trozos por cortes con una cuchilla giratoria (Bakry et al., 2016;


Zuidam y Heinrich, 2010). Por último, la coextrusión o extrusión centrifuga consiste en

una serie de tubos concéntricos donde se alimenta de forma independiente el material de

pared (tubo exterior) y el material núcleo (tubo interior). Estos son bombeados a múltiples

boquillas dispuestas en la parte exterior del dispositivo donde se divide en gotitas de

igual tamaño por efecto de la fuerza centrífuga (Bakry et al., 2016).

1.5 Antecedentes de microencapsulación de productos derivados del cacao y otros productos grasos

Se han reportado pocos estudios donde se aplican procesos de microencapsulación en

materiales de cacao. Bocanegra et al. (2005) evaluaron la producción de microcápsulas a

partir de manteca de cacao mediante técnica de electrospray. En dicho trabajo obtuvieron

microcápsulas empleando la manteca de cacao como material de pared, aplicando

chorros axiales electrificados para su obtención. Dicho estudio sugiere que la eficiencia

de microencapsulación por procesos de electrospray es buena, logrando controlar

fácilmente el grosor de la pared y el número de núcleos internos al ajustar

adecuadamente el caudal. Estudios similares se realizaron usando manteca de cacao

como agente encapsulante, Pedroso et al. (2013) realizaron microencapsulación de

Bifidobacterium animalis y Lactobacillus acidophilus en manteca de cacao, usando

tecnología de spray chilling. Lupo et al. (2014) han realizado estudios en cacao

empleando alginato para microencapsulación de polifenoles de cacao mediante

emulsificación/gelificación, sin embargo no se reportan artículos con aplicaciones en

conservación de aromas de cacao, al igual que aplicaciones con spray drying.

Múltiples estudios se han realizado para microencapsulación de matrices de alto

contenido graso, caso similar al licor de cacao. Entre ellos se puede mencionar el aceite

de café. Frascareli et al. (2012) evaluaron diferentes condiciones de microencapsulación

de aceite de café por espray drying, empleando goma arábiga como agente

encapsulante. Dichos autores sugirieron que la microencapsulación por spray drying era

una buena alternativa para transformar los aromas líquidos del aceite de café en forma

de polvos estables. En dicho trabajo se varió el contenido total de sólidos, la

concentración de aceite respecto al total de sólidos y la temperatura del aire de entrada

mediante un diseño central compuesto. Encontraron que la eficiencia de encapsulación y

retención de aceite fueron influenciadas negativamente por la concentración de aceite y

la temperatura del aire de entrada; mientras que un efecto positivo se observó en el



contenido de los sólidos totales de las emulsiones preparadas. Las condiciones

optimizadas fueron 30% (p/p) solidos, 15% (p/p) aceite y 170°C; manteniendo estabilidad

oxidativa en almacenamiento a 25°C.

Silva et al. (2014) también evaluaron diferentes combinaciones de almidones modificados

y maltodextrina para la microencapsulación de aceite de café, combinando etapas de

homogenización con alta presión para preparación de emulsiones. Se encontró que la

mejor condición de microencapsulación fue la combinación 75:25 (p/p) de almidón Hi-

Cap/maltodextrina homogenizado a 5 MPa y secado por pulverización a 170 °C,

presentando alta eficiencia de encapsulación del aceite y buena estabilidad física y

oxidativa. Por su parte, Carvalho et al. (2014) obtuvieron micropartículas de aceite de

café verde con membranas de dos capas mediante secado por pulverización. Los

materiales de pared empleados fueron jarabe de maíz y almidón modificado Hi-Cap 100,

los cuales se emulsionaron con lecitina y quitosano; dichas mezclas representa una

buena alternativa ya que la eficiencia de encapsulación de las micropartículas se

incrementó, siendo la relación 50:50 (p/p) de Hi-Cap 100/jarabe de maíz la que presentó

mejor rendimiento y menor susceptibilidad oxidativa.

Por otro lado se reportan trabajos de microencapsulación de aromas de otras matrices,

Janiszewska et al. (2015) evalúan parámetros de homogenización de la emulsión con

aroma a limón y su efecto sobre propiedades físicas de microcápsulas obtenidas por

spray drying. Los resultados mostraron que el aumento en la proporción de aceite con

aromas en las formulaciones generaba un incremento de la viscosidad de la emulsión.

Adicionalmente observaron que el rendimiento fue más bajo a mayor contenido de aceite

con aromas.

Como se ha mencionado, el cacao presenta un alto contenido graso en su composición

(Bertazzo et al., 2013). En consecuencia, la microencapsulación de matrices con alto

contenido graso representa una dificultad ya que la eficiencia de encapsulación de

sustancias lipofílicas se ve afectada por la estabilidad de la emulsión de alimentación

(Kaushik et al., 2015). Se pueden encontrar diferentes trabajos reportados para la

microencapsulación de aceites mediante secado por aspersión, dentro de ellos se

pueden mencionar la microencapsulación de aceite esencial de romero reportado por

Fernandes et al. (2014); microencapsulación de aceite de linaza (Quispe-Condori et al.,


2011); encapsulación de aceite de macadamia (Laohasongkram et al., 2011);

microencapsulación de aceite de Gac (Kha et al., 2014), microencapsulación de aceite de

oliva extra virgen (Koç et al., 2015), entre otros.

2. Capítulo 2. Justificación

En Colombia, la producción de cacao está constituida principalmente por pequeños

productores; en cuyo caso, se ha considerado como un sector de gran interés no solo por

sus posibilidades de mercado, sino por el considerable impacto social que puede generar

la ampliación de la demanda. Los productos de chocolatería presentan un carácter de

aroma distintivo, determinado por el genotipo del grano, condiciones de desarrollo y

factores de transformación (Voigt, 2013). Operaciones como la extracción de manteca

repercuten en la calidad sensorial de los productos, retirando parte de la fracción volátil

con aroma característico del cacao. Por lo tanto, el uso de aromatizantes para intensificar

el aroma es necesario en varios productos de chocolatería. La microencapsulación por

spray drying es la técnica más empleada en la microencapsulación de aromas (Zuidam y

Heinrich, 2010), proporcionando una herramienta importante para la industria alimentaria

y cosmética al considerarse un proceso simple, rentable y capaz de producir amplia

gama de microcápsulas con un buen rendimiento (Martins et al., 2014).

Así, la microencapsulación ha proporcionado una herramienta importante en la industria

cosmética y farmacéutica, permitiendo la protección y liberación controlada de agentes

activos. Adicionalmente, dicha técnica ha tomado gran interés en la industria alimentaria

para el desarrollo de productos innovadores que permitan ser exitosos en el sector

(Martins et al., 2014).

Martins et al. (2014) mencionan que para el 2013, el segundo sector que tiene un mayor

número de aplicaciones publicadas de microencapsulación es el sector de alimentos con

un 13 %, siendo superado por el sector de medicamentos (68 %), indicando la

importancia que ha generado la microencapsulación en la producción de alimentos.

Existe un interés por parte de la industria en el estudio e incorporación de tecnologías

que reduzcan la perdida de volátiles de cacao desarrollados durante el proceso de

tostado; a su vez que ayuden a mantenerlas por más tiempo en los productos hasta ser

consumidos. El desarrollo de microcápsulas que protejan la fracción volátil del cacao



provee una alternativa de gran potencial por su variedad de aplicaciones. Sin embargo,

es necesario llevar a cabo estudios que permitan la estandarización de condiciones de

proceso, al igual que la identificación de un mejor agente encapsulante de volátiles de

aroma, que proporcione las mejores condiciones de rendimiento y comportamiento de

microcápsulas; aportando posibles aplicaciones en productos de chocolatería que

favorecerían una mayor aceptación sensorial en los consumidores.

3. Capítulo 3. Objetivos.

3.1 Objetivo general

Evaluar las propiedades fisicoquímicas, morfológicas y sensoriales de

microencapsulados de cacao obtenidos por spray drying.

3.2 Objetivos específicos

Evaluar y comparar las propiedades físicas de un almidón modificado de maíz y maltodextrina como encapsulantes de cacao.

Caracterizar mediante microscopía electrónica de barrido la morfología de microcápsulas de cacao empleando un almidón modificado y maltodextrina como materiales de pared.

Evaluar por cromatografía de gases el comportamiento de volátiles de cacao encapsulado, utilizando un almidón modificado de maíz y maltodextrina como encapsulantes.

Caracterizar sensorialmente los microencapsulados de cacao obtenidos con un almidón modificado y maltodextrina como materiales de pared.

4. Capítulo 4. Materiales y Métodos

4.1 Materiales

El licor de cacao (Theobroma cacao L.) fue subministrado por Casa Luker S.A. (Bogotá,

Colombia) y fue empleado como material activo. Este correspondió a una mezcla de

granos de cacao de dos regiones colombianas (80 % Santander y 20 % Huila respecto al

peso), el cual fue tostado a 160 °C y presentó un contenido de humedad de 0.31 ± 0.09

% y 53.07 ± 0.38 % de grasa. Esté producto fue seleccionado por ser un estándar de licor

de cacao fino y de aroma exportado por la empresa como referencia colombiana. Los

materiales de pared usados fueron Maltodextrina 10DE y Hi-Cap 100, siendo este último

un almidón modificado químicamente con anhidro octenil succínico (OSA) a partir de

maíz ceroso. Los encapsulantes fueron provistos por la empresa Ingredion Colombia S.A.

(Cali, Colombia). Se empleó caseinato de sodio como emulsificante que fue adquirido en

la empresa Tecnas S.A. (Bogotá, Colombia). Estudios previos reportan que la mezcla de

carbohidratos y caseinato de sodio mejoran las propiedades de emulsificación y

encapsulación de compuestos grasos, se pueden mencionar O'Dwyer et al. (2013),

Hogan et al. (2003), Hogan et al. (2001) y Keogh et al. (2001).

4.2 Métodos

4.2.1 Procedimiento experimental y análisis estadístico

Para el presente estudio se aplicó un diseño factorial (3x2x2) evaluando el efecto de dos

encapsulantes (Maltodextrina 10DE y Hi-Cap 100), dos relaciones de encapsulante/licor

de cacao (2:1 y 3:1) y tres temperaturas de secado 150 °C, 180 °C y 210 °C; dando un

total de 12 tratamientos como se indica en la Tabla 4. Cada tratamiento se realizó por

triplicado y se incluyeron dos covariables, las cuales correspondieron a la humedad

relativa y temperatura ambiente durante el proceso de secado.



El análisis estadístico se realizó de acuerdo al diseño planteado empleando el paquete

estadístico STATGRAPHICS Centurion XVI (16.1.03). Las variables fisicoquímicas se

evaluaron mediante análisis de variancia multifactorial y comparación de medias por test

de Tukey con un nivel de significancia del 95 %. Para las el análisis sensorial, se aplicó

test de Friedman para pruebas de ordenamiento y Kruskal-Wallis para pruebas

descriptivas cuantitativas, determinando diferencias significativas entre muestras

mediante prueba de diferencia mínima significativa (DMS).

Tabla 4. Condiciones de microencapsulación (Diseño factorial 2×2×3).

Encapsulante Relación

Encapsulante/Licor cacao Temperatura

de secado (°C)

Maltodextrina 10DE

3:1

150

180

210

2:1

150

180

210

Hi-Cap 100

3:1

150

180

210

2:1

150

180

210

4.2.2 Microencapsulación por spray drying

Antes del proceso de secado, las muestras fueron preparadas de acuerdo a las

formulaciones en relaciones 2:1 y 3:1 de encapsulante/licor de cacao. Los materiales

encapsulantes (MD 10DE y Hi-Cap 100) fueron disueltos en agua destilada en una

proporción de 20 % (p/p). Se empleó caseinato de sodio como emulsificante, en una

proporción constante de 1 % (p/p) del total de la emulsión. El licor de cacao fue fundido a

una temperatura de 50 °C y fue mezclado con la solución acuosa (encapsulante/agua),

sometiendo la mezcla a agitación (11200 rpm durante 5 min) con la ayuda de IKA

ULTRA-TURRAX T18 basic (IKA WERKE, Staufen, Germany). Se determinó el contenido

de sólidos solubles mediante refractometría empleando la metodología AOAC 932.12

(AOAC, 2012). El secado por aspersión se llevó a cabo en un Mini Spray Dryer Büchi B-

290 (Büchi Labortechnik AG, Flawil, Switzerland). Se empleó aire comprimido a 6 bar y

Capítulo 4. Materiales y Métodos 25

una boquilla de atomización de 0.7 mm de diámetro interno. El flujo volumétrico de

alimentación (15 % = 4.5 ml/min), flujo volumétrico de aire para atomización (30 mm =

357 L/h) y el flujo volumétrico de aire para el secado (80 % = 32 m3/h), fueron

determinados por ensayos preliminares y se mantuvieron constantes para todos los

ensayos, variando únicamente la temperatura de entrada del aire de acuerdo al diseño

experimental.

4.2.3 Rendimiento del proceso

El rendimiento del procesos de secado por aspersión se ha realizado siguiendo la

metodología aplicada por Sun-Waterhouse y Waterhouse (2015). Este fue calculado

como la relación entre el peso del polvo obtenido sobre el peso de la mezcla de

alimentación en base seca (Ecuación 2).

𝑅𝑡𝑜 (%) = (𝑃𝑀𝐸

𝑃𝑀𝑍) ∙ 100 (2)

Donde PME es el peso de microencapsulado en base seca y PMZ es el peso de la mezcla

de alimentación en base seca.

4.2.4 Humedad y actividad de agua

El contenido de humedad fue determinado gravimétricamente por el secado de los polvos

a 105 °C hasta peso constante de acuerdo al método AOAC 925.10, representando el

contenido de humedad como el porcentaje de la pérdida de peso antes y después del

secado (AOAC, 2012). La actividad de agua de las encapsulados fue medida con un

determinador de actividad acuosa HygroLab C1 (Rotronic AG, Bassersdorf, Switzerland)

a 22.6 ± 0.5 °C. Dichas variables fueron medidas por triplicado.

4.2.5 Higroscopicidad

La higroscopicidad fue determinada de acuerdo a Fernandes et al. (2014), con algunas

modificaciones. Las muestras de cada microencapsulado (aprox. 1 g de polvo) fueron

puestas en cajas de Petri plásticas de 55 mm y se mantuvieron durante una semana en

una cámara con atmósfera controlada MLR-351H (Sanyo, Bensenville, Illinois, EE.UU.) a

75 % de HR y 25 °C. Finalmente, las muestras fueron pesadas y la higroscopicidad fue



determinada como el peso en gramos de humedad absorbida por cada 100 g de sólidos

secos (g/100g). Cada tratamiento fue medido por triplicado.

4.2.6 Índice de solubilidad en agua, índice de absorción de agua y capacidad de hinchamiento

El índice de solubilidad en agua (ISA) e índice de absorción de agua (IAA) fueron

determinados adaptando la metodología descrita por Ahmed et al. (2010). 1 g de

microencapsulado fue disuelto en 12 ml de agua destilada. Las muestras fueron

incubadas en un baño de agua a 30 °C durante 30 min y finalmente centrifugadas a

2090×g durante 15 min. El sobrenadante se secó en cajas de Petri a 105 °C hasta peso

constante. Las mediciones se realizaron por triplicado y el ISA e IAA fueron calculados de

acuerdo a las ecuaciones (3) y (4) respectivamente.

𝐼𝑆𝐴 = 𝑃𝑆𝑠𝑜𝑏 𝑃𝑆𝑀𝐸⁄ ∙ 100 (3)

𝐼𝐴𝐴 = 𝑃𝑠𝑒𝑑 𝑃𝑆𝑀𝐸⁄ (4)

Donde PSsob es el peso seco del sobrenadante, PSME es el peso inicial del

microencapsulado en base seca y Psed es el peso del sedimento después de la

centrifugación.

La capacidad de hinchamiento (CH) fue calculada usando la ecuación (5).

𝐶𝐻 = 𝑃𝑆𝑠𝑜𝑏 [𝑃𝑆𝑀𝐸 ∙ (100 − 𝐼𝑆𝐴)]⁄ (5)

4.2.7 Densidad volumétrica

La densidad volumétrica de los polvos fue determinada según Fernandes et al. (2014), 5

g de polvo fueron puestos en una probeta de 25 ml. Después, la probeta fue golpeada

repetidamente de forma manual sobre una superficie rígida, levantando y dejando caer el

cilindro sobre su propio peso, hasta no observar una diferencia en el volumen ocupado.

Los análisis se hicieron por triplicado con dos mediciones por cada réplica. La densidad


volumétrica se calculó dividiendo el peso del polvo sobre el volumen final ocupado por el

polvo en el cilindro (g/cm3).

4.2.8 Colorimetría triestímulo

Los valores Hunter L* a* b* (D65, 10°) para los atributos de color de los

microencapsulados, fueron medidos con un espectrofotómetro ColorQuest XE (Hunter

Associates Laboratory Inc., Reston, USA). Los valores L* representan luminosidad en un

rango de 0 (negro) a 100 (blanco). Los valores a* indican coloración verde (negativo) y

rojo (positivo). Valores b* cuantifican coloración azul (negativo) o amarillo (positivo)

(Wibowo et al., 2015). Las mediciones de color se llevaron a cabo por triplicado con cinco

lecturas para cada muestra. Adicional a coordenadas CIE L*a*b*, los parámetros de

croma y matiz fueron calculados de acuerdo a las ecuaciones (6) y (7) respectivamente.

𝐶𝑎𝑏∗ = [(𝑎∗)2 ∙ (𝑏∗)2]1 2⁄ (6)

ℎ𝑎𝑏 = 𝑡𝑎𝑛−1 (𝑏∗

𝑎∗⁄ ) (7)

C*ab = croma o índice de saturación, es un atributo cuantitativo del color y es proporcional

a su intensidad. hab ángulo del tono, que es un indicador cualitativo de la naturaleza

cromática del color y es expresada en grados (0° o 360° para rojo, 90° para amarillo,

180°para verde y 270° para azul) (Wibowo et al., 2015).

4.2.9 Morfología de las microcápsulas

La morfología de los microencapsulados fue observada usando microscopía electrónica

de barrido (SEM). Los ensayos se realizaron en el Laboratorio de Microscopía

Electrónica de Barrido de la Universidad Nacional de Colombia. Los polvos secos se

fijaron sobre cinta de carbono y se aplicó un recubrimiento metálico de oro-paladio con la

ayuda de un metalizador Q150R ES (Quorum). Posteriormente fueron observados en un

microscopio electrónico de barrido Quanta 200 (FEI, USA), las condiciones de operación

fueron en bajo vacío 2×10-2 torr y 25.0 Kv, empleando electrones secundarios.



El tamaño de partícula se determinó midiendo el diámetro de 300 partículas en un área

determinada de las imágenes obtenidas por SEM a una magnitud de 1000×. Para el

conteo de las partículas se aplicó una calibración espacial de imagen empleado el

programa de análisis de imagen ImageJ (1.49v), este consistió en el ajuste de la escala

mediante una sección de longitud conocida marcada durante la toma de imágenes.

4.2.10 Análisis de compuestos volátiles de aroma mediante CG, CG-O y CG-EM

Los compuestos volátiles fueron extraídos usando la técnica de Headspace –

microextracción en fase sólida (HS-MEFS) empleando una fibra de

divinilbenceno/carboxen/polidimetilsiloxano (DVB/CAR/PDMS, 50/30 µm de espesor), de

acuerdo a la metodología optimizada por Rodriguez-Campos et al. (2012) para

caracterización de volátiles en productos de cacao. Las condiciones correspondieron a

15 min de equilibrio a 60 °C, con una exposición de la fibra durante 30 min a la misma

temperatura. El tiempo de desorción fue 5 min y una temperatura en el inyector del CG

de 250 °C.

Para estimar el efecto de Spray Drying en la preservación de compuestos responsables

del aroma de cacao, los compuestos impacto del licor de cacao y de los polvos derivados

del proceso por spray drying fueron cuantificados de acuerdo a la metodología de Her et

al. (2015), determinando su contenido proporcional al área bajo la curva de cada

compuesto en particular. Se prepararon soluciones reconstituidas de los

microencapsulados en agua destilada en proporción similar a la empleada por Osorio et

al. (2011), 1 g de microencapsulado en 2 ml de agua destilada. El análisis de

cromatografía de gases acoplada a olfatometría (CG-O) se realizó en un cromatógrafo de

gases HP 5890 serie II (Hewlett-Packard, USA) equipado con FID y operado en el modo

split-less, con un flujo de 1,2 ml/min de Helio como gas de arrastre. Se utilizó una

columna polar, TR-FFAP (Thermo Scientific, 30 m × 0,32 mm (di), 0.25 µm (df)). La

temperatura del horno se fijó a 40 °C durante 1 min, incrementado hasta 180 °C a una

velocidad de 6 °C/min y 12 °C/min hasta 230 °C con un tiempo de espera de 5 min. El

extremo capilar fue conectado a un divisor de vidrio en forma de Y (Chromatographie

Handel Mueller, Fridolfing, Alemania), que divide el efluente en dos partes iguales, uno

para el FID (230 °C) y el otro para el puerto olfativo (200 °C), empelando capilares de


sílice fundido desactivados de igual longitud (50 cm x 0,32 mm (d.i.)). Adicionalmente, las

muestras se analizaron por CG-EM en un cromatógrafo de gases Agilent 7890B

equipado a un espectrómetro de masas 5977A (ionización de impacto electrónico) y

operado bajo las mismas condiciones usadas para el análisis de GC-O (FID). Los

compuestos de las muestras fueron identificados al realizar la comparación de sus

espectros de masa obtenidos en la base de datos NIST/EPA/NIH Mass Spectral Library

2014 (2.2); sus índices de retención lineal (calculados de acuerdo al método de Kovats)

usando una serie homóloga de n-alcanos C10 – C25 como referencias externas y con

aquellos reportados en la literatura.

4.2.11 Evaluación sensorial de microencapsulados

El análisis sensorial se realizó en las instalaciones de Casa Luker S.A. (Bogotá,

Colombia), con la ayuda de un panel entrenado en evaluación sensorial de productos de

cacao, el cual estaba conformado por siete jueces (adultos entre 25 y 35 años) de ambos

sexos. Esta evaluación se aplicó en tres etapas, la primera etapa correspondió a una

prueba de umbral de identificación de aroma y sabor a cacao, para determinar el umbral

grupal de concentración al cual se evaluarían las muestras de microencapsulados (Anexo

C: 1). En esta etapa se evaluaron las concentraciones de 0, 0,5, 1, 1,5 y 2 % de

microencapsulado en agua.

En la segunda etapa, de acuerdo al umbral grupal de identificación, se evaluaron las

muestras de los doce polvos obtenidos de acuerdo al diseño experimental planteado

(Tabla 4). Para ello se aplicó una prueba de ordenamiento (Anexo C: 2), la cual se dividió

en tres sesiones, las dos primeras evaluando grupos de 6 muestras y la tercera

evaluando cuatro muestras seleccionadas en las dos primeras sesiones (2 muestras de

cada sesión con mayor puntuación), esto con el objetivo de evitar la saturación de los

panelistas por el número de muestras. En la primera sesión se evaluaron los

microencapsulados obtenidos con maltodextrina y la segunda sesión los

microencapsulados con Hi-Cap 100. La prueba de ordenamiento se realizó de acuerdo a

la intensidad de aroma y sabor a cacao, en un orden ascendente. Se aplicó una prueba

de Friedman para apreciar diferencias entre las muestras.

Finalmente, se realizó un análisis descriptivo para dos productos con inclusión del

microencapsulado seleccionado. En primer lugar, se decidió aplicar el microencapsulado



seleccionado en un producto de chocolatería, con el fin de aplicar el encapsulado como

potenciador de aroma a cacao. De acuerdo a esto, se aplicó el ME en un producto de

chocolate instantáneo que consistía en cocoa con un 16 % de grasa, este producto fue

seleccionado por sugerencia de empleados de Casa Luker S.A., ya que es uno de los

productos con mayores pérdidas de compuestos aromáticos, principalmente por la

extracción de manteca de cacao. Se prepararon tres muestras con inclusiones de cacao

al 1, 3 y 5 % del microencapsulado y se evaluaron mediante una prueba descriptiva

cuantitativa aplicando una escala de 0 a 10 (Anexo C: 3), teniendo en cuenta los atributos

de aroma, sabor, amargo, astringencia, cuerpo e impresión global. Las concentraciones

elegidas fueron de acuerdo al rango de concentraciones utilizadas por la empresa para

saborizantes y aromas comerciales (máximo de 5 %).

Adicionalmente, se llevó a cabo una prueba descriptiva cuantitativa evaluando la dilución

directa del microencapsulado en leche, con el fin de analizar su uso como modificador de

leche para la obtención de una bebida chocolatada. Se prepararon tres muestras de

microencapsulado en leche entera adquirida comercialmente, en concentraciones de 10

%, 15 % y 20 %, correspondientes a porciones de 20, 30 y 40 g de producto en 200 ml de

leche. En esta prueba también se empleó una escala de 0 a 10, evaluando los atributos

de aroma, sabor a cacao, sabor lácteo, amargo, cremosidad, color e impresión global

(Anexo C: 4). Los resultados para los dos productos (chocolate en polvo y bebida

chocolatada) fueron tabulados y analizados mediante prueba de Kruskal-Wallis y

diferencia mínima significativa (DMS).

5. Capítulo 5. Resultados y Discusión

5.1 Caracterización de propiedades físicas de los microencapsulados

En la Tabla 5 se presentan los resultados de las condiciones obtenidas durante el secado

por aspersión en cada tratamiento evaluado. Como una variable de control, se determinó

el contenido de sólidos solubles para cada una de las emulsiones con el fin de garantizar

una adecuada preparación. Una variación por encima de 2 °Brix representaría una

incorrecta preparación entre los componentes de las mezclas (Revelo, 2014).

Tabla 5. Condiciones ambientales y de operación durante el secado por aspersión.

EC REC/LC Tent (°C) Tsal (°C) HR (%) Tamb (°C) °Brix

MD 10DE

3:1 150 74,0 ± 2,0 48,8 ± 4,0 21,4 ± 0,8 21,8 ± 0,1

3:1 180 88,3 ± 2,1 45,5 ± 3,0 22,0 ± 0,8 21,7 ± 0,1

3:1 210 105,2 ± 1,8 47,8 ± 1,3 21,2 ± 1,1 21,5 ± 0,0

2:1 150 74,7 ± 2,1 48,5 ± 0,5 21,6 ± 0,8 22,1 ± 0,2

2:1 180 87,0 ± 2,0 49,7 ± 2,9 21,1 ± 1,2 21,9 ± 0,1

2:1 210 106,5 ± 1,6 50,5 ± 1,5 21,1 ± 0,6 21,9 ± 0,2

Hi-Cap 100

3:1 150 74,3 ± 1,1 48,7 ± 3,8 22,4 ± 1,4 20,6 ± 0,1

3:1 180 88,8 ± 1,3 50,8 ± 7,9 22,1 ± 1,0 20,5 ± 0,1

3:1 210 106,5 ± 0,7 49,8 ± 5,9 22,0 ± 1,0 20,7 ± 0,1

2:1 150 75,3 ± 0,3 48,8 ± 5,8 21,3 ± 1,6 20,9 ± 0,1

2:1 180 87,6 ± 1,2 48,8 ± 2,0 22,4 ± 0,8 20,9 ± 0,1

2:1 210 105,5 ± 1,8 47,3 ± 1,6 21,6 ± 1,2 20,9 ± 0,2

Medias ± desviación estándar (n = 3). EC = Encapsulante. REC/LC = Relación encapsulante/licor de cacao. Tent

= Temperatura de entrado. Tsal = Temperatura de salida. Tamb = Temperatura ambiente.

Se apreciaron ligeras variaciones en las Tsal del aire a las mismas Tent programadas,

usualmente estas variaciones dependen de la eficiencia térmica que es afectada por las

condiciones de medio de secado (Kajiyama y Park, 2011).

32 Evaluación de propiedades fisicoquímicas, morfológicas y sensoriales de microencapsulados de cacao obtenidos por

spray drying

Tabla 6. Resumen de análisis de varianza del efecto de encapsulante (EC), relación encapsulante/licor de cacao (REC/LC) y temperatura de entrada (Tent) sobre el comportamiento de microencapsulados.

Variable

ANOVA multifactorial

Factores Interacciones entre factores

EC REC/LC Tent

EC × REC/LC EC × Tent REC/LC × Tent EC × REC/LC × Tent

AW

*** NS *** NS NS NS NS

HME

*** *** ***

NS *** ** **

Rto

*** *** ***

NS NS ** NS

Dv

* NS ***

** *** NS NS

ISA

*** *** **

NS NS NS NS

IAA

*** *** ***

NS NS NS NS

CH

*** *** *

NS NS NS NS

Hi

*** ** ***

** NS NS NS

L*

* *** **

NS NS NS **

a*

*** *** NS

NS NS NS **

b*

** *** NS

NS NS NS *

C*ab

*** *** NS

NS NS NS **

h*ab *** *** * * NS NS **

Aw = Actividad de agua; HME =Humedad del microencapsulado; Rto = Rendimiento ME; Dv = Densidad volumétrica; ISA = Índice de solubilidad en agua; IAA = Índice de absorción de agua; CH = Capacidad de hinchamiento; Hi = Higroscopicidad. ANOVA: *, ** y *** representan diferencia significativa a niveles de probabilidad de 0,05, 0,01 y 0,001 respectivamente. NS, no significativo a α = 0,05.

Capítulo 5. Resultados y Discusión 33

Como se mencionó con anterioridad, dos covariables se midieron durante la etapa

experimental, la humedad relativa y la temperatura ambiente (Tabla 5), las cuales fueron

seleccionadas por el efecto que ejercen sobre el medio de secado (aire del medio

ambiente) que es utilizado durante el proceso y cuyo comportamiento es incontrolable.

Estudios previos han reportado que la eficiencia térmica del procesos de secado por

aspersión puede disminuir cuando la humedad relativa del aire del ambiente aumenta

(Kajiyama y Park, 2011).

Una vez aplicado el análisis de varianza multifactorial incluyendo las covariables, se

encontró que ninguna de ellas tuvo un efecto sobre las variables evaluadas (ver anexo A:

2). Tanto la humedad relativa como la temperatura ambiente presentaron un valor p ≥

0.05, indicando que no influyeron de forma significativa en el comportamiento de las

variables, a un nivel de confianza del 95 %. Por lo tanto, las covariables fueron excluidas

y se procedió al análisis de los datos sin su consideración. En ese orden de ideas, el

resumen del análisis de varianza del efecto de los factores encapsulante (EC), relación

encapsulante/licor de cacao (REC/LC), temperatura de secado (Tent) y sus interacciones

sobre el comportamiento de los microencapsulados se presenta en la Tabla 6.

5.1.1 Rendimiento

El rendimiento del proceso fue afectado significativamente por los factores temperatura

de secado, encapsulante y relación de la emulsión (Tabla 7). El encapsulante Hi-Cap 100

presentó un mayor rendimiento que el obtenido con maltodextrina 10DE en cuanto a

recuperación de producto. La relación de encapsulante/licor de cacao presentó un efecto

favorable sobre el rendimiento con el incremento del material encapsulante. Janiszewska

et al. (2015) reportaron un comportamiento similar, quienes obtuvieron mayor rendimiento

de microencapsulados con menores inclusiones de aroma de limón en fase oleosa.

Menores rendimientos son asociados a mayor adherencia del polvo en la cámara de

secado (Zuidam y Heinrich, 2010). Con relación a ello, mayor adherencia fue observada

por Janiszewska et al. (2015) con mayor adición de aroma (10%). Por otro lado, existió

un efecto directamente proporcional de la temperatura sobre el rendimiento del

microencapsulado, obteniendo un mayor rendimiento para la mayor temperatura

evaluada (210 °C), como se observa en la Tabla 7.


Tabla 7. Efecto de factores sobre Rto, Aw, HME y Dv de microencapsulados.

ANOVA: *, ** y *** representan diferencia significativa a niveles de probabilidad de 0,05, 0,01 y 0,001 respectivamente. NS, no significativo a α = 0,05. Medias con

letras diferentes representan diferencias estadísticamente significativas según prueba de Tukey (P ≤ 0,05).

Tratamiento Rto (%) Aw HME (%) Dv (g/cm3)

Encapsulante

MD 10DE 40,06b 0,103b 1,56b 0,605b

Hi-Cap 100 46,84a 0,181a 2,18a 0,622a

Significancia *** *** *** *

Relación Encapsulante/Licor de cacao

3:1 46,17a 0,150 2,14a 0,613

2:1 40,73b 0,134 1,61b 0,614

Significancia *** NS *** NS

Temperatura de entrada

150 37,65c 0,200a 2,65a 0,649a

180 42,24b 0,135b 1,71b 0,635a

210 50,47a 0,092c 1,26c 0,557b

Significancia *** *** *** ***

CV (%) 4,60 16,24 12,33 3,78


Al evaluar las interacciones entre los factores y su efecto sobre la variable rendimiento,

solo se encontró un efecto significativo entre la interacción REC/LC×Tent (Tabla 6). Se

mantiene un comportamiento del rendimiento de forma directamente proporcional al

incremento de temperatura, siendo independiente entre las proporciones 3:1 y 2:1 (Figura

6); mientras que el incremento en la proporción del material encapsulante (3:1) tiene un

efecto positivo sobre la recuperación de microencapsulado que es favorecida por el

incremento de temperatura.

Un mayor rendimiento se alcanza con una relación 3:1 a 210 °C, por el contrario un

menor rendimiento se obtiene con una relación 2:1 a 150 °C (Figura 6). No existió

diferencia entre tratamientos 3:1-180 y 2:1-210, lo que indica un gran efecto por parte de

la REC/LC puesto que con una temperatura de secado de 180 °C se alcanzó un

rendimiento similar al obtenido a 210 °C sólo por incrementar la proporción del material

de pared.

Figura 6. Efecto de Relación EC/LC × T entrada sobre rendimiento de

microencapsulados.

Finalmente, no se encontraron diferencias significativas en la interacción EC×REC/LC×Tent

para los rendimientos obtenidos (Tabla 6).Los valores promedio de rendimiento (al igual

que demás variables de respuesta) se reportan en la Tabla 8. Se encontraron

rendimientos entre 32,65 y 58,77 % de microencapsulado recuperado, siendo el mayor

obtenido con el tratamiento HC-3:1-210 y el menor con MD-2:1-150.


Tabla 8. Efecto de interacción EC×REC/LC×Tent sobre propiedades físicas de microencapsulados.

Tratamiento Aw HME (%) Rto (%) Dv (g/cm3) ISA (%) IAA (g/gps) CH (g/gps) Hi (%)

MD - 3:1 - 150 0,162 ± 0,027 2,20 ± 0,32de 36,28 ± 1,31 0,604 ± 0,010 82,24 ± 1,46 0,54 ± 0,04 4,66 ± 0,49 7,59 ± 1,02

MD - 3:1 - 180 0,108 ± 0,023 1,99 ± 0,32cd 41,49 ± 2,60 0,591 ± 0,010 82,69 ± 2,45 0,54 ± 0,08 4,85 ± 0,79 8,43 ± 1,05

MD - 3:1 - 210 0,052 ± 0,007 1,47 ± 0,15abc 51,19 ± 2,98 0,580 ± 0,007 81,14 ± 2,47 0,62 ± 0,11 4,36 ± 0,73 9,90 ± 0,15

MD - 2:1 - 150 0,156 ± 0,040 1,58 ± 0,35abcd 32,65 ± 1,48 0,623 ± 0,007 75,81 ± 1,30 0,68 ± 0,08 3,14 ± 0,22 7,33 ± 1,06

MD - 2:1 - 180 0,073 ± 0,017 1,08 ± 0,15a 35,79 ± 2,59 0,621 ± 0,021 75,00 ± 2,57 0,72 ± 0,09 3,03 ± 0,43 9,05 ± 0,35

MD - 2:1 - 210 0,067 ± 0,018 1,05 ± 0,09a 42,97 ± 2,06 0,609 ± 0,015 73,85 ± 2,75 0,90 ± 0,18 2,85 ± 0,42 9,42 ± 0,45

HC - 3:1 - 150 0,269 ± 0,025 4,00 ± 0,15f 41,67 ± 1,80 0,694 ± 0,008 79,20 ± 1,86 0,77 ± 0,10 3,83 ± 0,42 9,89 ± 1,04

HC - 3:1 - 180 0,179 ± 0,031 1,98 ± 0,28cd 47,64 ± 2,20 0,681 ± 0,036 79,63 ± 1,24 0,79 ± 0,10 3,92 ± 0,29 11,72 ± 0,84

HC - 3:1 - 210 0,130 ± 0,019 1,20 ± 0,14ab 58,77 ± 2,06 0,526 ± 0,027 75,82 ± 2,77 0,92 ± 0,04 3,17 ± 0,45 12,58 ± 1,35

HC - 2:1 - 150 0,212 ± 0,025 2,81 ± 0,25e 39,99 ± 1,22 0,672 ± 0,022 72,24 ± 1,07 0,95 ± 0,03 2,61 ± 0,14 9,32 ± 0,52

HC - 2:1 - 180 0,179 ± 0,179 1,79 ± 0,28bcd 44,03 ± 1,09 0,646 ± 0,054 74,02 ± 0,67 0,91 ± 0,01 2,85 ± 0,10 9,65 ± 0,39

HC - 2:1 - 210 0,118 ± 0,010 1,32 ± 0,07abc 48,94 ± 1,53 0,514 ± 0,008 68,18 ± 2,34 1,08 ± 0,05 2,15 ± 0,24 9,82 ± 0,28

Significancia NS ** NS NS NS NS NS NS

Medias ± desviación estándar (n = 3). ANOVA: *, ** y *** representan diferencia significativa a niveles de probabilidad de 0,05, 0,01 y 0,001 respectivamente. NS, no significativo a α = 0,05. Medias con letras diferentes representan diferencias estadísticamente significativas según prueba de Tukey (P ≤ 0,05).gps = gramos de polvo seco.


Barroso et al. (2014) reportaron rendimientos similares de 54,8 % con una proporción de

material de pared/aceite de 2:1 para encapsulación de aceite de linaza con Capsul

(almidón modificado). Encapsulación de aceite esencial de Lippia sidoides también ha

sido estudiado, Fernandes et al. (2008) obtuvieron recuperaciones de polvo del 14 – 63

% con mezclas de maltodextrina y goma arábiga, encontrando que la eficiencia de

encapsulación aumentó con el incremento de goma arábiga en las formulaciones y que el

rendimiento mejoraba con el incremento de temperatura de secado.

Por otra parte, Santiago-Adame et al. (2015) evaluaron las condiciones de

microencapsulación de extractos de canela por spray drying empleando maltodextrina 10

DE como material encapsulante. Los autores obtuvieron rendimientos de 27,48 – 49,60

% de producto, siendo mayores a mayor temperatura de secado y más alta tasa de

alimentación de producto. Por otro lado, altos rendimientos en comparación con los

obtenidos (64,5 – 74,4 %) fueron reportados en microencapsulados de extracto de

semillas de uvas con maltodextrina y goma de mezquite (Davidov-Pardo et al., 2012).

5.1.2 Humedad y actividad de agua

En cuanto a la humedad del microencapsulado y la actividad acuosa, existió una

diferencia significativa en el factor encapsulante, evidenciando un efecto del tipo de

encapsulante sobre estas variables (Tabla 7). Las microcápsulas con Hi-Cap 100

presentan un mayor contenido de agua (2,18 %) y a su vez mayor actividad acuosa

(0,181). Este comportamiento fue diferente al reportado por Villacrez et al. (2014),

quienes evaluaron diferentes materiales de pared para encapsulación de extractos

acuosos de mora, sin encontrar diferencias significativas de actividad de agua y

contenido de humedad entre Hi-Cap 100 (Aw = 0,311 y HME = 4,89 %) y maltodextrina

20DE (Aw = 0,310 y HME = 4,74 %).

En la proporción de las emulsiones, no se encontró una diferencia significativa entre la

actividad acuosa pero si en la humedad, incrementando el contenido de agua con una

menor inclusión de licor de cacao. Adamiec y Kalemba (2006) y Fernandes et al. (2008)

reportan una relación lineal entre la inclusión de aroma y el contenido de humedad. El

aumento en las concentraciones de aroma liposoluble (aceites esenciales) causó la

disminución del contenido de agua de los microencapsulados en los estudios

mencionados.



Como era de esperarse, el factor temperatura tuvo un efecto inversamente proporcional

sobre las variables de humedad y actividad acuosa (Tabla 7). Se encontraron diferencias

significativas entre las mismas, con menores valores de humedad y actividad de agua a

medida que la temperatura de secado incrementaba. Sin embargo, se puede observar

que una temperatura relativamente baja (150 °C) es suficiente para producir polvos con

bajos contenidos de agua, usualmente por debajo de 3 %. Un comportamiento similar fue

obtenido por Adamiec y Kalemba (2006) en microencapsulación de aceite esencial de

menta y elemí con maltodextrina, donde encontraron contenidos bajos de humedad con

una temperatura de secado de150 °C.

Al evaluar las interacciones entre factores, se encontró un efecto sobre humedad del

microencapsulado en las interacciones REC/LC×Tent, EC×Tent y EC×REC/LC×Tent (Tabla 6).

En todas las interacciones, la temperatura de secado mantuvo un efecto inverso al

contenido de agua. La interacción REC/LC×Tent (Figura 7: a) mostró que en cada proporción

(3:1 y 2:1) mayores temperaturas permitieron una mayor remoción de agua en los

microencapsulados, generando menores contenidos de humedad a temperaturas altas

(210 °C) y mayores a temperaturas bajas (150 °C). El incremento en la proporción del

encapsulante si mostró un efecto en el contenido de humedad; encapsulados obtenidos a

temperatura baja (150 °C) y con un mayor contenido de encapsulante presentaron los

mayores contenidos de humedad y viceversa. No se encontraron diferencias entre

microencapsulados 3:1-180 y 2:1-150, igualmente encapsulados 3:1-210, 2:1-180 y 2:1-

210 no presentaron diferencias de HME entre sí, siendo los de menores contenidos de

humedad, pero si con el resto de los tratamientos.

Figura 7. Efecto de interacciones entre factores sobre HME: (a) interacción entre

REC/LC×Tent. (b) interacción de EC×Tent de microencapsulados.


El efecto de la interacción EC×Tent sobre la humedad de microencapsulados puede

observarse en la (Figura 7: b). Existió una diferencia significativa entre temperaturas para

el encapsulante Hi-Cap 100, con un efecto inverso al incremento de la temperatura de

secado. El mayor contenido de humedad lo obtuvo el microencapsulado con HC a 150

°C, siendo el único tratamiento que presentó diferencia significativa con los demás. Por el

contrario, menores contenidos de humedad se encontraron en tratamientos a 210 °C. Sin

embargo, no existió diferencia significativa entre material encapsulante para dicha

temperatura (MD-210 y HC-210).

Fernandes et al. (2014) mencionan que la humedad es un parámetro muy importante en

la calidad y vida útil de los polvos, debido a que una alta humedad puede causar

problemas durante el almacenamiento por la adherencia entre las partículas,

aglutinamiento y posible oxidación del material encapsulado.

Esta variable fue la única que presentó diferencia significativa entre la interacción de los

tres factores evaluados (interacción EC×REC/LC×Tent), de acuerdo al análisis de varianza

multifactorial (Tabla 6). Los microencapsulados presentaron un contenido de humedad

entre 1,05 % – 4,00 %, por debajo de las especificaciones mínimas para polvos secos

empleados en la industria alimentaria, que se encuentran entre 3 – 4 % (Campos et al.,

2015). Estos valores son similares a los encontrados en aceite esencial de romero

reportado por Fernandes et al. (2014) entre 0,17 y 3,87 %; para encapsulados con aroma

de limón entre 2,5 y 5,2 % (Janiszewska et al., 2015), para aceite esencial de café entre

0,76% y 3,23 % (Frascareli et al., 2012) y aceite esencial de mandarina 1,96 – 2,54 %

reportado por Bringas-Lantigua et al. (2011).

Los bajos contenidos de agua se encuentran usualmente asociados a bajos valores de

actividad de agua. Campos et al. (2015) mencionan que de acuerdo a la teoría de la

difusión selectiva, cuando la concentración de agua en la superficie disminuye entre

valores de 7 – 23 % (Aw < 0.90), la superficie seca actúa como membrana

semipermeable que permite la difusión de agua de forma continua, reteniendo las

moléculas de aroma de manera eficiente.

5.1.3 Densidad volumétrica

La densidad volumétrica presentó diferencias significativas para los factores

encapsulante y temperatura (Tabla 7). Los microencapsulados obtenidos con Hi-Cap 100



mostraron mayor densidad volumétrica que los obtenidos con maltodextrina. Este

comportamiento puede atribuirse a un mayor peso molecular del almidón modificado (Hi-

Cap 100) respecto a las maltodextrinas (obtenidas por hidrólisis de almidones). Tonon et

al. (2010) mencionan que los almidones están constituidos principalmente por amilosa

(20 – 30 %) y amilopectina ( 70 – 80 %), siendo las amilopectinas de mayor peso

molecular. Cuanto mayor sea el peso molecular, las partículas del polvo se acomodan y

ordenan de forma más fácil entre ellas, ocupando así un menor espacio (volumen), lo que

resulta en una mayor densidad volumétrica.

La temperatura de secado, tuvo un efecto inverso sobre la densidad volumétrica (Tabla

7). Temperaturas altas generan menor densidad volumétrica. Resultado similares han

sido reportados por Aghbashlo et al. (2012) quienes evaluaron la microencapsulación de

aceite de pescado con materiales de pared lácteos, encontrando que variaciones de

temperatura de 140 a 180 °C causaron un decrecimiento de la densidad volumétrica. La

densidad volumétrica está estrechamente relacionada con el tamaño de partícula y sus

dimensiones, un mayor número de partículas pequeñas permite reducir los espacios

entre las partículas; de acuerdo a ello, las bajas densidades volumétricas asociadas a

altas temperaturas de secado se deben al incremento del tamaño de partículas (Goula et

al., 2004). Diferentes estudios han verificado que altas temperaturas de secado obtienen

partículas de grandes volúmenes, resultando en menor densidad volumétrica (Cai y

Corke, 2000; Goula et al., 2004; Tonon et al., 2011).

La densidad volumétrica no se vio afectada por la variación entre encapsulante y licor de

cacao, no existieron diferencias significativas como se observa en la tabla Tabla 7. Sin

embargo, algunos estudios sugieren lo contrario. Janiszewska (2015) mencionan que la

Dv se relaciona con el contenido de sólidos en la emulsión, en cuyo caso, cuanto menor

sea el contenido de sólidos menor será la densidad volumétrica de los polvos. En su

estudio, los autores encontraron que a mayor contenido de aroma de limón, menor era el

contenido de sólidos en la emulsión y la densidad volumétrica era más baja. El aumento

de 2 a 6 % de contenido de aroma causó la disminución en los valores de densidad

volumétrica.

Las interacciones entre los factores EC×REC/LC y EC×Tent presentaron un efecto

significativo en la densidad volumétrica (ver Tabla 7 y Figura 8). Un incremento en la


proporción de encapsulante (3:1) presentó una diferencia significativa entre

encapsulantes (Figura 9: a). Los encapsulados con HC y en proporción 3:1 presentan

una mayor densidad volumétrica. Por el contrario, los encapsulados con MD y con la

misma proporción (3:1), mostraron una reducción en la densidad volumétrica; es decir, un

efecto inverso con el incremento del encapsulante. Este comportamiento no se observó

en la relación 2:1, ya que no se encontraron diferencias significativas entre

encapsulantes con esta proporción.

Figura 8. Efecto de interacciones entre factores sobre Dv: (a) interacción entre

EC×REC/LC. (b) interacción entre EC×Tent.

No existió un efecto de la temperatura sobre la densidad volumétrica en encapsulados

con MD (Figura 8: b), pero todos los encapsulados con este material presentaron

diferencias respecto a los obtenidos con HC. Mayores valores de densidad volumétrica

se obtuvieron con HC a temperaturas de 150 y 180 °C (sin existir diferencias

significativas entre sí). Sólo el tratamiento HC-210 presentó un valor por debajo de los

demás con una diferencia significativa.

La densidad volumétrica es un parámetro importante para el manejo de polvos durante el

almacenamiento debido a que bajas densidades volumétricas pueden implicar gran

inclusión de aire que podría resultar en procesos de oxidación, dificultando la estabilidad

(Koç et al., 2011). La densidad volumétrica de los microencapsulados varió de 0,514 a

0,694 g/cm3 (Tabla 8), valores superiores a diferentes estudios reportados. Aghbashlo et

al. (2012) evaluaron encapsulados de aceite de pescado, que variaron entre 0,248 y

0,374 g/cm3. Valores un poco superiores, fueron encontrados para microencapsulados de

aceite de oliva con mezclas de maltodextrina/proteína de suero aislada con valores de

0,205 a 0,530 g/cm3 (Koç et al., 2015). Dv obtenidas con Hi-Cap 100 se han reportado



para aceite de linaza (0,332 – 0,387 g/cm3) (Tonon et al., 2012), mientras que valores de

microencapsulados de asaí con maltodextrina 10DE de 0,309 fueron obtenidos por

Tonon et al. (2010). Las Dv para aroma de limón fueron encontrados de 0,325 – 0,467,

los cuales son un poco más cercanos a los resultados obtenidos (Janiszewska et al.,

2015). Finalmente, los valores encontrados en pigmentos microencapsulados de

Amaranthus reportados por Cai y Corke (2000) fueron más similares a los valores

obtenidos, variando entre 0,52 y 0,67.

5.1.4 Índice de solubilidad en agua (ISA), índice de absorción de agua (IAA), capacidad de hinchamiento (CH)

Las propiedades de rehidratación de los microencapsulados fueron evaluadas en

términos de ISA, IAA y CH. El ISA describe capacidad a la cual los componentes del

microencapsulado se disuelven en agua, mientras que el IAA mide el volumen ocupado

por el encapsulante después de hincharse en exceso de agua (Barroso et al., 2014;

Vidović et al., 2014). Los efectos de los factores sobre dichas propiedades pueden

observarse en la Tabla 9.

Encapsulados elaborados con maltodextrina presentaron mayor solubilidad que los

obtenidos con Hi-Cap 100, mientras que el aumento en la inclusión de licor de cacao

redujo el ISA, lo que puede ser atribuido al aumento de la fracción liposoluble de los

encapsulados que genera un mayor carácter hidrofóbico (Kha et al., 2010; Paini et al.,

2015). El incremento en la temperatura de secado no presentó un efecto lineal sobre el

ISA (Tabla 9). Sin embargo, la mayor temperatura de secado (210 °C) presentó un ISA

más bajo. Kha et al. (2014) encontraron que el ISA era mayor cuando la temperatura de

entrada incrementaba, ello se debía a una mayor remoción de agua (factor dominante

que afecta la solubilidad). Es decir, menor contenido de agua en los polvos incrementa su

solubilidad.

Los valores de ISA se encontraron entre 68,18 – 82,69 %. Estos valores fueron cercanos

a los reportados por Kha et al. (2014) para microencapsulados de aceite de Gac (79,65 –

94,28 %) y similares a microencapsulados de compuestos fenólicos de oliva obtenidos

por Paini et al. (2015), los cuales variaron en un rango de 79 – 89 %. Sin embargo,

fueron más altos que los obtenidos por Ahmed et al. (2010) para la encapsulación de

papa morada (42,41 – 56,95 %).


En relación con el IAA, se observó que los microencapsulados con Hi-Cap 100

presentaron un IAA superior a los obtenidos con MD, esto probablemente ocurre por una

mayor capacidad de hinchamiento del almidón (Ahmed et al., 2010). El incremento de la

temperatura de 150 a 180 °C no presentó diferencias significativas sobre IAA (p<0,05),

pero si presentó un incremento significativo con el incremento de 180 a 210 °C (Tabla 9).

Este comportamiento ha sido reportado por Paini et al. (2015), quienes encontraron un

incremento del IAA con el aumento de temperatura de 130 a 180 °C.

Tabla 9. Efecto de factores sobre Hi, ISA, IAA y CH de microencapsulados.

Tratamiento Hi (%) ISA (%) IAA (g/gpsa) CH (g/gps)

Encapsulante

MD 10DE 8,62b 78,45a 0,67b 3,82a

Hi-Cap 100 10,50a 74,85b 0,90a 3,09b

Significancia *** *** *** ***


3:1 10,02a 80,12a 0,69b 4,13a

2:1 9,10b 73,18b 0,87a 2,77b

Significancia ** *** *** ***


150 8,53b 77,37a 0,73b 3,56ab

180 9,71a 77,83a 0,74b 3,66a

210 10,43a 74,75b 0,88a 3,14b

Significancia *** ** *** *

CV (%) 8,40 2,66 11,16 12,84

ANOVA: *, ** y *** representan diferencia significativa a niveles de probabilidad de 0,05, 0,01 y 0,001

respectivamente. NS, no significativo a α = 0,05. Medias con letras diferentes representan diferencias

estadísticamente significativas según prueba de Tukey (P ≤ 0,05). gps=gramos de polvo seco.

Los IAA se encontraron entre 0,54 – 1,08 g/gps, valores muy cercanos a los encontrados

por Ahmed et al. (2010) entre 0,86 – 1,20 g/gps. Los autores mencionados explican que

las variaciones en los IAA dependen del grado de participación de los grupos hidroxilo en

la formación de puentes de hidrógeno y enlaces covalentes entre cadenas de almidones;

a su vez, que un incremento en su valor es asociado a la pérdida de la estructura

cristalina.

Los microencapsulados obtenidos presentaron altos valores de ISA y bajos valores de

IAA. Esta característica es deseable en polvos de buena calidad ya que un alto ISA y un

bajo IAA es ideal para que un polvo pueda mojarse rápida y completamente sin formar

grumos durante su disolución (Vidović et al., 2014).



Con respecto a la CH, fue afectada por los tres factores evaluados (EC, REC/LC y Tent) de

forma independiente. Encapsulados con MD tienen mayor CH que los obtenidos con Hi-

Cap 100. Por su parte, mayor presencia de encapsulante en la formulación incrementó la

CH del encapsulado. La CH, al igual que ISA, no presentó un comportamiento lineal con

el aumento de la temperatura. Los valores de CH estuvieron entre 2,15 y 4,85 g/gps,

ligeramente superiores a los reportados por Paini et al. (2015) y Ahmed et al. (2010) que

se encontraron entre 2,10-3,12 g/gps y 2,01-2,56 g/gps respectivamente.

5.1.5 Higroscopicidad

La higroscopicidad es definida como la capacidad de un material para absorber la

humedad de un ambiente con alta humedad relativa, siendo relacionada con la porosidad

en polvos o con el estado vítreo amorfo de los azúcares presentes en un alimento

(Vidović et al., 2014). Se considera como un factor crítico en microencapsulados, puesto

que el porcentaje de agua influye en la oxidación lipídica (encapsulados de materiales

oleosos), la fluidez del polvo y pérdida de compuestos (Frascareli et al., 2012).

Fernandes et al. (2013) también mencionan que la higroscopicidad puede afectar la

reconstitución del polvo al reducir su capacidad de dispersión.

En cuanto a este parámetro, los encapsulados producidos con el almidón modificado (Hi-

Cap 100) tuvieron un mayor valor (Tabla 9). Vidović et al. (2014) mencionan que la

higroscopicidad se encuentra asociada a la temperatura de transición vítrea (Tg), donde

altos valores de Tg generan baja higroscopicidad. En su estudio los autores confirmaron

que una mayor concentración de maltodextrina generaba mayores Tg de los polvos y en

consecuencia menor higroscopicidad.

Como era de esperarse, un menor contenido de licor de cacao, y por consiguiente menor

contenido de grasa, favorece una mayor absorción de agua en los microencapsulados

(relación 3:1). Efectos similares fueron reportados por Frascareli et al. (2012), quienes

evaluaron diferentes condiciones para la microencapsulación de aceite de café,

encontrando valores más bajos de higroscopicidad al utilizar concentraciones más altas

de aceite. De igual forma, el incremento de temperatura de secado genera una mayor

higroscopicidad en los microencapsulados, esto se relaciona con una mayor remoción de

agua y por ende una mayor absorción de agua para alcanzar su equilibrio en un medio


de alta humedad relativa. Un mayor contenido de agua en los encapsulados genera un

menor gradiente de concentración de agua entre el polvo y la atmosfera como lo explica

Fernandes et al. (2013).

Figura 9. Efecto de EC×REC/LC sobre Hi de microencapsulados.

La interacción entre los factores EC×REC/LC influyó en la higroscopicidad de los

microencapsulados (Figura 9). La Hi presentó diferencias significativas entre la REC/LC

pero no entre encapsulantes. El efecto del factor REC/LC se mantuvo, presentando

mayores valores de Hi para encapsulados con menor contenido de licor de cacao, efecto

relacionado a un menor contenido graso en las microcápsulas.

Los valores de Hi se encontraron en un rango de 7,33 – 12,58 g/100g. Los resultados

fueron bajos comparados con relación a otros estudios. Fernandes et al. (2013)

reportaron valores entre 15,87 – 18,90 % para encapsulados de aceite esencial de

romero, mientras que pigmentos microencapsulados de amaranto con diferentes

carbohidratos como agentes encapsulantes, presentaron una higroscopicidad alta (44.6 –

49.5 g/100g) y específicamente con maltodextrina de 10DE de 40,9 g/100g (Cai y Corke,

2000). Sin embargo, los resultados fueron superiores a microencapsulados de extractos

de semilla de uva encontrados entre 4,0 y 6,7 g/100g, usando goma arábiga como

material de pared (Davidov-Pardo et al., 2012).



5.1.6 Colorimetría triestímulo

Los parámetros de color presentaron diferencias estadísticamente significativas para

cada factor evaluado. El efecto de los factores sobre los parámetros L*, a*, b*, C*ab y h*ab

se presentan en la Tabla 10.

Tabla 10. Efecto de factores sobre parámetros de color de microencapsulados.

Tratamiento L* a* b* C*ab h*ab

Encapsulante

MD 10DE 73,98a 5,86b 14,16b 15,32b 1,18a

Hi-Cap 100 72,89b 6,69a 14,84a 16,28a 1,15b

Significancia * *** ** *** ***


3:1 75,45a 5,80b 13,84b 15,01b 1,18a

2:1 71,42b 6,75a 15,15a 16,59a 1,15b

Significancia *** *** *** *** ***


150 74,21a 6,16 14,51 15,76 1,17ª

180 73,75a 6,17 14,39 15,66 1,17ª

210 72,36b 6,49 14,60 15,98 1,16b

Significancia ** NS NS NS *

CV (%) 1,83 5,82 3,80 4,06 12,84

ANOVA: *, ** y *** representan diferencia significativa a niveles de probabilidad de 0,05, 0,01 y 0,001

respectivamente. NS, no significativo a α = 0,05. Medias con letras diferentes representan diferencias

estadísticamente significativas según prueba de Tukey (P ≤ 0,05).

El parámetro de brillo presentó diferencia significativa para el tipo de encapsulante,

alcanzando un mayor valor en encapsulados con MD (Tabla 10). A su vez, fue afectado

por la temperatura de secado, disminuyendo con el incremento de este factor. Por otro

lado, un incremento en la concentración de licor de cacao generó un menor brillo en los

encapsulados. Al respecto, Janiszewska et al. (2015) mencionan que cuando se emplean

encapsulantes de color blanco y se encuentra en mayor proporción que el núcleo, los

valores obtenidos para el parámetro brillo (L*) son más altos. Adicional a ello, el licor de

cacao presenta un color marrón que puede causar la disminución del brillo con el

aumento de su porcentaje en la mezcla.

Los tres factores evaluados presentan un efecto significativo en las coordenadas a* y b*

(Tabla 10). Los encapsulados se encontraron ubicados en el primer cuadrante (+a*, +b*)

indicando una tendencia hacia coloración roja y amarilla respectivamente. La coordenada


a* fue afectada por el tipo de encapsulante (mayor coloración rojiza con Hi-Cap 100) y la

REC/LC (mayor coloración rojiza a mayor contenido de LC). El mismo comportamiento se

observó en el parámetro b*, el encapsulante Hi-Cap 100 y la relación 2:1 presentaron

mayores valores, con tendencia hacia una coloración amarilla. No obstante, el cambio en

la temperatura no presentó una cabio significativo en los parámetros a* y b*.

En la Tabla 11 se presentan los parámetros L*a*b* de todos los microencapsulados

obtenidos. Los encapsulados presentaron valores entre 69,14 – 77,01 para L*, 5,00 –

7,12 para a* y 12,89 – 5,50 para b*. Se observó una similitud de los microencapsulados

obtenidos con HC-2:1 en los parámetros a*, b* (Figura 10: M10, M11 y M12) a diferencia

de los demás microencapsulados que no presentaron una agrupación notoria en estas

coordenadas.

En cuanto al croma y tono, el ángulo del tono de los encapsulados varió de 1,14° a 1,20°

con tendencia a 0°, exhibiendo un color rojo más intenso de acuerdo a los bajos valores

de h*ab. Mientras que la saturación de color se encontró en un rango de 13,83 – 17,02

Tabla 11, mostrando mayor saturación en polvos obtenidos con Hi-Cap 100 y con mayor

inclusión de licor de cacao (REC/LC 2:1), como se muestra en la Tabla 10.

a*4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5

b*

12,5

13,0

13,5

14,0

14,5

15,0

15,5

16,0

L*68

70

72

74

76

78

M1

M2

M3M7

M11

M4

M5

M6

M8

M9

M12

M10

M1

M2

M3

M4

M5

M6

M7

M8

M9

M10

M11 M12

Figura 10. Gráfico de coordenadas a*b* y luminosidad de microencapsulados: M1=MD-3:1-150, M2=MD-3:1-180, M3=MD-3:1-210, M4=MD-2:1-150, M5=MD-2:1-180, M6= MD-2:1-210, M7=HC-3:1-150, M8=HC-3:1-180, M9=HC-3:1-210, M10=HC-2:1-150, M11=HC-

2:1-180 y M12=HC-2:1-210.


Tabla 11. Efecto de interacción EC×REC/LC×Tent sobre parámetros de color de microencapsulados.

Tratamiento L* a* b* C*ab h*ab

MD - 3:1 - 150 75,54 ± 1,05abcd 5,66 ± 0,36cde 14,01 ± 0,27abcd 15,11 ± 0,38bcde 1,19 ± 0,02a

MD - 3:1 - 180 76,44 ± 2,36abc 5,14 ± 0,72de 13,21 ± 1,24cd 14,18 ± 1,42de 1,20 ± 0,02a

MD - 3:1 - 210 77,01 ± 0,62a 5,00 ± 0,16e 12,89 ± 0,26d 13,83 ± 0,29e 1,20 ± 0,01a

MD - 2:1 - 150 73,21 ± 1,93abcde 6,15 ± 0,47abcd 14,86 ± 0,82ab 16,09 ± 0,93abc 1,18 ± 0,01ab

MD - 2:1 - 180 72,56 ± 2,27cdef 6,09 ± 0,46abcd 14,51 ± 0,56abc 15,74 ± 0,69abcd 1,17 ± 0,02abc

MD - 2:1 - 210 69,14 ± 1,11f 7,08 ± 0,31a 15,46 ± 0,32a 17,01 ± 0,38a 1,14 ± 0,02cd

HC - 3:1 - 150 76,59 ± 0,23ab 5,76 ± 0,34bcde 13,66 ± 0,55bcd 14,82 ± 0,63cde 1,17 ± 0,01abc

HC - 3:1 - 180 74,38 ± 0,72abcde 6,44 ± 0,21abc 14,54 ± 0,31abc 15,90 ± 0,37abcd 1,15 ± 0,01bcd

HC - 3:1 - 210 72,77 ± 1,57bcdef 6,77 ± 0,37ab 14,73 ± 0,46abc 16,22 ± 0,58abc 1,14 ± 0,01d

HC - 2:1 - 150 71,50 ± 0,91ef 7,05 ± 0,17a 15,50 ± 0,28a 17,02 ± 0,32a 1,14 ± 0,01cd

HC - 2:1 - 180 71,60 ± 0,75def 7,02 ± 0,15a 15,30 ± 0,33a 16,83 ± 0,36ab 1,14 ± 0,00d

HC - 2:1 - 210 70,51 ± 0,45ef 7,12 ± 0,21a 15,29 ± 0,28a 16,87 ± 0,34ab 1,14 ± 0,01d

Significancia ** ** * ** **

Medias ± desviación estándar (n = 3). ANOVA: *, ** y *** representan diferencia significativa a niveles de probabilidad de 0,05, 0,01 y 0,001 respectivamente. NS,

no significativo a α = 0,05. Medias con letras diferentes representan diferencias estadísticamente significativas según prueba de Tukey (P ≤ 0.,05).


5.2 Caracterización morfológica de microcápsulas

Durante el proceso de secado las microcápsulas sufren una serie de cambios en su

forma y tamaño, que usualmente se encuentran asociados al contenido de humedad del

material a secar y de la temperatura de secado durante la operación (Alamilla-Beltrán et

al., 2005). La observación de las micropartículas mediante SEM, permitió determinar

diferencias superficiales entre los diferentes tratamientos. En la Figura 11 se presentan

las micrografías de los microencapsulados elaborados con MD y HC a diferentes

proporciones y temperaturas de secado.

Se puede apreciar una variación en la superficie entre los encapsulantes. Las

micropartículas obtenidas con el almidón modificado presentaron un mayor número de

morfología semiesférica, de superficie lisa y ligeras deformaciones (Figura 11:g, h, i, j, k y

l), siendo un indicador de la adecuada preparación de las microcápsulas a traves del

secado por pulverización (Trindade y Grosso, 2000); mientras que las obtenidas con

maltodextrina (Figura 11: a, b, c, d, e y f) presentaron de forma frecuente micropartículas

con mayores deformaciones e irregularidades en la superficies (pliegues), similares a los

reportados por Tonon et al. (2012); lo que sugiere un efecto favorable de Hi-Cap 100 en

la formación de microcápsulas sobre la maltodextrina.

La aparición de depresiones sobre la superficie de las micropartículas han sido asociadas

a la contracción durante el proceso de secado y enfriamientos (Campos et al., 2015).

Gomes et al. (2015) mencionan que tras la contracción y endurecimiento de la superficie

exterior, ocurre una expansión de las burbujas de aire atrapadas dentro de las gotitas.

Esta expansión térmica del aire o de vapor al interior de la partícula, puede suavizar la

contracción; sin embargo, este fenómeno es dependiente de la velocidad de secado y de

las propiedades viscoelásticas del encapsulante, ya que el hinchamiento de las partículas

es asociado con altos índices de secado y solo puede ocurrir cuando la matríz de la

pared se mantiene elástica, justo antes de su solificación (Teixeira et al., 2004).

Por otro lado, la temperatura más baja de secado (150 °C) presentó el mayor número de

irregularidades en la superficie de las microcápsulas (Figura 11: a, d, g y j) que se

reducían a medida que aumentaba la temperatura, encontrandose en menor frecuencia a

210 °C (Figura 11: c, f, i y l).


Figura 11. Micrografías de microencapsulados de cacao (magnificación 2000x; escala: 50 µm): (a) MD-3:1-150, (b) MD-3:1-180, (c) MD-3:1-210, (d) MD-2:1-150, (e) MD-2:1-180, (f) MD-2:1-210, (g) HC-3:1-150, (h) HC-3:1-180, (i) HC-3:1-210, (j) HC-2:1-150, (k)

HC-2:1-180, (l) HC-2:1-210.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

(h)

(i)

(j)

(k)

(l)

2

10

°C

18

0 °

C

1

50 °

C

(b)

(c)

3:1 2:1 3:1 2:1

(b)

Maltodextrina 10DE Hi-Cap 100

(b)

(c)

50 µm 50 µm 50 µm 50 µm

50 µm 50 µm 50 µm 50 µm

50 µm 50 µm 50 µm 50 µm


Santiago-Adame et al. (2015) mencionan que las irregularidades morfológicas están

asociadas a la tasa de evaporación de agua durante el proceso de secado por asperción.

Alamilla-Beltrán et al. (2005) encontraron que los mecanismos implicados en la

concentración y deformación de las micropartículas obtenidas por spray drying, ocurren

de forma más pronunciada cuando la temperatura de secado es menor, debido a que la

difusión de agua es más lenta y un mayor tiempo de secado favorece la deformación,

rugosidad (particulas encogidas) y colapso de las cápsulas (rompimiento).

Por el contrario, altas temperaturas de secado generan una evaporación más rápida y en

consecuencia superficies más suaves y definidas (Santiago-Adame et al., 2015). Este

mismo concepto ha sido discutido por Nijdam y Langrish (2006), adicionalmente explican

que el colapso de las microcapsulas ocurre por la presencia de vacuolas o burbujas de

aire que se forman poco después del edurecimiento de la pared, estas se inflan cuado la

partícula alcanza la temperatura de ebullición, generando que la presión de vapor al

interior de la partícula exceda la presión ambiente y por consiguiente el rompimiento de la

pared.

En cuanto al nivel de inclusión de licor de cacao, se notaron ligeros cambios en la

superficie de las microcápsulas. Los microencapsulados con un mayor contenido de licor

de cacao presentaron partículas con menores deformaciones y rugosidades (Figura 11:

d, e, f, j, k y l).

La integridad de la superficie en las microparticulas, es importante para garantizar una

buena retención del núcleo y una menor permeabilidad de vapor de agua y oxígeno

(Campos et al., 2015; Gomes et al., 2015). Adicional a ello, las micropartículas

observadas presentan una tendecia de aglomeración, Campos et al. (2015) también

mencionan que esta característica es común en los microencapsulados producidos por

secado por aspersión y que ese fenómeno puede favorecer la retención y protección del

material de núcleo.

5.3 Distribución de tamaño de partícula

Los resultados de distribución de tamaño de partícula (DTP) fueron expresados como la

frecuencia relativa para los diferentes rangos de diámetro encontrados. En las Figura 12

y Figura 13 se presentan los resultados para los encapsulados obtenidos con



maltodextrina y Hi-Cap 100 respectivamente. Se encontraron partículas de diversos

tamaños en todos los tratamientos (entre 0 y 50 µm), siendo una característica particular

en los polvos secados por aspersión (Frascareli et al., 2012). Campos et al. (2015)

explican que una polidispersidad en el tamaño de partícula en procesos por spray drying

se debe a que durante la pulverización las gotitas formadas no tienen un tamaño

uniforme. En primer lugar, se observó una diferencia entre los materiales de pared (MD y

HC), con mayor presencia de microcápsulas de mayor tamaño en los encapsulados con

Hi-Cap 100, al igual que una mayor variabilidad de las partículas (Figura 13).

Diámetro de las microcápsulas (µm)

0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50

Fre

cu

en

cia

Re

lati

va

(%

)

0

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20

30

40

50

60


0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50

Fre

cu

en

cia

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(%

)

0

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0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50

Fre

cu

en

cia

Re

lati

va

(%

)

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0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50

Fre

cu

en

cia

Re

lati

va

(%

)

0

10

20

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50

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0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50

Fre

cu

en

cia

Re

lati

va

(%

)

0

10

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40

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0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50

Fre

cu

en

cia

Re

lati

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(%

)

0

10

20

30

40

50

60

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Figura 12. Histogramas de distribución de tamaño de partículas de microcápsulas obtenidas con maltodextrina: (a) 3:1-150, (b) 3:1-180, (c) 3:1-210, (d) 2:1-150, (e) 2:1-

180, (f) 2:1-210.


En todos los tratamientos, se encontró mayor frecuencia relativa de partículas entre 5 –

10 µm de diámetro, seguida de partículas entre 10 – 15 µm de diámetro, con excepción

del tratamiento HC-150-3:1 (Figura 13: a); éste tratamiento presentó el mayor número de

microcápsulas con menor diámetro (0 – 5 µm). Mayor inclusión de licor de cacao generó

un mayor tamaño de partícula, tanto en encapsulados con MD (Figura 12: D, E y F) como

en encapsulados con HC (Figura 13: D, E y F).


0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50

Fre

cu

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cia

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(%

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0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50

Fre

cu

en

cia

Re

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(%

)

0

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0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50

Fre

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cia

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va

(%

)

0

10

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0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50

Fre

cu

en

cia

Re

lati

va

(%

)

0

10

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30

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0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50

Fre

cu

en

cia

Re

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va

(%

)

0

10

20

30

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0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50

Fre

cu

en

cia

Re

lati

va

(%

)

0

10

20

30

40

50

60

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)


obtenidas con Hi-Cap 100: (a) 3:1-150, (b) 3:1-180, (c) 3:1-210, (d) 2:1-150, (e) 2:1-180, (f) 2:1-210.

Zuidam y Heinrich (2010) mencionan que mayores tamaños de partículas en los polvos

favorecen la retención de aromas lipofílicos, en cuyo caso el tratamiento a 210 °C y



relación 3:1 en los dos encapsulantes cumplirían con ésta característica (Figura 12: F y

Figura 13: F). Sin embargo, Janiszewska y Witrowa-Rajchert (2009) evaluaron el efecto

del tamaño de partícula sobre la retención de aroma de romero, encontrando un efecto

inverso. En dicho estudio el aumento en el diámetro medio causó la disminución de los

componentes de aroma retenidos en los microencapsulados producidos con

maltodextrina y goma arábiga.

Con relación a la temperatura de secado, estudios previos reportan un efecto de este

parámetro sobre el incremento en el tamaño de las partículas (Alamilla-Beltrán et al.,

2005; Santiago-Adame et al., 2015; Tonon et al., 2008). El mismo comportamiento fue

observado en todos los tratamientos. Frecuencias relativas con mayores tamaños de

partículas fueron observados a temperatura de secado de 210 °C (Figura 12: C, D y

Figura 13: C, D); mientras que mayores frecuencias relativas en rangos de partículas

menores (0-5, 5-10 y 10-15) se notaron en encapsulados producidos a menor

temperatura de secado (150 °C).

5.4 Análisis de compuestos volátiles relacionados con el aroma de cacao

Se utilizó cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (CG-EM) para

determinar el perfil de los principales compuestos volátiles del licor de cacao empleado

como material de núcleo (Tabla 12). La identificación mediante la librería del CG-EM

mostró que los mayores picos correspondieron a ácido acético, 2,3,5,6-tetrametilpirazina,

ácido 3-metilbutanoico y 2,3,5-trimetilpirazina respectivamente, compuestos similares

encontrados por Misnawi y Ariza (2011b) quienes reportaron mayores picos de los tres

primeros compuestos en granos de cacao de tres diferentes áreas de Indonesia.

Por el contrario, los picos más bajos fueron para acetato de 2-nonanil, decanoato de etilo

y acetato de 2-heptilo. El ácido acético es un producto generado por la actividad

microbiana durante el proceso de fermentación de los granos, la sacarosa de la pulpa es

hidrolizada a glucosa y fructosa, por la acción de la invertasa de las levaduras,

generando un aumento en las concentraciones de ácido acético, ácido láctico y etanol en

los granos (Ardhana y Fleet, 2003; Ho et al., 2014).


Tabla 12. Principales compuestos volátiles de licor de cacao detectados por CG-EM.

Compuesto IK

Experimental IK

Teórico % Área relativa**

Acetato de 3-metilbutilo 1129 1117a 0,57

2-heptanona 1192 1183b 0,43

Dodecano 1198 1200a 0,68

β-ocimeno 1243 1229b 0,48

acetato de 2-heptilo 1270 0,43

2-metilpirazina 1282 1285d 1,07

2,5-dimetilpirazina 1340 1330d 2,13



2-isopropil-5-metil-2-hexenal 1376 0,76

2-nonano 1403 1410h 2,80

2-etil-5-meilpirazina 1410 1405b 1,32

2,3,5-trimetilpirazina 1423 1415b 6,04

Acetato de etilo 1445 1432b 0,80

Ácido acético 1451 1447a 37,58

3-etil-2,5-dimetilpirazina 1464 1477c 2,94

acetato 2-nonilo 1469 0,40

5-etil-2,3-dimetilpirazina 1480 1482a 1,82

Furfural 1489 1493b 0,43

2,3,5,6-tetrametilpirazina 1492 1484e 8,47

2-etil-3,5,6-trimetilpirazina 1530 1521e 1,62

Linalol 1557 1558a 3,77

Ácido 2-metilpropanoico 1576 1571b 1,91

5-metil-2-furaldehido 1603 1605b 0,47

Decanoato de etilo 1649 1615b 0,41

Butirolactona 1673 1671b 0,98

Ácido 3-metilbutanoico 1678 1661a 7,93

Acetofenona 1687 1680f 0,90

Ácido 4-metilpentanoico 1814 1817b 1,70

Acetato de 2-feniletilo 1848 1821ª 2,62

Ácido hexanoico 1858 1854b 1,34

Benzoato de 2-pentilo 1870 0,79

2-acetilpirrol 2006 2003g 2,05

Ácido octanoico 2072 2067b 0,62

2-pirrolidona 2088 1,80

Compuestos listados en orden a su elución en columna FFAP. IK = índice de Kovats. ** Porcentaje de área bajo la curva. Fuente: awww.pherobase.com, bhttp://webbook.nist.gov cStephan y Steinhart (1999), dBudryn et al. (2011), eQian y Reineccius (2002), fNebesny et al. (2007), gWanakhachornkrai y Lertsiri (2003), Qian et al. (2002).

Algunos estudios mencionan que se han identificado más de 600 compuestos volátiles

relacionados con el aroma a cacao, siendo una mezcla compleja de alcoholes, ácidos

carboxílicos, aldehídos, cetonas, ésteres y pirazinas (Aprotosoaie et al., 2016; Goff y

Hartel, 2013). Por esta razón, los compuestos impactos para el LC empleado fueron

http://www.pherobase.com/

http://webbook.nist.gov/



identificados por CG-O, enfocando el análisis de aroma de los microencapsulados en

dichos compuestos.

El análisis por CG-O mostró la presencia de 13 compuestos con actividad olfativa que

contribuyen al aroma del licor de cacao empleado. En la Tabla 13 se presentan los

compuestos encontrados y en la Figura 14 el análisis cromatográfico de los compuestos

de olor activo de acuerdo al orden de elución. Mediante la comparación de los índices de

retención de Kovats se lograron identificar los compuestos, coincidiendo con los

reportados en la literatura. Estos también correspondieron principalmente a pirazinas,

ácidos carboxílicos, esteres, alcoholes y cetonas. Los compuestos generaron atributos de

aroma a cacao descritos como notas a cocoa, chocolate, dulce y floral, asimismo algunos

defectuosos como ácido y rancio.

Figura 14. Cromatogramas de volátiles de olor activo para licor de cacao (a) y

microencapsulados (b): el número del pico indica el compuesto identificado (Tabla 13).

(a)

(b)


Tabla 13. Identificación de compuestos volátiles de olor activo detectados en microencapsulados.

No, Pico

Compuesto

IK

Columna FFAP

Descripción de Olor

Porcentaje de Recuperacióng (%)

MD 10DE Hi-Cap 100

3:1 2:1 3:1 2:1

Exp Teo 150 180 210 150 180 210 150 180 210 150 180 210

1 Acetato de 3-metilbutilo 1129 1117a Rancio, frutal --- --- ---

--- --- 15,2

--- --- 24,7

--- 13,3 26,0

2 2-metilpirazina 1282 1285c Maíz intenso 14,8 15,1 21,3

17,1 20,2 18,2

25,0 38,6 23,7

43,3 26,8 23,6

3 2,5-dimetilpirazina 1340 1330c Cocoa intenso 50,3 83,6 82,5

44,0 71,8 79,4

75,8 52,5 81,9

61,3 84,4 89,8

4 2,3,5-trimetilpirazina 1423 1406a Chocolate amargo 4,7 5,0 7,2

7,9 10,1 9,8

10,6 8,3 8,7

10,7 11,0 12,4

5 Ácido acético 1451 1447a Acido rancio 0,5 0,6 0,9

0,5 0,7 0,5

0,9 1,0 0,9

1,0 1,1 1,2

6 3-etil-2,5-dimetilpirazina 1464 1477b Chocolate 2,0 2,9 3,5

1,6 2,9 2,0

3,2 3,6 3,4

3,9 9,1 6,6

7 2,3,5,6-tetrametilpirazina 1492 1484d Terroso 6,9 7,6 7,6

7,6 7,1 8,1

10,6 10,8 8,8

12,8 14,4 15,6

8 2-etil-3,5,6-trimetilpirazina 1530 1521d Dulce débil 10,0 11,1 12,3

10,1 9,6 8,8

18,3 17,1 16,5

18,8 8,7 13,4

9 Linalol 1557 1558a Floral 19,5 15,5 28,9

43,7 34,6 25,6

57,6 58,8 71,5

58,5 49,8 63,0

10 Ácido 3-metilbutanoico 1678 1661a Plástico, papel --- --- ---

--- 2,3 3,8

--- --- ---

--- 5,9 6,5

11 Acetofenona 1687 1680e Rancio, banano --- --- ---

--- --- 39,7

--- --- ---

--- --- ---

12 Acetato de 2-feniletilo 1848 1821a Floral 4,7 4,7 7,8

6,5 5,9 7,1

5,3 6,1 4,4

7,8 4,8 9,7

13 2-acetilpirrol 2006 2003f Madera --- --- --- --- --- --- --- --- --- 7,1 --- 7,8

IK = Índice de kovats, Exp = Índice de retención obtenido experimentalmente, Teo = índices de retención reportados en literatura y bases de datos en línea. Fuente: awww.pherobase.com, bStephan y Steinhart (1999), cBudryn et al. (2011), dQian y Reineccius (2002), eNebesny et al. (2007), fWanakhachornkrai y Lertsiri (2003). gEfecto de conservación (%) = (área del pico antes de spray drying/área del pico después de spray drying) × 100 según Her et al. (2015).

http://www.pherobase.com/


El grupo de compuestos más abundante fue de pirazinas: 2-metilpirazina, 2,5-dimetil-

pirazina, 2,3,5-trimetilpirazina, 2,3,5,6-tetrametilpirazine y 2-etil-3,5,6-trimetilpirazina.

Cuatro de estas pirazinas han sido reportadas por Farah et al. (2012) considerándolas de

extrema importancia en el aroma de cacao. Los autores mencionados evaluaron el efecto

de la temperatura durante el tostado en la formación de 2-metilpirazina, 2,5-dimetil-

pirazina, 2,3,5-trimetilpirazina, 2,3,5,6-tetrametilpirazina y acrilamida, siendo este último

un compuesto indeseado por reconocerse como posible carcinogénico.

Particularmente, la retención de aromas en microencapsulados se ha evaluado como la

retención de la fase oleosa (aceite esencial que contiene el aroma) recuperada después

del proceso de microencapsulación. Sin embargo, el licor de cacao es una matriz de

sólidos dispersos en grasa de cacao (Afoakwa, 2010), por lo cual no se puede determinar

únicamente por la cuantificación de grasa. De esa manera, la determinación de aromas

retenidos para el presente estudio fue representada inicialmente como el área bajo los

picos de cada compuesto en particular, método aplicado por Her et al. (2015). Se analizó

cada compuesto de olor activo antes (LC) y después del proceso de microencapsulación

(área de picos encontrados en microencapsulados), estos se presentan en la Tabla 13.

Los porcentajes de recuperación de los compuestos clave de aroma después del secado

por aspersión, se encontraron de la siguiente forma: 13,2 – 26,0 % para acetato de 3-

metilbutilo, 14,8 – 43,3 % para 2-metilpirazina, 44,0 – 89,8 % para 2,5-dimetilpirazina, 4,7

– 12,4 % para 2,3,5-trimetilpirazina, 0,5 – 1,2 % ácido acético, 1,6 – 9,1 % para 3-etil-2,5-

dimetilpirazina, 6,9 – 15,6 % para 2,3,5,6-tetrametilpirazina, 8,7 – 18,8 % para 2-etil-

3,5,6-trimetilpirazina, 15,5 – 77,0 % para linalol, 2,3 – 6,5 % para ácido 3-metilbutanoico,

39,7 % máximo para acetofenona, 4,4 – 9,7 % para acetato de 2-feniletilo y 7,1 – 7,8 %

para 2-acetilpirrol. Se observa de manera general que los porcentajes de recuperación

fueron bajos, obteniendo recuperaciones mayores de 2,5-dimetilpirazina y linalol, en los

demás compuestos no se observaron recuperaciones superiores al 50 %.

Se observó, que durante el proceso de microencapsulación ocurrió la pérdida de algunos

compuestos volátiles de forma independiente al tiempo de elución. Estudios previos han

reportado que la retención de volátiles en carbohidratos es independiente de la volatilidad

relativa de los compuestos volátiles, pero si puede incrementar con un mayor tamaño

molecular de los volátiles (Rulkens y Thijssen, 1972). Los compuestos 3-metilbutil

acetato, ácido 3-metilbutanoico, 2-feniletilacetato y 2-acetilpirrol solo se encontraron en


algunos de los microencapsulados obtenidos a mayores temperaturas y su pérdida pudo

ocurrir durante el proceso de homogenización y secado (Tabla 13). El ácido acético, el

cual se hallaba en mayor proporción en el licor de cacao, mostró una presencia baja en

los encapsulados, encontrando como máximo 1,2 % para este compuesto. Chin et al.

(2008) han evaluado el comportamiento de compuestos volátiles de aroma en pulpa de

durian previo y posteriormente al secado por aspersión. En su estudio se reportó que el

secado por aspersión generó una pérdida de sustancias volátiles entre el 97,7 – 99,1 %.

Cabe resaltar que a pesar de presentarse pérdida de algunos compuestos, no se

generaron compuestos volátiles adicionales por el efecto térmico aplicado durante el

secado por aspersión.

La retención de aromas durante el proceso de secado por aspersión, es dependiente del

fenómeno de difusión selectiva (Campos et al., 2015). Este fenómeno solo puede ocurrir

durante el proceso de secado por aspersión cuando se genera una capa de

permeabilidad selectiva que permita la difusión de agua pero evite la difusión de

moléculas de aroma (Chin et al., 2008).

Para establecer el total de aroma retenido en los microencapsulados, el contenido de los

13 compuestos impacto identificados por CG-O fue determinado como la suma del área

bajo los picos, tanto para el licor de cacao como para cada uno de los

microencapsulados, método semi-cuantitativo empleado por Janiszewska y Witrowa-

Rajchert (2009). Se representó la retención de aroma como el área encontrada en los

encapsulados con respecto al área en el licor de cacao. En la Figura 15 se pueden

observar los valores medios de retención obtenidos para los diferentes tratamientos de

microencapsulación. Se apreció una diferencia entre los encapsulantes, con una mayor

retención de aroma en encapsulados con Hi-Cap 100.

En general, se observó un ligero incremento en la retención de aroma por el incremento

de temperatura en todos los microencapsulados (Figura 15). Hi-Cap 100 presentó los

mayores valores de aroma, superiores al 20 %, sobre encapsulados con maltodextrina.

Soottitantawat et al. (2005) obtuvieron mayor retención de ɩ-mentol empleado Hi-Cap 100

(85 – 97 %) como encapsulante, sus valores fueron mayores a los obtenidos con Capsul

(79 – 85 %) y Goma arábiga (68 – 72 %). Similares valores para Hi-Cap 100 fueron

reportados por Baranauskienė et al. (2007) para la retención de aceite esencial de menta,

quienes obtuvieron una eficiencia de 87,15 %.



Figura 15. Efecto de condiciones de microencapsulación sobre la retención total de compuestos impacto de aroma de cacao.

En general, Hi-Cap 100 ha sido reconocido por soportar una alta carga de compuestos

grasos. También ha sido mencionado como un buen encapsulante de aceite de linaza,

Tonon et al. (2012) encontraron un alta eficiencia de Hi-Cap 100 con valores entre 82–96

% para la encapsulación de aceite de linaza, superior al obtenido con goma arábiga y

proteína de suero concentrada. También se pueden mencionar altas eficiencias en

microencapsulación de aceite de café de 95,7 % (Carvalho et al., 2014) y de 86.,7 a 98,6

% (Silva et al., 2014).

La mayor retención se obtuvo con HC, un mayor contenido de licor de cacao (2:1) y una

mayor temperatura de secado (210 °C), logrando un máximo de 32,5 %. Janiszewska y

Witrowa-Rajchert (2009) encontraron una retención de aroma similar con una formulación

de maltodextrina y goma arábica (proporción 3:1) en microencapsulados de aroma a

romero; sin embargo, alcanzaron una retención de aproximadamente 60 % de aroma

empleando solo goma arábiga, siendo mejor que otras formulaciones evaluadas con

maltodextrina. Altos porcentajes de eficiencia de encapsulación de aromas han sido

reportados en aceite esencial de frutos de Pterodon emarginatus (Alves et al., 2014),

alcanzando eficiencias de encapsulación entre 84,89 – 98,63 % con emulsiones

preparadas con goma arábiga, maltodextrina y combinaciones entre sí.


5.5 Evaluación sensorial de microencapsulados

La evaluación sensorial se desarrolló en tres etapas, aplicando en primer lugar una

prueba de umbral de identificación, con el fin de determinar la concentración mínima del

panel, para detectar tanto el sabor como el aroma a cacao de los microencapsulados

reconstituidos en agua. El 100 % de los jueces marcaron la solución de 1 % como la

muestra donde percibían tanto aroma y sabor a cacao; de acuerdo a ello, se procedió a

la evaluación de los 12 encapsulados bajo esa concentración del reconstituido.

5.5.1 Prueba de ordenamiento

En la Tabla 14 se presentan los resultados de la prueba de ordenamiento para los doce

polvos reconstituidos bajo la concentración de umbral grupal (1 %). Los resultados

presentaron diferencias significativas entre muestras (X2 calculados ≥ X2 tabulado),

alcanzando mayores puntuaciones en los encapsulados a una mayor temperatura de

secado (210 °C) y menor contenido de encapsulante (relación 2:1), como se observa en

la Figura 16, donde se presentan las medianas para cada una de las muestras. Las

muestras M5-M6 y M11-M12 no presentaron diferencias significativas entre sí (Tabla 14);

sin embargo, fueron las muestras que presentaron mayor puntuación “intensidad” (Figura

16), por esta razón fueron seleccionadas.

Figura 16. Puntuación para prueba de ordenamiento para microencapsulados con maltodextrina (a): M1-3:1-150, M2-3:1-180, M3-3:1-210, M4-2:1-150, M5-2:1-180 y M6-2:1-210. Puntuación para microencapsulados con Hi-Cap 100 (b): M7-3:1-150, M8-3:1-

180, M9-3:1-210, M10-2:1-150, M11-2:1-180 y M12-2:1-210.

Pu

ntu

ació

n

M1 M2 M3 M4 M5 M6

0

1

2

3

4

5

6

Pu

ntu

ació

n

M7 M8 M9 M10 M11 M12

0

1

2

3

4

5

6(a) (b)




microencapsulados en prueba de ordenamiento de aroma y sabor a cacao.

Contraste

Comparación post hoc (DMS = 12,7)

Muestras MD

Muestras HC

Dif. entre Σ categorías

Significancia

Dif. entre Σ categorías

Significancia

M1 - M2 -11

4

M1 - M3 -16 X

-7

M1 - M4 -14 X

-14 X

M1 - M5 -20 X

-14 X

M1 - M6 -29 X

-23 X

M2 - M3 -5

-11

M2 - M4 -3

-18 X

M2 - M5 -9

-18 X

M2 - M6 -18 X

-27 X

M3 - M4 2

-7

M3 - M5 -4

-7

M3 - M6 -13 X

-16 X

M4 - M5 -6

0

M4 - M6 -15 X

-9

M5 - M6 -9

-9

X2 calculado 23.81 22.10

M1 = 3:1-150, M2 = 3:1-180, M3 = 3:1-210, M4 = 2:1-150, M5 = 2:1-180, M6 = 2:1-210. Valores de X2 calculado ≥ 11,07 (Valor X2 para 6 jueces y 6 muestras a α = 0,05, tomado de NTC 3930) indican diferencia estadísticamente significativa según prueba de Friedman. X indica diferencia significativa entre contrastes cuando el valor de diferencia entre sumas de categorías es ≥ 12,7 según prueba de diferencia mínima significativa (DMS), al 95% de confianza.

Después de seleccionar dos muestras de cada sesión, se aplicó otra prueba de

ordenamiento para descartar tres de las muestras y seleccionar el mejor tratamiento de

forma sensorial. La prueba de Friedman indicó que existía una diferencia significativa

entre los microencapsulados, como se observa en la Tabla 15.

Al aplicar una comparación de medianas por DMS, se encontró que existía una diferencia

significativa del microencapsulado HC-2:1-180 con el resto de las muestras, siendo el de

menor intensidad de aroma y sabor a cacao detectado (Tabla 15). Los otros tres

encapsulados no presentaron diferencias estadísticamente significativas entre sí, sin

embargo, se seleccionó el encapsulado con la mediana de intensidad más alta, que

correspondió a MD-2:1-210 como se puede apreciar en la Figura 17.


Tabla 15. Prueba de Friedman y comparación de medianas por DMS para intensidad de aroma y sabor a cacao de cuatro microencapsulados.

Contraste Comparación post hoc (DMS = 8,77)

Dif. entre Σ categorías Significancia

M1 - M2 -8

M1 - M3 -13 X

M1 - M4 -15 X

M2 - M3 -5

M2 - M4 -7

M3 - M4 -2

X2 calculado 13.40

M1 = HC-2:1-180, M2= HC-2:1-210, M3 = MD-2:1-180, M4 = MD-2:1-210. Valor de X2 calculado ≥ 7.81 (Valor X2 para 6 jueces y 4 muestras a α = 0.05, tomado de NTC 3930) indica diferencia estadísticamente significativa según prueba de Friedman. X indica diferencia significativa entre contrastes cuando el valor de diferencia entre sumas de categorías es ≥ 8,77 según prueba de diferencia mínima significativa (DMS), al 95% de confianza.

Durante la aplicación de la prueba y la socialización de los resultados, algunos de los

panelistas encontraron gran similitud en las muestras (muestras planas) así como un leve

sabor residual a cereal pronunciado en muestras con Hi-Cap 100, siendo este un aspecto

indeseable en productos de chocolatería.

Figura 17. Diagramas de cajas y bigotes para prueba de ordenamiento de 4 microencapsulados seleccionados: M1 = HC-2:1-180, M2= HC-2:1-210, M3 = MD-2:1-

180, M4 = MD-2:1-210.

Pu

ntu

ació

n

M1 M2 M3 M4

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4



5.5.2 Análisis descriptivo

Los resultados de la inclusión del 1, 3 y 5 % del microencapsulado seleccionado en

chocolate en polvo, indicaron que no existieron diferencias significativas entre las

muestras para ninguno de los atributos evaluados (Tabla 16). Todos los atributos

evaluados presentaron un valor p ≥ 0,05, indicando que no existían diferencias

significativas entre las muestras a un nivel de confianza del 95 %.

Tabla 16. Medianas, valores máximos y mínimos entre paréntesis de diferentes atributos de chocolate en polvo con inclusión de microencapsulados MD-2:1-210.

Contraste Aroma Sabor Amargo Astringente Cuerpo Impresión

Global

Blanco 5 (5-6) 5,5 (4-6) 5 (4-6,5) 3 (2-5) 5 (5-5,5) 6 (6-7)

1% ME 5 (3-6) 5 (4-6) 5 (4-6) 3 (2-3) 5 (3-6,5) 6 (4,5-7)

3% ME 5 (4-6) 5,5 (4-6) 6 (3,5-7,5) 3 (2-6,5) 5 (4-6 ) 6 (6-7)

5% ME 5 (4-5,5) 5 (3,5-5,5) 5 (3-6) 3 (2-5,5) 5 (3,5-5,5) 6 (5,5-6)

Valor p 0,6411 0,6193 0,7433 0,8227 0,6994 0,3891

Valor P ≤ 0,05 indica diferencias estadísticamente significativa según prueba de Kruskal-Wallis.

Como se puede apreciar en la Figura 18 las muestras de chocolate en polvo presentaron

perfiles muy similares en sus atributos. La inclusión de 1 % y 5 % de microencapsulado

presentaron valores de sabor ligeramente menores al blanco (sin inclusión). Por otro

lado, el atributo amargo para la muestra de 3 %, fue ligeramente mayor que las demás

muestras. Estos resultados sugieren que los niveles de inclusión ≤ 5 % no generan

cambios perceptibles por los panelista en chocolate en polvo. No obstante, el uso de una

concentración superior al 5 % de encapsulante, no sería viable respecto a saborizantes y

aromas comerciales.


Figura 18. Perfiles de chocolate instantáneo con diferentes inclusiones de microencapsulado MD-2:1-210.

Debido a que no se encontró ningún efecto en la inclusión del microencapsulado

seleccionado (MD-2:1-210) en las proporciones 1, 3 y 5 % para chocolate en polvo, se

decidió evaluar el microencapsulado como modificador de leche para la obtención de una

bebida chocolatada. Al aplicar el test de Kruskal-Wallis se encontró que las muestras en

concentraciones de 10 %, 15 % y 20 %, sólo presentaron diferencias estadísticamente

significativas para el atributo de color, siendo el único atributo con un valor p ≤ 0,05

(Tabla 17).

La inclusión de un 10 % de ME presentó una coloración de menor intensidad (3), con una

diferencia significativa a los niveles de inclusión de 15 y 20 %, los cuales no presentaron

diferencias significativas entre sí para dicho atributo. Sin embargo, una mayor inclusión

de ME (20 %) obtuvo una mayor puntuación por parte de los panelistas (5.3).

0

1

2

3

4

5

6Aroma

Sabor

Amargo

Astringente

Cuerpo

Impresión Global

Blanco 1% ME 3% ME 5% ME




de bebida chocolatada con microencapsulado MD-2:1-210.

Muestra Aroma Sabor Cacao

Sabor lácteo

Amargo Cremosidad Color Impresión

Global

10% ME 3,5 (2,5-5) 3(2-4,5) 5,3(4,5-7,5) 3,3 (2,5-6) 4,8 (3-5,5) 3 (3-5)a 5 (4-5,5)

15% ME 4,5 (2-6) 3,5(2-5,5) 5 (3,5-6,5) 4 (3-5,5) 4,8 (2,5-5,5) 4,3 (3,5-6,5)b 5,8 (4,5-6)

20% ME 4,8 (4-6,5) 5,3(2,5-6) 4,3 (4-6) 4,8 (3-6) 5 (3-6) 5,3 (4-6,5)b 6 (4,5-7)

Valor p 0,225 0,157 0,259 0,558 0,945 0,012 0,058

Valor P ≤ 0,05 indica diferencias estadísticamente significativa según prueba de Kruskal-Wallis. Letras diferentes en la misma columna indican diferencias significativas al 95% de confianza según prueba de diferencia mínima significativa (DMS).

En la Figura 19 se presentan de forma gráfica los atributos de cada muestra evaluada. A

pesar de no encontrar diferencias significativas para la mayoría de los atributos

evaluados, se puede apreciar que el incremento en la proporción de encapsulado, generó

un aumento en los atributos de aroma, sabor a cacao, amargo, impresión global y color

en forma significativa. Por el contrario, un incremento en la concentración de

microencapsulado generó una menor percepción de sabor lácteo.

De manera general, los panelistas comentaron durante la socialización de los resultados,

que la muestra con mayor concentración (20 %) presentaba una coloración más intensa,

más aromática, con mayor sabor a cacao, mayor sabor amargo y menor sabor lácteo,

pero sin diferencia significativa. Seguida por la muestra de 15 % y 10 %, siendo esta

última la de menor características a bebida achocolatada. Es importante resaltar que los

panelistas destacaron la muestra con 20 % de ME como la de mayores características a

cacao, sin embargo resaltaron que el sabor amargo fue más notable que en bebidas

chocolatadas comerciales, indicando que concentraciones mayores no serían adecuadas

para el producto ya que dicho producto es dirigido a niños y no sería agradable un alto

sabor amargo; por esta razón es aconsejable aplicar un panel de consumidores. No

obstante, concentraciones inferiores al 15 % no serían adecuadas, por presentar bajos

atributos. De acuerdo a lo anterior, se puede concluir que concentraciones entre 15 y 20

% del ME producido con maltodextrina, en proporción 2:1 y obtenido a 210 °C, podrían

generar características sensoriales similares de una bebida chocolatada.


Figura 19. Perfiles de bebida chocolatada con microencapsulado MD-2:1-210.

Se han reportado diferentes metodologías de evaluación sensorial aplicadas al análisis

de microencapsulados. Forero et al. (2015) compararon sensorialmente muestras

reconstituidas de lulo seco obtenidas con diferentes técnicas de secado (spray drying,

liofilización y secado con aire caliente), aplicando una prueba de ordenamiento de

acuerdo a la intensidad de aroma y sabor. Dichos autores encontraron que el

reconstituido del lulo seco obtenido por spray drying presentaba la mayor intensidad de

aroma, sin embargo el atributo de sabor fue mayor para el tratamiento con liofilización.

Un estudio similar fue reportado por Villacrez et al. (2014), quienes evaluaron

reconstituidos de microencapsulados de mora obtenidos por spray drying y diferentes

encapsulantes, encontrando mayor intensidad de aroma en encapsulados con Hi-Cap

100 y mayor intensidad de sabor con MD 20DE.

Por otro lado, Galmarini et al. (2008) evaluaron sensorialmente microencapsulados

comerciales de sabor a naranja. Los autores aplicaron una prueba triangular comparando

0

1

2

3

4

5

6

Aroma

Sabor Cacao

Sabor lácteo

AmargoCremosidad

Color

Impresión Global

10% ME 15% ME 20% ME



el sabor a naranja de las muestras, seguido de un análisis descriptivo cuantitativo y un

análisis por nariz electrónica. Adicionalmente, pruebas de aceptación a consumidores

fueron aplicadas por Osorio et al. (2011) para seleccionar los mejores microencapsulados

de extractos acuosos de guayaba, obtenidos por spray drying y diferentes agentes

encapsulantes. La prueba fue aplicada a dos paneles no entrenados (uno conformado

por adultos y otro conformado por niños) quienes evaluaron los microencapsulados de

acuerdo a la preferencia por una de las muestras. Los microencapsulados con mejores

atributos sensoriales correspondieron a los obtenidos con maltodextrina y mezcla de

maltodextrina/goma arábiga (5:1 p/p).

6. Conclusiones y recomendaciones

6.1 Conclusiones

En el presente trabajo se ha evaluado el proceso de microencapsulación para producción

de aroma de cacao del cual no se reportan estudios previos. Se obtuvieron rendimientos

entre 32,65 y 58,77 %, siendo mayores para encapsulados con Hi-Cap 100. La

temperatura de secado tuvo un efecto proporcional al incremento del rendimiento,

mientras que un mayor contenido de licor de cacao en las formulaciones generó un

efecto inverso.

El contenido de humedad de los microencapsulados varió entre 1,05 % – 4,00 % con

actividad de agua entre 0,052 – 0,269. Estos resultados se encuentran entre las

condiciones adecuadas para polvos secos empleados en la industria alimentaria. Los

resultados estuvieron estrechamente relacionados con el factor temperatura de secado,

logrando una mayor evaporación de agua con mayores temperaturas de secado.

La densidad volumétrica varió en un rango de 0,514 a 0,694 g/cm3, superiores a

deferentes microencapsulados reportados en literatura. Esta característica es favorable

para el almacenamiento de polvos por evitar procesos de oxidación lipídico asociado al

aire acumulado entre partículas. Microencapsulados con Hi-Cap 100 presentaron

mayores valores de Dv, siendo un comportamiento asociado al peso molecular del

encapsulante. Finalmente, la Dv también fue afectada por la temperatura de secado de

forma inversa al incremento.

Los polvos obtenidos presentaron buenas características de rehidratación, relacionadas

con altos valores de ISA (68,18 – 82,69 %) y bajos de IAA (0,54 – 1,08 g/gps). Mayores

valores de ISA se encontraron en encapsulados con MD y menor contenido de LC (3:1),

mientras que mayores valores de IAA fueron alcanzados con Hi-Cap 100 y proporción

3:1.



Encapsulados con MD, relación 2:1 y temperatura de secado de 150 °C presentaron los

menores valores de higroscopicidad, los cuales variaron entre 7,33 – 12,58 g/100g.

Mayores valores de Hi estuvieron relacionado con un menor contenido liposoluble y un

menor contenido de agua.

Se observaron diferencias morfológicas entre micropartículas obtenidas con Hi-Cap 100 y

maltodextrina. Los microencapsulados con Hi-Cap 100 mostraron partículas

semiesféricas, superficies más lisas y pocas deformaciones que se notaban en mayor

proporción a temperaturas bajas de secado. Mientras que microencapsulados con

maltodextrina presentaron cápsulas con irregularidades superficiales (pliegues,

contracciones o abolladuras) con mayor frecuencia en temperaturas bajas de secado.

Los polvos obtenidos contenían partículas de diversos tamaños entre 0 – 50 µm; sin

embargo, las partículas presentaron una mayor cantidad de partículas con diámetros

medios entre 5 – 10 µm seguidas de partículas entre 10 y 15 µm. El incremento de

temperatura de secado favoreció la formación de partículas de mayor tamaño.

Los microencapsulados obtenidos con Hi-Cap 100 generaron mayor retención de aroma

a cacao (22,6 – 32,5 %), mientras que volátiles de aroma recuperados de

microencapsulados con maltodextrina se encontraron en un rango de 12,1 a 19,2 %. La

retención de volátiles de aroma fue directamente proporcional al contenido de licor de

cacao y a la temperatura de secado. Sin embargo, el análisis sensorial de

microencapsulados indicó una preferencia por las muestras obtenidas con maltodextrina.

De acuerdo al análisis sensorial se encontró que el tratamiento MD-2:1-210 presentó las

mejores características organolépticas de acuerdo a la intensidad de olor y sabor a

cacao. Sin embargo, la inclusión del 1, 3 y 5 % de microencapsulado en chocolate en

polvo no presentó diferencias perceptibles por los panelistas. Por otro lado, el uso del

microencapsulado MD-2:1-210 en concentraciones entre 15 y 20 % (aplicado en leche),

podrían generar características sensoriales similares a una bebida chocolatada.

6.2 Recomendaciones

Realizar un estudio de estabilidad fisicoquímica de los microencapsulados para evaluar

su comportamiento durante el almacenamiento.

Conclusiones 71

Aplicar un método cuantitativo mediante CG-SM con estándares internos o externos con

el fin de determinar un parámetro de eficiencia de encapsulación por parte de los

encapsulantes.

Realizar un estudio termogravimétrico para comprender el comportamiento de los

encapsulados frente a la temperatura y su transición de fase vítrea.

A. Anexo: Análisis estadístico

1) Comprobación de supuestos: Valores para prueba de normalidad y homocedasticidad.

Variables

Valor P

Normalidad

Prueba de Shapiro-Wilk

Homocedasticidad Prueba de Levene

AW

0.352

0.990

HME

0.167

0.922

Rto

0.082

0.995

Dv

0.121

0.678

ISA

0.358

0.977

IAA

0.966

0.668

CH

0.996

0.853

Hi

0.426

0.952

L*

0.437

0.542

a*

0.995

0.792

b*

0.499

0.714

C*ab

0.682

0.733

h*ab 0.338 0.689

Valor P ≤ 0.05 indica diferencias estadísticamente significativa al 95 % de confianza.



2) Valores p de análisis de varianza multifactorial con covariables de HR y Tamb.

Variables

Valores P Covariables

HR Tamb

AW 0.1509 0.1217

HME 0.4561 0.3212

Rto 0.1497 0.1850

Dv 0.8417 0.0588

ISA 0.9130 0.6689

IAA 0.5038 0.4383

CH 0.7568 0.7371

Hi 0.4582 0.1054

L* 0.4889 0.8817

a* 0.4678 0.9950

b* 0.5731 0.6888

C*ab 0.5529 0.7423

h*ab 0.4520 0.7054

Valor P ≤ 0.05 indica diferencias estadísticamente significativa al 95 % de confianza.

Anexo A. Análisis estadístico 75

3) Comportamiento de propiedades físicas de acuerdo a interacciones entre factores EC, REC/LC y Tent.

Hi-Cap 100MD 10DE

Gráfica Multi-Vari para Rto

Tent (°C)=150,180,210

32

37

42

47

52

57

62

Rto

Relación Encap/LC

2:01 3:01

EncapsulanteHi-Cap 100MD 10DEGráfica Multi-Vari para H ME (%)

Tent (°C)=150,180,210

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

H M

E (

%)

Relación Encap/LC

2:01 3:01

EncapsulanteHi-Cap 100MD 10DEGráfica Multi-Vari para AW

Tent (°C)=150,180,210

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

AW

Relación Encap/LC

2:01 3:01

EncapsulanteHi-Cap 100MD 10DEGráfica Multi-Vari para Dv

Tent (°C)=150,180,210

0.51

0.55

0.59

0.63

0.67

0.71

Dv

Relación Encap/LC

2:01 3:01

Hi-Cap 100MD 10DE

Gráfica Multi-Vari para ISA

Tent (°C)=150,180,210

68

71

74

77

80

83

ISA

Relación Encap/LC

2:01 3:01

EncapsulanteHi-Cap 100MD 10DEGráfica Multi-Vari para IAA

Tent (°C)=150,180,210

0.53

0.63

0.73

0.83

0.93

1.03

1.13

IAA

Relación Encap/LC

2:01 3:01

EncapsulanteHi-Cap 100MD 10DEGráfica Multi-Vari para CH

Tent (°C)=150,180,210

2.1

2.6

3.1

3.6

4.1

4.6

5.1

CH

Relación Encap/LC

2:01 3:01

EncapsulanteHi-Cap 100MD 10DEGráfica Multi-Vari para Hi

Tent (°C)=150,180,210

7.3

8.3

9.3

10.3

11.3

12.3

13.3

Hi

Relación Encap/LC

2:01 3:01

B. Anexo: Cromatogramas de microencapsulados

MD-150°C-3:1

MD-150°C-2:1

Anexo B. Cromatogramas de microencapsulados 77

MD-180°C-3:1

MD-180°C-2:1



MD-210°C-3:1

MD-210°C-2:1


HC-150°C-3:1

HC-150°C-2:1



HC-180°C-3:1

HC-180°C-2:1


HC-210°C-3:1

HC-210°C-2:1

C. Anexo: Formatos de evaluación sensorial

1) Formato para prueba de umbrales.

PRUEBA DE UMBRALES CODIGO: EDICION:

Fecha: Día Mes Año

NOMBRE: _____________________________________________________________

Frente a usted tiene 6 soluciones codificadas. Pruébelas de izquierda a derecha, marque con una “X” el código de la muestra donde identifico por primera vez el sabor básico. Escriba el nombre del sabor básico identificado.

SABOR BÁSICO: _______________________

N° vaso M1 M2 M3 M4 M5 M6

Respuesta

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

________________________________



2) Formato para prueba de ordenamiento.

PRUEBA DE ORDENAMIENTO CODIGO: EDICION:

Fecha: Día Mes Año

NOMBRE: _____________________________________________________________

Clasifique las muestras en orden descendente con respecto a ___________________

N° DE MUESTRA CLASIFICACIÓN

Mayor

*

*

*

*

Menor

Observaciones:_________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Anexo C. Formatos de evaluación sensorial 85

3) Formato para análisis descriptivo cuantitativo de cacao en polvo.

ANÁLISIS DESCRIPTIVO CUANTITATIVO

PARA CACAO EN POLVO

CODIGO: EDICION:

Nombre: ___________________________________ Fecha: ____________

Frente a usted tiene ( ) muestras codificadas. Clasificar sus atributos teniendo en cuenta

el tipo de producto. En la escala lineal ubique las ( ) muestra (s) de acuerdo con la

intensidad. Marque con una raya vertical el sitio donde percibe la intensidad.

Extra Bajo

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Extra Alto

Bajo Medio Alto

Aroma

Sabor

Amargo

Astringente

Cuerpo

Impresión global

Observaciones

Muestra

6 7 8 9 100 1 2 3 4 5

5 6 7 8 9 10

6 7 8 9 10

0 1 2 3 4

0 1 2 3 4 5

5 6 7 8 9 10

0 1 2 3 4

0 1 2 3 4

5 6 7 8 9 10

6 7 8 9 100 1 2 3 4 5

Aroma

Sabor

Amargo

Astringente

Cuerpo

Impresión global

Observaciones

Muestra

6 7 8 9 100 1 2 3 4 5

5 6 7 8 9 10

6 7 8 9 10

0 1 2 3 4

0 1 2 3 4 5

5 6 7 8 9 10

0 1 2 3 4

0 1 2 3 4

5 6 7 8 9 10

6 7 8 9 100 1 2 3 4 5

Aroma

Sabor

Amargo

Astringente

Cuerpo

Impresión global

Observaciones

Muestra

6 7 8 9 100 1 2 3 4 5

5 6 7 8 9 10

6 7 8 9 10

0 1 2 3 4

0 1 2 3 4 5

5 6 7 8 9 10

0 1 2 3 4

0 1 2 3 4

5 6 7 8 9 10

6 7 8 9 100 1 2 3 4 5

Aroma

Sabor

Amargo

Astringente

Cuerpo

Impresión global

Observaciones

Muestra

6 7 8 9 100 1 2 3 4 5

5 6 7 8 9 10

6 7 8 9 10

0 1 2 3 4

0 1 2 3 4 5

5 6 7 8 9 10

0 1 2 3 4

0 1 2 3 4

5 6 7 8 9 10

6 7 8 9 100 1 2 3 4 5



4) Formato para análisis descriptivo cuantitativo de bebida chocolatada.

ANÁLISIS DESCRIPTIVO CUANTITATIVO

PARA BEBIDA CHOCOLATADA

CODIGO: EDICION:

Nombre: ___________________________________ Fecha: ____________

Frente a usted tiene ( ) muestras codificadas. Clasificar sus atributos teniendo en cuenta

el tipo de producto. En la escala lineal ubique las ( ) muestra (s) de acuerdo con la

intensidad. Marque con una raya vertical el sitio donde percibe la intensidad.

Extra Bajo

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Extra Alto

Bajo Medio Alto

Aroma

Sabor Cacao

Sabor Lácteo

Amargo

Cremosidad

Color

Impresión global

Observaciones

6 7 8 9 10

5

0 1 2 3 4 5

0 1 2 3 4

10

6 7 8 9 10

10

0 1 2 3 4

0 1 2 3 4

5 6 7 8 9

5 6 7 8 9

1 2 3 4 5

10

6 7 8 9 10

100 1 2 3 4 5

Muestra

6 7 8 9

5 6 7 8 90 1 2 3 4

0

Aroma

Sabor Cacao

Sabor Lácteo

Amargo

Cremosidad

Color

Impresión global

Observaciones

6 7 8 9 10

5

0 1 2 3 4 5

0 1 2 3 4

10

6 7 8 9 10

10

0 1 2 3 4

0 1 2 3 4

5 6 7 8 9

5 6 7 8 9

1 2 3 4 5

10

6 7 8 9 10

100 1 2 3 4 5

Muestra

6 7 8 9

5 6 7 8 90 1 2 3 4

0

Aroma

Sabor Cacao

Sabor Lácteo

Amargo

Cremosidad

Color

Impresión global

Observaciones

6 7 8 9 10

5

0 1 2 3 4 5

0 1 2 3 4

10

6 7 8 9 10

10

0 1 2 3 4

0 1 2 3 4

5 6 7 8 9

5 6 7 8 9

1 2 3 4 5

10

6 7 8 9 10

100 1 2 3 4 5

Muestra

6 7 8 9

5 6 7 8 90 1 2 3 4

0

Aroma

Sabor Cacao

Sabor Lácteo

Amargo

Cremosidad

Color

Impresión global

Observaciones

6 7 8 9 10

5

0 1 2 3 4 5

0 1 2 3 4

10

6 7 8 9 10

10

0 1 2 3 4

0 1 2 3 4

5 6 7 8 9

5 6 7 8 9

1 2 3 4 5

10

6 7 8 9 10

100 1 2 3 4 5

Muestra

6 7 8 9

5 6 7 8 90 1 2 3 4

0

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