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Glicerio León Méndez. Q.F., M. Sc. Ph.D. (C)
Miladys Torrenegra Alarcón Ing. de A., M. Sc.
Adriana Herrera Barros Ing. Química, M. Sc. Ph.D.
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Colombia es un país que posee una gran diversidad
de ecosistemas y microclimas
2
INTRODUCCIÓN
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Thymus vulgaris L.
Familia: Lamiaceae
ACEITE ESENCIAL: timol, eugenol, carvacrol…
Propiedades farmacológicas: antioxidante,
antibacteriana…
3
ESPECIES VEGETALES
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Eugenia caryophyllata T.
Familia: Myrtaceae
ACEITE ESENCIAL: timol, eugenol, carvacrol…
Propiedades farmacológicas: antioxidante,
antibacteriana,antifúngica,
antiinflamatoria…
4
ESPECIES VEGETALES
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Cinnamomum verum J.
Familia: Lauraceae
ACEITE ESENCIAL: Cinnamaldehido, eugenol…
Propiedades farmacológicas: antioxidante,
antibacteriana,antifúngica…
5
ESPECIES VEGETALES
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Text
Text
Text
Text
Metabolitos secundarios de las plantas, compuestos por mezclas
complejas de hidrocarburos y compuestos oxigenados .
Proteger y atraer…
ACEITES ESENCIALES (AE)
6
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Manihot sculenta C.
Familia: Euphorbiaceae
7
ESPECIES VEGETALES
Dioscorea rotundata L.
Familia: Dioscoreacea
Ipomoea batatas L.
Familia: Dioscoreacea
ALMIDÓN
60 y 75%
Almacenamiento de
hidratos de carbono
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Los almidones nativos, aunque de naturalezaanfifílica, poseen una capacidad emulsificantelimitada.
8
ALMIDONES
Peñaranda O, Perilla J, Algecira N. Revisión de la modificación química del almidón con ácidos orgánicos. Revista Ingeniería e Investigación. 2008; 28(3): 47-48.
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La incorporación de cadenas carbonadas largas,incrementan la capacidad emulsificante de losalmidones nativos.
9
ALMIDONES QUÍMICAMENTE MODIFICADOS
Chi H, Xu K, Xue D, Song C, Zhang W, Wang P. Synthesis of dodecenyl succinic anhydride (DDSA) corn starch, Food Research International. 2007; 40: 232–238.
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ACEITE ESENCIAL
Estabilidad y viabilidad al prevenir su volatilización y extender la vida
útil.
Protege a los materiales nanoencapsulados de
factores como el calor y la humedad
10
NANOENCAPSULACIÓN
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1. RECOLECCIÓN DEL
MATERIAL VEGETAL
2. EXTRACCIÓN DE LOS
ACEITES ESENCIALES (AE)
3. IDENTIFICACIÓN DE METABOLITOS
SECUNDARIOS POR CROMATOGRAFÍA DE
GASES ACOPLADA A ESPECTOMETRÍA DE
MASA (GC/MS)
6.DETERMINACIÓN DE LA ACTIVIDAD
ANTIOXIDANTE: DPPH, ABTS Y ORAC
Figura 1. Diagrama de bloques de la metodología de trabajo desarrollada. 11
METODOLOGIA
4.DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES FÍSICAS
5.CITOTOXIDAD CELULAR DE LOS AE
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1. MODIFICACION QUÍMICA
DE ALMIDONES NATIVOS
2. DETERMINACIÓN DEL
GRADO DE SUSTITUCIÓN
(DS)
3. ESPECTROSCOPIA INFRARROJO
Figura 2. Diagrama de bloques de la metodología de trabajo. 12
METODOLOGIA
ABSORCION DE
ACEITE Y AGUA
CAPACIDAD
EMULSIFICANTE
4. PROPIEDADES DE LOS
ALMIDONES MODIFICADOS
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13
Pasos de la reacción de succinatación del almidón: a) Formación de la sal dealmidón; b) Ataque de la sal de almidón sobre el anhídrido succínico; c) Productofinal.
Chi H, Xu K, Xue D, Song C, Zhang W, Wang P. Synthesis of dodecenyl succinic anhydride (DDSA) corn starch, Food Research International. 2007; 40: 232–238.
Mecanismo de reacción
Figura 3. Mecanismo de reacción del almidón con DDSA
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1. NANOENCAPSULACIÓN DE
ACEITES ESENCIALES
2. EFICIENCIA DEL
PROCESO DE
NANOENCAPSULACIÓN
3. IDENTIFICACIÓN DE METABOLITOS
SECUNDARIOS POR
CROMATOGRAFÍA DE GASES
ACOPLADA A ESPECTOMETRÍA DE
MASA (GC/MS)
Figura 4. Diagrama de bloques de la metodología de trabajo. 14
METODOLOGIA
4.DETERMINACIÓN DE LA ACTIVIDAD
ANTIOXIDANTE: DPPH, ABTS Y ORAC
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Mohammed KP, Easo S, Hafsa PV, Prasad G, Nayar C. Emulgel: An Advanced Review. J. Pharm. Sci. & Res. 2013; 5(12): 254 – 258.
Fase Oleosa Fase Acuosa
Emulsificación
O/W
Incorporación
de la base gel
Emulgel Activo
Figura 5. Diagrama de flujo de formulación Emulgel
METODOLOGIA
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16
1. ESTUDIO DE
PREFORMULACIÓN
2. DISEÑO DE LA
FORMULACIÓN COSMETICA
3. EVALUACIÓN SENSORIAL
Figura 6. Diagrama de bloques de la metodología de trabajo desarrollada en la etapa 5
5.DETERMINACIÓN DE LA ACTIVIDAD
ANTIOXIDANTE: DPPH, ABTS Y ORAC
METODOLOGIA
4. CONTROLES DE
FORMULACIÓN
VISCOSIDAD,
pH, ÁREA DE
EXTENSIBILIDAD,
ESTRÉS
ACELERADO
(SEPARACIÓN DE
LAS FASES) CONTROL
MICROBIOLÓGICO
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RESULTADOS
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5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0
-1
0
1
2
3
4
T ie m p o (m in )
Co
nte
nid
o d
e A
E (%
)
A E C a n e la H D
A E C a n e la M W H D
A E T o m illo H D
A E T o m illo M W H D
A E C la v o d e O lo r H D
A E C la v o d e O lo r M W H D
Figura 7. Cinética de extracción de los AEs obtenidos a través del método de hidrodestilación porarrastre de vapor (HD) e hidrodestilación asistida por microondas (MWHD)
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Tabla 1. Rendimiento y propiedades físicas de los AE de las especies seleccionadas,aplicando el método de hidrodestilación por arrastre con vapor de agua “métodoconvencional” (HD) e hidrodestilación asistida por microondas (MWHD)
ANÁLISIS Cinnamomum verum J. Presl Thymus vulgaris L. Eugenia caryophyllata T.
HD MWHD HD MWHD HD MWHD
Rendimiento
(%)
0.617±0,012* 0.747±0,025* 1.733±0,058* 2.133±0,058* 2.933±0,058* 3.2±0,100*
Índice de
refracción
20°C
1.538±0,001 1.540±0,001 1.501±0,001 1.502±0,002 1.532±0,001 1.535±0,001
Solubilidad
EtOH (70%
v/v)
POSITIVA POSITIVA POSITIVA POSITIVA POSITIVA POSITIVA
Densidad
(g/mL) a
20ºC
1.000 ±0,002 1.030±0,001 0.919±0,001 0.921±0,001 1.027±0,001 1.039±0,001
* Diferencias significativas entre los métodos de extracción de cada aceite, p < 0,05, t students.
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Tabla 2. Componentes mayoritarios detectados en los AE obtenidos mediante HD y MWHD
Compuesto
% Abundancia relativa, (tR, min)C. verum T. vulgaris E. Caryophyllata
HD MWHD HD MWHD HD MWHD
γ –Terpineno 3.20 (5.336) 15.36 (5.358) 15.48 (5.343)
Linalool 2.12 (5.856) 2.13 (5.856) 4.47 (5.870) 4.59 (5.855)
Alcanfor 1.11 (6.481) 1.13 (6.501) 1.39 (6.488) 1.43 (6.473)
Mentol 3.36 (6.948) 3.39 (6.958)
Cinnamaldehido 67.97 (8.259) 89.25 (8.568) 1.14 (8.289) 1.20 (8.290)
Timol 3.39 (8.855) 3.40 (8.859) 44.68 (8.952) 49.38 (8.952)
Carvacrol 8.55 (9.050) 9.58 (9.043)
Eugenol 2.73 (9.842) 60.32 (9.902) 65.24 (9.955)
Cariofileno 1.46 (11.281) 6.47 (11.303) 6.34 (11.296) 11.57 (11.289) 12.02 (11.296)
Tiempo de retención (tr) y abundancia relativa (%) de los aceites esenciales, identificados por
comparación con espectro de masas de referencia de la base de datos NIST-2008.
Precursor de biosíntesis
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Figura 8. Resultados del ensayo de MTT para células HepG2 expuestas a los aceites esenciales de tomillo extraídos por ambos
métodos. * Diferencias significativas comparada con el control, p > 0,05, One-Anova, test de Dunnett’s
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IC50: corresponde al valor de la concentración de aceite esencial que estabiliza el 50% del radical libre. Valores menores indican mayor actividad
antioxidante.
Figura 9. Actividad antioxidante expresada como IC50 de los AE evaluados por el método a) DPPH, b) ABTS•+, c) ORAC Hidrofilico y
Lipofílico.
RESULTADOS
a.b.
c.
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Figura 10. Diagrama de FTIR para almidones nativos a) Ñame nativo; b) Maíz nativo; c) Batata nativa; d) Yuca nativa
570 y 860 cm-1
900 y 1500 cm-1
900 y 1160 cm-1
1640 cm-1
3600 - 4000 cm-1
2920 cm-1
Estiramientos C-C
Deformaciones de los
enlaces C-H y C-H2
que forman el anillo
glucosídicos
Región dactilar de los Almn
Estiramiento y
deformación de los
enlaces -C-O-C- de la
anhidroglucosa
Pequeña cantidad de agua
Estiramiento de los enlaces C-H
Grupos O-H.
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Figura 11. Diagrama de FTIR para almidones nativos e) Ñame modificado (esterificación); f) Maíz modificado (esterificación); g) Batata
modificado (esterificación); h) Yuca modificado (esterificación).
1580 cm-1
Deformación asimétrica de las
vibraciones del enlace del grupo
carboxilato RCOO-
1720 cm-1
Deformación del enlace del grupo
éster carbonilo que une al grupo
funcional con la molécula de
almidón.
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Figura 12. Representación gráfica de los porcentajes de sustitución de los almidoneslipofilizados.
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Figura 13. Representación gráfica de los porcentajes de captación de aceite de todos losalmidones. * Diferencias significativas comparada con su almidón nativo, p < 0,05
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Figura 14. Representación gráfica de los porcentajes de captación de agua de todos los
almidones. * Diferencias significativas comparada con su almidón nativo, p < 0,05
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Figura 15. Representación gráfica de los porcentajes de emulsificación de todos los almidones.
RESULTADOS
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ACEITE
ESENCIAL
METODO DE
EXTRACCIÓN
PROMEDIO
Canela HD 97.72 ±0.02
MWHD 98.1±0.07
Tomillo HD 98.89 ±0.05
MWHD 98.99 ±0.033
Clavo de Olor HD 98.92 ±0.006
MWHD 99.22 ±0.011
Tabla 3. Eficiencia del proceso de
nanoencapsulación de los distintos aceites
esenciales.
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Figura 16. Porcentaje remanente de aceite esencial de canela en un envejecimiento de 15 días, respecto de
la composición original. * Diferencias significativas comparada con el dia 0, p < 0,05
94,6097,72 93,00 92,50 92,00 91,72 98,10 96,00 94,10 93,00 92,55 92,10
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Figura 17. Porcentaje remanente de aceite esencial de tomillo en un envejecimiento de 15 días, respecto de lacomposición original. * Diferencias significativas comparada con el día 0, p < 0,05
93,0098,89 96,49 94,10 93,89 93,00 92,90 98,9996,60
94,39 94,00 93,90
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RESULTADOS
Figura 18. Porcentaje remanente de aceite esencial de clavo de olor en un envejecimiento de 15 días,respecto de la composición original. * Diferencias significativas comparada con el dia 0, p < 0,05
98,9296,50 94,00 93,92 93,20 92,92 99,22 97,20 94,72 94,22 93,72 93,30
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Compuesto
% Abundancia relativa, (tR, min)
C. verum T. vulgaris E. caryophyllata
HD MWHD HD MWHD HD MWHD
γ –Terpineno 3.15 (5.222) 15.00 (5.087) 15.1 (5.234)
Linalool 2.10 (5.336) 2.11 (5.443) 4.00 (5.670) 4.50 (5.665)
Alcanfor 1.00 (6.222) 1.12 (6.453) 1.2 (6.444) 1.30 (6.223)
Mentol 3.30 (6.800) 3.35 (6.789)
Cinnamaldehido 66.00 (8.443) 88.90 (8.555) 1.0 (8.373) 1.20 (8.566)
Timol 3.2 (8.666) 3.33 (8.789) 44.00 (8.977) 49.00 (8.789)
Carvacrol 8.44 (9.010) 9.50 (9.000)
Eugenol 2.70 (9.766) 60.00 (9.900) 65.00 (9.902)
Cariofileno 1.40 (11.002) 6.44 (11.222) 6.30 (11.555) 11.57(11.119) 12.00 (11.278)
RESULTADOS
Tiempo de retención (tr) y abundancia relativa (%) de los aceites esenciales, identificados por
comparación con espectro de masas de referencia de la base de datos NIST-2008.
Tabla 4. Componentes mayoritarios detectados en las microcápsulas de los AEs obtenidos mediante
HD y MWHD
2.89% y 0.39% Cinnamaldehido
1.522% y 0,769% Timol
0.5305% y 0.3678% Eugenol
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RESULTADOS
IC50: corresponde al valor de la concentración de aceite esencial que estabiliza el 50% del radical libre. Valores menores indican mayor
actividad antioxidante.
Figura 19. Actividad antioxidante expresada como IC50 de las microcápsulas de AE evaluados por el método del a) DPPH, b) ABTS•+, c) ORAC
Hidrofilico y Lipofílico. *Diferencias significativas comparada con el control positivo, p > 0,05
a.b.
c.
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F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8
Copolímero de acrilato
(en suspensión)
1 4 1 4 1 4 1 4
Copolímero de acrilato - - - - - - - -
Glicerina 5 5 5 5 5 5 5 5
Trietanolamina 1 4 1 4 1 4 1 4
Conservante 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
Monoestearato de
Glicerilo, PEG-100
Estearato
5 5 10 10 5 5 10 10
Estearato de Glicerilo
Auto-emulsificante
- - - - - - - -
Isopropil miristato 5 5 5 5 - - - -
Oleil erucato - - - - 5 5 5 5
Agua c.s.p. 100%
Tabla 5. Formulaciones propuestas para el diseño del emulgel (%).
RESULTADOS
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F 9 F 10 F 11 F 12 F 13 F 14 F 15 F 16
Copolímero de acrilato
(en suspensión)
1 4 1 4 1 4 1 4
Copolímero de acrilato - - - - - - - -
Glicerina 5 5 5 5 5 5 5 5
Trietanolamina 1 4 1 4 1 4 1 4
Conservante 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
Monoestearato de
Glicerilo, PEG-100
Estearato
- - - - - - - -
Estearato de
Glicerilo Auto-
emulsificante
2 2 5 5 2 2 5 5
Isopropil miristato 5 5 5 5 - - -
Oleil erucato - - - - 5 5 5 5
Agua c.s.p. 100%
Tabla 5. Formulaciones propuestas para el diseño del emulgel (%).
RESULTADOS
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F 17 F 18 F 19 F 20 F 21 F 22 F 23 F 24
Copolímero de acrilato
(en suspensión)
- - - - - - - -
Copolímero de acrilato 0,1 0,5 0,1 0,5 0,1 0,5 0,1 0,5
Glicerina 5 5 5 5 5 5 5 5
Trietanolamina 0,1 0,5 0,1 0,5 0,1 0,5 0,1 0,5
Conservante 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
Monoestearato de
Glicerilo, PEG-100
Estearato
5 5 10 10 5 5 10 10
Estearato de Glicerilo
Auto-emulsificante
- - - - - - - -
Isopropil miristato 5 5 5 5 - - - -
Oleil erucato - - - - 5 5 5 5
Agua c.s.p. 100%
Tabla 5. Formulaciones propuestas para el diseño del emulgel (%).
RESULTADOS
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F 25 F 26 F 27 F 28 F 29 F 30 F 31 F 32
Copolímero de acrilato
(en suspensión)
- - - - - - - -
Copolímero de acrilato 0,1 0,5 0,1 0,5 0,1 0,5 0,1 0,5
Glicerina 5 5 5 5 5 5 5 5
Trietanolamina 0,1 0,5 0,1 0,5 0,1 0,5 0,1 0,5
Conservante 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
Monoestearato de
Glicerilo, PEG-100
Estearato
- - - - - - - -
Estearato de
Glicerilo Auto-
emulsificante
2 2 5 5 2 2 5 5
Isopropil miristato 5 5 5 5 - - - -
Oleil erucato - - - - 5 5 5 5
Agua c.s.p. 100%
Tabla 5. Formulaciones propuestas para el diseño del emulgel (%).
RESULTADOS
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INDICADORES F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8
pH 7.967±0.0
2
8.3±0.03 8.052±0.04 8.434±0.
03
7.9±0.04 8.373±0.02 7.88±0.03 8.367±0.02
Viscosidad
(cP)
183±0.55 2440±1.00 2045±0.25 6605±0.3
3
513±1.00 4454.33±1.0 2712.33±0.
5
7470±0.33
Estrés
acelerado
(Separación
de las fases)
Si No No No Si No No No
INDICADORES F 9 F 10 F 11 F 12 F 13 F 14 F 15 F 16
pH 7.911±0.03 8.472±0.02 7.928±0.03 8.425±0.
02
7.754±0.0
3
8.257±0.01 7.858±0.03 8.304±0.03
Viscosidad
(cP)
205±0.22 1726.33±0.
33
696.33±0.3
3
2638±0.1
5
265±0.55 2238.33±0.2
2
1272.33±1.
00
3495±0.23
Estrés
acelerado
(Separación
de las fases)
Si No No No Si No No No
RESULTADOS
Tabla 6. Evaluación de los indicadores fisicoquímicos de las formulaciones propuestas
para el diseño del emulgel (%).
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INDICADORESF 25 F 26 F 27 F 28 F 29 F 30 F 31 F 32
pH 5.4±0.03 6.043±0.0
4
5.426±0.0
2
6.295±0.0
2
5.443±0.
04
6.523±0.03 5.48±0.02 6.098±0.01
Viscosidad
(cP)
175.66±0.
33
9255.33±
0.1
1275±0.33 8301.33±0
.30
1525±0.
10
10901.67±0
.33
1905±0.50 11785.33±0
.33
Estrés
acelerado
(Separación de
las fases)
Si No No No Si No No No
INDICADORES F 17 F 18 F 19 F 20 F 21 F 22 F 23 F 24
pH 5.629±0.
03
5.963±0.0
3
7.553±0.01 7.4±0.05 5.549±0.
01
5.409±0.02 5.546±0.01 5.307±0.01
Viscosidad
(cP)504.33±0
.33
9301±0.3
3
5902.66±0.
50
16005±0.
75
382.33±
0.3
15801.66±0.
33
1418.33±0.2
5
15905±0.1
Estrés
acelerado
(Separación
de las fases)
Si No No No Si No No No
RESULTADOS
Tabla 6. Evaluación de los indicadores fisicoquímicos de las formulaciones propuestas
para el diseño del emulgel (%).
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RESULTADOS
Figura 20. Porcentaje de aceptación del grado de humectación por parte de los panelistas para las
diferentes formulaciones.
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RESULTADOS
Figura 21. Porcentaje de aceptación de la textura por parte de los panelistas para las diferentes
formulaciones.
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RESULTADOS
Figura 22. Porcentaje de aceptación de la facilidad de aplicación por parte de los panelistas para las
diferentes formulaciones.
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RESULTADOS
Figura 23. Porcentaje de aceptación del color por parte de los panelistas para las diferentes
formulaciones.
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Figura 24. Porcentaje de intención de compra del producto por parte de los panelistas para las
diferentes formulaciones.
RESULTADOS
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Área de
extensibilidad de
20-40 cm2Figura 25. Comportamiento del área de extensibilidad (cm²)del emulgel con mayor aceptabilidad (F4)
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RESULTADOS
IC50: corresponde al valor de la concentración de aceite esencial que estabiliza el 50% del radical libre. Valores menores indican mayor
actividad antioxidante.
Figura 26. Actividad antioxidante expresada como IC50 del emulgel con microcápsulas de AE evaluados por el método a) DPPH, b)
ABTS•+, c) ORAC Hidrofilico y Lipofílico. *Diferencias significativas comparada con el control positivo, p > 0,05
a.b.
c.
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Formulación MesofilosAerobios
UFC/g
Coliformes totales UFC/g
Coliformes fecales UFC/g
Mohos y levaduras
UFC/gEmulgel
(F4)
< 10 < 3 < 3 1
Valor Referencia < 300
UFC/g
< 10 UFC/g < 10 UFC/g < 50 UFC/g
Tabla 7. Análisis microbiológico del producto terminado
UFC= Unidades Formadora de Colonias
Parámetros de calidad en cuanto a asepsia y cantidad adecuada de agente
antimicrobiano en la elaboración del producto
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CONCLUSIONES
El fitocosmético diseñado con nanocápsulas de AE de tomillo
obtenido mediante MWHD, usando como matriz polimérica
almidón modificado de yuca, presentó una notable actividad
antioxidante, buena estabilidad, extensibilidad y aceptabilidad por
parte de los potenciales consumidores.
Cabe resaltar que los resultados de este trabajo aportan al
desarrollo de formulaciones fitocosméticas estables y funcionales
de aceites esenciales, resaltando que la extracción de AE
mediante hidrodestilación asistida por radiación con microondas
es considerada una alternativa novedosa la cual contribuye a la
disminución del impacto ambiental en la industria cosmética, y
relativamente económico en comparación con la hidrodestilación
convencional.
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Gracias!51