3. marco teórico revisado

3. MARCO TERICO

MARCO TERICO

Lorena T.G. M. Montserrat C. B. 8

3.1 Tecnologas en el procesamiento de alimentos

Las nuevas tecnologas relacionadas con el mundo de los alimentos vienen

propiciadas por los cambios que est sufriendo nuestro estilo de vida, se adaptan a

las necesidades de nuestro entorno. Esto conlleva al surgimiento de una gran

variedad de tcnicas que nos permiten obtener alimentos funcionales de mejor

calidad sensorial y seguridad, e incluso obtener productos orientados a la prevencin

de ciertas enfermedades con mayor morbimortalidad, como son la diabetes,

obesidad, afecciones cardiovasculares, etc.

Con el paso de los aos, las tcnicas de procesamiento de alimentos han

mejorado sustancialmente, lo que ha permitido el abastecimiento alimentario, al

prolongar la caducidad de los productos disponibles. Adems, el uso de ciertos

ingredientes o procesos tecnolgicos permiten crear un producto innovador que

pueda ofrecer beneficios sensoriales y a la salud, o bien se puede impartir

caractersticas novedosas a un producto ya existente (Cuatzo, 2010).

La industria de los alimentos funcionales ha tenido un considerable incremento

a partir de 1990, estos productos deben contener algunos ingredientes ajenos al

contenido original del alimento que le proporcione beneficios nutricionales u

organolpticos (apariencia, sabor, olor y textura) al ser consumidos. Sin embargo,

dichos ingredientes pueden ser inestables o difciles de manipular, como las

vitaminas, minerales y aminocidos. Por lo que, se han propuesto diferentes tcnicas

de conservacin y procesamiento. Entre las que se encuentran: altas presiones,

ultrasonido, irradiacin, campos elctricos de alta intensidad y la encapsulacin

(Cuatzo, 2010).

En este contexto, la nanotecnologa, que es el estudio, diseo, creacin,

sntesis, manipulacin y aplicacin de materiales, aparatos y sistemas funcionales a

travs de la explotacin de fenmenos, control y propiedades de la materia a nano

escala. Cuando se manipula la materia a la escala tan minscula de tomos y

molculas, demuestra fenmenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto,

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cientficos utilizan la nanotecnologa para crear materiales, aparatos y sistemas

novedosos y poco costosos con propiedades nicas (Poole y Owens, 2007).

Es una ciencia que presenta un gran potencial para revolucionar la industria

alimentaria. Su gran proyeccin es debido a que se trata de una ciencia dedicada al

diseo, caracterizacin y estudio de los materiales a escala molecular lo que permite

obtener dispositivos nanomtricos que ofrecen un amplio rango de aplicaciones

funcionales. Una de las reas de la nanotecnologa de mayor aplicacin en el sector

alimentario es en la microencapsulacin de aditivos y sustancias bioactivas. Estos

procesos permiten dar respuesta a muchas de las nuevas demandas del mbito de la

calidad y seguridad alimentaria, y el desarrollo de nuevos envases e ingredientes

(Esparza e Irache, 2010).

3.1.1 Encapsulacin

La encapsulacin es un proceso mediante el cual sustancias bioactivas

(sabores, vitaminas o aceites esenciales) presentes en los alimentos se introducen

en una matriz con el objetivo de evitar su perdida, protegerlas de la reaccin con

otros compuestos y frenar reacciones de oxidacin a causa de la luz u oxgeno

(Yez, 2006).

Se utiliza tambin el trmino microencapsulacin en la industria alimentaria o

farmacutica cuando se encapsulan sustancias de bajo peso molecular o en

pequeas cantidades. En la industria de alimentos se aplica para preservar y/o

proteger numerosos ingredientes comerciales. El material que es cubierto se refiere

como fase interna y el material que recubre es llamado pared (Figura 1) y

generalmente no reacciona con el material a encapsular (Pedroza, 2009).

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Figura 1. Una microcpsula est compuesta por: ncleo activo y encapsulante

La microencapsulacin puede ser considerada como una forma especial de

empacar, en la que un material en particular puede ser cubierto de manera individual

para protegerlo del ambiente. En un sentido amplio, la microencapsulacin provee un

medio de envasar, separar y almacenar materiales en escala microscpica para su

liberacin posterior bajo condiciones controladas (Pedroza, 2009).

Las caractersticas que imparten los agentes encapsulantes son de vital

importancia para la produccin del encapsulado, las cuales son:

Impartir bajas viscosidades a altas concentraciones

Ser un formador de pelcula

Poseer enlaces moleculares que no permitan rotacin

Poseer una estructura y conformacin que permitan la formacin de redes que

tengan baja porosidad

Deben de tener un grado de integridad alto al ser eliminada el agua (Aguilar, 2007).

Las tcnicas de encapsulacin han sido utilizadas para la proteccin de una

gran variedad de ingredientes en la industria de alimentos. Existen diversos

mtodos para la produccin de encapsulados los cuales pueden ser clasificados en

dos grupos: mtodos fsicos y fsico-qumicos (Tabla 1).

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Los mtodos fsicos son aquellos en los que la microencapsulacin se lleva a

cabo de forma mecnica, adems, de que son los ms utilizados en el laboratorio y a

nivel industrial debido a su fcil aplicacin; los mtodos fsico-qumicos son aquellos

que suelen llevarse a cabo bajo condiciones bien toleradas por molculas frgiles

pero no ha podido evitarse la presencia de residuos del monmero en el producto

final, por lo que su uso no ha alcanzado una aplicacin a nivel industrial (Saez,

2011).

Tabla 1. Clasificacin de las tcnicas de encapsulacin

Mtodos Fsicos Mtodos Fsico-qumicos

Secado por aspersin Liposomas

Enfriamiento por aspersin Coacervacin

Recubrimiento por lecho fluidizado Gelacin inica

Extrusin Complejos de inclusin

Disco giratorio Polimerizacin interfacial

Fuente: Deladino et al., 2007

Actualmente los procesos ms empleados en la industria de alimentos para la

encapsulacin de compuestos bioactivos son el secado por aspersin y la extrusin,

principalmente, debido al costo accesible y a la produccin en serie de encapsulados

por medio de estos mecanismos (Deladino et al., 2007; Gouin, 2004).

En la Tabla 2 se comparan algunos de los factores ms importantes que se

deben considerar para la eleccin de los mtodos de encapsulacin (fsicos y fsico-

qumicos).

Como se puede observar el secado por aspersin es una tcnica viable para

su uso en la industria alimentaria. Es empleado para encapsular compuestos de

origen hidroflico como antioxidantes provenientes de frutas o lipoflico como aceites.

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Tabla 2. Algunas tcnicas de encapsulacin, caractersticas y limitantes

Fuente: Adaptado de Gouin, 2004

La seleccin del mtodo depender del tamao medio de la partcula

requerida, las propiedades fisicoqumicas del agente encapsulante, la sustancia a

encapsular, las aplicaciones para el material microencapsulado, as como del

mecanismo de liberacin deseado y el costo (Pedroza, 2009).

3.1.2 Secado por aspersin (Spray Drying)

Por definicin, el secado por aspersin corresponde a la transformacin de un

fluido en un material slido, atomizndolo en forma de gotas minsculas en un medio

de secado en caliente.

El secado por aspersin es probablemente la tcnica de encapsulamiento ms

antigua y comn en la industria de los alimentos para la preparacin de aditivos

secos y estables, el proceso es econmico, flexible y adaptable, fcilmente

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disponible en cuanto a equipo de proceso y produce partculas de buena calidad

(Pedroza, 2009).

En el proceso de secado por aspersin (Figura 2), el material de alimentacin

(lquido), se atomiza dentro de una gran cmara, en la cual se introduce aire caliente

u otro gas, las partculas atomizadas se secan muy rpidamente, atrapando los

componentes voltiles dentro de gotitas y el polvo es recolectado por un colector

cicln (Geankopolis, 1999).

La retencin de los compuestos bioactivos es optimizada si se usa un nivel de

slidos alto, de alta viscosidad, ptima admisin (160-210C) y alta salida (>100C),

temperatura del aire y alto peso molecular de las partculas; la adecuada seleccin

del atomizador y el agente encapsulante, son factores crticos (Reineccius -2-, 1988).

La distribucin del tamao de las partculas obtenidas por este mtodo es en general

menor a 100 m, aunque hay que destacar que ello depende de las condiciones del

proceso (Casper, 2003).

Figura 2. Diagrama del proceso de secado por aspersin. Fuente: Sharma et al., 2003

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Entre las ventajas y desventajas del secado por aspersin se pueden enlistar las

siguientes:

Ventajas (Mulvaney et al., 2003 y Aguilar, 2007):

Puesto que los tiempos de secado son muy cortos, muchos materiales

termosensibles pueden ser secados satisfactoriamente, mientras que otros

equipos de secado resultaran inadecuados.

El material no est en contacto con las paredes del equipo hasta que este seco y

adems, las paredes se encuentran aproximadamente a la temperatura del aire de

salida por lo tanto se reducen los problemas de pegado y corrosin del equipo.

El producto es obtenido como un polvo fluido finamente dividido y en forma

fcilmente soluble en un disolvente apropiado.

El tamao de partcula de algunos productos es ajustable dentro de ciertos lmites,

variando las condiciones de atomizacin.

El proceso es adecuado para el secado continuo de cantidades relativamente

grandes de material.

En ciertos casos, donde es conveniente obtener una baja densidad aparente del

producto, es ventajoso el secado por aspersin.

Las condiciones de limpieza y semiesterilidad son ms fcilmente obtenidas.

Desventajas (Mulvaney et al., 2003 y Aguilar, 2007):

El calor requerido por unidad de peso del producto es alto.

El contenido de alimentacin puede ser grande comparado con la mayor parte de

los otros tipos de secadores.

El rendimiento trmico es bajo debido a las restricciones en la temperatura de

entrada del aire y a la temperatura relativamente alta del aire de salida.

El costo del equipo es alto con respecto al tonelaje anual de producto secado

particularmente en el caso de equipos de pequea capacidad.

La recuperacin en los gases de salida del producto que forma polvo puede ser

problemtica o puede necesitar un equipo auxiliar costoso.

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No se puede usar el secado por aspersin con productos txicos a menos que se

tomen cuidados especiales.

Todas las impurezas de la alimentacin quedan retenidas en el producto.

Debido a las ventajas que tiene el secado por aspersin; es una de las ms

utilizadas en la industria demostrando una amplia variedad de aplicaciones en

diferentes reas.

3.1.3 Material de recubrimiento

Los materiales de recubrimiento en el secado por aspersin para la

encapsulacin deben tener una alta solubilidad en agua, poseer una baja viscosidad

y alta concentracin, ser un emulsificante efectivo y tener la capacidad de formar

pelculas (Figura 3).

Figura 3. Esquema del funcionamiento del material de recubrimiento

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Entre los agentes encapsulantes utilizados destacan las protenas (gelatina,

caseinatos, suero de leche, zena, etc.), que son biopolmeros muy complejos y de

gran diversidad funcional debido a su naturaleza qumica (Pedroza, 2009).

Existe una amplia variedad de materiales para cobertura (Tabla 3) que pueden

ser usados para encapsular ingredientes alimentarios, donde se incluyen aceites

hidrogenados, ceras, maltodextrinas, almidones y gomas (Aguilar, 2007).

Tabla 3. Tipos de coberturas utilizadas en microencapsulacin

Fuente: Aguilar, 2007

Los aceites hidrogenados como el aceite de palma, algodn y soya, son

excelentes formadores de pelculas capaces de cubrir las partculas individuales,

proporcionando una encapsulacin uniforme (Snchez, 2010).

Otros materiales estudiados son los almidones de papa, maz, trigo y arroz

principalmente. Las dextrinas son formadas por el calentamiento de almidn, en

presencia de cido o base, formando polmeros con alto grado de ramificacin;

comparadas con almidones no modificados, se mejoran sus caractersticas de

solubilidad y viscosidad (Yez, 2006).

Tipo de

cobertura Cobertura especfica

Gomas Goma arbiga, agar, alginato de sodio, carragenina.

Carbohidratos Almidn, dextranos, sacarosa, jarabe de maz.

Celulosas Carboximetil-celulosa, metilcelulosa, etilcelulosa,

nitrocelulosa, acetilcelulosa.

Lpidos Ceras, parafinas, tristearina, cido esterico,

monoglicridos, diglicridos, aceites, grasas.

Protenas Gluten, casena, grenetina, albmina.

Materiales

inorgnicos Sulfato de calcio, silicatos.

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Las maltodextrinas son obtenidas a partir de una hidrlisis parcial del almidn

de maz por va cida o enzimtica; los polmeros de glucosa producidos pueden

variar en longitud y en peso molecular; sus viscosidades son inferiores a las de la

goma arbiga y no presentan grupos lipoflicos, por lo que sus propiedades

emulsificantes son pobres.

Los alginatos son hidrocoloides extrados de algas, los cuales reaccionan con

iones calcio para la formacin de geles estables; stos son utilizados para el

atrapamiento de compuestos que proporcionan sabor a temperatura ambiente

(Snchez, 2010).

Los materiales que tienen como base protenas como las protenas de soya,

caseinatos y derivados de grenetina forman emulsiones estables con saborizantes

voltiles; su solubilidad en agua fra, el potencial para reaccionar con grupos

carbonilos y su alto costo limitan su uso potencial (Yez, 2006).

Ingredientes utilizados en la microencapsulacin

A) Gomas

La tendencia actual hacia el consumo de alimentos bajos en caloras y platos

preparados, ha significado un gran incremento en la utilizacin de gomas como

espesantes, estabilizantes, emulsionantes y encapsulantes. Las gomas son

molculas de elevado peso molecular, hidratos de carbono (hidrocoloides) derivados

de fuentes naturales (Flint, 1994).

La importancia de las gomas en los productos alimenticios (Figura 4), se basa

en las propiedades hidroflicas de stas, las cuales afectan la estructura, la textura y

las propiedades funcionales de los alimentos en que se aplican.

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Las gomas alimenticias son indispensables para el procesador moderno de

alimentos como aditivos que proporcionan estabilidad, gelacin, suspensin,

emulsificacin y propiedades filmognicas en los productos que se aplican.

Esta definicin de gomas incluye, adems de polisacridos de plantas

naturales como exudados de rboles, extractos de algas, pectinas y almidones,

algunas protenas como gelatina y casena, derivados qumicos de la celulosa y el

almidn, y productos completamente sintetizados por va qumica como

polivinilpirrolidona (PVP). Estos materiales pueden ser clasificados en tres grupos:

Figura 4. Clasificacin de los materiales de los que puede estar compuesta una goma

Fuente: Yez, 2006

GOMAS

NATURALES

Exudados

Arbiga o acacia

Karaya

Tragacanto

Ghatti

Extractos

Algas

Otros

Agar

Alginatos

Carrageninas

Pectina

Grenetinas

Harinas

Semillas

Cereales

Guar

Algarrobo

Almidones

Celulosa

Biosntesis

Dextrana

Xanthano

Gellana

GOMAS CON

MODIFICACIN

QUMICA

Derivados de

celulosa

Otras

Metilcelulosa

Carboximetolcelulosa

Hidroxipropilmetilcelulosa

Almidones modificados

Pectina de bajo metoxilo

Alginato propilenglicol

SINTTICAS

Polivinilpirrolidona (PVP)

Polmeros carboxivinil (carbopol)

Polmeros xido polietileno (polyox)

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Las gomas se pueden encontrar de manera natural en diversas plantas como

son las cactceas especficamente en el material encapsulante o lo que vulgarmente

se conoce como baba de nopal. Debido al poco o casi nulo uso de las cactceas

como es el caso de Cylindropuntia imbricata, que de acuerdo a la patente

MX/a/2012/001392, es una de las especies de Opuntia que se puede recomendar

para la extraccin de material encapsulante, siendo as una alternativa de uso para

esta especie vegetal, que a continuacin se describe:

Caractersticas de Cylindropuntia imbricata

El Cylindropuntia imbricata es un arbusto pequeo de unos 120 cm de altura,

con una copa cerca de 1 metro de dimetro (Figura 5 A). Ramas muy numerosas,

extendidas hasta erectas (Figura 5 B). Frutos largamente tubulados, apiculados

(Figura 5 C) (Bravo 1978).

Figura 5. Cylindropuntia imbricata

A) Cylindropuntia imbricata

B) Tallo de Cylindropuntia C) Fruto de Cylindropuntia

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Los anlisis bromatolgicos realizados en pencas, indican que posee un alto

valor alimenticio por lo que ha sido utilizado por los indgenas mexicanos del norte de

la repblica en pocas de sequa como alimento humano (Tabla 4) (Aguirre y Palma,

2001).

Tabla 4. Anlisis proximal de los cladodios de Cylindropuntia imbricata

Componente (%)

Protena cruda 16.8

Extracto etreo 1.71

Cenizas 20.06

Fibra cruda 17.27

Extracto libre de nitrgeno 44.15

Total de nutrimentos digestibles 57.82

Fuente: Scheinvar et al., 2006

El material encapsulante proveniente de CI contiene cido poligalacturnico,

mayormente conocido como pectina, que al hidrolizarse de manera natural debido al

metabolismo de la planta, genera arabinosa, galactosa, xilosa y ramnosa. El cido

poligalacturnico se compone por fracciones de cido galacturnico, que

corresponde a la forma oxidada de D-galactosa (Carballo, 2009).

El cido galacturnico (Figura 6) se conoce segn IUPAC como cido

(2S,3R,4S,5R)-2,3,4,5-tetrahidroxi-6-oxo-hexanoico, con nmero CAS 685-73-4,

frmula emprica C6H10O7 y peso molecular de 194.139 g/mol. El cido

poligalacturnico es componente enlazante de la pared celular y componente

estructural de los vegetales y frutas y es responsable de formar una pelcula

encapsulante.

Figura 6. Estructura del cido galacturnico

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La pectina (cido poligalacturnico) est integrada por molculas de cido D-

galacturnico unidas por enlaces glucosdicos D(1,4), y en la cual algunos de los

carboxilos pueden estar esterificados con metilos o en forma de sal. Se encuentra

asociado con otros hidratos de carbono. Contiene partes esterificadas y otra fraccin

sin esterificar.

Las mezclas de almidones y maltodextrinas mezcladas o formuladas con

gomas provenientes de otras fuentes no convencionales, por ejemplo Cylindropuntia

imbricata, como materiales encapsulantes pueden proporcionar grandes beneficios.

El empleo de estos materiales encapsulantes en alimentos mejoran los

mecanismos de proteccin y liberacin de los compuestos encapsulados permitiendo

aumentar su vida til, y por lo tanto, un desarrollo tecnolgico en el campo de la

encapsulacin (Snchez, 2010).

B) Zeolita como otro ingrediente en la microencapsulacin

Las zeolitas naturales son porosas, micro-cristales hidratados volcnicos con

estructuras definidas sobre la base de AlO4 y SiO4 bloques de construccin

tetradricos conectados a travs de tomos de oxgeno y con una estructura

"abierta", que puede acomodar una amplia variedad de iones positivos. Debido a su

estructura qumica, las zeolitas presentan adsorcin verstil, intercambiador de

cationes, deshidratacin-rehidratacin y propiedades catalticas (Dogliotti et al.,

2011).

Las zeolitas son minerales de origen volcnico, micro-cristalinos con una

potente accin desintoxicante, los nicos minerales cargados negativamente

conocidos en la tierra, teniendo la habilidad para atraer naturalmente y adsorber

toxinas cargadas positivamente, ya sea del aire o de nuestra piel. Algunas zeolitas ya

se utilizan en la medicina, como antidiarreicos, frmacos antifngicos y

antibacterianos (Ansiorette, 2011).

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En la actualidad, la funcin antioxidante atribuida a las zeolitas, se basa en la

capacidad de reducir la peroxidacin de lpidos, los niveles de radicales libres y

tambin para aumentar el estado antioxidante total (TAS) en el suero (Dogliotti et al.,

2011).

Su utilizacin en algunos estudios es como acarreador de extractos herbales,

frutales, vitaminas, molculas orgnicas y sintticas, derivados de animales y su

aplicacin en preparaciones farmacuticas y suplementos alimenticios.

Particularmente es una zeolita natural activada y micronizada, que comprende:

un tamao de partcula de 1 a 15 m, una rea superficial de 20 a 30 m2/g y una

activacin trmica a una temperatura de entre 250C a 400C durante 2 a 4 horas.

La funcin como acarreador de la zeolita es en la elaboracin de

preparaciones farmacuticas y suplementos alimenticios en forma de tabletas,

cpsulas duras, cpsulas suaves, suspensiones, etc. (Alans, 2012). Sin embargo,

an falta informacin acerca de su amplia utilizacin en la encapsulacin de estos

minerales.

3.1.4 Importancia del secado por aspersin en la industria de los alimentos

La utilizacin de los encapsulados obtenidos mediante secado por aspersin

abarca una amplia gama de campos: la eliminacin o liberacin controlada de

sabores, colores, aromas, perfumes, drogas, fertilizantes y precursores de

impresiones (Popplewell et al., 1995). Las enzimas y las clulas tambin pueden ser

encapsuladas, permitiendo que los sustratos y productos entren y salgan de la

cpsula. Bajo este concepto se han encapsulado enzimas como la pectin metil

esterasa para la clarificacin de jugos, la invertasa para la inversin de sacarosa y la

renina para la coagulacin de leche. La bacteria cido lctica se puede encapsular

con alginato y puede ser usada para producir yogurt de manera continua.

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La aplicacin de la encapsulacin en la industria de ingredientes para

alimentos, es una tcnica que protege el material de su ncleo de la degradacin al

impedir las reacciones con su medio (calor, humedad, aire y luz). Tambin reduce o

retarda la velocidad de transferencia o evaporacin del material hacia el exterior.

Las caractersticas fsicas del material original pueden ser modificadas y hacer

ms fcil su manejo (un material lquido convertido a polvo), la higroscopia puede ser

reducida, la densidad se modifica, el material contenido puede ser distribuido ms

uniformemente en una muestra (Desai y Park, 2005).

3.1.5 Beneficios del consumo de encapsulados

La aplicacin de las cpsulas desarrolladas por el mtodo de secado por

aspersin ha ido desde la manufactura del papel copia sin papel carbn, hasta

insecticidas, encapsulacin de sabores y aceites esenciales en la industria

alimentaria (Roberfroid, 2002).

El uso de microcpsulas en los alimentos es un aditivo. Por definicin

reguladora, un aditivo alimenticio es cualquier sustancia diferente a las que presenta

el alimento que es agregada intencionalmente o no. Se incluyen compuestos

agregados de manera directa o indirecta tales como una migracin de los materiales

del empaque (Olagnero et al., 2007).

Uno de los beneficios del consumo de este tipo de aditivos es en la

microencapsulacin de vitaminas, minerales y otros nutrientes, con la subsecuente

liberacin en el estmago o el intestino que permite una mxima absorcin de los

compuestos con un mnimo de reacciones adversas. Los beneficios del consumo de

compuestos encapsulados tambin incrementan la biodisponibilidad o estabilidad de

un componente que se sepa que es capaz de producir un efecto funcional o reducir

un riesgo de enfermedad (Yez, 2005; McNamee y et al., 2001).

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3.2 Encapsulacin de compuestos bioactivos

El aumento en la demanda de alimentos saludables ha provocado el desarrollo

de nuevos aditivos e ingredientes alimentarios. Sin embargo, el reto es asegurar que

estos ingredientes permanezcan efectivos durante la elaboracin y el

almacenamiento del producto (Onwulata, 2011).

Los alimentos pueden ser utilizados como un vehculo eficaz para la entrega

de compuestos bioactivos y micronutrientes en los niveles adecuados. Dentro de los

ingredientes funcionales de mayor importancia utilizados en la preparacin de

alimentos se encuentran: los antioxidantes, ingredientes orgnicos, cidos grasos

Omega-3, fibra, minerales, probiticos, entre otros (Figura 7) (Day et al., 2009).

Figura 7. Ingredientes funcionales de mayor importancia. Fuente: Mintel (2009)

El desequilibrio entre la generacin de especies oxidantes (radicales libres y

otras especies reactivas) y la accin de los sistemas de defensa antioxidante del

organismo, es una de las causas ms importantes en la generacin de

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enfermedades (Moure et al., 2001; Zhang et al., 2007). Por esta razn, el desarrollo

de alimentos funcionales que contribuyan a contrarrestar la agresin oxidativa y sus

efectos adversos, es uno de los desafos ms ambiciosos de esta industria.

La utilizacin de los polifenoles encapsulados en lugar de compuestos libres

pueden superar los inconvenientes de su inestabilidad, disminuir el gusto

desagradable, as como mejorar la biodisponibilidad intestinal y la vida til del

compuesto (Fang, y col., 2010; Munin, y col., 2011). La Tabla 5 muestra un resumen

de los diferentes tipos de antioxidantes naturales que han sido encapsulados, los

materiales encapsulantes y las tcnicas empleadas.

Tabla 5. Ejemplos de encapsulacin de compuestos antioxidantes

Compuesto activo Material encapsulante Tcnica de

encapsulacin Referencia

Aceite de oliva -Ciclodextrina /

Alginato Inclusin molecular /

Extrusin

(Belscak-Cvitanovic et al., 2011; Mourtzino et al., 2007)

Catequina Quitosano / -Ciclodextrina

Gelificacin inica / Inclusin molecular

(Ishikawa et al., 2012; Zhang et al., 2007)

Extractos de Myrtuscommunis

Liposomas Emulsin (Gortzi et al., 2008)

Extracto de Pipersarmentosum

Alginato Extrusin /

Gelificacin inica (Chan et al., 2010; Yim et al., 2010)

Extractos de plantas

medicinales (tomillo, ortiga)

Alginato Extrusin

electrosttica

(Belscak-Cvitanovic et al., 2011; Stojanovic et al., 2012)

Extractos de propleo

Protena de soya, Pectina

Coacervacin compleja

(Nori et al., 2011)

Extracto de Yerva Mate

Alginato, quitosano / Sacarosa

Gelificacin inica / Co-cristalizacin /

Spray drying

(Anbinder et al., 2011; Deladino et al., 2007; Deladino et al., 2008; Harris et al., 2011)

Pulpa de mora Maltodextrina y goma

arbiga Spray drying (Ferrari et al., 2012)

T Etil celulosa / Liposomas

Emulsin (Li et al., 2000; Ren et al., 2009)

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3.2.1 Antioxidantes

Los antioxidantes son sustancias que retardan el proceso de oxidacin,

inhiben la cadena de polimerizacin iniciada por los radicales libres y otras

reacciones posteriores de oxidacin, por estas caractersticas los antioxidantes

proporcionan proteccin contra la inflamacin, enfermedades crnicas,

neurodegenerativas y cardiovasculares.

Aunque existen algunos compuestos antioxidantes sintticos como el

hidroxitolueno butilado (BHT) y el hidroxianisol butilado (BHA), comnmente

utilizados en la industria de alimentos, se ha encontrado que estos compuestos

tienen efectos colaterales para la salud humana; como alergias, urticaria, alteracin

del metabolismo (Morales, 2011).

En los ltimos aos ha aumentado el inters por la bsqueda de compuestos

provenientes de fuentes naturales que cumplan esta funcin antioxidante y el papel

que cumplen en los sistemas biolgicos. En este sentido, la investigacin de

antioxidantes de origen vegetal ha recibido mucha atencin y los esfuerzos se han

enfocado en identificar los compuestos que puedan sustituir o reemplazar a los

antioxidantes sintticos (Wong et al., 2006).

Entre los antioxidantes naturales presentes en los alimentos se encuentran los

carotenoides y los flavonoides. Los carotenoides son pigmentos liposolubles

ampliamente distribuidos en la naturaleza cuya principal accin antioxidante la

ejercen desactivando al oxgeno singulete. Otro mecanismo es su funcin como

atrapadores de radicales libres. Sin embargo, esta capacidad antioxidante va a

depender de la presin de oxgeno del medio, en casos de altas presiones de

oxgeno llegar a transformarse en especies capaces de propagar la reaccin en

cadena de la peroxidacin lipdica, actuando como pro-oxidantes.

Otros compuestos antioxidantes, los flavonoides, son polifenoles comnmente

presentes en frutas y vegetales, presentan numerosas propiedades biolgicas y

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farmacolgicas tales como anti-inflamatora, antimutagnica y anticarcinognica

(Fernndez, 2011).

Los compuestos fenlicos tienen la capacidad de prevenir la oxidacin de

lipoprotenas de baja densidad (LDL). Esta inhibicin de la oxidacin de LDL ha sido

asociada a menores incidencias de enfermedades coronarias. Dentro de la familia de

los flavonoides se encuentran las antocianinas, pigmentos hidrosolubles de

coloraciones rojas, azules y violetas presentes en un gran nmero de frutos, flores y

verduras, tales como fresas, cerezas, repollo morado, rabanitos, berenjena, ciruelas,

granada y zarzamora (Reyes et al., 2005).

3.2.1.1 Antioxidantes de zarzamora

Las bayas son un grupo de frutas, tanto silvestres como cultivadas,

consideradas fuentes ricas en los poderosos compuestos antioxidantes polifenoles y

flavonoides, posiblemente responsables de las propiedades saludables que se les

atribuyen. Principalmente, este grupo est integrado por arndanos (Vacciniumm

yrtillus), cerezas (Prunu savium), frambuesas (Rubus ideaus), fresas (Fragaria

vesca), grosellas (Ribesnigrum o rubrum) y zarzamoras (Rubus fruticosus) entre

otras.

La Secretara de Agricultura, Ganadera, Desarrollo Rural, Pesca y

Alimentacin, SAGARPA (2012), seala que la produccin de zarzamora ha

incrementado en los ltimos cuatro aos, al pasar de 13, 534 toneladas, en el 2006,

a 26,696 toneladas en el 2012, siendo los estados de Michoacn, Mxico,

Guanajuato e Hidalgo los principales productores.

En la alimentacin humana, la zarzamora ha sido muy apreciada desde

tiempos muy remotos a causa de su atractivo aspecto, variedad y por su composicin

nutricional. La zarzamora tiene un aporte nutricional principalmente de fibra (6 %) y

azcares solubles (4 %), el resto est conformado por un bajo aporte de protena (1.5

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%), minerales (0.5 %) y grasa, por lo que es considerada una fruta con bajo aporte

calrico (Reyes et al., 2005).

En cuanto a su contenido vitamnico, destaca por su aporte de vitaminas C y

A, aunque tambin contiene otras vitaminas en menor cantidad, entre las que se

encuentran BI, B2 y B3.

Esta fruta tambin representa un aporte importante de potasio y, en menor

proporcin, tambin aportan otros minerales como magnesio, cobre, fsforo, hierro,

calcio y sodio.

La zarzamora es caractersticamente una fruta con un pH cido de 3.2 a 4.5.

Los cidos orgnicos presentes en su composicin son el ctrico, lctico, succnico,

oxlico y saliclico (Fernndez, 2011; Cho et al., 2004).

Las zarzamoras son de las fuentes ms importantes de antocianinas,

flavonoides y cidos fenlicos en la dieta. Debido al contenido de antocianinas, la

zarzamora tiene su color caracterstico ya que son los grupos principales de

pigmentos naturales (Badui, 2006). Lo que adems, ocasiona que sea considerada

una fruta con un alto contenido de antioxidantes.

Los flavonoides presentes en el gnero Rubus poseen una potente capacidad

antioxidante, dentro de los cuales se incluyen compuestos como: flavonas,

isoflavonas, flavonoles, catequinas, y pigmentos rojos, azules, morados y prpuras

conocidos como antocianinas (Moyer et al., 2002).

Desde siempre, las bayas han sido un remedio teraputico muy utilizado por la

medicina popular. Desde luego, se reconoce que sus propiedades teraputicas se

deben a su riqueza en antioxidantes como cido ascrbico, tocoferoles, flavonoides,

sobre todo antocianinas, adems de quercetina, lutena, miricetina y cido elgico,

adems de sus contenidos en fibra.

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Entre las propiedades con carcter teraputico que se les atribuyen cabe citar

las siguientes (Bello, 2005):

A) La prevencin de enfermedades cardiovasculares.

B) La proteccin frente a ciertos tipos de tumores cancergenos.

C) Un efecto antibitico, aconsejable para tratamiento de las infecciones del tracto

urinario. Posiblemente, este ltimo efecto est relacionado con la capacidad de

impedir la adherencia de algunas bacterias, como Escherichia coli, a las paredes

del tracto urinario y vejiga, atribuida a los contenidos en fructosa y en un polmero

no dializable.

3.2.1.2 Bioaccesibilidad de compuestos antioxidantes

En los ltimos aos, la tendencia general en el consumo de alimentos es

buscar un buen aporte de nutrientes y/o compuestos bioactivos, que sean

beneficiosos para la salud. Sin embargo, se debe tener en cuenta que los efectos

derivados del consumo de estos compuestos dependen adems de la cantidad

consumida, de su biodisponibilidad.

Sin embargo, en la determinacin de las propiedades nutritivas y antioxidantes

del fruto es importante el estudio de su absorcin a nivel intestinal, ya que de esto

dependern estas propiedades beneficiosas para la salud, por lo cual es

indispensable el estudio de la bioaccesibilidad a nivel intestinal de estos

compuestos.

La biodisponibilidad, es la fraccin de una dosis administrada que alcanza el

compartimento central (sangre) desde el tracto gastrointestinal (Wragg y Cave,

2002), se refiere a la fraccin del nutriente o compuesto bioactivo ingerido que es

disponible para su utilizacin en funciones fisiolgicas o para ser almacenado en el

organismo (Fernndez-Garca et al., 2009), tambin conocida con el trmino de

biodisponibilidad absoluta. Una herramienta para la evaluacin de la biodisponibilidad

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es la bioaccesibilidad, relacin entre la concentracin bioaccesible o soluble de una

sustancia y la concentracin total de la sustancia presente en la muestra.

La bioaccesibilidad, es definida como la fraccin soluble en el tracto

gastrointestinal que est disponible para su absorcin (Wragg y Cave, 2002). Es un

proceso indispensable en la biodisponibilidad y ha sido definida como la cantidad de

un constituyente de los alimentos que est presente en el intestino, como

consecuencia de su liberacin de la matriz slida del alimento por la accin de las

enzimas digestivas (intestino delgado) y la microflora bacteriana (intestino grueso).

Dicho componente puede pasar a travs de la barrera intestinal y por medio de la

sangre llegar al resto de la economa orgnica y por lo tanto ser potencialmente

biodisponible. A nivel de laboratorio, estos mtodos simulan las condiciones

fisiolgicas que tienen lugar en la digestin gastrointestinal (Saura-Calixto et al.,

2007).

Las condiciones fisiolgicas humanas como pH, enzimas gstricas e

intestinales, temperatura y tiempos de residencia son emuladas durante la aplicacin

de estos mtodos (Intawongse y Dean, 2006).

Son varios los factores que deben ser considerados en el estudio de la

biodisponibilidad de nutrientes en los alimentos:

1) La forma qumica del nutriente y la naturaleza de la matriz del alimento.

Tanto la etapa de digestin y absorcin a travs del tracto gastrointestinal

como el transporte, metabolismo y efecto biolgico estn influenciados por la

estructura qumica del compuesto.

Un ejemplo muy claro de la importancia de la matriz del alimento en la

absorcin de nutrientes son los carotenoides. Estos se pueden encontrar en las

plantas como parte de estructuras fotosintticas (vegetales de hoja), disueltos en

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gotas de grasa (frutas) o unidos o slidos en membranas semicristalinas (zanahoria,

tomate) (Castenmiller y West, 1999; van het Hof et al., 1999).

2) Las interacciones que ocurren entre los nutrientes y otros compuestos orgnicos

en el alimento.

En los alimentos de origen vegetal algunos compuestos orgnicos presentes

en los vegetales pueden formar complejos solubles e insolubles con micronutrientes

en las condiciones cidas gastrointestinales, ya sea inhibiendo (cido oxlico, fitatos,

etc.) o facilitando su absorcin (cidos orgnicos, cido ascrbico, grasas) (Gibson et

al., 2006).

Los cidos fenlicos en la forma de aglicona son generalmente absorbidos en

el tracto gastrointestinal superior (Saura-Calixto et al., 2007). Recientemente se ha

mostrado que el estmago constituye un sitio activo de absorcin de numerosos

cidos fenlicos como glico, cafeco, ferlico, cumrico y clorognico (Lafay y Gil-

Izquierdo, 2008).

La biodisponibilidad en especfico de los polifenoles depende de diversos

factores, incluyendo la liberacin desde la matriz durante la digestin gastrointestinal,

la absorcin celular, el metabolismo y el transporte adicional en el sistema

circulatorio (Hinsberger y Sanhu, 2004).

Durante la digestin gastrointestinal, (Figura 8) los polifenoles pueden

interactuar con otros componentes presentes en los alimentos o bien se pueden

metabolizar en otros compuestos, por hidrlisis a travs de la desglicosilacin

(Lamperi et al., 2008). Estos cambios estructurales pueden afectar tanto a su mayor

absorcin y su bioactividad.

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Figura 8. Esquema del proceso de absorcin, transporte, metabolismo y eliminacin

(Modificado de D Archivio et al., 2010)

La presencia de estos compuestos antioxidantes en los frutos, los hace muy

atractivos para ser utilizados como ingredientes de productos encapsulados.

3.2.2 Xoconostle (Opuntia joconostle)

Aparte de antioxidantes provenientes de frutos se pueden encapsular otro tipo

de compuestos funcionales como cidos grasos poliinsaturados de aceites

provenientes de cactceas como el xoconostle que a continuacin se describe.

Las cactceas son muy importantes desde el punto de vista econmico por su

valor comestible. Los frutos del nopal (Opuntia spp.) constituyen un alimento muy

utilizado en varios pases de Amrica y conocidos principalmente en Mxico con el

nombre de tuna, caractersticos de un sabor dulce y muy coloridos. La planta Opuntia

tambin produce otros frutos muy similares pero con un sabor ligeramente cido. El

xoconostle (Opuntia joconostle) ha sido ampliamente estudiado principalmente por

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sus caractersticas nutracuticas relacionadas con su contenido de fibra y

antioxidantes presentes en la pulpa.

El trmino mexicano xoconostli y sus variables xoconostle, joconoxtle,

joconostle y joconostli, se aplican a los frutos comestibles agrios de algunas

cactceas (Santamara, 1992). Se han identificado ocho especies de Opuntia: O.

duranquensis Britton y Rose, O. heliabravoana Sheinvar, O. imbricata DC., O.

joconostle A. Web, O. leucotricha DC., O. matudae Sheinvar, O. velutina F. A. C.

Weber y O. zamudioi Sheinvar (Sheinvar, 1999). Sin embargo, las variedades ms

comerciales son cuaresmeo (O. joconostle F.A.C. Weber ex Diguet), rosa (O.

matudae) y blanco o burro (O. joconostle F.A.C. Weber).

El xoconostle es un fruto cido que se caracteriza por tener una forma ovoide

con una depresin en el extremo distal, que es el sitio donde se hallaba el perianto

de la flor. Al igual que otros frutos se encuentra constituido por el epicarpio o

cscara, la cual es muy delgada y va de un color verde cuando el fruto est inmaduro

a un color rojizo cuando madura. El mesocarpio y endocarpio constituyen lo que se

conoce como pulpa y en el centro del fruto se localizan las semillas que estn

envueltas por un compuesto mucilaginoso (Figura 9) (Scheinvar et al., 2008).

Figura 9. Corte longitudinal del xoconostle. Fuente: Snchez, 2006

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El fruto del xoconostle se caracteriza por su acidez, la cual se debe al pH que

se encuentra en un intervalo de 3.7 a 4.5 (Escamilla, 1997), que le permite un largo

almacenamiento incluso de meses (Bravo, 1978). El consumo de este vegetal es

principalmente por el contenido de fibra y antioxidantes presentes, sin embargo otros

componentes como las semillas tambin presentan una importancia nutricional.

Las semillas de xoconostle actualmente no son aprovechadas, existe amplia

informacin de las cactceas, pero poco se conoce de las semillas de sus frutos. La

semilla del xoconostle representa el 4.3 % del fruto (Snchez, 2006).

Las partculas de las semillas de Opuntia joconostle se caracterizan por ser

semiesfricas y lenticulares con un tamao de 55 m (encerradas en crculos) (Prieto

et al., 2008), como se puede observar en la Figura 10.

Figura 10. Morfologa de las partculas en semillas de Opuntia joconostle

El anlisis proximal de O. joconostle se muestra en la Tabla 6 donde se puede

apreciar que las semillas muestran un alto contenido de fibra y grasa por lo cual

pueden ser utilizados en la elaboracin de aditivos alimenticios.

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Tabla 6. Anlisis proximal de las semillas de O. joconostle

Contenido %

Humedad 73.95 1.09

Cenizas 0.54 0.01

Grasa 2.45 0.05

Fibra total 19.22 0.15

Protena 2.12 0.00

Carbohidratos Totales 1.71 0.07

Fuente: Morales et al., 2011

3.2.2.1 Aceite de Opuntia joconostle

Los conocimientos de los efectos relacionados con sus beneficios saludables

de los compuestos lipdicos presentes en la semilla del xoconostle son escasos. La

extraccin de estos compuestos se ha llevado a cabo mediante el mtodo de Soxhlet

utilizando hexano como solvente, teniendo rendimientos de 9 % (Gutirrez y Prez,

2011).

Los principales cidos grasos encontrados en el extracto hexnico (ExHOJ) de

la semilla de xoconostle son el cido linolico (67 %), oleico (14 %) y palmtico (13

%), entre otros.

El cido linolico pertenece a los cidos grasos poliinsaturados (PUFA, por

sus siglas en ingls) forma parte de los cidos grasos omega 3 y 6. El cido linolico

tiene una configuracin cis-cis, y es considerado un cido graso esencial (EFA por

sus siglas en ingles), por su incapacidad de ser sintetizados por el cuerpo humano y

son indispensables para mantener el desarrollo de animales y humanos. Adems,

varios estudios han revelado la importancia de estos compuestos como antioxidantes

en el cuerpo humano, su aporte de energa y funciones especficas en la formacin

de membranas celulares (Paz, 2009).

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El cido oleico es un cido graso mono insaturado, tpico de los aceites

vegetales como el aceite de oliva, del aguacate, etc. El consumo de este aceite

presenta una accin beneficiosa en los vasos sanguneos reduciendo el riesgo de

sufrir enfermedades cardiovasculares (Paz, 2009).

En cuanto el cido palmtico, este pertenece a los cidos grasos saturados, es

el principal cido graso saturado de la dieta, constituyendo aproximadamente un 60

% de los mismos. Es el ms abundante en las carnes (detrs del cido oleico, que es

monoinsaturado) y grasas lcteas (mantequilla, queso y nata) y en los aceites

vegetales como el aceite de coco y el aceite de palma (Paz, 2009).

Segn algunos estudios el extracto hexnico de O. joconostle no es sometido

a ningn proceso de refinacin fsica o qumica y es considerado aparentemente

inocuo por los estudios de toxicidad realizados y con una alta actividad antioxidante

con valor de 169.9 ET/ml (equivalentes Trolox por ml) (Gutirrez y Prez, 2011).

Adems de sus propiedades relacionadas con la salud, el aceite extrado con

solvente hexnico en semillas de xoconostle presenta una gran relevancia a nivel

industrial por sus propiedades fisicoqumicas, que se presentan en la Tabla 7.

Tabla 7. Caractersticas fisicoqumicas del extracto hexnico de O. joconostle

Parmetro Valor*

ndice de perxido (meq O2/kg) 8.42 0.49

ndice de yodo (Wijs) 157.82 9.96

ndice de saponificacin (mgKOH/g) 207.69 3.67

ndice de refraccin (25C) 1.471 0.03

Densidad relativa (20C) 0.8197 0.02

Fuente: Gutirrez y Prez, 2011 *n=3

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El ndice de perxido para el extracto hexnico (8.42 meq O2/kg) es similar al

reportado para otros aceites como soya, girasol, palma, canola y oliva que van de 8 a

10 meq O2/kg aproximadamente. El ndice de perxido indica la presencia de

oxgeno unido a los cidos grasos en forma de perxido y muestra hasta qu punto

se ha alterado la grasa (Nez et al., 2011). De acuerdo a la FAO el valor para una

grasa refinada deteriorada por oxidacin y altas temperaturas es sobre 10 meqO2/kg

de materia grasa. Por lo tanto, el extracto hexnico presenta menor valor que lo

establecido para una grasa deteriorada.

El ndice de yodo es una medida del grado de insaturacin de los

componentes de una grasa es decir, de la cantidad de dobles enlaces de los cidos

grasos presentes en la misma. Este ndice representa la cantidad de yodo que

absorbe una grasa expresado en g por cada 100 g de muestra. El yodo es capaz de

de fijarse sobre los dobles enlaces. En este estudio el extracto hexnico mostr un

ndice de yodo similar a los de soya y girasol (135-160 Wijs) (Nez et al., 2011).

El ndice de saponificacin del extracto hexnico fue de 207 mg KOH/g. Este

ndice representa la cantidad de hidrxido de potasio expresado en miligramos,

necesario para saponificar un gramo de aceite o grasa. El ndice de saponificacin da

una indicacin del peso molecular del aceite (Miller et al., 2002).

El ndice de refraccin es caracterstico dentro de ciertos lmites para cada

aceite por lo que es un indicador de pureza. Nez et al., (2011) afirman que la

diferencia entre los valores obtenidos del ndice de refraccin para un aceite crudo y

refinado se debe a que el aceite crudo contiene una gran cantidad de impurezas que

ocasionan la desviacin del haz de luz que atraviesa el aceite lo que provoca que en

el aceite crudo sea mayor que en el aceite refinado. El ndice de refraccin es similar

al de los reportados para otros aceites como el de soya, girasol, palma, canola y oliva

(1.46-1.47), lo cual pudiera deberse a que el extracto hexnico no fue sometido a

ningn tipo de refinacin.

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De acuerdo con Bailey (2001) la densidad de las grasas y aceites est

directamente relacionada con el peso molecular y el grado de insaturacin. Es decir,

la densidad cambia en funcin del tipo de cidos grasos presentes, ya que a mayor

densidad corresponde un peso molecular menor. Por otra parte, a mayor grado de

insaturacin mayor es la densidad.

Sin embargo, a pesar de que el extracto hexnico de xoconostle presenta

excelentes propiedades fisicoqumicas, para fines alimenticios. Por el tipo de

solvente utilizado en la extraccin de aceite, no es muy recomendable debido a que

el solvente empleado para la extraccin es muy fuerte y pueden quedar residuos en

el aceite, adems de que el olor a hexano es muy penetrante. Algunos autores

recomiendan para la extraccin de lpidos, la utilizacin de otros solventes u otros

mtodos de extraccin tales como: prensado, destilacin con vapor de agua,

extraccin con solventes voltiles y con fluidos supercrticos (Rodrguez et al.; 2012).

3. marco teórico revisado

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