MICRO- SUBMICRO Y NANOESTRUCTURAS BASADAS EN PROTEÌNA DE AMARANTO.

Micro-submicro y nanoestructuras basadas en proteína de amaranto.

Micro-, submicro- o nanoestructuras que comprenden proteína de amaranto, combinada o no con al menos otro biopolímero, adecuadas para utilizar como matriz de encapsulación. En particular, Micro-, submicro- o nanoestructuras que comprenden proteína de amaranto y un polisacárido. Así como su procedimiento de obtención comprendiendo una etapa de electrospinning, electrospraying o blowspinning.

Producto encapsulado caracterizado porque comprende una matriz de encapsulación que está formada por micro-, submicro- o nanoestructuras de la invención y al menos un ingrediente funcional. Así, como su procedimiento de obtención.

Micro- submicro y nanoestructuras basadas en proteìna de amaranto.

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se refiere al desarrollo de micro-, submicro- y nanoestructuras basadas en proteína aislada de amaranto y mezclas de proteína aislada de amaranto con otros biopolímeros, así como su uso para la encapsulación de productos. El desarrollo de estas estructuras de encapsulación puede realizarse utilizando cualquier técnica conocida para este fin tales como secado por pulverización o atomizado, electroestirado o electrosprayado o estirado o esprayado por soplado, también llamadas spray dr y ing, electrospinning y electrospraying y blow-spinning

o blow-spraying, respectivamente. Estas micro-, submicro- y nanoestructuras están pensadas para el uso en productos y/o envases alimentarios, farmacéuticos y biomédicos con gran potencial en el área de la encapsulación de compuestos de valor añadido en éstas y otras aplicaciones de interés. Sin embargo, también pueden tener aplicación en la encapsulación de ingredientes activos en otros sectores como la agricultura, así como la industria textil o del calzado.

ESTADO DE LA TÉCNICA

El amaranto (amaranthus hypochondriacus L. variedad Revancha) , es un pseudocereal que posee granos y hojas de alto valor nutricional. Es una planta tradicional mexicana que ofrece amplias ventajas debido a la facilidad de su cultivo, aunque es considerado un “cultivo subutilizado”. Debido a sus características agrícolas y nutricionales, el amaranto ha sido considerado por la Academia Nacional de Estados Unidos (NAS) y por la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO) , como una planta prometedora para el desarrollo económico (National Academy of Science. 1975. Amaranth: Modern Prospects for an Ancient Crop; National Academy Press: Washington DC, p. 189) . Su contenido de proteínas es, en general, más alto que los cereales comunes como el trigo (Bressani, R., 1994. Composition and Nutritional Properties of Amaranth. In: Amaranth Biology, Chemistr y and Technology, Paredes-Lopez, O. (Ed.) . CRC Press, USA., pp: 185-205; Koziol, M. (1992) . Chemical composition and nutritional evaluation of quinoa (Chenopodium quinoa Willd) . Journal of Food Composition and Analysis, 5, 35–68) . El grano de amaranto contiene proteínas como las globulinas y albúminas, resaltando su bajo o nulo contenido de prolaminas, característica que lo convierte en un ingrediente potencial en la dieta de personas con celiaquía (Jerzy Drzewiecki, Efren Delgado-Licon, Ratiporn Haruenkit, Elke Pawelzik, Olga MartinBelloso, Yong-Seo Park, Soon-Teck Jung, Simon Trakhtenberg and Shela Gorinstein. Identification and Differences of Total Proteins and Their Soluble Fractions in Some Pseudocereals Based on Electrophoretic Patterns. J. Agric. Food Chem. 2003, 51, 7798-7804; Gorinstein, S.; Pawelzik, E.; Delgado-Licon, E.; Haruenkit, R.; Weisz, M.; Trakhtenberg,

S. Characterization of pseudocereal and cereal proteins by protein and amino acid analyses. J. Sci. Food Agric. 2002, 82, 886-891) .

Debido al incremento en la demanda de nuevos productos de alto valor nutricional, varios estudios han sido desarrollados en torno al grano de amaranto como cultivo prometedor de gran calidad, no sólo como ingrediente para la formulación de alimentos sino también como material para el desarrollo de películas comestibles y biodegradables (Colla, E., P.J. Do Amaral Sobral and F.C. Menegalli, 2006. Amaranthus cruentus flour edible films: influence of stearic acid addition, plasticizer concentration and emulsion stirring speed on water vapor permeability and mechanical properties. J. Agricultural and Food Chemistr y , 54 (18) :6645-6653; D. Tapia-Blácido, A.N.Mauri, F.C. Menegalli, P.J.A. Sobral, and M.C. Añon. 2007. Contribution of the Starch, Protein, and Lipid Fractions to the Physical, Thermal, and Structural Properties of Amaranth (Amaranthus caudatus) Flour Films. Journal of Food Science, 72 (5) , 293-300; D. Tapia-Blácido, P.J. Sobral and F.C. Menegalli. 2005. Development and characterization of biofilms based on Amaranth flour (Amaranthus caudatus) . Journal of Food Engineering, 67, 215–223; N. J. Elizondo, P.J. Sobral and F.C. Menegalli. 2009. Development of films based on blends of Amaranthus cruentus flour and poly (vinyl alcohol) . Carbohydrate Polymers, 75, 592–598) .

De entre las técnicas de encapsulación útiles para el desarrollo de micro- submicro- y nanoestructuras basadas en proteína de amaranto, destacar el interés de las técnicas de electrospinning/electrospraying (electroestirado/electroesprayado por alto voltaje) y blow spinning/spraying (estirado/esprayado por soplado) . Estas técnicas constituyen métodos simples y altamente versátiles para la obtención de fibras y/o cápsulas en el rango submicrométrico mediante la acción de un campo eléctrico externo que se aplica entre dos electrodos en el caso de electrospinning/electrospraying y presión de fluido en el caso de blow spinning/spraying al que se somete la solución polimérica. Estos procesos no requieren del uso de temperatura. En los últimos años, el uso de estas técnicas ha despertado un considerable interés para el desarrollo de fibras a partir biopolímeros de grado alimenticio como proteínas y polisacáridos, abriendo enormes posibilidades para la implementación de materiales novedosos, renovables, comestibles y biodegradables en sectores tan variados como el alimentario, farmacéutico y biomédico.

En el área de alimentos ya se ha reportado el desarrollo de nanofibras a partir de proteínas como zeína, proteína aislada de soja y proteína de trigo (S. Torres-Giner, E. Gimenez, J.M. Lagaron. 2008. Characterization of the morphology and thermal properties of Zein Prolamine nanostructures obtained by electrospinning. Food Hydrocolloids, 22, 601–614; Woerdeman, D.L., P. Ye, S. Shenoy, R.S. Parnas, G.E. Wnek and O. Trofimova. 2005.

Electrospun Fibers from Wheat Protein: Investigation of the Interplay between Molecular Structure and the Fluid Dynamics of the Electrospinning Process. Biomacromolecules. 6: 707-712; Vega-Lugo, A.C., L.T. Lim. 2009. Controlled release of allyl isothiocyanate using soy protein and poly (lactic acid) electrospun fibers. Food Research International. 42: 933–940) . También existen estudios sobre la encapsulación de agentes antibacterianos, como el alil isotiocianato, en nanofibras de proteína aislada de soja y antioxidantes como las catequinas y el β-caroteno en nanofibras de zeína (Vega-Lugo, A.C., L.T. Lim. 2009. Controlled release of allyl isothiocyanate using soy protein and poly (lactic acid) electrospun fibers. Food Research International. 42: 933–940; Fernandez, A., S. Torres-Giner and J. M. Lagaron. 2009. Novel route to stabilization of bioactive antioxidants by encapsulation in electrospun fibers of zein prolamine. Food Hydrocolloids. 23 (5) : 1427-1432.13-17) .

Actualmente, no hay antecedentes ni en la literatura científica ni patentes con respecto a los procesos para la obtención de micro-, submicro- y nanoestructuras que comprendan la proteína de amaranto como material encapsulante. En esta invención se propone el uso de proteína de amaranto y sus mezclas con otros biopolímeros para la encapsulación y protección de ingredientes de valor y se describe el proceso para la obtención de micro submicro y nanofibras y micro submicro y nanocápsulas basadas en proteína de amaranto.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Breve descripción de la invención La presente invención propone el uso de proteína de amaranto y sus mezclas con otros biopolímeros para el desarrollo de micro-, submicro- y nanoestructuras, ya sean fibras o cápsulas. Estas micro-, submicro- y nanoestructuras generadas pueden utilizarse como matriz de encapsulación de ingredientes y aditivos funcionales o de valor tecnológico para su incorporación en, sin sentido limitativo, preparados farmacéuticos o alimentarios.

La incorporación de compuestos bioactivos como vitaminas, probióticos, péptidos bioactivos y antioxidantes dentro de sistemas basados en proteína de amaranto proporciona una ruta para el desarrollo de por ejemplo alimentos funcionales novedosos que puedan ofrecer beneficios fisiológicos o reducir el riesgo de enfermedades. El uso de estos vehículos de incorporación, además de servir como tales para su inclusión en diferentes matrices alimentarias/farmacéuticas o de cualquier otra área que pueda beneficiarse de esta tecnología, ofrecen al consumidor una matriz de encapsulación que además posee un valor nutritivo adicional debido a la composición de aminoácidos presentes en las proteínas procedentes del amaranto que es de alta calidad (si se compara con otras proteínas como la zeína...

1. Micro-, submicro- o nanoestructuras, caracterizadas porque comprenden proteína de amaranto, combinada o no con al menos otro biopolímero.

2. Micro-, submicro- o nanoestructuras según la reivindicación 1, caracterizadas porque son adecuadas para utilizar como matrices de encapsulación.

3. Micro-, submicro- o nanoestructuras según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque tienen forma de fibra o cápsula.

4. Micro-, submicro- o nanoestructuras según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el biopolímero es un polisacárido.

5. Micro-, submicro- o nanoestructuras según la reivindicación 4, caracterizadas porque el polisacárido es pululano.

6. Micro-, submicro- o nanoestructuras según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizadas porque la relación proteína de amaranto y biopolímero se encuentra entre 30:70 y 100:0.

7. Micro-, submicro- o nanoestructuras según la reivindicación 6, caracterizadas porque la relación proteína de amaranto y biopolímero se encuentra entre 50:50 y 80:20.

8. Micro-, submicro- o nanoestructuras según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizadas porque comprenden uno o más aditivos.

9. Micro-, submicro- o nanoestructuras según la reivindicación 8, caracterizadas porque el aditivo es un surfactante.

10. Procedimiento de obtención de micro-, submicro- y/o nanoestructuras tal como se describen en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una etapa de electrospinning, electrospraying o blow-spinning.

11. Procedimiento de obtención de micro-, submicro- o nanoestructuras según la reivindicación 10, caracterizado porque comprende una etapa previa adicional de preparación de una disolución de proteína de amaranto en uno o más disolventes adecuados.

12. Procedimiento de obtención de micro-, submicro- o nanoestructuras según la reivindicación 11, caracterizado porque la disolución comprende adicionalmente al menos otro biopolímero y/o al menos un aditivo.

13. Procedimiento de obtención de micro-, submicro- o nanoestructuras según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque comprende las siguientes etapas: a) preparar una disolución que comprende proteína de amaranto en uno o más disolventes, b) alimentar el equipo de electrospinning, electrospraying o blow-spinning con la disolución preparada en la etapa a) .

14. Procedimiento de obtención de micro-, submicro- o nanoestructuras según la reivindicación 13, caracterizado porque la disolución preparada en la etapa a) adicionalmente comprende un polisacárido y/o un surfactante.

15. Procedimiento de obtención de micro-, submicro- o nanoestructuras según la reivindicación 13, caracterizado porque comprende las siguientes etapas: a) preparar una disolución que comprende entre 0, 1 y 99 % en peso respecto al volumen de disolvente de proteína de amaranto en uno o más disolventes, y b) alimentar el equipo de electrospinning, electrospraying o blow-spinning con la disolución preparada en la etapa a) , donde la distancia entre capilar y soporte es entre 0, 1 y 200 cm, la velocidad de deposición es entre 0, 001 y 100 ml/h y el voltaje aplicado es entre 0, 1 y 1000 kV.

16. Procedimiento de obtención de micro-, submicro- o nanoestructuras según la reivindicación 15, caracterizado porque la disolución preparada en la etapa a) adicionalmente comprende entre 0, 1 y 99% de un polisacárido, expresado en peso de polisacárido y proteína de amaranto respecto al volumen de disolvente, y/o entre 0, 1 y 99 % de un surfactante, expresado en peso de surfactante respecto al peso de proteína de amaranto en la disolución.

17. Procedimiento de obtención de micro-, submicro- o nanoestructuras según la reivindicación 15, caracterizado porque comprende las siguientes etapas: a) preparar una disolución que comprende entre 3 y 20 %, en peso respecto al volumen de disolvente, de proteína de amaranto en uno o más disolventes, y b) alimentar el equipo de electrospinning, electrospraying o blow-spinning con la disolución preparada en la etapa a) , donde la distancia entre capilar y soporte es entre 2 y 50 cm, la velocidad de deposición es entre 0, 01 y 10 ml/h y el voltaje aplicado es entre 5 y 30 kV.

18. Procedimiento de obtención de una micro-, submicro- o nanoestructuras según la reivindicación 17, caracterizado porque la disolución preparada en la etapa a) adicionalmente comprende entre 3 y 20% de un polisacárido, expresado en peso de polisacárido y proteína de amaranto respecto al volumen de disolvente, y/o entre 5 y 30 % de un surfactante, expresado en peso de surfactante respecto al peso de proteína de amaranto en la disolución.

19. Uso de micro-, submicro- o nanoestructuras tal como se describe en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, como matriz de encapsulación.

20. Producto encapsulado caracterizado porque comprende una matriz de encapsulación que está formada por micro-, submicro- o nanoestructuras tal como se describen en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 y al menos un ingrediente funcional.

21. Producto encapsulado según la reivindicación 20, caracterizado porque el ingrediente funcional es farmacéutico

o alimentario.

22. Procedimiento de obtención de un producto encapsulado tal como se describe en una cualquiera de las reivindicaciones 20 a 21, caracterizado porque comprende las siguientes etapas: a1) preparar una disolución que comprende proteína de amaranto en uno o más disolventes, a2) preparar una disolución que comprende al menos un ingrediente funcional en uno o más disolventes, siendo este disolvente o mezcla de disolventes igual o diferente al de la disolución a1) , y b) alimentar el equipo de electrospinning, electrospraying o blow-spinning de forma simultanea con las disoluciones preparadas en a1) y a2) .

23. Procedimiento de obtención de un producto encapsulado según la reivindicación 22, caracterizado porque cuando el ingrediente funcional es soluble en el disolvente o la mezcla de disolventes de la disolución a1) , se prepara una única disolución a3) que comprende la proteína de amaranto y el ingrediente activo soluble.

24. Procedimiento de obtención de un producto encapsulado según una cualquiera de las reivindicaciones 22 o 23, caracterizado porque una o varias de las disoluciones a1) , a2) o a3) comprenden adicionalmente al menos otro biopolímero y/o al menos un aditivo.